JP2007072325A

JP2007072325A - 表示デバイスの製造方法

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Publication number: JP2007072325A
Application number: JP2005261396A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kubota; 高史久保田; Yoshinori Matsuura; 宜範松浦
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】アルミニウム合金層と透明電極層とがコンタクトホールを介して直接接合された構造を有する表示デバイスにおいて、そのコンタクト抵抗値の増加や接合不良を生じさせることのない、表示デバイスの製造技術を提案する。
【解決手段】基板上に形成されたアルミニウム合金層上に、絶縁層を形成し、該絶縁層にレジストを被覆してドライエッチングにてコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを介して透明電極層と前記アルミニウム合金層とを直接接合させる工程を備える表示デバイスの製造方法において、前記レジストを剥離する剥離液は、非水系溶液を用いるものとし、この非水系溶液は、極性溶剤および／または有機アミンを含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどの表示デバイスの製造方法に関し、特に、アルミニウム合金層と透明電極層とがコンタクトホールを介して直接接合された構造を有する表示デバイスの製造技術に関する。

近年、液晶ディスプレイは、様々な電子機器の表示に使用されており、この液晶ディスプレイを構成する表示デバイスの開発は目覚ましく進行している。この液晶ディスプレイの表示デバイスとしては、例えば薄膜トランジスター（Thin Film Transistor、以下、ＴＦＴと略称する）が知られており、このＴＦＴを構成する配線材料としては、アルミニウム（Ａｌ）合金が用いられている。

ＴＦＴなどの表示デバイスを製造する場合、配線又は電極を構成する電極はアルミニウム合金薄膜により形成されるが、このアルミニウム合金薄膜による電極（以下、アルミニウム合金層と称す）を形成する際には、従来、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極層とアルミニウム合金層との接合界面に、ＭｏやＣｒなどから形成される、いわゆるコンタクトバリアー層（或いは、キャップ層と呼ばれる）が設けられていた（例えば、非特許文献１参照）。
内田龍男編著，「次世代液晶ディスプレイ技術」，初版，株式会社工業調査会，１９９４年１１月１日，ｐ．３６−３８

このコンタクトバリアー層を介在させると、アルミニウム合金層と透明電極層との酸化還元電位値の相違により生じる、電気化学的反応を抑制し、接合界面の破壊やコンタクト抵抗値の増加を防止できるのである。しかし、このコンタクトバリアー層を設ける場合、表示デバイス構造が自ずと複雑になり、生産コストの増加に繋がる傾向となる。また、最近は、コンタクトバリアー層を構成する材料のうち、Ｃｒの使用を排除する市場動向もあり、コンタクトバリアー層の形成技術に大きな制約が生じ始めている。

そのため、最近では、コンタクトバリアー層を省略し、アルミニウム合金層と透明電極層との直接接合が可能となる、表示デバイス構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
特開２００４−２１４６０６号公報特開２００３−８９８６４号公報

しかしながら、これら先行技術に開示されたアルミニウム合金材料は、基本的にはアルミニウムを主成分とするため、表示デバイスの製造工程で使用される薬液、例えば、現像液、レジストの剥離液などに直接接触すると、浸食、汚染等が生じやすい。このため、コンタクトホールの形成を行う工程などを通過する場合、アルミニウム合金層と透明電極層とを直接接合した際の接合特性が低下することが懸念されている。そして、このような直接接合の構造を有する表示デバイスの製造方法に関し、より有効な製造方法について具体的な検討を十分にされていないのが現状である。

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、コンタクトホールの形成を行う工程を含み、アルミニウム合金層と透明電極層とが直接接合された構造を有する表示デバイスの製造方法に関し、直接接合した際の、コンタクト抵抗値の増加や接合不良を生じさせることのない、表示デバイスの製造技術を提案する。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、透明電極層との直接接合が可能なアルミニウム合金を用いたアルミニウム合金層上に形成したＳｉＮｘなどの絶縁層にコンタクトホールを形成する工程に関し、種々の検討を行った。その結果、コンタクトホール形成時のドライエッチング後に使用するレジストの剥離液を工夫することで、コンタクトホールを介した直接接合における、コンタクト抵抗特性や接合状態の良好な表示デバイスを製造できることを見出し、本発明を想到した。

本発明は、基板上に形成されたアルミニウム合金層上に、絶縁層を形成し、該絶縁層にレジストを被覆してドライエッチングにてコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを介して透明電極層と前記アルミニウム合金層とを直接接合させる工程を備える表示デバイスの製造方法において、前記レジストを剥離する剥離液は、非水系溶液を用いるものとした。

アルミニウム合金層は、主成分であるアルミニウムが非常に活性な特性を有するため、水系溶液の剥離液、即ち、水を含む剥離液を使用すると、当該剥離液とアルミニウム合金層とが直接接触した際に、その接触したアルミニウム合金層表面が浸食される。特に、有機アミンと水とを含む剥離液では、剥離液が強アルカリとなり、その浸食は特に激しい。このように浸食された表面のアルミニウム合金層上に透明電極層を直接接合させると、コンタクト抵抗値の増加やその接合不良を生じ、直接接合の信頼性が低下する。そこで、本発明者等は、コンタクトホールの形成後、絶縁層のレジストを剥離する際に、剥離液として非水系溶液を用い、剥離液がアルミニウム合金層に直接接触しても、アルミニウム合金層表面の浸食や汚染のようなダメージを与えないようにしたところ、透明電極層とアルミニウム合金層との直接接合を行った際の接合特性を良好な状態に実現できることを見出したのである。

本発明における剥離液としての非水系溶液は、極性溶剤、有機アミンのいずれか、あるいは両方を含有するものが好ましい。これらを含む非水系溶液は、コンタクトホール内の残渣、即ち、ドライエッチングによりレジストや絶縁層から生じる反応生成物のような残渣を確実に除去できるとともに、アルミニウム合金層に直接接触しても、アルミニウム合金層表面にダメージを与えないからである。

この本発明における非水系溶液については、極性溶剤として、ジメチルスルフォキシド（以下、場合によりＤＭＳＯを略す）、アセトンなどを用いることが好ましい。また、有機アミンとしては、アルカノールアミン、２−アミノエタノールなどを用いることが好ましい。これらの極性溶剤、有機アミンは、それぞれ単独で含有された非水系溶液でも、或いは複数組み合わされて含有されている非水系溶液でも特に制限されるものではない。要は水を含まない剥離液を用いることが重要となる。

また、本発明の表示デバイスの製造方法では、剥離液によるレジストの剥離後、非水系洗浄液により残存する剥離液を除去することが好ましい。レジスト剥離後においては、残存する剥離液の除去が必要となるが、この残存剥離液の除去においても非水系洗浄液を用い、アルミニウム合金層表面にダメージを与えることを極力抑制するのである。特に、有機アミンを含有する非水系溶液の剥離液を使用する場合、残存剥離液を水洗すると、有機アミンと水とが混合して強アルカリの状態を生じ、アルミニウム合金層表面を浸食し易くなるので、非水系洗浄液を用いて当該残存剥離液を除去することが望ましい。この非水洗浄液としては、イソプロピルアルコール、エタノールなどのアルコール系の洗浄液を用いることができる。

さらに、本発明の表示デバイスの製造方法では、コンタクトホールの形成に用いるドライエッチングガスとして、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）系ガス、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系ガス、無機ハロゲンガスのいずれかを用いることが好ましい。これらのドライエッチングガスであると、アルミニウム合金層に過剰なダメージを与えることなく、コンタクトホールの形成が行えるからである。

さらに加えて、上述した本発明に係る表示デバイスの製造方法は、アルミニウム合金層がＡｌ−Ｎｉ系合金からなる場合に特に有効である。アルミニウムに、ニッケルを含有したＡｌ−Ｎｉ系合金は、透明電極層と直接接合した際の接合特性に優れており、本発明の製法によりコンタクトホールを形成し該コンタクトホールを介して透明電極層と前記アルミニウム合金層とを直接接合させても、低いコンタクト抵抗値を確実に実現できるからである。

以上のように、本発明によれば、コンタクトホールの形成を行う工程を含み、アルミニウム合金層と透明電極層とが直接接合された構造を有する表示デバイスであっても、直接接合における、コンタクト抵抗特性やその接合状態の良好な表示デバイスが容易に製造可能となる。

以下、本発明に関する最良と思われる実施形態について説明する。本実施形態においては、アルミニウム合金層としてＡｌ−０．４ａｔ％Ｂ−５．０ａｔ％ＮｉのＡｌ合金を用い、透明電極層としてＩＴＯ（組成Ｉｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２）を採用して、コンタクトホールの形成を次の手順により行った。

まず、ガラス基板上に、前記組成のＡｌ合金ターゲットを用い、スパッタリング条件、投入電力３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量１００ｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａとしてマグネトロン・スパッタリング装置を用い、厚み２０００Åのアルミニウム合金層を形成した。そして、アルミニウム合金層表面にレジスト（ＯＦＰＲ８００：東京応化工業（株））を被覆し、２０μｍ幅回路形成用パターンフィルムを配置して露光処理をし、濃度２．３８％、液温２３℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（以下、ＴＭＡＨ現像液と略す）で現像処理をした。現像処理後、リン酸系混酸エッチング液（関東化学（株）社製）により回路形成を行い、剥離液（ＤＭＳＯ１００wt％）によりレジストの除去を行って、２０μｍ幅のアルミニウム合金層回路を形成した。

２０μｍ幅のアルミニウム合金層回路を形成した基板を、純水洗浄、乾燥処理を行い、その表面にＳｉＮｘの絶縁層（厚み４２００Å）を形成した。この絶縁層の成膜は、スパッタリング装置を用い、投入電力ＲＦ３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量９０ｃｃｍ、窒素ガス流量１０ｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度３００℃のスパッタ条件により行った。

続いて、絶縁層表面にポジ型レジスト（東京応化工業（株）社製：ＴＦＲ−９７０）を被覆し、１０μｍ×１０μｍ角のコンタクトホール開口用パターンフィルムを配置して露光処理をし、ＴＭＡＨ現像液により現像処理をした。そして、ＣＦ４またはＳＦ６のドライエッチングガスを用いて、コンタクトホールを形成した。コンタクトホール形成条件は、ＣＦ４ガスの場合、ＣＦ４ガス流量５０ｃｃｍ、酸素ガス流量５ｃｃｍ、圧力４．０Ｐａ、出力１５０Ｗであり、ＳＦ６ガスの場合、ＳＦ６ガス流量６０ｃｃｍ、酸素ガス流量５ｃｃｍ、圧力４．０Ｐａ、出力１２５Ｗとした。

コンタクトホール形成後、以下に示す実施例１、実施例２の剥離液（非水系溶液）、及び比較例１（水系溶液）をそれぞれ用いてレジストの除去を行った。

レジストの剥離処理
実施例１：ＤＭＳＯ（１００ｗｔ％）
剥離条件液温４０℃、５ｍｉｎ
実施例２：ＤＭＳＯ(３０wt％)＋２−アミノエタノール(７０wt％)
剥離条件液温６０℃、５ｍｉｎ
比較例１：モノエタノールアミン＋ジエチルヒドロキシアミン＋その他添加剤＋水（東京応化工業（株）社製：ＴＳＴ−ＡＱ３）
剥離条件液温４０℃、５ｍｉｎ

上記した実施例２の剥離液によりレジストの剥離処理を行った評価サンプルついては、イソプロピルアルコールを用いて残存剥離液を除去した後、水洗、乾燥処理を行った。また、実施例１及び比較例１の剥離液によりレジストの剥離処理を行った評価サンプルついては、水洗により残存する剥離液を除去した後、乾燥処理を行った。

そして、このレジストの剥離処理が終了した各サンプルに対し、ＩＴＯターゲット（組成Ｉｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２）を用いて、コンタクトホール内及びその周囲にＩＴＯの透明電極層を形成した。透明電極層の形成は、スパッタリング（基板温度７０℃、投入電力１．８Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量８０ｃｃｍ、酸素ガス流量０．７ｃｃｍ、圧力０．３７Ｐａ）を行い、厚み１０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。

このＩＴＯ膜表面にレジスト（ＯＦＰＲ８００：東京応化工業（株）社製）を被覆し、パターンフィルムを配置して露光処理をし、濃度２．３８％、液温２３℃のＴＭＡＨ現像液で現像処理をし、しゅう酸系混酸エッチング液（ＩＴＯ０５Ｎ：関東化学（株）社製）により２０μｍ幅回路の形成を行った。ＩＴＯ膜回路形成後、剥離液（ＤＭＳＯ１００wt％）によりレジストを除去した。

以上のような手順により、コンタクトホールを形成し、コンタクトホールを介してアルミニウム合金層と透明電極層とが直接接合された評価サンプルについて、そのコンタクト抵抗値を測定した。このコンタクト抵抗値の測定法は、図１に示すような四端子法に基づき、評価サンプルである素子を大気中、２５０℃、３０ｍｉｎのアニール処理後、各評価サンプルの抵抗値測定を行った。尚、このコンタクト抵抗値については、同一条件で、４個の評価サンプルを製造し、それぞれについて測定した。

また、上記実施例及び比較例の各評価サンプルに関し、レジスト剥離処理後のアルミニウム合金層の表面がどのような状態になるかを調査した。この表面状態調査は、コンタクトホール内のアルミニウム合金表面を走査型電子顕微鏡（５万倍）で観察して行った。このＳＥＭ観察結果を図２〜図５に示す。図２は上記実施例１（エッチングガスＳＦ６）において剥離液除去の際に水洗の替わりに変わりにイソプロピルアルコールを用いて洗浄した場合で、図３は上記実施例１（エッチングガスＳＦ６）の剥離液除去の際に水洗を用いた場合で、図４は実施例２（エッチングガスＣＦ４）において剥離液除去の際にイソプロピルアルコールを用いて洗浄した場合で、図５は比較例１（エッチングガスＳＦ６）において剥離液除去の際に水洗を用いた場合のＳＥＭ観察写真を示している。

表１の結果より、コンタクト抵抗値は、実施例２の場合が最も低い値となることが判明した。また、コンタクトホール形成のエッチングガスが、ＣＦ４ガスを使用した方がコンタクト抵抗値を低くする傾向が認められた。

そして、図２〜図５に示すアルミニウム合金層表面観察の結果では、
図５に示すように、比較例１の水系剥離液では、コンタクトホール内のアルミニウム合金層表面に、かなり多くのピンホールが認められ、アルミニウム合金層が相当なダメージを受けていることが確認された。一方、図２〜図４で示すように、実施例１及び実施例２の非水系剥離液であれば、アルミニウム合金層表面における浸食などのダメージが殆ど認められなかった。特に、図２と図４で示すように、非水系剥離液で、残存剥離液除去の際にイソプロピルアルコールを用いた場合においては、ピンホールのような浸食は全く確認されなかった。

表１及び図２〜図５のアルミニウム合金層表面観察の結果より、比較例１の水系剥離液では、コンタクト抵抗値は低い結果となったものの、図５で示したように、アルミニウム合金層表面に多数のピンホールが存在するため、その表面へ透明電極層を接合した際に、このピンホールにおいて、いわゆるスパイク現象（アルミニウム合金層のピンホール中に透明電極層が入り込む状態）を生じることが予想された。そして、表示デバイスの使用により接合破壊が発生する可能性が高いことが容易に予想された。そのため、この比較例１の場合における直接接合の接合信頼性は低いものと推測した。それに対し、実施例１及び実施例２の非水系剥離液であれば、コンタクト抵抗値が低く、直接接合の接合信頼性も高い素子を製造できることが判った。尚、比較例１の場合、コンタクト抵抗値が低い値となったのは、ピンホールにおけるスパイク現象に関連しているものと推測される。

四端子法による抵抗値測定素子の概略図。実施例１（エッチングガスＳＦ６）で剥離液除去をイソプロピルアルコール洗浄による場合のＥＭ観察写真。実施例１（エッチングガスＳＦ６）で剥離液除去を水洗による場合のＳＥＭ観察写真。実施例２（エッチングガスＣＦ４）で剥離液除去をイソプロピルアルコール洗浄による場合のＳＥＭ観察写真。比較例１（エッチングガスＳＦ６）で剥離液除去を水洗による場合のＳＥＭ観察写真。

Claims

基板上に形成されたアルミニウム合金層上に、絶縁層を形成し、該絶縁層にレジストを被覆してドライエッチングにてコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを介して透明電極層と前記アルミニウム合金層とを直接接合させる工程を備える表示デバイスの製造方法において、
前記レジストを剥離する剥離液は、非水系溶液を用いることを特徴とする表示デバイスの製造方法。
非水系溶液は、極性溶剤および／または有機アミンを含有する請求項１に記載の表示デバイスの製造方法。
剥離液によるレジストの剥離後、非水系洗浄液により残存する剥離液を除去する請求項１又は請求項２に記載の表示デバイスの製造方法。
コンタクトホールの形成に用いるドライエッチングガスは、パーフルオロカーボン（ＰＦＣ）系ガス、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系ガス、無機ハロゲンガスのいずれかを用いる請求項１〜請求項３いずれかに記載の表示デバイスの製造方法。