JP2007073848A

JP2007073848A - 表示デバイスの製造方法

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Publication number: JP2007073848A
Application number: JP2005261395A
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を増加させることのない、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、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、ガスを構成する全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％以下であるフッ素系ガスを含有しているものとした。
【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中の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、例えば、特許文献１に開示された表示デバイス構造においては、直接接合した際のコンタクト抵抗値がやや大きく、実用上的には更に改善する余地がある。また、本出願人の提案した特許文献２に開示された先行技術についても同様に、コンタクトバリアー層を省略した際の問題、つまり、透明電極層とアルミニウム合金層とを直接接合するための製造工程上の問題については、具体的な検討が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、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を増加させることのない、表示デバイスの製造技術を提案することが目的である。

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際のドライエッチング処理や、絶縁層に被覆したレジストの剥離処理に関し、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ガスと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値を確実に低い状態にできることを見出し、本発明を想到した。

本発明は、基板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、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、ガスを構成する全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％以下であるフッ素系ガスを含有しているものとした。

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、絶縁層にコンタクトホールを形成するときに用いるドライエッチングガスと接触すると、アルミニウム合金層の表面にガスとの反応で生じるアルミニウム化合物が形成される。特に、ＴＦＴなどの表示デバイスの製造においては、フッ素を含むパーフルオロカーボン（以下、ＰＦＣ略す）系ガスやハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系ガスが多用されているが、このようなドライエッチングガスを用いると、コンタクトホールを形成した際の露出したアルミニウム合金層の表面にはフッ化アルミニウムが形成されることが知られている。このようなフッ化物は、透明電極層との直接接合した際に、その接合界面に存在することになり、これがコンタクト抵抗値の増大と考えられた。

そこで、本発明者等は、ドライエッチング時のガス成分に着目し、ガス中のフッ素の割合がなるべく少なく、フッ化アルミニウムの形成が少ないドライエッチングガスとして、ガスを構成する全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％以下であるフッ素系ガスを使用したところ、コンタクト抵抗値を非常に低い状態の表示デバイスが製造できたのである。

本発明のドライエッチングガスである、ガスを構成する全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％以下であるフッ素系ガスとしては具体的には、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ１２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ５Ｆ８などのＰＦＣ系ガスを用いることができる。無機ハロゲンガスＳＦ６（ガスの構成全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％超えている）のような、ドライエッチングガスを用いると、コンタクト抵抗値が増加する傾向が著しくなる。尚、本発明に係る表示デバイスの製造方法において、ドライエッチングガス中に、酸素、窒素、水素、アルゴンなどのガスを含有させて、ガス濃度の均一性を維持し、コンタクトホールの形成能力を制御することは適宜対応することができる。

本発明におけるフッ素系ガスとしてはＰＦＣ系ガスが好ましく、実用上ＣＦ４ガスであることが特に望ましい。コンタクト抵抗値を確実に低い値に維持できることが確認されたからである。

また、本発明に係る表示デバイスの製造方法においては、コンタクトホール形成後に行うレジストの剥離は、有機アミンおよび／または極性溶剤を含む剥離液を用いることが好ましい。

コンタクトホール形成後においては、絶縁層に被覆されたレジストの剥離処理を行うが、コンタクトホール内には、ドライエッチングにより生じたレジストや絶縁層の反応生成物が残存し、このような残渣を確実に除去することが低コンタクト抵抗値を実現するために必要となる。そして、レジストの剥離処理の際には、コンタクトホール内のアルミニウム合金層表面に大きなダメージを与えないことも低コンタクト抵抗値を実現するために必要であると考えられる。

そこで、種々のレジスト剥離液を検討したところ、有機アミン或いは極性溶剤を含む剥離液が、低コンタクト抵抗値を実現するのに、非常に好適であることが判明した。この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が挙げられ、極性溶剤としては、ジメチルスルフォキシド、アセトンなどが挙げられる。そして、この有機アミンと極性溶剤とは、ともに混在していても、それぞれ単独で含有されている剥離液でも構わない。

本発明に係る表示デバイスの製造方法においては、実用上、極性溶剤としてジメチルスルフォキシド（以下、ＤＭＳＯと略す）を用いることが好ましい。ＤＭＳＯを含む剥離液であると、コンタクト抵抗値を確実に低い値に維持できることが確認されたからである。また、極性溶媒としてのＤＭＳＯを含む剥離液については、液中のＤＭＳＯ濃度が５ｗｔ％以上であることが望ましい。

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、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、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値が低い表示デバイスを容易に製造可能となる。

以下、本発明に関する最良の実施形態について説明する。
第一実施形態：この第一実施形態では、コンタクトホール形成後の剥離液の相違によるコンタクト抵抗値について調べた結果について説明する。本実施形態では、アルミニウム合金層としてＡｌ−０．４ａｔ％Ｂ−５．０ａｔ％ＮｉのＡｌ−Ｎｉ系合金を用い、透明電極層としてＩＴＯ（組成Ｉｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２）を採用した。また、コンタクトホール形成は次のようにして行った。

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、以下に示す剥離液１〜３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
剥離液１：アセトン
剥離条件室温、５ｍｉｎ
剥離液２：ＤＭＳＯ(１００wt％）
剥離条件液温４０℃、５ｍｉｎ
剥離液３：ＤＭＳＯ(３０wt％)＋２−アミノエタノール(７０wt％)
剥離条件液温６０℃、５ｍｉｎ

上記した剥離液１及び２によりレジストの剥離処理を行った各評価サンプルは、残存する剥離液を水洗除去した後、乾燥処理を行った。剥離液３によりレジストの剥離処理を行った各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する剥離液を除去した後、水洗、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（関東化学（株）社製ＩＴＯ０５Ｎ）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。その測定結果を表１に示す。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。

表１には、２種のドライエッチングガスに関し、剥離液１〜３を用いた場合の全ての結果を示している。表１で示すように、ドライエッチングガスがＳＦ６の場合、明らかにＣＦ４ガスに比べて、コンタクト抵抗値が大きくなる傾向が確認された。一方、ＰＦＣ系ガスであるＣＦ４の場合、コンタクト抵抗値は基本的に低い状態であることが認められ、特に、ＤＭＳＯを含有する剥離液を使用した場合には、非常に小さな値のコンタクト抵抗値を実現できることが判明した。

続いて、アルミニウム合金層組成について調べた結果を説明する。上記したＡｌ−Ｎｉ系合金のアルミニウム合金層と比較するため、Ａｌ−２．０ａｔ％Ｎｄ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、コンタクトホールを形成し、アニール後のコンタクト抵抗値の測定を行った。成膜条件、コンタクトホールの形成条件、剥離条件、抵抗値の測定は上記条件と同様にした。また、このＡｌ−Ｎｄ合金のアルミニウム合金層については、上記剥離液３、ドライエッチングガスＣＦ４におけるコンタクト抵抗値の測定を行った。

その結果、Ａｌ−Ｎｄ合金のアルミニウム合金層の場合（剥離液３、ＣＦ４）、４個の評価サンプルのコンタクト抵抗値は、５３１Ω、１７１００Ω、４６７Ω、２８７０Ωであり、平均５２４２Ωであった。表１に示すＡｌ−Ｎｉ系合金のアルミニウム合金層の結果（剥離液３、ＣＦ４）に比べ、かなり大きな値のコンタクト抵抗値となっていた。Ａｌ−Ｎｉ系合金に比べＡｌ−Ｎｄ合金のコンタクト抵抗値が大きくなった理由は、Ａｌ−Ｎｄ合金のアルミニウム合金層とＩＴＯの透明電極層との直接接合においてはオーミック接合とならず、ダイオード特性を示す接合状態になっており、素子のアニール処理を行った際に、接合界面においてＩＴＯ側の酸素をＡｌ−Ｎｄ合金が奪い、接合界面に酸化層を形成し、ＭＩＭ（金属−絶縁物−金属）構造を形成するためと推測される。

第二実施形態：この第二実施形態では、透明電極層を形成するＩＴＯ膜組織の違いによるコンタクト抵抗値について調査した結果を説明する。本実施形態の透明電極層としては、非結晶ＩＴＯ（ＡＭＯ−ＩＴＯ）、多結晶ＩＴＯ（Ｐｏｌｙ−ＩＴＯ）の二種類の組織について調べた。アルミニウム合金層としては、第一実施形態と同様のＡｌ−０．４ａｔ％Ｂ−５．０ａｔ％Ｎｉ合金を用いた。コンタクトホール形成条件については、第一実施形態と基本的に同じである。但し、ＡＭＯ−ＩＴＯの形成条件は、スパッタリング（基板温度１００℃、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）とした。また、Ｐｏｌｙ−ＩＴＯの形成条件は、スパッタリング（基板温度２５０℃、投入電力１．８Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量８０ｃｃｍ、酸素ガス流量１．９ｃｃｍ、圧力０．３７Ｐａ）とした。また、コンタクトホール形成後のレジスト剥離処理は、上記第一実施形態の剥離液２を用いた。尚、その他各成膜条件、厚み、回路幅、フォトリソグラフィー処理、コンタクト抵抗値の測定などについては、第一実施形態の場合と同様である。表２にコンタクト抵抗値の測定結果を示す。

表２に示すように、ＩＴＯ膜の組織の相違により、コンタクト抵抗値が変化することが判明した。特に、ＩＴＯ膜が非晶質のもの、即ちアモルファスのＩＴＯ膜であると、コンタクト抵抗値が小さくなることが判明した。

四端子法による抵抗値測定素子の概略図。

Claims

基板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、
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、ガスを構成する全元素数に対するフッ素元素数の割合が８０％以下であるフッ素系ガスを含有していることを特徴とする表示デバイスの製造方法。
フッ素系ガスは、ＣＦ４ガスである請求項１に記載の表示デバイスの製造方法。
コンタクトホール形成後に行うレジストの剥離は、有機アミンおよび／または極性溶剤を含む剥離液を用いる請求項１又は請求項２に記載の表示デバイスの製造方法。
極性溶剤が、ジメチルスルフォキシド（ＤＭＳＯ）である請求項３に記載の表示デバイスの製造方法。
アルミニウム合金層は、Ａｌ−Ｎｉ系合金からなる請求項１〜請求項４いずれかに記載の表示デバイスの製造方法。