JP2008170744A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して、配線材料等の酸化を防止できると共に、導電率が高い配線、電極又は端子電極を備えた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】 本発明では、ＴＦＴ型液晶表示装置のＴＦＴ側基板の上に形成されたゲート配線あるいはゲート電極であって、配線あるいは電極は、二つの異なる絶縁層あるいは絶縁物に挟持された構造を有し、これらは銅を主成分とした第一の層と、当該第一の層の外周部を被覆する酸化物からなる第二の層からなり、さらに第二の層の組成式が、ＣｕＸＭｎＹＳｉＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ，０＜Ｚ＜Ｙ）であること、を特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｍｎを含む酸化物被膜（Ｍｎ系酸化物被膜）で覆われた銅（Ｃｕ）を主成分としてなる、ゲート配線を備えた液晶表示装置およびその製造方法に関する。

近年、薄くて軽量であり、しかも低電圧で駆動できる、消費電力が少ない液晶表示装置（ＬＣＤ）が広く使用されるようになった。そして、この液晶表示装置は、年々大画面化し、ＴＶ画像のような動画を表示するように要求されている。それには、低抵抗で導電性の高い材料によって配線を構成する必要がある。

このような、液晶表示装置の大画面化に伴って、ゲート配線材料は、モリブデン合金からアルミニウム合金又はアルミニウムクラッドなどへと変遷してきた。アルミニウム（Ａｌ）には、ヒロック、エレクトロマイグレーション等の問題がある。

例えば、特許文献１に開示されたように、Ａｌ−Ｎｄ合金からなる配線材料が提案され、あるいは、陽極酸化したＡｌ、あるいは、Ｍｏ合金でクラッド化したＡｌ、二層化したＡｌが使用されている。そして、このＡｌＮｄ合金の場合は、抵抗率が５．１μΩ・ｃｍであり、純Ａｌでは２．５μΩ・ｃｍである。

そのため、純Ａｌを実際に用いるには、ヒロック、マイグレーション等の対策として、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／あるいはＭｏ／Ａｌ／Ｍｏの３層構造の配線を用いることになる。これによって、成膜の工程が増えることが問題として残る。

一方で、これらのゲート電極材料よりも低い電気抵抗を有する材料として、銅が注目されるようになった。しかしながら、銅は、ＬＣＤのＴＦＴ基板である、ガラスとの密着性が悪いことに加え、絶縁層を形成する際に、酸化され易いとの問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、近年、ＴＦＴ−ＬＣＤでは合金化した銅配線を用いる技術が試みられている。この技術は、合金元素が、基板と反応生成物を形成することによって、基板との密着性を確保し、同時に、添加元素がＣｕ表面で酸化物を形成することによって、Ｃｕの耐酸化性膜として作用することを狙ったものである。

しかし、提案された技術では、狙った特性が十分に発現されていない。すなわち、Ｃｕ中に合金元素が残留することによってＣｕの電気抵抗が高くなり、Ａｌ又はＡｌ合金を用いた配線材料に対する優位性を、示すことができなかった。

さらに、特許文献２に示すように、ＴＦＴ−ＬＣＤに銅配線を用いるためには、Ｃｕと基板との間にＭｏ合金膜を形成し、これによって基板との密着性及びバリア性を、確保する技術が考えられている。

しかしながら、この技術では、Ｍｏ合金を成膜する工程が増加すると共に、配線の実効抵抗が増加するという問題がある。さらに、ソース電極及びドレイン電極にはＣｕ単層を用いているが、その安定性には問題が残る。

また、特許文献３には、Ｃｕ配線に関するこれらの問題点を解決するために、Ｃｕの周りにＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮなどの高融点窒化物を形成する技術が提案されている。しかしながら、この技術では、従来の配線材料に比べるとバリア層を形成するための材料と、さらに付加的なプロセスが必要であること、及び高抵抗のバリア層を厚く成膜するため、配線の実効抵抗が上昇するという問題がある。

また、特許文献４には、ＴＦＴ−ＬＣＤの配線にＣｕにＭｇ、Ｔｉ、Ｃｒのうち一種以上の元素を添加することによって密着性と耐酸化性を向上させることが開示されている。しかしながら、添加元素が配線中に残存して配線抵抗が増加するという問題がある。また、添加元素が基板の酸化物を還元し、還元された元素が配線中に拡散して配線抵抗が増大するという問題もある。

特許文献５には、Ｃｕに０．３〜１０重量％のＡｇを添加して、耐酸化性の向上を図ることが開示されている。しかしながら、ガラス基板との密着性が改善されておらず、液晶プロセスに耐え得る、十分な耐酸化性が得られないという問題がある。

特許文献６には、密着性を向上させるために、Ｃｕに０．５〜５重量％のＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇのうち少なくとも１種の元素を添加した銅合金が提案されている。しかしながら、添加元素によって配線の電気抵抗が上昇するという問題がある。

特許文献７には、Ｃｕに０．１〜３．０重量％のＭｏを添加し、Ｍｏを粒界に偏析させることで、粒界拡散による酸化を抑制することが提案されている。しかしながら、この技術はＣｕの耐酸化性を向上させることは出来るものの、配線抵抗が増加するという問題がある。

特許文献８では、Ｃｕ に適切な添加元素を添加した銅合金によって、この添加元素が酸化膜を形成して保護被膜となり、Ｃｕの酸化を抑止し、保護被膜を隣接する絶縁層との界面に形成して、相互拡散を抑止する。これによって、高導電性で、かつ、基板との密着性に優れた銅配線を提供している。さらに、この銅配線を用いた液晶表示装置を提供する。この外添加元素の一つがＭｎであることが好ましいとの示唆がある。

特許文献９では、ＴＦＴ−ＬＣＤに用いるＴＦＴ構造を提案し、Ｃｕ合金をゲート電極に適用した場合、ゲート電極が酸化膜で被覆されるＴＦＴ構造を具体的に提示している。その中で、Ｃｕを第１の金属とすると、第２の金属にはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｂ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｙ，Ｙｂ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｔｈ，Ｃｒの中から選ばれた少なくとも１種であると提示している。しかしながら、この第２の金属は本発明の添加元素とは異なる。
特開２０００−１９９０５４号公報 特開２００４−１６３９０１号公報 特開２００４−１３９０５７号公報 特開２００５−１６６７５７号公報 特開２００２−６９５５０号公報 特開２００５−１５８８８７号公報 特開２００４−９１９０７号公報 ＷＯ ２００６−０２５３４７ 特許３３０２８９４号公報

上述したように、これらの従来技術では、Ｃｕに合金添加元素を添加して基板との密着性及び耐酸化性を確保する試みがなされたが、いずれの場合も十分な結果が得られていない。

特に、文献８では、この銅配線を用いた液晶表示装置が示唆されているが、この示唆された技術のみでは、液晶表示装置に用いるゲート配線構造を具現化するに十分な構成を果たすことができない。また、文献９においては、ゲート電極を被覆する酸化膜は酸素雰囲気中での加熱処理によって形成される第２の金属を主体とする酸化層であることが明示されているが、本発明にあるように、加熱処理によってＣｕ合金とそれが接するＳｉ酸化膜とが反応してゲート電極の酸化被膜を形成して基板との密着性を確保することは、まったく解明されておらず、その示唆すらない。

すなわち、Ｃｕ合金を成膜する工程を少ないプロセスで実現する、配線の実効抵抗を低下させる、およびガラス基板との密着性を改善するという、これらの課題の全てを解決することが必要であるが、上述の従来技術では、これらを解決することができず、実際の製品を製造するのは困難である。

本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであって、その課題は、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して、配線材料等の酸化を防止できると共に、導電率が高い配線、電極又は端子電極を備えた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。そして、これらの課題を同時に満たし、実際の製造プロセスに適用可能な配線、電極又は端子電極を、形成することである。

上記目的を達成するために、本発明では、ＴＦＴ型液晶表示装置のＴＦＴ側基板の上に形成されたゲート配線あるいはゲート電極であって、配線あるいは電極は、二つの異なる絶縁層あるいは絶縁物に挟持された構造を有し、これらは銅を主成分とした第一の層と、当該第一の層の外周部を被覆する酸化物からなる第二の層からなり、さらに第二の層の組成式が、ＣｕＸＭｎＹＳｉＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ，０＜Ｚ＜Ｙ）であること、を特徴とする。

この第一の層は、銅合金から形成され、該銅合金の添加元素は、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｐｒ 及びＮｄ からなる群から選択された少なくとも１種の金属であってもよい。

あるいは、第一の層は、銅合金から形成され、該銅合金の添加元素は、Ｍｎであってもよい。

Ｍｎの添加量が、０．５−２５ ａｔ ％であること、を特徴としてもよい。

第二の層は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であってもよい。

前記配線あるいは電極を挟持する絶縁層あるいは絶縁膜がガラスを含むこと、を特徴としてもよい。

前記配線あるいは電極を挟持する絶縁層あるいは絶縁膜がＳｉＮＸ、ＳｉＯＸあるいはＳｉＯＸＮＹのいずれかの群から選択された一つであること、を特徴としてもよい。

第二の層が、Ｃｕ およびＳｉを含むこと、を特徴としてもよい。

第二の層の膜厚が、１−３０ｎｍであること、を特徴としてもよい。

ＴＦＴ型液晶表示装置は、ゲート配線が形成されるＴＦＴ基板側にコモン電極を形成してもよい。

一対の基板に液晶材料を挟持したＴＦＴ型液晶表示装置であって、一対の基板のうち、ＴＦＴ基板側に形成されたゲート配線あるいはゲート電極が、珪素を含有する二つの異なる絶縁層から挟持され、該ゲート配線あるいはゲート電極が酸化物で被覆された配線構造を有し、銅を主成分としてＭｎを添加した層であって、配線構造の他方は、その組成式がＣｕＸＭｎＹＳｉＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ，０＜Ｚ＜Ｙ）であって、かつ、配線構造の一方を、他方が被覆する形状で形成されていること、を特徴とする。

配線構造の他方は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であること、を特徴とする。

第二の層の膜厚が １−３０ｎｍ であること、を特徴としてもよい。

上述のＴＦＴ型液晶表示装置は、ゲート配線あるいはゲート電極が形成されるＴＦＴ基板側にコモン電極が形成されること、を特徴としてもよい。

有機ＥＬ型表示装置の一方の基板上に形成された走査線であって、二つの異なる絶縁層あるいは絶縁物に挟持された構造を有し、これらは銅を主成分とした第一の層と、当該第一の層の外周部を被覆する酸化物からなる第二の層からなること、を特徴としてもよい。

第二の層の組成式がＣｕＸＭｎＹＳｉＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ，０＜Ｚ＜Ｙ）であること、を特徴としてもよい。

第二の層は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であること、を特徴としてもよい。

本発明によれば、配線あるいは電極の電気抵抗率を純銅に近くし、低抵抗とし、かつ、その配線表面にＣｕの酸化を防止すると共に基板との密着性が高い酸化被膜層を形成した銅合金の配線あるいは電極有した液晶表示装置を実現でき、ゲート電圧パルスの伝播遅延に起因する画像のムラを抑えることができる。さらに、配線及び電極の工程を短縮し、ＴＦＴ工程の簡略化に寄与し、製造コスト低減の効果を期待できる。さらに、本発明は有機ＥＬ表示装置に同様の効果をもたらす。

以下、本発明の実施例を、図面に基づき説明する。本実施例において、ＴＦＴ基板上のａ−Ｓｉ ＴＦＴに関する各電極及びマトリックスを構成する配線に、本発明の銅合金を適用する技術を説明する。先ず、本発明に利用される液晶表示装置について説明する。

図１は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｓｉｐｌａｙ）モジュールの断面の概念図を示す。液晶表示装置は大画面化の動向になり、アクティブ・マトリックス方式ＬＣＤが用いられる。それを代表するのが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によってＬＣＤを駆動するＴＦＴ−ＬＣＤである。図１はそのＴＦＴ−ＬＣＤモジュールを表す。その構成は、ＬＣＤパネル１、駆動回路２、バックライト３及びシャーシ４からなる。 ＬＣＤパネル１は、上下に配置されたＴＦＴ基板１１とカラーフィルタ（ＣＦ）基板１２からなる。

駆動回路２は、外部からＬＣＤパネル１に電気信号を与えて駆動するものである。その構成は、ＬＣＤドライバＬＳＩ・チップ２１あるいはＬＣＤドライバＬＳＩ、多層プリント板（ＰＣＢ）２２、コントロール回路２３からなる。ＬＣＤドライバＬＳＩチップ２１あるいはＬＣＤドライバＬＳＩは異方性導電性フィルムによってＬＣＤパネルの端子電極と電気的に接続される。それに、バックライト・ユニット３１１が付設され、シャーシ４によってモジュール構造が出来上がる。

図２は、ＬＣＤパネル１の断面の概念図である。ＴＦＴ基板１１とＣＦ基板１２の間隙に液晶層（ＬＣ層）１３が形成される。その間隙は、３〜５μｍ程度であり、この間隙寸法は、スペーサ１４をパネル内部に配置して制御する。液晶層は液状であり、周辺のシール１５によって封着される。液晶層では液晶分子の配列を光学結晶として機能するように制御する。基板内面の界面に対して液晶分子を縦あるいは横に配列させる。これを配向という。

その配向膜１７がＴＦＴ基板１１及びＣＦ基板１２の内面、いわゆる、液晶層側に塗布される。さらに、偏向フィルム１８および１９が、ＴＦＴ基板１１及びＣＦ基板１２の外面に配置されている。ＴＦＴ基板には、ＴＦＴ１１１、保持容量（Ｃ_Ｓ）１１２、画素電極１１３が配置される。ＴＦＴ１１１、保持容量１１２、画素電極１１３が一つの画素の基本構成になる。一つのＬＣＤパネルには、この画素が数１００万個配置される。このため、これらの画素はＴＦＴ基板１１上で配線によって、マトリックス状に接続されている。

対向するＣＦ基板１２には、ブラックマトリクス（ＢＭ）１２１、三原色（赤、緑、青）からなるカラーフィルタ（ＣＦ）１２２、共通電極１２３からなる。共通電極１２３については、通常、ＣＦ基板側に配置されるが、ＩＰＳ液晶（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードでは、ＴＦＴ基板１１に配置される。図３にＩＰＳ液晶の模式図を示す。

図２において、共通電極１２３は透明電極であり、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）あるいはＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）が用いられる。これを外部に引き出すため、ショート部分１６１よって、ＴＦＴ基板１１に引き出される。各電極は、接続パッド１６２によって駆動回路２と電気的に接続される。また、ＴＦＴ基板１１及びＣＦ基板１２には、光に対して透明性が要求され、硬質ガラスが用いられる。なお、図３に示すＩＰＳ液晶に関しては、ＵＳＰ２，７０１，６９８およびＵＳＰ５，５９８，２８５を参照されたい。

図４は、画素部３１及びＴＦＴ部３２の平面図、断面図 とその等価回路である。各画素はゲート配線３３と信号配線３４に接続している。従って、図４の平面図にみるように、ＴＦＴ部は３種の電極であるゲート電極３５１、ソース電極３５２及びドレイン電極３５３を有する。ドレイン電極３５３はスルーホールを通して画素電極１１３に接続する。

図５の断面図でわかるように、半導体はアモルファスシリコン ａ−Ｓｉ ３６であり、ゲート絶縁膜３７はシリコンナイトライドＳｉＮ_Ｘ あるいはシリコン酸化膜ＳｉＯ_ｘ あるいはそれらの積層膜、または有機物層である。各画素部の等価回路（図６）に表わすと、ＴＦＴの各電極間には寄生容量Ｃ_ｇｓ、Ｃ_ｇｄ、Ｃ_ｄｓが付加される。対向基板上の共通電極１２３との間には液晶層があり、等価回路ではＣ_ｌｃになる。これと並列に、蓄積容量Ｃ_ｓ が形成されている。

図７、図８、図９には、３種類のａ−Ｓｉ ＴＦＴ構造を示す。スタガ型であるトップゲート構造、逆スタガ型であるチャネルストッパ構造、逆スタガ型であるチャネルエッチ構造がある。これらの中で、実用上は、図９のチャネルエッチ構造を用いることが多い。

次に、ＴＦＴのゲート配線に適用した実施例を示す。ａ−Ｓｉ ＴＦＴでは、逆スタガ型チャネルエッチ構造を用いることが多い。この場合、ゲート電極はガラス基板上のスパッタ法で成膜し、ウエットエッチングによってパターンを形成する。

その場合には、図１０の断面図のように、機械的ストレスを軽減するためテーパ形状を有する。銅合金の一つであるＣｕＭｎをゲート電極として用いた場合のＴＦＴ構造を提供する。ガラス基板には、無アルカリ・ガラスを使用する。無アルカリ・ガラスの組成の一例を以下に示す。

成分 含有率（％）
ＳｉＯ_２ ４９．０
Ａｌ_２Ｏ_３ １１．０
Ｂ_２Ｏ_３ １５．０
金属（Ｆｅなど） ２５．０
アルカリ −

次に、このガラス基板上にＣｕＭｎ合金のスパッタリングによりＣｕＭｎ薄膜を成膜する。膜厚は約２００ｎｍ程度である。その後に、基板を微量の酸化性雰囲気中または酸素を不可避不純物として含有する純アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で２００―４５０℃以上に３分―５０時間加熱処理することにより、ＭｎがＣｕ中を拡散して、ガラスの界面とＣｕＭｎ 薄膜の表面に１−１０ｎｍの厚みの酸化物層４５を形成する。

ゲート電極３５１とガラス基板１１との界面では、ＣｕＭｎ中の添加元素であるＭｎが拡散して、界面でガラス中のＳｉＯ_２と反応し、形成される酸化物は、（Ｃｕ，Ｍｎ，Ｓｉ）Ｏ_ｘになる。この酸化物により、ゲート電極とガラス基板との密着性を確保することができる。さらに、酸化物である（Ｃｕ，Ｍｎ，Ｓｉ）Ｏ_ｘがＣｕのガラス中への拡散を防止する機能を果たし、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して、配線材料等の酸化を防止できる。

一方、ＣｕＭｎ膜の表面では雰囲気中の酸素と反応して数ｎｍ厚みの酸化物層（Ｃｕ，Ｍｎ）Ｏ_ｘを形成する。その後に、ゲート電極はウエット・エッチングによりパターニングされ、その両端はテ―パ状になる。さらに、これを微量の酸素雰囲気中または酸素を不可避不純物として含有する純アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で２００−４５０℃に加熱処理して、同様にテーパ部に酸化物層４５を形成する。

次に、酸化物層を形成する他の方法について説明する。ゲート電極の形成に続いて、ゲート絶縁膜及び半導体膜であるＳｉＮ／ａ−Ｓｉ／ｎ＋ ａ−Ｓｉの三層を、プラズマＣＶＤによって連続的に成膜する。このときの基板温度は３００−３５０℃であり、加熱処理に十分な温度となる。プラズマＣＶＤ装置に基板を投入する際に、基板温度３００−３５０℃の微量な酸素雰囲気中で酸化物層４５を形成することができる。ガラス基板との界面では上述と同様の酸化物層になる。

一方、ゲート電極とゲート絶縁膜の界面に形成される酸化物層４５は、最終的に（Ｃｕ， Ｍｎ，Ｓｉ）Ｏ_Ｘになる。この酸化物層４５は、ゲート電極とゲート絶縁膜との密着性を確保し、かつ、Ｃｕのゲート絶縁膜への拡散を防止できる。また、ゲート絶縁膜がＳｉＯＮの場合もあり、このときには、ＣｕＭｎ中を拡散したＭｎはゲート絶縁膜の酸素と反応して酸化膜４５を形成する。この場合の酸化膜４５も最終的には上述と同様の組成になる。

このようにして、ＣｕＭｎ合金中のＭｎは拡散して酸化物層４５に固定されることから、ゲート電極は純Ｃｕに近くなる。純Ｃｕの抵抗率が１．７μΩ・ｃｍに対して、微量の酸素雰囲気中で２００−２５０℃の加熱処理により、抵抗率２．２μΩ・ｃｍを得た。この値は十分にＡｌの抵抗率よりも低い。ＣｕＭｎの薄膜からＭｎのほとんどが加熱処理によって逃げ出ししていまい、酸化物層を形成するので、配線本体は、純銅に近い抵抗率を実現することができるのである。

ゲート電極は、この状態でゲート配線を形成することから、ゲート電圧パルスの伝播遅延を軽減し、その結果、シェーディングによるＬＣＤの明るさのムラを軽減できる。

本実施例では、ガラス基板とゲート絶縁膜、いわゆる異種の絶縁層に挟持されたゲート電極あるいはゲート配線に、新たな銅合金であるＣｕＭｎを適用し、電極を被覆する酸化物層４５を形成し、接する絶縁層であるガラス基板及びゲート絶縁膜へのＣｕの拡散侵入を防ぎ、かつ、接する絶縁層との密着性を確保したことを特徴とする。

これにより、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して配線材料等の酸化を防止できると共に、導電率が高い配線、電極又は端子電極を備えた液晶表示装置を実現することができる。

さらに、ゲート電極及びゲート配線である銅合金ＣｕＭｎは、Ｍｎが被覆酸化物層４５に拡散することにより純銅に近い状態になる。すなわち、本発明のゲート電極及びゲート配線は、純銅に近い低抵抗を実現できる。さらに、ゲート絶縁膜であるＣｕＭｎ層は単層の成膜でよく、被覆する酸化物層４５を形成することにより、純銅に近い低抵抗を実現し、画像のシェーディングを軽減することができる。

また、従来のＣｕ配線ではＣｕ合金／純Ｃｕ／Ｃｕ合金の３層を成膜したのに対し、本発明ではＣｕＭｎ合金の単層の成膜でよく、この成膜工程を短縮でき、コスト低減に非常に有効である。

このような特徴を有することにより、本発明の液晶表示装置においては、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して配線材料等の酸化を防止できると共に、実現可能な銅配線を用いた液晶表示装置を、提供することが可能となるのである。
［Ｃｕ合金］

本発明の液晶表示装置に適用する、銅合金における添加元素について説明する。本発明の液晶表示装置に関して、ＴＦＴ−ＬＣＤにおけるゲート配線３３、ゲート電極３５１に適用される、銅合金における添加元素は、酸化物形成自由エネルギーはＣｕより負の大きい値をとり、かつ、Ｃｕ中における添加元素の拡散係数（以下、特に断らない限り単に、拡散係数という。）がＣｕの自己拡散係数より大きい金属である。

添加元素の拡散係数をＣｕの自己拡散係数より大きなものを選択することによって、Ｃｕ表面に速く到達させて、Ｃｕ合金表面に添加元素による酸化被膜層を優先的に形成させることができる。

すなわち、これは、添加元素の拡散係数がＣｕの自己拡散係数より小さいと、添加元素がＣｕ合金表面に到達するまでに相当の時間が必要なために、Ｃｕ合金表面ではＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏ等のＣｕ酸化被膜層を形成してしまう。

この場合、Ｃｕ酸化被膜層は強固でないために、酸素がＣｕ酸化被膜層の内部に侵入し、Ｃｕ合金内部で添加元素の酸化物を形成する。さらに、Ｃｕの酸化が進行すると金属状態のＣｕが次第に少なくなり、液晶表示装置の配線等に使用されている場合には、電気抵抗が大きくなる。

そこで、本発明に適用する銅合金では、添加元素の拡散係数をＣｕの自己拡散係数より大きなものを選択することによって、この課題の解決を図った。

次に、本発明に適用される銅合金の添加元素を、具体的に説明する。銅合金における添加元素としては、Ｃｕ合金中の添加量が０．１〜２５ａｔ ％の範囲で固溶する添加元素が好適である。Ｃｕ合金中で固溶状態にないと、添加元素が拡散しにくいからである。特に、Ｃｕと金属間化合物を形成すると、添加元素は殆ど拡散しなくなるからである。

さらに、Ｃｕ合金中の添加元素の添加量が０．１ａｔ ％未満では、形成される酸化被膜層が薄くなってＣｕの酸化進行を阻止することができなくなる。一方、添加元素の添加量が２５ａｔ ％を越えると、常温近傍で添加元素の固相が析出することがある。

本発明に適用するＣｕ合金における添加元素は、具体的に、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｐｒ及びＮｄからなる群から選択される、少なくとも１種である。これらは単独でもよいし、複数の添加元素を同時に適用することもできる。特に、マンガン（Ｍｎ）であることが好ましい。Ｃｕ合金には、不可避的に、例えば、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｐｂ、Ｓｉ等の不純物が混入する場合があるが、これらについて、例えば銅合金の電気伝導度、引張強度等の低下を招かない限り、許容される。

本発明において、Ｃｕ合金を形成する方法は、特に限定されない。すなわち、電界メッキ法、溶解メッキ法等のメッキ法、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理蒸着法を用いることができる。このようにして成膜されたＣｕ合金を熱処理することで酸化被膜層が形成される。

熱処理温度は、例えば、１５０〜４５０℃であり、熱処理時間は、例えば２分〜５時間の範囲である。熱処理温度が１５０℃未満では酸化被膜の形成に時間がかかり、生産性が低下する。一方、４５０℃を越えるとＣｕ合金の添加元素が表面に拡散、到達する前に、Ｃｕが酸化して酸化被膜を形成するという問題がある。また、熱処理時間が２分未満では酸化物膜厚が薄く、一方、５時間を越えると酸化物被膜の形成に時間がかかり過ぎる。

次に、本発明の銅合金の１種であるＣｕＭｎにおいて、低抵抗率を実現する一例を示す。熱処理によってＣｕＭｎは、配線あるいは電極本体とそれを被覆する酸化膜層になる。熱処理時間（秒）とその配線本体の抵抗率（μΩ・ｃｍ）との関係を加熱雰囲気中の酸素濃度（ｐｐｍ）をパラメータに実施例を図１１に示す。

図１１の測定では、配線本体の上側の表層部にもＣｕとＭｎとを含む酸化物を形成し、この上層表層部の酸化物層を除去し、Ｃｕ配線本体を露出させてＣｕ配線本体の電気抵抗率を測定した。その結果によると、Ｃｕ配線本体の抵抗率は極めて低く、酸素濃度５０ｐｐｍ、熱処理時間４分において２．２μΩ・ｃｍであり、純粋なＣｕバルク材料の電気抵抗率１．７μΩ・ｃｍに近い値になった。すなわち、ＴＦＴ−ＬＣＤにおいて、低抵抗配線を実現し、画質向上を図るに、十分な数値を実現することができた。

また、図１２には、同様に、熱処理時間に対する相対抵抗率を加熱時間をパラメータとした実施例を示す。加熱時間１５０℃〜４００℃において、加熱時間約２分で低抵抗率に飽和することがわかる。これは、工程時間としては十分に短く、ＴＦＴ−ＬＣＤの製造に十分な数値である。
［シェーディング］

次に、本発明の顕著な効果である、配線の低抵抗化による画像品質の向上のうち、特に、シェーディングの削減効果について、説明する。先ず、ＴＦＴ−ＬＣＤの動作について、具体的に説明する。本発明に用いる表示装置は、画素がマトリックス状に配置されたＬＣＤを用い、これをアクティブ・マトリックス方式（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ）ＬＣＤ（ＡＭ−ＬＣＤ）という。

例えば、デジタルＴＶ用ＴＦＴ−ＬＣＤの場合、フルＨＤ仕様ではその画素数が（１９２０ｘ３）ｘ１０８０になる。すなわち、走査線が１０８０であり、一方、１つの絵素は３原色（赤、緑、青）からなるために、水平方向を３倍し、信号線が５７６０になる。このＴＦＴ−ＬＣＤでは、画素を構成するＴＦＴのゲート電極には、図１３に示すゲート電圧Ｖ_Ｇが印加される。通常、Ｖ_Ｇは１０−１５Ｖとなる。

一方、ソース電極には信号電圧Ｖ_Ｓが印加され、ゲート電圧パルスが走査信号になる。１画面を表示するフレーム周波数を６０Ｈｚとすると、フレーム時間は１６．７ｍｓとなる。線順次走査で１０８０本の走査線を走査すると、ゲート電圧パルス幅は約１６μｓになる。

図１３のように、ゲート電圧パルスの周期は１６．７ｍｓ、パルス幅は約１６μｓである。一方、液晶を駆動するために、ソース電極に印加される信号電圧は、ＬＣＤ駆動電圧Ｖ_ｌｃを約５Ｖとすると、電圧振幅が２倍の約１０Ｖになる。図１３では、信号電圧と共通電極に印加される共通電圧Ｖ_ｃｏｍとの差分が液晶層駆動電圧Ｖ_Ｐ（ｔ）になり、これを交流するためにフレーム毎にＶ_Ｐ（ｔ）の極性を反転する、フレーム反転方式での駆動波形の一例を示す。

この場合、ＬＣＤの透過率は信号電圧を電圧変調して、ディスプレイの輝度を変調する。さらに、ゲート電圧パルスがオフの期間（これはほぼフレーム時間に相当する約１６ｍｓになる）は、液晶層駆動電圧は保持される。

この様子を図１３に示す。液晶層駆動電圧は、書き込み時と保持状態からなる。また、ＬＣＤの透過率は液晶層駆動電圧Ｖ_Ｐ（ｔ）の実効値に依存する。このため、ＬＣＤ駆動電圧Ｖ_ｌｃは次式のように表わす。

−−−−−−−−−− （１）

ところで、ａ−Ｓｉ ＴＦＴのスイッチング時間は容量負荷を駆動することとａ−Ｓｉの移動度が低く０．３−１．０であることからμｓ オーダーである。従って、ゲート電圧 パルス幅１６．７μｓの間にＴＦＴのスイッチ・オンに数μｓを要する。

さらに、液晶層が容量負荷であるために信号電圧の印加に遅れが生ずる。その結果、液晶層駆動電圧Ｖ_Ｐ（ｔ）の立ち上がりに遅れが生ずることになる。さらに、フルＨＤ仕様のＴＶ用ＴＦＴ−ＬＣＤでは、一つの行に５７６０個の画素が配置されている。ゲート配線には、配線の端部にゲート電圧パルスを印加して、一つの行に配置された複数のＴＦＴを同時に励起する。

このとき、ゲート電圧パルスは、端部から各画素のゲート電極に伝播する。
その伝播速度は、ゲート配線の抵抗値とゲート配線に寄生する電気容量が増大すると遅くなる。これをゲート電圧パルスの伝播遅延という。この伝播遅延が大きくなると、液晶層駆動電圧の書き込み時に書き込みに十分な時間を得られなくなり、各画素の液晶駆動電圧が所定の値に達することが出来なくなる。このため、液晶層の透過率にムラが生じ、すなわち、画面の明るさにムラが生ずる、シェーディングの原因になる。もちろん、上述したＩＰＳ液晶およびＶＡ液晶でも、同様にシェーディングの原因になり得る。

上述のゲート電圧パルスの伝播遅延のモデルを図１４に示す。ゲート配線の各画素毎を抵抗Ｒと寄生容量Ｃとで等価的に表わすことができる。この各段毎のＲＣのゲート電圧 パルスの遅延が累積し、終端のノードｎ５７６０では、その伝播遅延が数μｓに達する。

このときのＬＣＤの明るさの分布を模式的に表わすと、ノーマリ・ホワイト・モードのＬＣＤでは、ゲート配線に沿って明るさが徐々に変化し、終端では液晶層駆動電圧が十分でなく、本来の黒表示ではなく、明るくなってしまう。このため、ゲート配線の抵抗値を小さくすることによって、ゲート電圧パルスの伝播遅延が小さくなる。その結果、画面の明るさのムラ、つまりシェーディングが抑えられる。

本発明では、上述の純銅に近い銅配線を用いることによって、このシェーディングを図示する図１４のように、削減することができる。
［ガラスとの密着性］

次に、本発明の顕著な効果である、ガラスとの密着性について、説明する。銅合金ＣｕＭｎによって形成される薄膜配線及び電極は、加熱処理によって形成される酸化物層によって被覆される。

液晶表示装置において、この配線及びこの電極は、ガラス基板及びこの絶縁層との間で、良好な密着性を有することが必須となる。その密着性は、一般に、テープテストによって判断される。表１に示すように、純Ｃｕ薄膜を絶縁膜ＳｉＯ_２上に形成した場合には、密着性が得られずに剥離が生ずる。

［表１］

一方、ＣｕとＭｎの二層薄膜では、加熱処理によってそれらの界面にＣｕとＳｉとの相互拡散が生じ、それらの界面にはその組成式がＣｕ_ＸＭｎ_ＹＳｉ_ＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ， ０＜Ｚ＜Ｙ）からなる酸化物層を形成する。これにより、絶縁層ＳｉＯ_２ との間で良好な密着性が得られる。

密着性を評価するテープテスト試験法として、テープをＣｕ薄膜表面につけて、引き剥がす際に薄膜の剥離状態を評価した。テープは、爪で押さえつけるくらい接着させてからはがす。

この作業を薄膜の同一箇所で１０回程度繰り返し行い、基板と密着しているかどうか確認する。この試験法で、テープテスト試験法の結果を詳細に分析した。

それによると、ＣｕＭｎ二層薄膜では、２００℃以上の加熱処理によって低い電気抵抗率を示した。一方、密着性に関しては、１５０℃の加熱処理では、一部に剥離が見られた。２５０℃の加熱処理では、加熱時間が３分、３０分、１時間、２０時間、１００時間の全ての条件において良好な密着性を示した。同様に、３５０℃の加熱処理においても良好な密着性を示した。

Ｃｕ−４ａｔ ％Ｍｎ合金を、ＳｉＯ２基板に成膜して４００℃で３０分熱処理した場合の界面密着強度を純ＣｕとＳｉＯ２の間に、半導体配線で多用されるＴａを形成した場合と比較した例を図１５に示す。密着強度は、ナノスクラッチ法によって測定し、横軸には6ミクロンの距離をスクラッチする時間をプロットし、スクラッチ速度を変化して測定したことを示す。どのスクラッチ速度においても、Ｃｕ−Ｍｎ／ＳｉＯ２の方がＣｕ／Ｔａ／ＳｉＯ２に比べて、大きい荷重を必要とし、密着強度が高いことを示している。

絶縁膜ＳｉＯ_２ 上のこの配線及びこの電極との界面を成すこの酸化物層では、図１６、図１７に示すように、組成式がＣｕ_ＸＭｎ_ＹＳｉ_ＺＯになり、非晶質である。このように、その界面では、Ｍｎを主体とした酸化物層が形成されることによってＣｕ配線と絶縁層との相互拡散を防止できる。さらにＣｕとＳｉが酸化物層との界面付近で連続的な濃度変化をしており、これによって良好な密着性が得られていると思われる。

これにより、基板との密着性が高い酸化被膜を形成して、配線材料等の酸化を防止できると共に、導電率が高い配線、電極又は端子電極を備えた液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる。そして、これらの課題を同時に満たし、実際の製造プロセスに適用可能な配線、電極又は端子電極を、形成することで可能となる。

なお、本実施例では、Ｃｕ−４ａｔ ％Ｍｎ合金をスパッタ装置を用いてガラス基板上に成膜した。その後、純アルゴン雰囲気中において１５０〜３５０℃の温度範囲で熱処理を行った。熱処理に要した 時間は１０分から６０分とした。成膜後に熱処理を行わない試料、および熱処理を行 った試料において、合金薄膜表面にスコッチテープを貼り付けてテープを剥がすこと によって、薄膜が剥離するかどうかの評価（テープテスト）を行った。その結果、熱処理を行わない合金薄膜はガラス基板から剥離した。一方で、図１９に示すように、２００℃で２０分以上、あるいは２５０℃以上の温度で１０分以上の熱処理を行った場合は、合金薄膜はガラス基板に密着していた。同様のテープテストを純Ｃｕ薄膜においても行ったところ、全ての熱処理条件で剥離が生じた。このことから、Ｃｕ−Ｍｎ合金を用いて、２００℃以上の温度で熱処理を行うことによって、ガラス基板に対して 良好な密着性を示すことが明らかになった。

図１８に、Ｃｕ−Ｍｎ合金を２５０℃で１０分の熱処理を行った後の断面ＴＥＭ組織を示 す。上がＣｕ−Ｍｎ合金薄膜の部分であり、下がガラス基板である。両層の界面には 均一なコントラストを有する反応層が観察される。ＴＥＭに付属のＸ線エネルギー分散分光（ＸＥＤＳ）装置を用いて分析した結果、界面の反応層はＭｎを主体とする酸化物であることが判明した。この酸化物の形成が界面の密着性を改善できた理由である。

抵抗率を減少するためには、界面層を形成するのに十分なだけのＭｎを添加するのが最適である。例えば、２００ｎｍの合金膜を２５０℃で１０分の熱処理を行う場合には、６ｎｍの厚さの界面層が形成される。界面層に含有されるＭｎ量は約５０％であるので、厚さにして３ｎｍ程度の純Ｍｎが存在するのと同等である。よって、合金に添加されるべきＭｎ濃度は体積比にして３／２００のＭｎとなり、ＣｕとＭｎの密度を考慮すると、Ｃｕ−（１〜２）原子％Ｍｎが最適である。合金膜の厚さが１００ｎｍの場合は、この２倍のＭｎ濃度が必要であり、合金膜の厚さが３００ｎｍの場合には、この１．５倍のＭｎ濃度が必要である。

また、Ｃｎ−Ｍｎ合金をガラス基板に成膜後、各温度で所定の時間の熱処理を行なった後の、テープテストによる密着性評価の結果を、図１９に示す。この図では、剥離が生じたケースはＸとして、場合によっては剥離が起こる場合は△として、剥離が全く生じない場合は○として表示している。なお、純Ｃｕは、全条件で剥離が生じている。図１９から、本発明においては、２５０℃以上の場合に、剥離が全く生じなくなる。

なお、界面層を形成するのに必要な量以上のＭｎが添加されている合金の場合は、酸素を不可避不純物として含有する高純度Ａｒガス（酸素濃度が０．１ｐｐｍ以下）雰囲気中で熱処理を行えばよい。図２０に３５０℃で熱処理を行った場合のガラス基板上の合金薄膜の抵抗率、ならびに表面に形成されたＭｎ酸化物の厚さの時間変化を示す。図２０に示したように、界面層を形成して合金膜中に残留したＭｎは、純Ａｒ中に含まれる０．１ｐｐｍ以下の酸素と反応して表面に酸化物を形成することによって、合金膜中から排出できる。図２０に示したように、表面のＭｎ酸化物の成長に伴って抵抗率が減少することが明らかになった。３０分の熱処理後の抵抗率は純Ｃｕ薄膜と同等の値まで減少する。この状態での合金膜中のＭｎ濃度をＸＥＤＳで調べたところ、Ｍｎを検出することができず、Ｍｎ酸化物の形成によって余剰 Ｍｎは完全に合金膜中から排出できることが明らかになった。
［製造プロセス］

本発明の液晶表示装置に関して、ＴＦＴ−ＬＣＤの配線材料及び電極材料として用いる、銅合金に係わる酸化物層及び酸化物層の製造プロセスを説明する。

図２１には、ＴＦＴ製造プロセスの基本を示す。金属、半導体、絶縁体の薄膜５１を成膜し、マスク５２およびレジスト５３を用いたホトエッチングによってパターンを形成する。金属の成膜にはスパッタが用いられ、半導体と絶縁膜の成膜にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が用いられる。エッチングには、ドライエッチングあるいはウェットエッチングが用いられる。配線となる金属にはウエットエッチングを用いることが多い。これを、４−５回繰り返して、ＴＦＴを製造する。

その中から、露光用ホトマスクを５種用いる、５マスクのプロセスを図２２に示す。その順序は、（１）マスク１により、ウエットエッチングに用いてゲートパターンを形成する。（２）マスク２により、ドライエッチングを用いてＳｉＮ／ａ−Ｓｉ／ｎ＋ ａ−Ｓｉの３層を一括加工し、パターンを形成する。（３）マスク３によって、ウエットエッチングを用いてソース／ドレイン電極のパターンを形成する。（４）マスク３によって、ｎ＋ ａ−Ｓｉをドライエッチングを用いてチャネルの構造を作る。（５）マスク４によって、保護膜であるＳｉＮ膜をパターニングする。（６）マスク５によって、透明電極であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜をパターニングする。これによって、ＴＦＴ基板が製造される。

図２３に、標準的な５マスクのプロセスによって形成したＴＦＴ構造の断面を示す。図２４に示すように、外部電極となるゲート端子部では、金属薄膜とＩＴＯ膜との積層構造になる。図２５には各画素の平面図を示す。

本発明に係わる銅合金の添加元素を酸化物層の元素よりも酸化物形成自由エネルギーを負の大きい値にすることによって、上述の酸化物を還元して酸化被膜層を形成することができる。また酸化雰囲気であれば酸化物を還元することなく酸化被膜層を形成することができる。

そして、本発明に関するＴＦＴ−ＬＣＤの配線材料及び電極材料として適用するＣｕ合金を、酸素を含有する絶縁膜と接触させておくと、その界面でＣｕ合金が拡散してきて添加元素が酸化して酸化被膜層を形成する。

さらに、絶縁層に含まれる金属元素、Ｃｕ合金中のＣｕ、添加元素がそれぞれ酸化物を形成して一つになって複合酸化物被膜を形成する。例えば、ＴＦＴ基板がＳｉＯ_２等の酸化物を含む場合、基板上にＣｕ合金中のゲート配線を設け、これを熱処理すると、ゲート配線を形成するＣｕ合金中の添加元素が、基板とゲート配線の界面に拡散して、基板の酸素と反応して酸化物となり、これによって酸化被膜層を形成する。

また、例えば、ゲート電極３５１の上には、ＳｉＮＯ等によって構成されたゲート絶縁膜３７が設けられるが、製造過程で加熱処理を施すことで、ゲート電極３５１とゲート絶縁膜３７との界面に（Ｃｕ、Ｓｉ、添加元素）Ｏ_ｘで表される酸化物層を形成する。このようにして、ＴＦＴ−ＬＣＤの配線材料および電極材料として銅合金を用いてその表面に酸化物層を設けることができる。

本発明に係る液晶表示装置の製造方法を提供する。本発明に係わるＴＦＴ−ＬＣＤのＴＦＴ基板１１の製造において、基板上に、Ｃｕを主成分とし、その表面または基板との界面に、前記Ｃｕに添加した添加元素の酸化物層を形成する銅合金を物理蒸着法又は化学気相成長法によって成膜する工程と、得られた銅合金膜をホトエッチングして各配線及び各電極のうち少なくとも一つを形成する。

この場合において、前記銅合金は、前記添加元素がＭｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、ＰｒおよびＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属であることが好ましい。また、この場合において、前記形成された配線あるいは電極のうち少なくとも一つの表面に酸化物層を形成する工程を有するものとすることができる。

また、前記酸化物層形成工程における雰囲気ガスは、１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の酸素含有するアルゴンなどの不活性ガスが望ましい。あるいは、酸素を不可避不純物として含有するアルゴンガスを用いることもできる。さらにまた、前記酸化物形成工程は、前記配線あるいは電極のうち少なくとも一つを形成した後、１５０〜４００℃で、２分〜５０時間加熱して、前記配線あるいは電極の少なくとも一つの表面に、前記銅合金における添加元素の酸化物層を形成する工程とすることができる。

絶縁膜ＳｉＯ_２ 上に、純度９９．９９９９％のＣｕと純度９９．９８％のＭｎからなるＣｕ−２ ａｔ，％ Ｍｎ合金をターゲット材料として用いて、その合金の薄膜を成膜し、１５０℃以上、４５０℃以下の温度で熱処理を施した。その後、オージェ電子分光法によって薄膜表面から深さ方向の組成を分析した。

さらに、断面試料を作製して、その断面写真を図２６に示す。さらに、透過電子顕微鏡とＸ線エネルギー損失分光器（ＥＥＬＳ）を用いて組織観測と組成分析を行った。その結果の一例を図２７に示す。Ｃｕ−Ｍｎ合金と絶縁基板との界面付近及びＣｕ−Ｍｎ合金表面付近においてＭｎを主元素とする安定な酸化物層が数ｎｍ〜２０数ｎｍの厚みで形成されている。

図２８には、熱処理時間に対する酸化物層の膜厚の変化を示す。表２には、ＣｕＭｎ合金中のＭｎ原子濃度、熱処理時間、熱処理温度に対して、得られた酸化物層の膜厚を示す。図１６および１７には、酸化層の組成分布の拡大図を示す。Ｍｎは、酸化物層のほぼ中心にピークを有する分布を示す。Ｃｕは、配線本体側から酸化物層に侵入するが、絶縁膜へのＣｕの侵入を防止していることがわかる。

［表２］

本発明の液晶表示装置において、この銅合金としてＣｕＭｎを用いる場合、スパッタリング・ターゲットに関する要件を提供する。本発明に係わるＴＦＴ−ＬＣＤでは、特に、ゲート配線での伝播遅延が大きくなる。これを軽減するには、上述のように、銅配線を用い、かつ、純銅に近い低抵抗の配線を実現するのが好ましい。

図２９は、ＣｕＭｎを用いたゲート配線の断面図を示す。配線本体１７１及び酸化膜被覆層１７２からなる。その図２９中のパラメータａ，ｂ，ｈ，ｔ_１，ｔ_２は各部の寸法を表わす。ａ，ｂは数μｍ−１０数μｍであり、ｈは２００−５００ｎｍ である。ｔ_１ および ｔ_２ は２−１０ｎｍ である。この場合、配線本体１７１純銅に近い抵抗率を実現するには、熱処理によって形成される酸化膜被覆層１７２に含有されるＭｎ量に相当するＭｎ量が、熱処理前の配線本体１７１であるＣｕＭｎに含有されることが好ましい。したがって、スパッタリングのターゲットに含有される添加元素であるＭｎの含有量が規定される。
［有機ＥＬ］

本発明は、ＴＦＴ型液晶表示装置に限定されるものではなく、有機ＥＬ表示装置にも適用が可能である。本発明に係わる有機ＥＬの一例を図３０に示す。ガラス基板２０１と、このガラス基板２０１上に順次積層された陽極（ＩＴＯ）２０２、ホール輸送層（ＨＴＬ）２０３、発光層（ＥＭＬ）２０４、電子輸送層（ＥＴＬ）２０５及び電子輸送層２０５の上部に配置された陰極２０６から主として構成されている。発光層としては、例えばジアミン類等の有機物が用いられる。陽極２０２と陰極２０６とは電源を介して電極線によって電気的に接続されている。各層の厚さは、例えば、数十ｎｍ程度である。

有機ＥＬ表示装置には、基板１８１上でマトリックス状に交叉する走査線１９４と信号線１９５及び電源線１９６があり、走査線１９４と信号線１９５と電源線１９６に囲まれた画素領域１９８があり、一例としてこの画素領域１９８に有機ＥＬ素子１９１、駆動ＴＦＴ１９２、スイッチＴＦＴ１９３がある。

有機ＥＬはガラス基板上に積層された陽極、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層及び陰極とを有する。１画素がＴＦＴ回路と有機ＥＬ素子からなり、複数の画素がマトリックス状に配置される、いわゆる、アクティブ・マトリックス有機ＥＬ表示装置である。

１画素の等価回路を図３１に示す。また、図３２には、この画素の断面図を示す。例えば、ガラス基板１８１上に駆動用ＴＦＴ部１８２と有機ＥＬ素子１８４、ここにＴＦＴの電極１８３、金属からなる陰極１８５及び透明電極１８６があり、この例では光１８７は基板の下部へ発光される。

アクティブ・マトリックス方式有機ＥＬ表示装置において、アクティブ・マトリックス方式液晶表示装置に発生したゲート電圧パルスの伝播遅延に起因する画像のムラが発生する。それに対処するに、導電率の高い配線材料として銅合金が用いられる。

本発明の銅合金は、走査線及び信号線に有用である。本発明に係る有機ＥＬ表示装置において、走査線、信号線、電源線及びＴＦＴの電極の少なくとも一つは、銅を主成分とし、配線あるいは電極を被覆した、銅に添加した添加元素の酸化物層を形成する銅合金からなる。その配線の断面は図２９のような構造になる。

さらにまた、銅合金は、添加元素が銅合金表面に拡散して、添加元素の酸化被膜層が形成される銅合金であってよい。さらにまた、添加元素は、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、ＰｒおよびＮｄからなる群から選択される少なくとも１種の金属とすることができる。また、添加元素をＭｎとすることが好ましい。

液晶表示装置（ＬＣＤ）モジュールの断面の概念図 ＬＣＤパネルの断面の概念図 ＩＰＳ液晶の概念図 画素部及びＴＦＴ部の平面図 画素部及びＴＦＴ部の断面図 画素部及びＴＦＴ部の等価回路図 ＴＦＴの断面図（スタガ型トップゲート構造） ＴＦＴの断面図（逆スタガ型チャネルストッパ構造） ＴＦＴの断面図（逆スタガ型チャネルエッチ構造） 本発明になる画素部及びＴＦＴ部の断面の一例（１） 銅合金（ＣｕＭｎ）における抵抗率（１） 銅合金（ＣｕＭｎ）における抵抗率（２） ＴＦＴの動作波形図 ゲート電圧パルスの伝播遅延のモデル図 半導体配線で多用されるＴａを形成した場合と比較した例である。 配線構造の組成図 配線構造の組成の拡大図 ガラス基板上のＣｕ−Ｍｎ合金を２５０℃で１０分の熱処理を行った後の断面ＴＥＭ組織写真 Ｃｎ−Ｍｎ合金をガラス基板に成膜後、各温度で所定の時間の熱処理を行なった後の、テープテストによる密着性評価の結果 ３５０℃で熱処理を行った場合の合金薄膜の抵抗率、ならびに表面に形成されたＭｎ酸化物の厚さの時間変化 ＴＦＴ製造プロセスの基本図 ＴＦＴ製造の５マスク・プロセス ５マスク・プロセスによるＴＦＴの断面図 外部へ引き出す電極端子の断面図 画素部の平面図 配線の酸化物被覆層の断面写真 配線の酸化物皮膜層の組成 酸化物被覆層の膜厚 本発明になる配線構造の断面のモデル図 有機ＥＬ素子の断面の一例 有機ＥＬディスプレイの画素の等価回路の一例 有機ＥＬディスプレイの断面の一例

符号の説明

１ ＬＣＤパネル
２ 駆動回路
３ バックライト
４ シャーシ
１１ ＴＦＴ基板
１２ カラーフィルタ基板
１３ 液晶層（ＬＣ層）
１４ スペーサ
１５ シール
１７ 配向膜
１８ 偏光フィルム
１９ 偏光フィルム
２１ ＬＣＤドライバＬＳＩ・チップ
２２ 多層プリント板（ＰＣＢ）
２３ コントロール回路
３１ 画素部
３２ ＴＦＴ部
３３ ゲート配線
３４ 信号配線
３６ アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）
３７ ゲート絶縁膜
３８ ランプ
３９ 導光板
４３ チャネルエッチ部
４４ 保護膜
４５ ゲート電極の酸化物層
４６ ソース及びドレイン電極の酸化物層
５１ 薄膜
５２ マスク
５３ レジスト
７１ ＩＴＯ膜
１１１ ＴＦＴ
１１２ 保持容量（Ｃ_Ｓ）
１１３ 画素電極
１２１ ブラックマトリックス（ＢＭ）
１２２ カラーフィルタ（ＣＦ）
１２３ 共通電極
１６１ ショート部分
１６２ 接続パッド
１８１ 基板
１８２ 駆動ＴＦＴ部
１８３ ＴＦＴの電極
１８４ 有機ＥＬ素子
１８５ 陰極
１８６ 陽極（透明電極）
１８７ 発光
１９１ 有機Ｅｌ素子
１９２ 駆動ＴＦＴ
１９３ スイッチＴＦＴ
１９４ 走査線
１９５ 信号線
１９６ 電源線
１９８ 画素領域
２０１ ガラス基板
２０２ 陽極（ＩＴＯ）
２０３ ホール輸送層（ＨＴＬ）
２０４ 発光層（ＥＭＬ）
２０５ 電子輸送層（ＥＴＬ）
２０６ 陰極
３５１ ゲート電極
３５２ ソース電極
３５３ ドレイン電極

Claims (17)

1. ＴＦＴ型液晶表示装置のＴＦＴ側基板の上に形成されたゲート配線あるいはゲート電極であって、前記配線あるいは電極は、二つの異なる絶縁層あるいは絶縁物に挟持された構造を有し、これらは銅を主成分とした第一の層と、当該第一の層の外周部を被覆する酸化物からなる第二の層からなり、さらに前記第二の層の組成式が、Ｃｕ_ＸＭｎ_ＹＳｉ_ＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ，０＜Ｚ＜Ｙ）であること、を特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第一の層は、銅合金から形成され、該銅合金の添加元素は、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｌｉ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｐｒ 及びＮｄ からなる群から選択された少なくとも１種の金属であること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第一の層は、銅合金から形成され、該銅合金の添加元素は、Ｍｎであること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記Ｍｎの添加量が、０．５−２５ ａｔ ％ であること、を特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第二の層は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記配線あるいは電極を挟持する絶縁層あるいは絶縁膜がガラスを含むこと、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記配線あるいは電極を挟持する絶縁層あるいは絶縁膜がＳｉＮ_Ｘ、ＳｉＯ_ＸあるいはＳｉＯ_ＸＮ_Ｙのいずれかの郡から選択された一つあること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記第二の層が、Ｃｕ およびＳｉを含むこと、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 前記第二の層の膜厚が、１−３０ｎｍ であること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記ＴＦＴ型液晶表示装置は、前記ゲート配線が形成されるＴＦＴ基板側にコモン電極が形成されること、を特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 一対の基板に液晶材料を挟持したＴＦＴ型液晶表示装置であって、前記一対の基板のうち、ＴＦＴ基板側に形成されたゲート配線あるいはゲート電極が、珪素を含有する二つの異なる絶縁層から挟持された該ゲート配線あるいはゲート電極が酸化物で被覆された配線構造を有し、銅を主成分としてＭｎを添加した層であって、前記配線構造の他方は、その組成式がＣｕ_ＸＭｎ_ＹＳｉ_ＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ， ０＜Ｚ＜Ｙ）であって、かつ、前記配線構造の一方を、他方が被覆する形状で形成されていること、を特徴とする液晶表示装置。
12. 前記配線構造の他方は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であること、を特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記第二の層の膜厚が １−３０ｎｍ であること、を特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
14. 前記ＴＦＴ型液晶表示装置は、前記ゲート配線あるいはゲート電極が形成されるＴＦＴ基板側にコモン電極が形成されること、を特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
15. 有機ＥＬ型表示装置の一方の基板上に形成された走査線であって、二つの異なる絶縁層あるいは絶縁物に挟持された構造を有し、これらは銅を主成分とした第一の層と、当該第一の層の外周部を被覆する酸化物からなる第二の層からなること、を特徴とする有機ＥＬ型表示装置。
16. 前記第二の層の組成式がＣｕ_ＸＭｎ_ＹＳｉ_ＺＯ（０＜Ｘ＜Ｙ， ０＜Ｚ＜Ｙ）であること、を特徴とする請求項１６に記載の有機ＥＬ型表示装置。
17. 前記第二の層は、さらに、Ｍｎを主体としてＣｕを従属的に含有した酸化物層であること、を特徴とする請求項１６に記載の有機ＥＬ型表示装置。
    

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