JP3302894B2

JP3302894B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP3302894B2
Application number: JP31364296A
Authority: JP
Inventors: 昌己熱田; 光志池田; 純生芦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JPH10153788A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に液晶表示装置の基板上に配置された配線層や電
極層に関する。

【０００２】

【従来の技術】非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜を用いた
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として
設けたアクティブマトリックス型液晶表示装置において
は、安価な非晶質のガラス基板を用いて低温成膜ができ
るａ−Ｓｉ膜を用いてＴＦＴアレイを構成することによ
り、大面積、高精細、高画質かつ安価なパネルディスプ
レイ（フラット型テレビジョン）が実現できる。

【０００３】ところで、この種のアクティブマトリック
ス型液晶表示装置を高精細化、大面積化し、かつ画素の
開口率を上げるためには、ＴＦＴのソース、ドレインに
接続するデータ線やＴＦＴのゲートに接続するアドレス
線などの電極配線を薄く、細く、かつ長くすることが必
要不可欠である。

【０００４】しかもパルス信号の波形歪みをなくすため
には、配線抵抗を十分に低くしなければならないため、
配線用材料は抵抗率の小さいものでなければならない。
また、例えばゲート線をガラス基板上に形成し、この上
に絶縁膜やａ−Ｓｉ膜を重ねてＴＦＴを構成する逆スタ
ガー型のＴＦＴ構造を採用する場合、アドレス線やＴＦ
Ｔのゲートになるゲート電極線は、その後のプロセスに
おけるエッチングなどの薬品処理に耐えられる材料で構
成される必要もある。

【０００５】従来、このような要求を満たすアドレス線
やゲート電極配線用の材料としては、Ｔａ，Ｔｉ，Ｃｒ
などの各種金属、およびそれらの元素を含む合金が用い
られているが、さらに大面積化、高精細化を図るために
はより低抵抗で加工性がよく、しかも各種薬品処理工程
において耐性に優れた材料が望まれている。

【０００６】配線の抵抗率については、１２インチ以下
の６４０×４８０画素のグラフィックアレイに対しては
２５μΩｃｍ以下、１５インチ以下の１０２８×７６８
画素のグラッフィクアレイに対しては１５μΩｃｍ以
下、２０インチ以下の１２８０×１０２８画素のグラッ
フィクアレイに対しては１０μΩｃｍ以下が必要であ
る。そこで、より低抵抗な配線材料として、例えばＡ
ｌ、Ｃｕなどの金属が考えられるが、例えばＡｌ、Ｃｕ
でアドレス線や蓄積容量線を形成した場合、後工程にお
けるＩＴＯ、Ａｌ、ＳｉＮ_x 、ＳｉＯ_x 用エッチング溶
液に対する耐性がないために断線が発生するなどの問題
がある。

【０００７】このため、図７に示すように、基板１上に
パターニングして形成されたＡｌ配線２の表面を耐酸性
の良いＴａ，Ｃｒ層３で被覆した配線が使用されている
が、このような配線を用いると、金属膜の形成工程およ
びパターニング、エッチングの工程がそれぞれ１回ずつ
増え、コストが増大するという問題を生じる。また、Ａ
ｌの表面を陽極酸化して保護した配線も使用されている
が、Ａｌを陽極酸化するために、配線をショートする必
要があるなど配線パターンの自由度が制限され、また陽
極酸化の際に配線のコンタクト部の酸化を防ぐためにレ
ジストなどのマスクが必要であることからマスク工程が
増加してコストが増大するという問題がある。また、陽
極酸化では、内部の金属部分における主体金属と添加金
属との間の割合と、酸化膜における主体金属と添加金属
との間の割合とが同じであるため、金属の抵抗率を低下
させること、および酸化膜の特性を上げるということを
同時に解決することが困難である。

【０００８】また、データ線などのソース、ドレイン電
極配線を基板面に設けるスタガー型のＴＦＴ構造の場合
には、ソース・ドレイン電極材料に同様な特性が要求さ
れることになる。さらに、同じような問題はＴＦＴ駆動
しない液晶表示装置の場合にも存在する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の配線の低抵抗化
を実現する材料として、上記Ａｌ、Ｃｕの他、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｐｔなどの低抵抗配線材料が考えられるが、Ａｌ、
Ｃｕは非常に耐酸性、耐アルカリ性が弱く、ＳｉＯ_x な
どの酸化膜で被覆しても後工程の各種薬品処理により絶
縁膜のピンホールなどを通して薬品が配線材料を腐食さ
せて断線を引き起こしてしまう。また、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ
ｕ、Ｐｔは、基板への被膜の密着性が弱く、剥離し易
い。また、Ａｕ、Ｐｔは、ＳｉＯ_x 、ＳｉＮ_x などの絶
縁膜をその上に形成した場合、密着力が弱いために絶縁
膜が剥がれ易いという問題がある。

【００１０】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、低抵抗かつ後工程での各種薬品処理に対する耐性
を持つ配線材料で構成され、構成が容易で基板への被着
性が良く、信頼性の高い配線層や電極層を備えた液晶表
示装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の基板
と、これら基板間に挟持される液晶層と、前記基板の前
記液晶層側の表面に形成された電極と、前記電極に電気
的に接続され前記基板の表面に配設された配線層とを具
備し、少なくとも前記配線層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、お
よびＰｔからなる群より選ばれた少なくとも一種の第１
の金属を主体とし、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓ
ｉ、Ｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙ、Ｙ
ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｔｈ、およびＣｒからなる群より選ば
れた少なくとも一種の第２の金属を含む材料で構成され
た導電層と、この導電層の表面を被覆され前記第２の金
属を主体とする材料で構成された熱酸化層とを有し、前
記導電層を構成する材料における前記第１の金属に対す
る前記第２の金属の割合よりも前記熱酸化層を構成する
材料における前記割合の方が大きいことを特徴とする液
晶表示装置。

【００１２】

【００１３】ここで、第２の金属を主体とするとは、酸
化物層中における第１の金属に対する第２の金属の割合
が、導電層における第１の金属に対する第２の金属の割
合よりも高いことを意味する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して具体的に説明する。本発明の液晶表示
装置は、低抵抗率の配線材料である、Ａｇ、Ａｕ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｐｔなどの第１の金属に、耐酸性が良く酸素
と反応し易いＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ、
Ｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙ、Ｙｂ、
Ｃｅ、Ｍｇ、Ｔｈ、Ｃｒなどの第２の金属を添加した材
料からなる配線層と、その表面に耐食性が良く密着力の
強いＴｉＯ，ＺｒＯ，ＨｆＯなどからなる酸化物層とか
ら構成されており、これにより低抵抗で耐食性が良く、
密着力の強い配線が実現できる。

【００１５】第２の金属は酸化物層を形成する酸化工程
で表面に拡散するために、表面でより濃度が高くなる。
このため、この酸化物層は、より高品質の保護膜とな
る。これに対して、配線層内部（導電層）では、第１の
金属の純度が高くなる（第２の金属の濃度が低くなる）
ために、より低抵抗となる。また、この酸化物層は、耐
薬品性に優れているので、プロセス中の薬品処理におい
ても優れた耐性を発揮する。

【００１６】したがって、上記材料で構成された金属配
線をアドレスラインとして用いることにより、欠陥の少
ない大面積、高精細、高画質の液晶ディスプレイ（液晶
表示装置）が実現できる。

【００１７】本発明における配線層は、低抵抗であり、
かつ後工程の各種薬品処理に対して耐性を示す配線構造
である。すなわち、低抵抗率の配線材料である、Ａｇ、
Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔの第１の金属に、耐酸性が良く
酸素と反応し易いＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｔａ、Ｎ
ｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、
Ｙ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｃｒなどの易酸化金属を添加し
てなる材料で構成された導電層を、Ｏ₂ 、オゾン、Ｎ₂
Ｏ、Ｈ₂ Ｏなどの酸化性ガス中で熱処理することによ
り、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔと第２の金属との合
金からなる金属層（導電層）の表面にＴｉＯ_x 、ＺｒＯ
_x 、ＨｆＯ_x 、ＡｌＯ_x 、ＹＯ_x などからなる酸化物層
を形成してなる。

【００１８】ＴｉＯ_x などの酸化物は、耐酸性が強く、
基板に対する密着力も強いために、エッチャントにより
腐食され断線を発生することがない。また、内部（導電
層）は低抵抗のＣｕ、Ａｌなどであるために、全体とし
て低抵抗である。したがって、低抵抗で耐食性の良い配
線層が実現できる。また、内部のＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａ
ｌ、Ｐｔなどにも耐食性および耐熱性の良いＴｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆを添加しているため、もし表面の酸化物層が破
れても内部の導電層がエッチングされることを阻止する
ことができる。

【００１９】また、導電層の金属自体が酸化されるため
に、結果として基板と導電層との界面にも導電層の材料
に含まれる第２の金属の酸化物、例えばＴｉＯ_x ，Ｚｒ
Ｏ_xなどの密着力の強い酸化物が形成される。このた
め、Ｃｕ，Ａｕなどの比較的基板に対する密着力の弱い
低抵抗金属を用いても、第２の金属の酸化物により基板
との間の密着力が向上する。

【００２０】さらに、本発明に係わる配線材料について
詳述する。ガラス基板上にＣｕ（第１の金属）にＴｉ
（第２の金属）を２０ａｔ％（原子％）添加した合金か
らなる合金膜をスパッタリングにより成膜して試料を作
成した。この合金膜の厚さは３０００オングストローム
とした。このときの添加金属（Ｔｉ）の濃度は１〜２０
ａｔ％の範囲で選択する。

【００２１】この試料に酸素雰囲気中で圧力３５Ｐａ、
３０分間の酸化処理を施した。また、比較のため、ほぼ
同様な試料にＮＨ₃ 雰囲気中で圧力３５Ｐａ、３０分間
の窒化処理を施した。図４に処理温度と合金膜の抵抗率
との関係を示す。なお、２５℃の値は酸化処理前および
窒化処理前の値である。

【００２２】図４から分かるように、酸化処理による抵
抗率は、処理前で１８６μΩｃｍであり、４５０℃の処
理後で１６μΩｃｍであり、１／１０以下に減少した。
ここでの処理後の抵抗値については、スパッタリング成
膜時のＴｉ濃度を低下させたり、酸化処理を十分に行う
と、内部のＣｕの純度が向上するので、３μΩｃｍ程度
まで低下させることが可能である。一方、窒化処理前後
での抵抗率は、処理前で１３３μΩｃｍであり、４５０
℃の処理後で６９μΩｃｍであり、約１／２にしか低下
しなかった。この結果、酸化処理は、窒化処理よりも、
より低温で抵抗率を低下させる作用があることが分かっ
た。

【００２３】次に、この酸化処理した試料の密着力をテ
ープ剥がしテストで調べた。その結果、合金膜がガラス
基板から剥がれることは全くなく、ガラスに対して十分
な密着力があることを確認した。これは基板との界面に
密着力の良いＴｉＯ_x が形成されたためであると考えら
れる。

【００２４】また、この合金膜を配線形状にパターン形
成した後に、一方の試料には酸化処理を施し、他方の試
料には窒化処理を施した。図６（Ａ）および（Ｂ）に、
それぞれ酸化処理後（図６（Ａ））と窒化処理後（図６
（Ｂ））のＣｕＴｉ合金配線の断面図を示す。

【００２５】酸化処理を施した試料の配線パターンのサ
イド部分を観察したところ、図６（Ａ）に示すように、
クラックは見られなかった。これは、ガラス基板３１と
合金膜３２の界面に形成される酸化物膜３３ａと、合金
膜３２の表面に形成される酸化物膜３３ｂとが共にＴｉ
Ｏ_x であり、両者の性質に大きな違いがなく、酸化物膜
３３ａ，３３ｂ間に発生する応力が小さいためであると
考えられる。

【００２６】一方、窒化処理を施した試料の配線パター
ンのサイド部分を観察したところ、図６（Ｂ）に示すよ
うに、微小なクラック３４が発生した。これは、窒化処
理を施した場合には、ガラス基板３１と合金膜３２との
界面には、ＴｉＯ_x ３３ａが形成され、合金膜３２の表
面には窒化物膜（ＴｉＮ_x 膜）３５が形成されるため、
両者の性質が大きく異なるために、両者間に応力が発生
するためであると考えられる。したがって、配線層にお
けるクラック発生を防止する観点からも、窒化処理より
も酸化処理がより優れた方式であることが分かる。

【００２７】次に、この酸化処理を行った試料をＡｌエ
ッチング液（燐酸、硝酸、酢酸などの混合液）、ＩＴＯ
エッチング液（ＨＣｌ、ＨＮＯ₃ 、Ｈ₂ Ｏなどの混合
液）、ＳｉＯ_x エッチング液（沸化アンモニウム溶液）
に浸した。この結果、この配線層はほとんどエッチング
されず、耐酸性が十分であることが確認された。耐酸性
金属を添加しない金属について上記と同様に耐酸性につ
いて調べたところ、特にＡｌエッチング液には非常に弱
く、膜厚３０００オングストロームのＣｕ膜は１分以内
に全て溶解した。

【００２８】次に、この酸化処理した試料の深さ方向の
組成を調べた。その結果、ガラス基板上に約５００オン
グストロームの酸化チタン膜層が形成されており、この
上に約２０００オングストロームのＣｕを主成分とする
層があり、この上に約１５００オングストロームの酸化
チタン層が形成されていることが分かった。これらの層
の膜の厚みは、スパッタリングによる成膜時の膜厚、Ｔ
ｉ濃度、または処理条件を調整することにより調整が可
能であり、ガラス基板上の酸化チタン層は１００オング
ストローム以上、好ましくは３００オングストローム以
上あれば、ガラス基板と合金膜との間に十分な密着力が
得られる。また、上部の酸化チタン層の厚みが１００オ
ングストローム以上あれば耐酸性が向上する。好ましく
は５００オングストローム以上が有効である。また、酸
化処理後のＣｕ合金膜のＴｉ濃度は、抵抗率および耐酸
性を考慮すると、１〜１０ａｔ％であることが好まし
い。

【００２９】次に、他の配線材料について説明する。ガ
ラス基板上にそれぞれＡｌにＴｉを１５ａｔ％添加した
合金からなる合金膜と、ＡｌにＺｒを１５ａｔ％添加し
た合金からなる合金膜をスパッタリングにより成膜し
た。それぞれの合金膜の厚さは３０００オングストロー
ムとした。このときの添加金属（Ｔｉ，Ｚｒ）の濃度は
１〜２０ａｔ％の範囲で選択する。

【００３０】次いで、この試料に酸素雰囲気中で３０分
間の酸化処理を施した。図７にこれらの試料についての
処理温度と合金膜の抵抗率との関係を示す。なお、２５
℃の値は酸化処理前の値である。

【００３１】図７から分かるように、酸化処理の前後で
の抵抗率は、ＡｌＴｉでは処理前が７２μΩｃｍであ
り、４５０℃処理後が１４μΩｃｍであり、約１／５に
減少した。また、ＡｌＺｒでは処理前が７０μΩｃｍで
あり、処理後が１６μΩｃｍであり、約１／４に減少し
た。

【００３２】ガラス基板上の酸化チタン層および酸化ジ
ルコニウム層は、５０オングストローム以上、好ましく
は３００オングストローム以上あれば、ガラス基板と合
金膜との間に充分な密着力が得られる。また、上部の酸
化チタン層および酸化ジルコニウム層の厚さが４０オン
グストローム以上あれば耐酸性が向上する。好ましく
は、１００オングストローム以上が有効である。また、
酸化処理後のＡｌ合金のＴｉ濃度およびＺｒ濃度は、抵
抗率および耐酸性を考慮すると、１〜１０ａｔ％である
ことが好ましい。

【００３３】これらの４５０℃の酸化処理を行った試料
をＡｌエッチング液（燐酸、硝酸、酢酸などの混合
液）、ＩＴＯエッチング液（ＨＣｌ、ＨＮＯ₃ 、Ｈ₂ Ｏ
などの混合液）、ＳｉＯ_x エッチング液（沸化アンモニ
ウム溶液）に浸した。この結果、これらの配線材料はほ
とんどエッチングされず、耐酸性が十分であることが確
認された。耐酸性金属を添加しないＡｌでは、Ａｌエッ
チング液により約２分間ですべて溶解した。また、これ
ら酸化処理した試料の密着力をテープ剥がしテストで調
べた。その結果、合金膜がガラス基板から剥がれること
は全くなく、ガラスに対して十分な密着力があることが
確認された。

【００３４】さらに、その他の配線材料について詳述す
る。ガラス基板上にそれぞれＡｇ、Ａｕ、Ｐｔにそれぞ
れＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆを個々に１〜２０ａｔ％添加した合
金からなる合金膜をそれぞれスパッタリングにより成膜
した。それぞれの合金膜は、成膜後またはアニール後に
おいて、抵抗率が１０μΩｃｍ以下として従来から用い
られているＭｏ−Ｔａ合金の約４５μΩｃｍなどに対し
て十分に低い値を得た。

【００３５】これらの合金膜を燐酸系Ａｌエッチング液
と希ＨＦ、ＩＴＯエッチング液（ＨＣｌ、ＨＮＯ₃ 、Ｈ
₂ Ｏなどの混合液）に浸してエッチングした。Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆなどの耐酸性金属が１ａｔ％以上添加されてい
れば耐酸性に問題ないことが分かった。このようにＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆを１ａｔ％以上添加することにより、Ｉ
ＴＯエッチング液に対する耐酸性が十分強くなり、断線
の欠陥がほぼゼロになった。

【００３６】抵抗率はＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの添加量の増加
と共に増大する。例えば、前記金属の添加量が１０ａｔ
％以下であれば、抵抗率の増大は３倍以下であり大型高
精細ＴＦＴスイッチング型液晶表示装置のアドレス線と
して使用できる。好ましくは、添加量を５ａｔ％にする
と抵抗率がより低くくなるので好ましい。

【００３７】なお、液晶表示装置においては、ガラスな
どの耐熱性の弱い基板を用いるために酸化処理温度は４
５０℃以下にする必要がある。Ｏ₂ ガスのみを用いて酸
化処理を行う場合、反応温度が４５０℃以上必要とな
る。これに対して、オゾンやＮ₂ Ｏなどを用いることに
より処理温度を４５０℃以下に低くすることが可能であ
る。

【００３８】他の保護膜として、ＣｕやＡｌの表面を窒
化して窒化物膜を形成して表面を保護することができる
が、例えば反応性の指標である標準生成自由エネルギー
がＨｆＮは−３７５．１ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、
ＨｆＯ₂ は−１０８８．２ｋＪ／ｍｏｌであり、ＨｆＺ
ｒＮは−３６６．２ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、Ｈｆ
ＺｒＯ₂ は−１０４２．８ｋＪ／ｍｏｌであり、ＴｉＮ
は−３３９．４ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、ＴｉＯ₂
は−８８８．８ｋＪ／ｍｏｌであり、ＡｌＮは−２８７
ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、Ａｌ₂ Ｏ₃ は−７９１．
２ｋＪ／ｍｏｌであり、ＢＮは−２２８ｋＪ／ｍｏｌで
あるのに対し、Ｂ₂ Ｏ₃ の−５９７．２ｋＪ／ｍｏｌで
ある。したがって、酸化反応の方が窒化処理よりも低温
で行われることが分かる。Ｃｅ，Ｎｄなどのランタン系
金属およびＴｈなどのアクチノイド系金属は、耐酸性は
少し劣るが、酸化性が大きいため、より低温（４００℃
以下）で表面に酸化膜を形成できる。

【００３９】Ａｌの場合には、Ａｌ₂ Ｏ₃ は−７９１．
２ｋＪ／ｍｏｌと大きい。しかし、純Ａｌの場合には、
Ａｌ₂ Ｏ₃ のブロッキング特性が良いため、薄いＡｌ₂
Ｏ₃膜が表面に形成されると、Ｏの透過を邪魔するため
に薄い酸化膜しか形成されない。これに対して、Ａｌに
Ｔｉを加えると、Ｏの透過がＡｌ₂ Ｏ₃ ほど防止されな
いために、厚い酸化膜が形成され、耐酸性、耐熱性が向
上する。

【００４０】また、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌなどの低融点で低
抵抗な金属と第２の金属を合金化するにより、Ｔｉ₂ Ｏ
₃ 、ＺｒＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの形成温度を低温化する
ことができる。なお、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのそれぞれの添
加量は、酸化温度、抵抗率を考慮すると、１〜１０ａｔ
％が好ましい。

【００４１】酸化処理温度は、金属の組み合わせにより
適宜選択すれば良く、２５０〜４５０℃の間で選択すれ
ば良い。これにより内部のＺｒ、Ｔｉ、Ｈｆなどの添加
量を制御することができ１〜５ａｔ％の間で制御すれ
ば、低抵抗で耐食性、密着力の良い配線が実現できる。
例えば、グラッフィックアレイ（ＶＧＡ）用であれば１
〜１０ａｔ％以下が好ましく、これより大きなＶＧＡ用
であれば１〜５ａｔ％、１０８０×１０２８画素のスー
パーエクステンドグラッフィクアレイ（ＳＸＧＡ）用で
あれば０．５〜３ａｔ％であることが抵抗率の点から好
ましい。表面酸化膜には、５ａｔ％以上、好ましくは１
０ａｔ％以上で添加することが好ましい。

【００４２】酸化処理用のガスとしては、Ｏ₂ ガスに限
らず、Ｎ₂ Ｏガス、オゾンガス、またはＨ₂ Ｏガスなど
の酸化性ガスを用いることができる。また、Ｏ₂ ガスや
Ｎ₂Ｏガスをプラズマ化して熱処理することによりＴｉ
Ｏ₂ などの酸化膜の形成温度を２５０〜３５０℃まで低
温化することができる。このように気相で酸化すること
により、基板界面にも酸化膜が形成されるため、基板界
面部の耐酸性も向上し、また密着力も向上する。このた
め、プラズマ処理やイオン注入により表面のみを酸化し
た場合よりも更に耐酸性が向上し、歩留まりが向上す
る。

【００４３】なお、上記において、第２の金属であるＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆの第１の金属への添加量を５〜１０ａｔ
％に増加すれば、表面を酸化しなくても耐酸性、密着力
は十分良いため使用可能であるが、この場合抵抗率が高
くなる。したがって、表面を酸化し、内部（導電層）の
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの添加量を減らして抵抗率を下げた方
が大型高精細には好適である。

【００４４】酸化させる金属としては、酸化物の生成自
由エネルギーが小さい方が良く、特に標準生成自由エネ
ルギーが−５００ｋＪ／ｍｏｌ以下の物が良い。Ｔｉ、
Ｚｒ、Ｈｆなどの第２の金属の酸化物の標準生成自由エ
ネルギーは金属一元素当たりの値で、ＴｈＯ₂ が−１１
６９．２ｋＪ／ｍｏｌ、ＨｆＯ₂ が−１０８８．２、Ｃ
ｒＯ₂ が−１０５８．１、ＺｒＯ₂ が−１０４２．８、
ＣｅＯ₂ が−１０２４．６、Ｔａ₂ Ｏ₅ が−９５５．
６、Ｇｄ₂ Ｏ₃ が−９０９．８、Ｙ₂ Ｏ₃ は−９０８．
３、Ｅｒ₂ Ｏ₃ が−９０４．４、Ｄｙ₂ Ｏ₃ が−８８
５．８、Ｎｄ₂ Ｏ₅が−８８３．０、Ｓｍ₂ Ｏ₃ が−８
６７．３、Ｙｂ₂ Ｏ₃ が−８６３．４、Ｎｄ₂ Ｏ₃ が−
８６０．４、Ｌａ₂ Ｏ₃ が−８５２．９、Ｅｕ₂ Ｏ₃ が
−７７８．４、Ｔｉ₂ Ｏ₃ が−７１７、ＭｇＯが−５６
９．３ｋＪ／ｍｏｌである。このように生成自由エネル
ギーΔＧが小さいために、低温で良好な酸化膜を表面に
形成することが可能である。なお、酸化膜はゲート絶縁
膜堆積前に形成し、成膜前の基板加熱時に行うことによ
り、工程の増加無しに実行することができ、コストは増
加しない。

【００４５】

【００４６】第１の金属が耐酸性の低いＣｕ、Ａｌの場
合、第２の金属群としてＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの酸化性
の強い易酸化金属と、Ａｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ａｇ、
Ｓｍなどの希土類などの耐酸性が強く易酸化金属よりも
酸化性の小さい耐酸性金属とをともに添加し、酸化処理
時にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの酸化性の強い耐酸性金属を
内部（導電層）に残して、プロセスマージンを大きくす
ることもできる。また、合金の抵抗率は添加金属の量に
より変化するため、易酸化金属のみを添加する場合、易
酸化金属の酸化の度合いにより内部（導電層）に残る添
加金属の量が変化して抵抗率がばらつくことがある。易
酸化金属と耐酸性金属を添加することにより、この問題
を防止することができ、製造マージンを大きくすること
ができる。

【００４７】さらに、易酸化金属と耐酸性金属の選択法
として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｃ、Ｓｉのような酸化性
の強い金属の中より２種類選択し、例えばＺｒのように
同群のうち酸化性の一番大きな金属を易酸化金属として
酸化させ、Ｔｉのように少し酸化性の弱い金属を耐酸性
向上用の金属とすることもできる。

【００４８】本発明の配線は、逆スタガー型のＴＦＴに
限るものでなく、エッチングストッパー／逆スタガー
型、バックチャネル／逆スタガー型、スタガー型ＴＦＴ
においても同様に適用することができる。また、ゲート
線に限らず信号線などに用いても良い。また、ＴＦＴの
半導体膜はａ−Ｓｉ膜に限ったものではなく、ポリシリ
コン膜であっても良い。

【００４９】Ａｌ表面を陽極酸化したＺｒ−Ａｌ合金ゲ
ート線が知られているが、この場合には、Ｚｒ／Ａｌ比
が配線内部と表面の酸化膜でほぼ等しい。このため、耐
酸性を良くするためにＺｒ量を増加すると、内部のＺｒ
量も増加せざるを得ない。このために配線抵抗が上がっ
てしまうという制限がある。これに対して、本発明にお
いては、内部のＺｒ量を減らして低抵抗化し、耐酸性を
良くするために表面のみのＺｒ量を増加することができ
る。

【００５０】表面に形成する酸化膜の厚さは、４０オン
グストローム以上あれば良く耐酸性、耐熱性を考慮する
と３００オングストローム以上が好ましい。酸化物中の
添加金属量は５ａｔ％以上が必要であり、耐酸性を考慮
すると１０ａｔ％以上が好ましい。基板界面の酸化膜は
厚さ５０オングストローム以上、好ましくは３００オン
グストローム以上が必要である。

【００５１】次に、本発明の効果を明確にするための実
施例について説明する。（実施例１）図１〜図３は本発明のアクティブマトリッ
クス型液晶表示装置を示すものである。図１に示すよう
に、液晶表示装置１０は、一方の面にはＩＴＯ（インジ
ウム錫酸化物）膜の透明共通電極１３を形成したガラス
の観察側基板１１と、一方の面にはＩＴＯ膜の透明画素
電極１４を形成した対向基板１２とを、各電極側の面を
対面させて配置することにより構成されている。

【００５２】両基板１１、１２は基板間隙剤（スペー
サ）を介して数μｍの間隙をおいて配置されて周縁を封
着され、この間隙に液晶層１５が充填される。したがっ
て、両基板により液晶層１５が挟持されるようになって
いる。

【００５３】画素電極１４のある対向基板１２は、マト
リックス基板と称され、図３に示す回路と平面的に等価
な２次面配列で画素電極１４、ＴＦＴスイッチング素子
１６およびアドレス線（ゲート線）１７、データ線１
８、蓄積容量線１９が配置される。すなわち、画面表示
の行方向に延長されたｎ本のアドレス線１７と列方向に
延長されたｍ本のデータ線１８とがマトリックス状に配
置され、さらに各アドレス線に平行に蓄積容量線１９が
配置される。

【００５４】アドレス線とデータ線が囲む領域単位にＴ
ＦＴスイッチング素子１６と画素電極１４が形成され、
ＴＦＴ１６はアドレス線１７とデータ線１８に領域単位
の交差部で電気的に接続される。すなわち、ＴＦＴのド
レイン電極がデータ線１８に、ソース電極が画素電極１
４に、ゲート電極がアドレス線１７に接続される。な
お、図において、符号１５ａは領域単位の液晶層部分す
なわち領域単位で画素電極１４と共通電極１３に挟まれ
た液晶部分であり、各１画素を形成する。

【００５５】図２はガラス基板１２上のＴＦＴスイッチ
ング素子１６、アドレス線から一体的に延長されたゲー
ト電極線１７ａ、蓄積容量線１９の配置断面を拡大して
示すものであり、ゲート電極線１７ａは、ＣｕとＺｒの
合金からなる金属層２０ａと、これを被覆するＺｒＯ酸
化層２１ａとから構成される。ＺｒＯ層２１ａは、導電
層２０ａと基板１２間にも介在する。同様に蓄積容量線
１９は、ＣｕとＺｒの合金からなる導電層２０ｂと、こ
れを被覆するＺｒＯ絶縁層２１ｂとから構成される。図
２に図示しないがアドレス線１７も同時にパターン形成
されている。

【００５６】これら電極層１７ａ、配線層１７、１９を
形成した基板上に、絶縁膜２２が堆積され、その上面の
ＴＦＴ領域にａ−Ｓｉ層１６ａが形成され、さらに、ド
レイン電極層１６ｂおよびソース電極１６ｃが形成され
る。一方、蓄積容量線１９上の画素領域にはＩＴＯから
なる画素電極１４が形成され、ソース電極層１６ｃと電
気的に接続される。ドレイン電極層１６ｂは図２では示
していないが、データ線に電気的に接続される。

【００５７】次に、この構成のアドレス線１７、ゲート
電極線１７ａおよび蓄積容量線１９の製法をさらに説明
する。まず、ガラス基板１２上にＣｕとＺｒを同時にス
パッタリングし、Ｚｒ１０ａｔ％（原子％）のＣｕＺｒ
合金膜を厚さ３０００オングストロームで形成し、燐酸
系溶液によりエッチングを行って、線幅２０μｍのアド
レス線１７、線幅１２μｍのゲート電極線１７ａおよび
線幅３５μｍの蓄積容量線１９のＣｕＺｒ合金層パター
ンを形成した。

【００５８】次いで、これをＯ₂ 雰囲気中において４０
０℃で熱処理し、パターン中のＺｒを酸化して合金膜の
表面にＺｒＯの酸化層２１ａ、２１ｂを形成した。すな
わち、この熱処理によりＣｕＺｒ合金層のＺｒが表面に
拡散して酸化してＺｒＯの酸化膜層２１ａ、２１ｂにな
り、内部のＣｕＺｒ導電層２０ａ、２０ｂ中のＺｒの濃
度は減少し、２ａｔ％になった。なお、酸化層２１ａ、
２１ｂは、導電層と基板１２間にも形成された。また、
導電層表面の酸化層の膜厚は１０００オングストローム
であった。

【００５９】次いで、プラズマＣＶＤ法により絶縁膜２
２として厚さ３０００オングストロームのＳｉＯ_x 膜２
２ａ、厚さ５００オングストロームのＳｉＯ_x 膜２２ｂ
を積層し、さらにアンドープａ−Ｓｉ層１６ａを厚さ１
０００オングストローム、ストッパーＳｉＯ_x 膜１６ｄ
を厚さ２０００オングストローム堆積した。ストッパー
ＳｉＯ_x 膜をエッチングした後、ｎ⁺ ａ−Ｓｉ層１６ｅ
を厚さ５００オングストローム堆積した。

【００６０】次いで、Ｍｏを厚さ５００オングストロー
ム堆積した後にパターニングしてａ−Ｓｉの島を形成し
た。ＩＴＯ画素電極１４を形成した後に、コンタクトホ
ールを開口した。この後、ドレイン電極層１６ｂおよび
ソース電極層１６ｃとなるＭｏ層を厚さ５００オングス
トローム、Ａｌ層を厚さ５０００オングストローム堆積
した後、Ａｌエッチング液により、同ドレイン電極１６
ｂおよびソース電極１６ｃを形成した。この厚さ５００
０オングストロームのＡｌ層の形成時に、同時にデータ
線パターンを形成しておき、データ線１８をＡｌで形成
する。

【００６１】次いで、ｎ⁺ａ−Ｓｉ層１６ｅをＣＤＥに
よりエッチングし、ＳｉＮ_xの保護膜を形成し、コンタ
クト部に開口を設けてＴＦＴアレイを完成した。このよ
うに構成された液晶駆動用マトリックス基板１２におい
て、アドレス線は、従来用いられているＭｏ−Ｔａ合金
などからなるものの抵抗率約３０〜４５μΩｃｍに比べ
て、１／３−１／４以上も小さい値である抵抗率１０μ
Ωｃｍ未満を実現することができ、従来よりもアドレス
線の幅を小さくできるため開口率の拡大が図れ、また従
来より大面積、高精細、高画質の液晶ディスプレイに対
応して配線長の増大にも対応できる。また、表面の酸化
によりＩＴＯ、Ａｌ、ＳｉＯ_x、ＳｉＮ_xエッチング溶
液に対する耐性も向上しているために、Ａｌ、Ｃｕやこ
れらの合金をゲート線に用いた場合に比べ、断線による
欠陥が飛躍的に減少した。（実施例２）実施例１と同様にしてＡｕに１０ａｔ％Ｚｒを添加し
た。ＡｕはＣｕに比べ耐酸性が良いため内部（導電層）
にＺｒを残す必要がないため、４００℃で時間を長くし
て十分にＺｒを酸化した。内部のＺｒ量はＡｕがＣｕよ
り融点が低いために０．５ａｔ％以下であった。これに
より抵抗率は３μΩｃｍ以下と十分に低くできた。（実施例３）実施例１と同様にしてＡｌに１０ａｔ％Ｚｒを添加し
た。ＡｌはＣｕに比べ融点が低いためＣｕより低い２５
０〜３５０℃で酸化できた。内部のＺｒ量は２ａｔ％で
あった。これにより抵抗率は１０μΩｃｍ以下であっ
た。（実施例４）実施例１と同様にしてＣｕに１０ａｔ％Ｚｒ、３ａｔ％
Ｔｉを添加した。４００℃で酸化したところ、Ｚｒは酸
化し易いためにほぼ全部が表面で酸化し、内部には２．
５ａｔ％のＴｉが残り、実施例１に比べて内部のＴｉ量
をよく制御できた。また、抵抗率は１０μΩｃｍ以下と
低くできた。（実施例５）実施例１と同様にしてＣｕに１０ａｔ％Ｈｆ、３ａｔ％
Ｔａを添加した。４００℃で酸化したところ、ＨｆはＺ
ｒよりも酸化し易く、ＴａはＴｉよりも酸化しにくいた
め、Ｈｆはほぼ全部が表面で酸化し、内部には３ａｔ％
のＴａが残り、実施例４に比べて内部のＴａ量をさらに
よく制御できた。また、抵抗率は１０μΩｃｍ以下と低
くできた。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の液晶表示装
置は、低抵抗性であり、かつ、後工程における高耐薬品
性をも有し、しかも低温処理が必要なガラス基板への被
着性が良い配線層を備えている。したがって、各種電子
部品の信号用配線に利用した場合、良好な機能発揮に大
きく寄与する。すなわち、液晶表示装置の信号配線や実
装する駆動用半導体素子の電極の形成として用いた場
合、低抵抗なアドレスラインなどを実現できる。さら
に、この配線層は液晶表示装置製造工程でのパターニン
グやエッチングを増やさずに熱処理のみで得られ、しか
もその後の熱処理工程やエッチング工程を経ても低抵抗
配線層として優れた特性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装
置の一実施形態を示す概略断面図。

【図２】本発明の液晶表示装置の要部を示す拡大図。

【図３】本発明のアクティブマトリックス型液晶表示装
置の等価回路図。

【図４】ＣｕＴｉ合金の酸化処理温度および窒化処理温
度と抵抗率との関係を示す特性図。

【図５】（Ａ）は酸化処理後のＣｕＴｉ配線を示す断面
図、（Ｂ）は窒化処理後のＣｕＴｉ配線を示す断面図。

【図６】Ａｌ−Ｔｉ合金とＡｌ−Ｚｒ合金の酸化処理温
度と抵抗率との関係を示す特性図。

【図７】従来のアクティブマトリックス型液晶表示装置
の配線層の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１１…観察側基板、１２…対向基板、１３…透明共通電
極、１４…透明画素電極、１５…液晶層、１６…ＴＦＴ
スイッチング素子、１７…アドレス線、１７ａ…ゲート
電極、１８…データ線、１９…蓄積容量線、２０ａ、２
０ｂ…導電層、２１ａ、２１ｂ…酸化層、２２ａ，２２
ｂ…ＳｉＯ_x 膜、３１…ガラス基板、３２…合金膜、３
３ａ，３３ｂ…酸化物膜、３４…クラック、３５…窒化
物膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−301054（ＪＰ，Ａ) 特開平６−301060（ＪＰ，Ａ) 特開平１−134426（ＪＰ，Ａ) 特開平８−18060（ＪＰ，Ａ) 特開平８−250494（ＪＰ，Ａ) 特開平４−240824（ＪＰ，Ａ) 特開平４−116524（ＪＰ，Ａ) 特開平８−248442（ＪＰ，Ａ) 特開平８−160458（ＪＰ，Ａ) 特開平４−353830（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343 G02F 1/136

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板と、これら基板間に挟持される
液晶層と、前記基板の前記液晶層側の表面に形成された
電極と、前記電極に電気的に接続され前記基板の表面に
配設された配線層とを具備し、少なくとも前記配線層
は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、およびＰｔからなる群より選ば
れた少なくとも一種の第１の金属を主体とし、Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｂ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、
Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｍｇ、Ｔｈ、およ
びＣｒからなる群より選ばれた少なくとも一種の第２の
金属を含む材料で構成された導電層と、この導電層の表
面を被覆され前記第２の金属を主体とする材料で構成さ
れた熱酸化層とを有し、前記導電層を構成する材料にお
ける前記第１の金属に対する前記第２の金属の割合より
も前記熱酸化層を構成する材料における前記割合の方が
大きいことを特徴とする液晶表示装置。