JP3433351B2 - 陽極酸化方法 - Google Patents

陽極酸化方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性基板の上に形成
されたAl 系合金からなる金属膜の表面を陽極酸化する
陽極酸化方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばTFTアクティブマトリックス液
晶表示素子に用いられるTFTパネルは、ガラス等から
なる絶縁性基板の上にゲート配線とデータ配線とを互い
に直交させて形成するとともに、このゲート配線とデー
タ配線との交差部にそれぞれ薄膜トランジスタ(TF
T)を形成し、これら薄膜トランジスタにそれぞれ対応
させて画素電極を配列形成したもので、このTFTパネ
ルとしては、一般に、ゲート配線を基板上に形成し、デ
ータ配線を前記ゲート配線を覆う絶縁膜の上に形成した
ものが知られている。
【0003】このTFTパネルの薄膜トランジスタは、
上記ゲート配線に一体に形成されたゲート電極と、この
ゲート電極およびゲート配線を覆って基板上のほぼ全面
に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜の上に
前記ゲート電極と対向させて形成されたa−Si (アモ
ルファスシリコン)からなる半導体膜と、この半導体膜
の上に形成されたソース,ドレイン電極とからなってお
り、そのソース電極は画素電極に接続され、ドレイン電
極はデータ配線につながっている。
【0004】ところで、上記TFTパネルのゲート配線
およびデータ配線は、一般に、低抵抗金属であるAl 系
合金で形成されており、また下層の金属膜であるゲート
配線およびこのゲート配線に一体に形成されたゲート電
極の表面は、ゲート配線の端子部を除いて陽極酸化され
ている。
【0005】このように下層金属膜であるゲート配線お
よびゲート電極の表面を陽極酸化しているのは、ゲート
配線とデータ配線との間、およびゲート電極とソース,
ドレイン電極との間の絶縁耐圧を十分高くして層間短絡
の発生を防ぐためであり、前記ゲート配線およびゲート
電極の表面を陽極酸化してその表面に酸化膜を生成させ
ておけば、ゲート配線およびゲート電極と上記データ配
線およびソース,ドレイン電極との間が前記酸化膜とそ
の上の絶縁膜とによって二重に絶縁されるため、十分な
絶縁耐圧を得ることができる。
【0006】なお、下層金属膜の陽極酸化は、上記TF
Tパネルに限らず、絶縁性基板上に複数層に配線を形成
した多層配線パネル等にも適用されており、この多層配
線パネル等においても、下層金属膜である下部配線の表
面を陽極酸化して、その上に絶縁膜を介して形成される
上部配線との間の絶縁耐圧を高くしている。
【0007】上記TFTパネルや多層配線パネル等の下
層金属膜の陽極酸化は、図3に示した陽極酸化装置によ
って行なわれている。この陽極酸化装置は、電解液(被
酸化金属膜がAl 系合金膜である場合は、硼酸アンモニ
ウム水溶液等)2を満たした電解液槽1内に、白金等の
耐蝕性金属からなる網状の陰極3を電解液2中に浸漬し
て垂直に配置したもので、陰極3は直流電源4の−側に
接続されている。
【0008】この陽極酸化装置による陽極酸化は、被酸
化金属膜11を形成した基板10を電解液槽1の電解液
2中に垂直に浸漬してこの基板10上の被酸化金属膜1
1を陰極3と対向させ、前記被酸化金属膜11を陽極と
して、この金属膜11と陰極3との間に電源4から化成
電圧を印加して行なわれている。
【0009】このように電解液2中で被酸化金属膜11
と上記陰極3との間に化成電圧を印加すると、陽極であ
る被酸化金属膜11が電解液中で化成反応を起してその
表面から陽極酸化され、この金属膜11の表面に酸化膜
が生成する。
【0010】なお、図3に示した金属膜11は、例えば
上述したTFTパネルのゲート配線であり、各ゲート配
線には薄膜トランジスタのゲート電極(図示せず)が一
体に形成されている。この各ゲート配線は、基板10の
端縁部(TFTパネルの完成後または液晶表示素子の組
立て後に分離される部分)に形成した給電路11aに共
通接続されており、各ゲート配線への+電圧の供給は、
前記給電路11aを基板端縁部を挾持するクリップ形接
続部材5により電源4の+側に接続して行なわれてい
る。
【0011】ところで、上記陽極酸化において金属膜の
表面に生成する酸化膜の膜厚は、被酸化金属膜と陰極と
の間に印加する化成電圧によって決まるとされており、
そのため従来は、被酸化金属膜と陰極との間に印加する
化成電圧を次のように制御して金属膜の陽極酸化を行な
っている。
【0012】図4は従来の陽極酸化方法におけるAl 系
合金膜を陽極酸化する場合の化成電圧および電流の制御
パターンを示しており、従来は、被酸化金属膜(Al 系
合金膜)と陰極との間に印加する化成電圧を、被酸化金
属膜に流れる化成電流(電解液を介して被酸化金属膜と
陰極との間に流れる電流)の値を一定に保ち、かつその
電流密度を2.5mA/cm2 以下(図4では1.5m
A/cm2 )に制御しながら、酸化膜の生成膜厚に応じ
た電圧値まで上昇させている。
【0013】なお、従来は、電圧値が所定値に達した後
も、その値の化成電圧の印加をある時間だけ保持し、被
酸化金属膜に流れる電流値がある設定値以下になったと
きに酸化膜の膜厚が所望の値になったと判定して、この
時点でその後、電圧印加を停止して陽極酸化を終了して
いる。
【0014】上記のように電流密度を2.5mA/cm
2 以下に制御して被酸化金属膜(Al 系合金膜)の表面
に生成された酸化膜(Al 2 3 膜)は、微結晶状のバ
リア型被膜であり、高い真性絶縁破壊耐圧(欠陥がない
場合の絶縁破壊耐圧)をもっている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の陽極酸化方法でAl 系合金膜の表面に生成された酸
化膜(微結晶状のバリア型被膜)は、その真性絶縁破壊
耐圧は高いが、その反面、被膜が微小な結晶粒を含んで
いるために絶縁耐圧の弱い耐圧不良箇所が多く、そのた
め、3MV/cm程度の比較的低い電界でも絶縁破壊を
発生してしまうという問題をもっていた。
【0016】本発明は、Al 系合金からなる金属膜の表
面に、耐圧不良箇所がほとんどない信頼性の高い酸化膜
を生成させることができる陽極酸化方法を提供すること
を目的としたものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の陽極酸化方法
は、アクティブマトリックス液晶表示素子を構成するT
FTパネルの絶縁性基板の上にAl系合金からなる配線
用の被酸化金属膜を形成し、この被酸化金属膜を電界液
中において陰極と対向させ、この被酸化金属膜と前記陰
極との間に電圧を印加して前記被酸化金属膜の表面を陽
極酸化する方法において、Al系合金からなる前記被酸
化金属膜と前記陰極との間に印加する電圧を、前記被酸
化金属膜に流れる電流値を一定に保ち、かつその電流密
度を3.0mA/cm2 以上15.0mA/cm2 以下
の範囲に制御しながら酸化膜の生成膜厚に応じた所定の
電圧値まで上昇させ、前記被酸化金属膜の表面に無定
形のバリア型酸化膜を生成し、前記被酸化金属膜と前記
陰極との間に印加する電圧が前記所定の電圧値に達した
とき電圧印加を停止することを特徴とするものである。
【0018】
【作用】このように電流密度を3.0mA/cm2 以上
15.0mA/cm2 以下の範囲の値に制御して生成さ
れた酸化膜は、無定形(アモルファス)のバリア型被膜
であり、この酸化膜は、従来の陽極酸化方法で生成され
た酸化膜(微結晶状のバリア型被膜)のように結晶粒を
含んでいないため、絶縁耐圧の弱い耐圧不良箇所が発生
することはほとんどない。
【0019】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1および図2を
参照して説明する。図1は被酸化金属膜と陰極との間に
印加する化成電圧および電流の制御パターンを示す図、
図2は陽極酸化された金属膜の断面図である。
【0020】まず、陽極酸化する金属膜について説明す
ると、図2に示した金属膜11は、例えばTFTパネル
の基板10上に形成されたゲート配線である。この金属
膜11は、Al (アルミニウム)にTi (チタン)また
はTa (タンタル)等の高融点金属を数重量%含有させ
たAl 系合金膜であり、その表面に生成する酸化膜12
はAl 2 3 膜である。
【0021】この実施例の陽極酸化方法は、上記基板1
0上に形成されたAl 系合金からなる金属膜11の表面
を図3に示した陽極酸化装置を用いて陽極酸化するもの
であり、この陽極酸化方法では、図1に示した化成電圧
および電流の制御パターンのように、基板10上の被酸
化金属膜(Al 系合金膜)11と図3に示した陰極3と
の間に印加する化成電圧を、被酸化金属膜11に流れる
化成電流(電解液を介して被酸化金属膜と陰極との間に
流れる電流)の値を一定に保ち、かつ被酸化金属膜11
の単位面積当りの電流密度を4.5mA/cm2 に制御
しながら、被酸化金属膜11の表面に生成させる酸化膜
12の膜厚に応じた所定の電圧値まで上昇させている。
【0022】なお、従来の陽極酸化方法では、化成電圧
を所定値まで上昇させた後にその電圧の印加をある時間
保持しているが、この電圧保持は省略してもよく、前記
電圧保持を省略する場合は、化成電圧を所定の値に達し
たところで図1に実線で示したように電圧印加を停止
【0023】すなわち、上記陽極酸化方法は、Al 系合
金からなる被酸化金属膜11を、その単位面積当りの電
流密度を従来の陽極酸化方法における電流密度(2.5
mA/cm2 以下)よりも大きい密度(この実施例では
4.5mA/cm2 )に制御して陽極酸化するものであ
り、このように電流密度を大きくしてAl 系合金膜を陽
極酸化すると、その表面に生成する酸化膜(Al 2 3
膜)12が、無定形(アモルファス)のバリア型被膜と
なる。
【0024】そして、この酸化膜12は、無定形のバリ
ア型被膜であるため、従来の陽極酸化方法で生成された
酸化膜、つまり微結晶状のバリア型被膜に比べると、そ
の真性絶縁破壊耐圧は若干低くなるが、薄膜トランジス
タ等の絶縁膜に要求される絶縁破壊耐圧は十分にもって
いるし、また、この酸化膜12は、従来の陽極酸化方法
で生成された酸化膜(微結晶状のバリア型被膜)のよう
に結晶粒を含んでいないため、絶縁耐圧の弱い耐圧不良
箇所が発生することはほとんどない。
【0025】したがって、上記陽極酸化方法によれば、
Al 系合金からなる金属膜11の表面に、耐圧不良箇所
がほとんどない信頼性の高い酸化膜12を生成させるこ
とができる。
【0026】なお、上記実施例では、被酸化金属膜11
の単位面積当りの電流密度を4.5mA/cm2 とした
が、この電流密度は、従来の陽極酸化方法における電流
密度(2.5mA/cm2 以下)よりも大きい密度であ
れば任意でよい。ただし、電流密度を3.0mA/cm
2 より小さくすると酸化膜が微結晶状のバリア型被膜に
近くなり、また電流密度を15.0mA/cm2 より大
きくすると酸化膜の膜質が粗になって欠陥を発生するた
め、上記電流密度は、電流密度は3.0mA/cm2
上15.0mA/cm2 以下の範囲が望ましい。
【0027】
【発明の効果】本発明の陽極酸化方法は、アクティブマ
トリックス液晶表示素子を構成するTFTパネルの絶縁
性基板の上にAl系合金からなる配線用の被酸化金属膜
を形成し、この被酸化金属膜を電界液中において陰極と
対向させ、この被酸化金属膜と前記陰極との間に電圧を
印加して前記被酸化金属膜の表面を陽極酸化する方法に
おいて、Al系合金からなる前記被酸化金属膜と前記陰
極との間に印加する電圧を、前記被酸化金属膜に流れる
電流値を一定に保ち、かつその電流密度を3.0mA/
cm2 以上15.0mA/cm2 以下の範囲に制御しな
がら酸化膜の生成膜厚に応じた所定の電圧値まで上昇さ
、前記被酸化金属膜の表面に無定形のバリア型酸化
膜を生成し、前記被酸化金属膜と前記陰極との間に印加
する電圧が前記所定の電圧値に達したとき電圧印加を停
するものであるから、Al系合金からなる配線膜の表
面に、耐圧不良箇所がほとんどない信頼性の高い酸化膜
を生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す被酸化金属膜と陰極と
の間に印加する化成電圧および電流の制御パターン図。
【図2】本発明の陽極酸化方法によって陽極酸化された
金属膜の断面図。
【図3】陽極酸化装置の斜視図。
【図4】従来の陽極酸化方法を示す被酸化金属膜と陰極
との間に印加する化成電圧および電流の制御パターン
図。
【符号の説明】
10…基板 11…被酸化金属膜(Al 系合金膜) 12…酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−232274(JP,A) 特開 平3−118520(JP,A) 特開 平4−299865(JP,A) 特開 昭63−38599(JP,A) 特開 昭58−141400(JP,A) 特開 昭50−131636(JP,A) 特開 平5−306495(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 11/00 - 11/24 H01L 21/336 H01L 21/768 H01L 29/786

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アクティブマトリックス液晶表示素子を構
    成するTFTパネルの絶縁性基板の上にAl系合金から
    なる配線用の被酸化金属膜を形成し、この被酸化金属膜
    を電界液中において陰極と対向させ、この被酸化金属膜
    と前記陰極との間に電圧を印加して前記被酸化金属膜の
    表面を陽極酸化する方法において、 Al系合金からなる前記被酸化金属膜と前記陰極との間
    に印加する電圧を、前記被酸化金属膜に流れる電流値を
    一定に保ち、かつその電流密度を3.0mA/cm2
    上15.0mA/cm2 以下の範囲に制御しながら酸化
    膜の生成膜厚に応じた所定の電圧値まで上昇させ、前
    記被酸化金属膜の表面に無定形のバリア型酸化膜を生成
    、前記被酸化金属膜と前記陰極との間に印加する電圧
    が前記所定の電圧値に達したとき電圧印加を停止するこ
    とを特徴とする陽極酸化方法。
  2. 【請求項2】被酸化金属膜は、高融点金属を含有するA
    l系合金膜であることを特徴とする請求項1に記載の陽
    極酸化方法。
  3. 【請求項3】 前記被酸化金属膜は、薄膜トランジスタの
    ゲート配線であることを特徴とする請求項1に記載の陽
    極酸化方法。
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