JP5303155B2 - 液晶表示装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタによって駆動するアクティブマトリクス型の液晶表示装置及びその製造方法に関する。
薄型、軽量、かつ高精細表示を可能とする画像表示装置として、薄膜トランジスタ駆動方式の液晶表示装置(ＴＦＴ−ＬＣＤ)の市場が拡大している。近年ＴＦＴ−ＬＣＤの画面サイズの大型化、高精細化、高速駆動化に伴い配線材料の低抵抗化が進んでいる。また、低価格化に対応するために生産コストを抑制することが強く求められている。
低抵抗化に伴い配線材料は、クロムやモリブデンからアルミニウムへと移り変わり、キャップ層やバリア層にモリブデンやモリブデン合金を用いたモリブデン／アルミニウム／モリブデン積層構造が現在では主流となっている。しかし、純アルミニウムの抵抗率は約３μΩｃｍが下限である。そこで、アルミニウムよりも更に低抵抗な材料として銅が挙げられる。しかしながら、銅を配線として用いた場合の問題点の一つとして、下地との密着性が弱いことが考えられる。この問題点を解決するために銅配線と下地基板との間に金属層を配置する配線構造及びその製造方法が特許文献１、非特許文献１で提案されている。
特許文献１では、銅配線と下地基板との間にタングステン、ネオジム、ニオブを含む合金可能な金属グループの中から選択された一種類を添加したモリブデン合金層を配置し、銅配線の密着性確保及びエッチング後の加工形状の改善を図っている。また、非特許文献１では、銅配線と下地材との間に銅合金を配置し密着性を確保する配線構造を提供されている。
特開２００４−１６３９０１号公報
ＳＩＤ ０６ ＤＩＧＥＳＴ ｐ.１１８１
特許文献１では、モリブデン合金を、非特許文献１では銅合金を密着性確保のために主配線の銅と下地基板との間にそれぞれ配置しているが、モリブデン合金及び銅合金は銅に比べ非常に高価である。また、これらの金属層は、その上に設けられる主配線材料の材料とは異なるため、それらの層を成膜するための複数のターゲットが必要となる。従って、ターゲット数増加に伴う材料費の上昇、プロセス数の増加を招き、生産性の点で不利である。また、ターゲット数増加に伴いスパッタリング装置の大型化なども懸念され、設備投資の増大も必要となる。
そこで、本発明では、ガラス基板や透明導電膜などを形成した下地基板との密着性と生産性とを両立させる液晶表示装置及びその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記問題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、一対の基板に挟持された液晶層と、一対の基板の一方の基板上に形成される複数の走査信号線と映像信号線との交点付近に対応する画素領域に形成された薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有する。上記走査信号線は、ガラス基板や基板上に、または下地膜として形成されたインジウム酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電薄膜上に形成された第一層の金属層と、第一層上に形成された第二層の金属層とを有する。そして、第一層は粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造を有する銅膜であり、第二層は純銅膜とした構成とする。
銅配線とガラス基板、あるいは透明導電膜等を下地として形成した基板との密着性に優れた低抵抗銅配線の提供と、生産性の向上とコスト低減とを図った液晶表示装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明の説明において、純銅とは、３Ｎ(純度：９９．５％)以上の銅を示す。従って、通常スパッタリング成膜に用いられるターゲットを作製するために必要な不純物が０．５％含まれていても低抵抗な銅配線を形成することが可能である。
本発明の第一層は粒径１００ｎｍ以下（１００ｎｍを超えない）の結晶粒と微細な空隙から構成されるポーラスな構造を有する銅である。ポーラスな構造を有する最も優れた特徴は、応力を緩和する効果である。
ポーラスな構造を有する銅層、純銅層のそれぞれの単層膜を作製して膜応力の温度曲線を測定しその直線部分（弾性変形領域）の傾きを求め比較した結果、純銅薄膜の傾きに対して、ポーラスな構造を有する銅薄膜の方が緩やかな傾きであった。傾きが緩やか（小さい）であることは、ヤング率が小さいことを示している。ヤング率が小さいことは銅薄膜と下地との界面に掛かるせん断応力を緩和する働きがある。
このようなポーラスな構造は、成膜時のスパッタガスを希ガスと酸素あるいは窒素ガスの混合ガスとすることで形成が可能である。希ガスの他に酸素あるいは窒素ガスを混合することで、スパッタされた銅原子が膜表面に到達した後に起こる表面拡散が阻害されるため、前記の様なポーラスなモフォロジになると考えられる。その結果、前記ポーラスな構造を有する第一層は酸素または窒素を含有する膜である。このようなモフォロジを有することで、下地と膜との界面に作用するせん断応力を緩和できる。すなわちクッション的な働きをする。
従って、本発明の特徴であるポーラスな構造を有する銅を、純銅とガラス基板や透明導電膜等を下地膜として形成した基板との間に配置することで、界面への負担が軽減し、その結果密着性を向上させることが可能となる。また、前記ポーラスな構造を有する銅薄膜のシート抵抗を評価した結果、８μΩｃｍオーダーの導電性を示すことからＣｕＯ等の酸化物としてではなく、酸素或いは窒素を含有する膜である。更に、ポーラスな構造を有する銅層を配置する効果として、裏面の反射率を低く抑える効果がある。ポーラスな構造を有する銅層は、裏面より目視観察すると、通常の純銅に比べて光沢が低く、その反射率を測定すると、ポーラスな構造を有する銅層を配置した試料の方が小さいという結果が得られた。
図１〜図６により、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明に係る液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。図２は、本発明のアクティブマトリックス基板の製造方法の一工程を示す図である。図３は、本発明のアクティブマトリックス基板の製造方法の一工程を示す図である。図４は、本発明のアクティブマトリックス基板の製造方法の一工程を示す図である。図５は、本発明のアクティブマトリックス基板の製造方法の一工程を示す図である。図６は、本発明のアクティブマトリックス基板の製造方法の一工程を示す図である。
図１において、この液晶表示装置は、所謂、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式であり、第一の基板であるアクティブマトリクス基板１と第二の基板であるカラーフィルタ基板１４の間に液晶１３を封止して構成される。アクティブマトリクス基板１の主面には走査信号線２、共通信号線３、共通電極４、ゲート絶縁膜５、保護絶縁膜１０、画素電極１２が形成され、最上層に配向膜１５が成膜されている。走査信号線２の上方には、半導体層６、コンタクト層７、ドレイン電極８、ソース電極９を有する薄膜トランジスタが形成されている。画素電極１２とソース電極９はスルーホール１１で接続されている。
カラーフィルタ基板１４の素面には、ブラックマトリクス１６で隣接画素と区画されたカラーフィルタ１７と、平坦化層１８が形成され、最上層に配向膜１５が成膜されている。そして、アクティブマトリクス基板１とカラーフィルタ基板１４の各外面には、偏光板１９が配置されている。アクティブマトリクス基板１とカラーフィルタ基板１４は、共にガラスを公的とする透明基板である。
図１に示した液晶表示装置のアクティブマトリクス基板１側の製造方法を説明する図２から図６までの各図において、（ａ）は薄膜トランジスタ部分、（ｂ）は工程の流れを示す。図２から図６までは各フォトリソグラフィ工程に対応して区分けしたもので、各図ともフォトリソグラフィ後の薄膜の加工が終わりフォトレジストを除去した段階を示している。ここで、フォトリソグラフィとは本説明ではフォトレジストの塗布からマスクを使用した選択露光を経てそれを現像するまでのレジストパタン形成の一連の工程を示すものとし、繰返しの説明は避ける。以下区分けした工程に従って説明する。
図２により、第１フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、無アルカリガラスからなるアクティブマトリクス基板１上にＩＴＯからなる透明導電膜２Ａを下地層としてスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜２Ａは、インジウム亜鉛酸化物の他、インジウム錫亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、亜鉛ガリウム酸化物であってもよい。その膜厚は１０ｎｍ〜１５０ｎｍの程度であり、約５０ｎｍが好適である。
続いて、純銅ターゲットを用いて第一層の酸素を含有する銅膜２Ｂをスパッタリングにより５０ｎｍ成膜する。成膜時の雰囲気は酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスで、混合ガス中の酸素ガスの濃度は３．８％である。次に、同じターゲットで第二層の純銅膜２Ｃを連続成膜する。この時の成膜雰囲気はアルゴンガスである。膜厚は２００ｎｍとした。ただ第二層は、第一層に含有された量より少ない酸素が含有される場合がある。これは、第一層の形成では希ガスと酸素ガスの混合ガスをスパッタガスとし、第二層の形成は希ガスのみをスパッタガスとしている。第一層から第二層は連続で成膜するため、第一層の成膜後、酸素ガスを遮断しても第二層の成膜時に、酸素ガスが残留し僅かに第二層に取り込まれる可能性があるからである。以上の工程を図２（ｂ）にＳ−１で示す。
なお、第一層２Ｂに含有する元素は、酸素の他、窒素を選ぶことができる。また、銅に金属元素を添加した合金を用いても良い。例えば金属元素としては、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、鉛、ビスマス、アルミニウム、ベリリウム、クロム、ガリウム、ハフニウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、ニオブ、チタン、バナジウム、ジルコニウムから選ぶこともできる。
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する。ここで、走査信号線２、共通信号線３を形成する部分には露光せずレジストを厚く形成し、共通（透明）電極４を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する（Ｓ−２）。フォトリソグラフィの後、金属（以下、メタルとも言う）第一層２Ｂの酸素を含有する銅と第二層２Ｃの純銅の積層膜をエッチングし（Ｓ−３）、続いて透明導電膜をエッチングする（Ｓ−４）。ここで、ハーフ露光部のレジストをレジストアッシングにより除去し（Ｓ−５）、信号線金属（２Ｂ，２Ｃ）をエッチングする（Ｓ−６）。残留レジストを除去する（Ｓ−７）。以上の工程により、図２（a）に示した走査信号線２（ゲート電極、走査信号線端子を含む）、共通信号線３（共通信号線端子を含む）、共通（透明）電極４が形成される。
図３により、第２フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、図２（a）に示したアクティブマトリクス基板１上に、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜５とアモルファスシリコンからなる半導体層６と、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する（Ｓ−８）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−９）、コンタクト層７、半導体層６を選択的にエッチングし（Ｓ−１０）、レジストを剥離すると（Ｓ−１１）、いわゆる島状パタンが形成される。
図４により第３フォトリソグラフィ工程を説明する。図３（a）に示したアクティブマトリクス基板１の上に、まず、映像信号線の金属膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−１２）。この膜厚は３００ｎｍとした。次に、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１３）、金属膜をエッチング除去し（Ｓ−１４）、続いて、ｎ＋型アモルファスシリコン層をエッチング除去する（Ｓ−１５）ことで、薄膜トランジスタのチャネルを分離し、レジストを剥離する（Ｓ−１６）。以上の工程により、ドレイン電極８（映像信号線、映像信号線端子を含む）、及びソース電極９、コンタクト層７の島状パタンが形成される。
次に、図５により第４フォトリソグラフィ工程を説明する。図４（a）に示したアクティブマトリクス基板１の上に、まず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜１０をプラズマ化学蒸着法で成膜する（Ｓ−１７）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１８）、ソース電極９上及び映像信号端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０にスルーホール１１を開口し、同時に走査信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０とゲート絶縁膜５にスルーホール１１を開口し（Ｓ−１９）レジストを剥離する（Ｓ−２０）。
図６により第５フォトリソグラフィ工程を説明する。図５（a）に示したアクティブマトリクス基板１の上に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−２１）。まず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−２２）、画素電極１２．走査信号線端子（図示せず）、共通信号線端子（図示せず）、映像信号線端子（図示せず）のパタンをエッチング加工し（Ｓ−２３）、レジストを剥離する（Ｓ−２４）。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。
次に、図７〜図１１により、本発明の実施の形態２を説明する。この実施の形態２は、縦電界で液晶を駆動する液晶表示装置に本発明を適用したものである。先ず、図７（ｂ）の第１フォトリソグラフィ工程において、無アルカリガラスからなるアクティブマトリクス基板１上に純銅ターゲットを用いて第一層の酸素を含有する銅膜をスパッタリングにより５０ｎｍ成膜する。成膜時の雰囲気は酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスで、混合ガス中の酸素ガスの濃度は３．８％である。次に、同じターゲットで第二層の純銅膜を連続成膜する（Ｓ−１０１）。この時の成膜雰囲気はアルゴンガスである。膜厚は２００ｎｍとした。
次に、ハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する（Ｓ−１０２）。フォトリソグラフィの後、エッチング（Ｓ−１０３）、レジストを除去することで（Ｓ−１０４）、走査信号線２（ゲート電極、走査信号線端子を含む）が形成される。
図８により第２フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜５とアモルファスシリコンからなる半導体層６と、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する（Ｓ−１０５）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１０６）、コンタクト層７、半導体層６を選択的にエッチングし（Ｓ−１０７）、レジストを剥離すると（Ｓ−１０８）、いわゆる島状パタンが形成される。
図９により第３フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、映像信号線の金属膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−１０９）。膜厚は３００ｎｍとした。次に、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１０）、金属膜をエッチング除去し（Ｓ−１１１）、続いて、ｎ＋型アモルファスシリコン層をエッチング除去することで（Ｓ−１１２）、薄膜トランジスタのチャネルを分離し、レジストを剥離する（Ｓ−１１３）。以上の工程により、ドレイン電極８（映像信号線、映像信号線端子を含む）、及びソース電極９、コンタクト層７の島状パタンが形成される。
図１０により第４フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜１０をプラズマ化学蒸着法で成膜する（Ｓ−１１４）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１５）、ソース電極９上及び映像信号端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０にスルーホール１１を開口し、同時に走査信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０とゲート絶縁膜５にスルーホール１１を開口し（Ｓ−１１６）、レジストを剥離する（Ｓ−１１７）。
図１１により第５フォトリソグラフィ工程を説明する。インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−１１８）。先ず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−１１９）、画素電極１２．走査信号線端子（図示せず）、共通信号線端子（図示せず）、映像信号線端子（図示せず）のパタンをエッチング加工し（Ｓ−１２０）、レジストを剥離する（Ｓ−１２１）。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。
なお、本実施の形態では、画素電極１２である透明導電膜が、図１１のように保護絶縁膜１０上に配置された場合を記載したが、アクティブマトリクス基板１とゲート絶縁膜５との間か、ゲート絶縁膜５と保護絶縁膜１０との間に配置された構造のアクティブマトリクス基板にも適用可能である。
図１２から図１６を用いて実施の形態３を説明する。実施の形態３にかかるアクティブマトリクス型液晶表示装置におけるアクティブマトリクス基板を図１６に断面図で示す。図１２により第１フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、無アルカリガラスからなる基板１上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。ここで、透明導電膜は、インジウム亜鉛酸化物、インジウム錫亜鉛酸化物、亜鉛アルミニウム酸化物、亜鉛ガリウム酸化物であってもよい。膜厚は１０ｎｍ〜１５０ｎｍの程度であり、約５０ｎｍが好適である。続いて、純銅ターゲットを用いて第一層の酸素を含有する銅膜をスパッタリングにより３０ｎｍ成膜する。成膜時の雰囲気は酸素ガスとアルゴンガスの混合ガスで、混合ガス中の酸素ガスの濃度は３．８％である。
次に、同じターゲットで第二層の純銅膜を連続成膜する（Ｓ−２０１）。この時の成膜雰囲気はアルゴンガスである。膜厚は２００ｎｍとした。次にハーフ露光マスクを用いたフォトリソグラフィによってレジストパタンを形成する（Ｓ−２０２）。ここで、走査信号線２、共通信号線３を形成する部分には露光せずレジストを厚く形成し、共通（透明）電極４を形成する部分はハーフ露光としてレジストを薄く形成する。フォトリソグラフィの後、金属をエッチングし（Ｓ−２０３）、続いて透明導電膜をエッチングする（Ｓ−２０４）。ここでハーフ露光部のレジストアッシングにより除去する（Ｓ−２０５）。信号線メタルエッチングし（Ｓ−２０６）、残留レジストを除去する（Ｓ−２０７）。以上の工程により、走査信号線２（ゲート電極、走査信号線端子を含む）、共通信号線３（共通信号線端子を含む）、共通（透明）電極４が形成される。
図１３により第２フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜５とアモルファスシリコンからなる半導体層６と、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７をプラズマ化学蒸着法で連続的に成膜する（Ｓ−２０８）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−２０９）、コンタクト層７、半導体層６を選択的にエッチングし（Ｓ−２１０）、レジストを剥離すると（Ｓ−２１１）、いわゆる島状パタンが形成される。
図１４により第３フォトリソグラフィ工程を説明する。まず、映像信号線の第一層である酸素を含有する銅層２１を、次いで第二層である純銅２２をスパッタリングにより連続成膜する（Ｓ−２１２）。この時の成膜条件及び膜厚は、前記走査信号線と同様にした。なお、ｎ＋型アモルファスシリコンからなるコンタクト層７の表面は、前記金属配線を成膜初期に酸素プラズマに曝されて酸化する。次に、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−２１３）、第一層である酸素を含有する銅層と第二層である純銅をエッチング除去し（Ｓ−２１４）、続いて、ｎ＋型アモルファスシリコン層７をエッチング除去することで（Ｓ−２１５）、薄膜トランジスタのチャネルを分離し、レジストを剥離する（Ｓ−２１６）。以上の工程により、ドレイン電極８（映像信号線、映像信号線端子を含む）、及びソース電極９、コンタクト層７の島状パタンが形成される。
次に、図１５により第４フォトリソグラフィ工程を説明する。先ず、窒化シリコンからなる保護絶縁膜１０をプラズマ化学蒸着法で成膜する（Ｓ−２１７）。バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−２１８）、ソース電極９上及び映像信号端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０にスルーホール１１を開口し、同時に走査信号線端子（図示せず）上の保護絶縁膜１０とゲート絶縁膜５にスルーホール１１を開口し（Ｓ−２１９）、レジストを剥離する（Ｓ−２２０）。
図１６により第５フォトリソグラフィ工程を説明する。インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する（Ｓ−２２１）。先ず、バイナリ露光マスクによるフォトリソグラフィの後（Ｓ−２２２）、画素電極１２、走査信号線端子（図示せず）、共通信号線端子（図示せず）、映像信号線端子（図示せず）のパターンをエッチング加工し（Ｓ−２２３）、レジストを剥離する（Ｓ−２２４）。以上の工程により液晶表示装置のアクティブマトリクス基板が完成する。
以上の実施の形態３で説明したように、第一層である酸素を含有する銅と第二層である純銅からなる積層膜は、ソース電極及びドレイン電極及び前記映像信号線にも適用することができる。
実施の形態４では、無アルカリガラス基板上にインジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッタリングにより成膜する。次に、第一層の酸素を含有する銅を１０ｎｍ成膜する。この時のスパッタガスはアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスで酸素ガス濃度は３．８％とした。第一層の成膜完了後、混合ガスを遮断し真空排気を行った。次に、第一層上に、第二層の純銅をアルゴンガス雰囲気で２９０ｎｍ厚に成膜した。得られた金属膜の基板との密着性をクロスカットテストで評価した。その結果、良好な密着性を示した。また、シート抵抗を評価した結果、銅と同等のシート抵抗であった。
比較例１として、上記製造方法のうち、途中の真空排気の工程を省略し、第一層を成膜後酸素ガスのみ遮断し、続けてアルゴンガスのみで銅を成膜した基板を作製した。
図１７は、比較例１の膜厚方向の組成分析結果を説明する図である。図１７中、横軸はスパッタ時間（分）、縦軸は元素の含有量（規格化）を示し、太線は銅（Ｃｕ）の、細線は酸素（Ｏ）の含有量である。膜中の酸素の挙動は、第一層から第二層の下層にかけて緩やかな濃度勾配を持つ。第一層の成膜時の酸素が僅かに残留したためと考えられる。前記比較例１の特性を評価した結果、前記第一層の成膜と第二層の成膜との間に真空排気を行った基板と同様に良好な密着性を示した。また、シート抵抗を評価した結果、同等の値を示した。この結果、第二層に僅かに酸素が混入しても、銅と同程度のシート抵抗が得られる。前記比較例の特徴は、成膜に要する時間が、前記第一層の成膜と第二層の成膜との間に真空排気を行った基板よりも短縮できることがわかった。
図１８は本発明と比較例の密着性評価結果を説明する図である。評価方法はクロスカットテストである。図中に示す値は、分母はクロスカットで作製した桝目の数を、分子は透明導電膜上に残った桝目の数をそれぞれ示す。評価に用いた試料は、無アルカリガラス基板上にインジウムを主成分とする透明導電膜（５０ｎｍ）を形成し、前記透明導電膜上に酸素を含有した銅膜（５０ｎｍ）を成膜した。この時の成膜条件は、例えば成膜圧力：１．４ｍＴｏｒｒ、成膜ガス：酸素ガス＋アルゴンガス、混合ガス中の酸素濃度：３．８％である。
次に、同一ターゲットを用いて前記酸素を含有した銅膜上に純銅（２００ｎｍ）を連続成膜する。この時の成膜条件は、例えば成膜圧力；１．４ｍＴｏｒｒ、成膜ガス；アルゴンガスである。比較例２として、酸素を含有した銅膜の無い純銅膜（２５０ｎｍ）のみを成膜した試料も作製した。
純銅膜のみを形成した比較例２は、透明導電膜との密着性が悪く、全面剥離した。一方本発明の特徴である酸素を含有した銅膜を配置した基板は、剥がれを生じることなく透明導電膜との密着性が良好であった。
前記本発明の特徴である酸素を含有した銅膜を配置した基板の断面モフォロジを調べた結果、粒径５０ｎｍ以下の結晶粒と空孔が存在する。この結果、前記のようなモフォロジを有することから、ヤング率の小さな前記酸素を含有する銅を配置することで、下地膜との界面に作用するせん断応力を緩和でき密着性が向上する。
また、無アルカリガラス上に、酸素を含有した銅と前記酸素を含有した銅上に純銅を積層した基板と、比較例として純銅のみを成膜した基板を作製し、前記密着性を評価した。その結果、酸素を含有した銅配置した基板の方が優れた密着性を示した。
また、他の下地基板（ｎ＋型アモルファスシリコン、窒化シリコン）上に同様に成膜したそれぞれの基板を作製し、密着性を評価した。酸素を含有した銅を配置した基板の方が良好な密着性を示した。
１・・・アクティブマトリクス基板、２・・・走査信号線、３・・・共通信号線、４・・・共通電極、５・・・ゲート絶縁膜、６・・・半導体層、７・・・コンタクト層、８・・・ドレイン電極（映像信号線）、９・・・ソース電極、１０・・・保護絶縁膜、１１・・・スルーホール、１２・・・画素電極、１３・・・液晶、１４・・・カラーフィルタ用ガラス基板、１５・・・配向膜、１６・・・ブラックマトリクス、１７・・・カラーフィルタ、１８・・・平坦化膜、１９・・・偏光板、２１・・・酸素を含有する銅層、２２・・・純銅層。
Claims (20)
- 一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応する各画素領域に形成された薄膜トランジスタと、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、前記走査信号線を覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを具備する液晶表示装置であって、
前記走査信号線は、前記一対の基板の一方の上に形成した第一層を下層とし、該第一層の上に形成した第二層を上層とする積層膜から構成され、前記第一層は粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造を有して、酸素を含有する銅であり、前記第二層は純銅であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記第一層の粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造を有する銅層の膜厚は、前記第一層及び前記第二層からなる配線の合計膜厚の２０％を超えないことを特徴する液晶表示装置。 - 請求項２に記載の液晶表示装置において、
前記第一層の粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造を有する銅層の膜厚は、５０ｎｍを越えないことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記走査信号線の前記第一層には、前記第二層の純銅よりヤング率の小さな銅が配置されることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記第一層に含有する酸素の含有量は、０．１原子％以上１０原子％以下の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記第二層に含有する酸素の量は、前記第一層に含有される酸素の量より少ないことを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記第一層に窒素元素が含有されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極及び前記映像信号線は、前記一対の基板の一方の基板上に形成された第一層と、前記第一層上に形成された第二層とを有し、前記第一層は、粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造を有する銅であり、前記第二層は純銅であることを特徴とする液晶表示装置。 - 一対の基板と、前記一対の基板に挟持された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された複数の走査信号線と、前記走査信号線とマトリクス状に交差する複数の映像信号線と、前記走査信号線と前記映像信号線との交点に対応する各画素領域に形成された薄膜トランジスタと、前記画素領域に形成され前記薄膜トランジスタに接続された画素電極と、前記走査信号線を覆うゲート絶縁膜と、前記映像信号線と前記薄膜トランジスタとを覆う保護絶縁膜とを具備する液晶表示装置の製造方法であって、
前記一対の基板の一方の上に、前記走査信号線を構成する第一層の酸素を含有する銅層と第二層の純銅を形成する工程では、前記第一層と前記第二層とで同一のスパッタリングターゲットを原料とし、
前記第一層の形成工程では、希ガスと酸素ガスの混合ガスをスパッタガスとし、
前記第二層の形成工程では、前記希ガスをスパッタガスとし、
前記走査信号線を構成する前記第一層の酸素を含有する銅層を、粒径１００ｎｍを超えない結晶粒と空隙から構成されるポーラスな構造に形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極、及び前記映像信号線を構成する前記第一層と前記第二層の形成工程では、前記第一層と第二層とで同一のスパッタリングターゲットを原料とし、
前記第一層の形成工程では、前記希ガスと酸素ガスの混合ガスをスパッタガスとし、
前記第二層の形成工程では、希ガスをスパッタガスとすることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第一層の酸素を含有する銅の膜厚を、前記第一層及び前記第二層からなる配線の合計膜厚の２０％を超えない範囲で形成することを特徴する液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第一層の酸素を含有する銅層の膜厚を、５０ｎｍを越えない範囲で形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第一層の銅層を、０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で酸素が含有するように形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第二層に含有する酸素の量が、前記第一層に含有される酸素の量より少なくなるように形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記第一層に、窒素元素が含有される銅を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記走査信号線の前記第一層に、前記第二層の純銅よりヤング率の小さな銅を用いることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記走査信号線を構成する酸素を含有する銅中の酸素を、前記一対の基板側付近に高い濃度分布を持つように形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項１７に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記走査信号線を構成する銅中の酸素濃度が、前記一対の基板側で１０原子％を超えない範囲で形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極及び前記映像信号線として、前記一対の基板の一方の基板の上に酸素を含有する銅の第一層を形成し、前記第一層上に純銅の第二層を形成することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 請求項９乃至１９のいずれか一項に記載の液晶表示装置の製造方法において、
前記一対の基板の一方の基板と前記第一層の間に、透明導電膜の層を形成する工程を有することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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