JP5559210B2 - 回路基板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板、表示装置及び回路基板の製造方法に関する。より詳しくは、表示装置等の電子装置の構成部材として用いられる回路基板、表示装置及び回路基板の製造方法に関するものである。
回路基板は、電子回路を構成要素として有するものであり、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)等の素子を含む回路基板は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置、及び、太陽電池等の電子装置の構成部材として広く利用されている。
以下、TFT駆動の液晶表示パネルを構成するTFTアレイ基板の回路構成を例に挙げて説明する。TFTアレイ基板は、m行の走査線とn列の信号線とからなるm×nマトリクス配線の交点に、スイッチング素子であるTFTが設けられた構造を含む画素回路を有する。なお、TFTのドレイン配線は、絵素電極に接続されている。また、走査ドライバICやデータドライバICといった周辺回路が、それぞれTFTのゲート配線及びソース配線に接続されている。ここで配線としては、低抵抗のアルミニウム配線が多く用いられている。
回路は、TFT基板上に作り込まれるTFTの性能に影響を受ける。すなわち、TFT基板上に作り込まれるTFTの性能は、その材質によって異なるので、回路基板上に作り込まれるTFTにより回路が動作可能であるか、回路規模が大きくならないか、歩留まりが低下しないか等が、TFT基板上に作り込まれる回路によって影響する。従来の回路基板では、TFTを安価かつ容易に形成することができる点からa−Si(アモルファスシリコン)が多く採用されているが、a−Siは電子移動度が低く、より電気的特性に優れた材料を用いることが望まれるところであった。
TFTのチャネル層に使用されるその他の半導体化合物として、例えば、In、Ga、Znから選択される元素の1つを含む酸化物半導体をチャネル層に用いる薄膜トランジスタが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2008−277326号公報
しかし、電子移動度を高める観点等から半導体層として酸化物半導体を採用した場合は、ウェットエッチングに対して耐性があるa−Siとは異なり、酸化物半導体は当該ウェットエッチングに対して耐性がない。したがって、低抵抗のアルミニウム配線を含む回路基板を作製する際に、マスクプロセス(例えば、チャネルエッチングプロセス有りの5枚マスクプロセス)を行うと、酸化物半導体の少なくとも一部がアルミニウム用のエッチング液によって消失してしまい、信頼性を充分に高める点で工夫の余地があった。なお、5枚マスクプロセスとは、例えば、(1)ゲート配線を第一のマスクを用いてエッチングする工程、(2)半導体層を第二のマスクを用いてエッチングする工程、(3)導電体層を第三のマスクを用いてエッチングしてソース電極とドレイン電極とを分離する工程(本明細書中、チャネルエッチングプロセス又はチャネル分離プロセスともいう)、(4)絶縁膜層及び有機絶縁膜を第四のマスクを用いてエッチングしてコンタクトホールを形成する工程、(5)絵素電極を第五のマスクを用いてエッチングして形成する工程を含むものである。
図12は、従来の回路基板の製造方法においてゲート配線を形成した基板を示す断面模式図である。図面の左側から、それぞれ回路基板のTFT部、蓄積容量(Cs)部、接続部、端子部を示す。それぞれにおいて、ゲート配線113が形成されている。
図13は、従来の回路基板の製造方法において半導体層を形成した基板を示す断面模式図である。図12に示した基板から更に、基板上に絶縁膜115が形成されるとともに、TFT部及び端子部において酸化物半導体層117が形成されている。
図14は、従来の回路基板の製造方法においてアルミニウムを含む層をウェットエッチングした後の基板を示す断面模式図である。図13の基板から更に、アルミニウムを含む層119が形成され、当該アルミニウムを含む層119に対してマスクプロセスによりウェットエッチングを行っている。アルミニウムを含む層119をウェットエッチングにより除去した箇所においては、酸化物半導体層117の一部が消失し、その膜厚が薄くなり消失する。
図15は、従来の回路基板の製造方法において有機絶縁膜を形成した基板を示す断面模式図である。図14から更に、基板上に絶縁膜121を形成し、有機絶縁膜123を形成したうえで、蓄積容量(Cs)部、接続部及び端子部においてドライエッチングによりコンタクトホールを形成している。
図16は、従来の回路基板の製造方法において絵素電極を形成した基板を示す断面模式図である。図15から更に、絵素電極131が形成されている。
上述したように、従来の回路基板においては、アルミニウムを含む層119をウェットエッチングする際に酸化物半導体層117の少なくとも一部、またはすべてが消失するため、信頼性を充分に高めるための工夫の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、TFTの半導体層が酸化物半導体からなり、低抵抗のアルミニウム配線を用いる、信頼性に優れた回路基板を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、信頼性に優れた回路基板について種々検討したところ、半導体層が酸化物半導体からなる回路基板において、アルミニウム配線をウェットエッチングする際に、回路基板のTFT部及び端子部等における酸化物半導体がエッチング液により消失してしまうことに着目した。そして、酸化物半導体の消失により回路基板の信頼性を充分に高めることができないことを見いだすとともに、回路基板のTFT部において、配線をアルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層が積層されたものとし、該配線は、該半導体層と接する部分を有し、該ソース配線と半導体層の接する部分と該ドレイン配線と半導体層の接する部分とが間隔をあけて対向するものとすることにより、回路基板の製造時に酸化物半導体がエッチング液により消失することを防いで信頼性を向上させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、酸化物半導体層、ソース配線及びドレイン配線を有する回路基板であって、上記ソース配線及び該ドレイン配線は、それぞれ該半導体層と接する部分を有し、該ソース配線の該半導体層と接する部分と該ドレイン配線の該半導体層と接する部分とが間隔をあけて対向し、かつアルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層を積層して形成したものである回路基板である。
本発明の回路基板は、上記構成とすることにより、チャネルエッチングプロセスにおいて、まずアルミニウムを含む層をエッチングし、次いで、アルミニウム以外の金属からなる層をエッチングすることになる。エッチングの後半ではアルミニウム用のウェットエッチングの代わりにドライエッチングを行うことができ、酸化物半導体の消失をドライエッチングによる最小限のものとすることができる。したがって、TFTの半導体層が酸化物半導体からなり、かつ低抵抗のアルミニウム配線を用いる回路基板において、信頼性を充分に高めることができる。
上記アルミニウムを含む層は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、Mo/Al、又は、Mo/Al合金から構成されることが好ましい。また、Al合金はAl−Ni、Al−Nd、Al−Co、Al−Si等を主成分とする合金である。膜厚としては、例えば50nmから400nmである。
上記アルミニウム以外の金属からなる層としては、アルミニウムを含む層のエッチャントに対して耐性があり、かつドライエッチング可能なものが好ましい。例えば、Ti、Ta、W等の金属が好ましい。また、膜厚としては短いドライエッチング時間として、下地のダメージを減らすため、例えば10nmから100nmの膜厚がよい。
上記酸化物半導体層としては、ZnO等の結晶性の酸化物半導体層、IGZO(インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)等のアモルファスの酸化物半導体層が挙げられる。中でも、アモルファスの酸化物半導体層が好ましい。なお、アモルファスの酸化物半導体層は、燐酸+硝酸+酢酸の混合溶液(Alの一般的なエッチング)で消失する。
本発明の回路基板の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明の回路基板における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
本発明の回路基板における好ましい形態の一つとして、上記アルミニウム以外の金属からなる層は、チタン、タンタル及びタングステンからなる群より選択される少なくとも1種を含むものである形態が挙げられる。この形態によれば、容易にドライエッチングを行うことができ、本発明の効果を充分に発揮することができる。より好ましい形態としては、上記アルミニウム以外の金属からなる層が、チタン、タンタル及びタングステンからなる群より選択される少なくとも1種からなるものである形態である。
本発明の回路基板における好ましい形態の一つとして、上記回路基板は、薄膜トランジスタアレイ基板である形態が挙げられる。上記薄膜トランジスタアレイ基板は、回路基板に薄膜トランジスタ(TFT)が設けられている。
本発明はまた、本発明の回路基板を備える表示装置でもある。上記表示装置としては、液晶表示装置、有機EL表示装置や無機EL表示装置等のEL表示装置等が挙げられる。
本発明はまた、酸化物半導体層、ソース配線及びドレイン配線を有する回路基板の製造方法であって、上記製造方法は、酸化物半導体層を形成する酸化物半導体形成工程、アルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層を積層することにより導電体層を形成する導電体層形成工程、及び、アルミニウムを含む層をウェットエッチングにより処理し、次いで、アルミニウム以外の金属からなる層をドライエッチングにより処理する処理工程を含み、上記処理工程は、該導電体層をソース配線とドレイン配線に分離して、該ソース配線と半導体層の接する部分と該ドレイン配線と半導体層の接する部分とが間隔をあけて対向するようにする回路基板の製造方法でもある。
本発明の回路基板の製造方法は、上述したチャネルエッチングプロセスにおいて、エッチングの後半ではウェットエッチングの代わりにドライエッチングを行うものであり、露出した酸化物半導体の消失をドライエッチングによる最小限のものとすることができるため、TFTの半導体層が酸化物半導体からなり、かつ低抵抗のアルミニウム配線を用いる回路基板において、信頼性を充分に高めることができる。
なお、上記導電体層形成工程は、ソース配線とドレイン配線とを分離する処理工程の前段階として、エッチングされる導電体層を形成する工程であればよい。
本発明の回路基板の製造方法の好ましい形態は、上述した本発明の回路基板の好ましい形態と同様である。
上述した各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
本発明によれば、TFTの半導体層が酸化物半導体からなり、かつ低抵抗のアルミニウム配線を用いる回路基板において、信頼性を充分に高めることができる。
実施形態1の回路基板を示す平面模式図である。 実施形態1の回路基板のTFT部を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法においてゲート配線を形成した基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法において半導体層を形成した基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法においてアルミニウムを含む層をウェットエッチングした後の基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法においてアルミニウム以外の金属からなる層をドライエッチングした後の基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法においてレジストを除いた後の基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法において有機絶縁膜を形成した基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板の製造方法において絵素電極を形成した基板を示す断面模式図である。 実施形態1の回路基板を備える液晶パネルの構造を示す分解斜視模式図である。 図10に示した液晶パネルを備える液晶表示装置の構造を示す分解斜視模式図である。 従来の回路基板の製造方法においてゲート配線を形成した基板を示す断面模式図である。 従来の回路基板の製造方法において半導体層を形成した基板を示す断面模式図である。 従来の回路基板の製造方法においてアルミニウムを含む層をウェットエッチングした後の基板を示す断面模式図である。 従来の回路基板の製造方法において有機絶縁膜を形成した基板を示す断面模式図である。 従来の回路基板の製造方法において絵素電極を形成した基板を示す断面模式図である。
本明細書において、「ソース配線の半導体層と接する部分とドレイン配線の半導体層と接する部分とが間隔をあけて対向する」とは、図2に例示されるように、ソース配線の半導体層と接する部分におけるソース配線の一面と該ドレイン配線の半導体層と接する部分におけるドレイン配線の一面とが、直接的に接することなく、互いに平行に向かい合う関係にあればよい。
回路基板は、実施形態においてTFTが設けられる基板であることから、TFT側基板ともいう。上記回路基板に対向する基板は、実施形態においてカラーフィルタ(CF)が配置される基板であることから、CF側基板ともいう。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
実施形態1
図1は、実施形態1の回路基板を示す平面模式図である。回路基板100は、薄膜トランジスタ(TFT)41が設けられたTFT側基板であり、絵素電極エリア(表示領域)と絵素電極エリアの外側の領域(非表示領域)とを備える。
非表示領域には、接続部51及び端子部61が配置されている。接続部51を介して、ソースドライバを、例えばチップオングラス(COG)方式で回路基板100上に実装することができる。また、端子部61を介して、フレキシブルプリント基板(FPC)を回路基板100上に実装することができる。例えば、FPCから端子部61及び接続部51を介してソースドライバを駆動するための信号を入力することができる。
なお、回路基板100の表示領域には、ガラス基板(図1には示さず)上に、ゲート配線13とソース配線19sとが略直交するように設けられ、更に、ゲート配線13とソース配線19sとで囲まれる領域ごとに絵素電極31及びTFT41が設けられている。また、絵素電極31と重なるように、ゲート配線13と略平行に蓄積容量(Cs)配線25が通っている。
図2は、実施形態1の回路基板のTFT部を示す断面模式図である。
実施形態1の回路基板は、TFT部において、ゲート配線13及びIGZO(インジウムガリウム亜鉛複合酸化物)等の酸化物半導体層17を有し、更に、アルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層を積層して形成されたソース配線19s及びドレイン配線19dを有する。ソース配線19s及びドレイン配線19dは、酸化物半導体層17と接する部分を有し、ソース配線19sの酸化物半導体層17と接する部分とドレイン配線19dの酸化物半導体層17と接する部分とが間隔をあけて対向している。本実施形態では、上記構成とすることにより、チャネルエッチングプロセスにおいて、まずアルミニウムを含む層をエッチングし、次いで、アルミニウム以外の金属からなる層をエッチングすることになる。エッチングの後半ではウェットエッチングの代わりにドライエッチングを行うことができ、酸化物半導体の消失をドライエッチングによる最小限のものとすることができるため、TFTの半導体層が酸化物半導体からなり、かつ低抵抗のアルミニウム配線を用いる回路基板において、信頼性を充分に高めることができる。
ウェットエッチングの液種としては、アルミニウムをエッチングできるものであればよい。アルミニウムをエッチングできるものであれば、通常は酸化物半導体を消失させることになるので、このような液種を用いて得られた回路基板に本発明を適用することにより本発明の有利な効果が発揮される。当該液種としては、強酸、弱酸、強アルカリ等が挙げられる。また、酸化物半導体層17がIGZO以外のZnO等である場合は、酸化物半導体層17が弱アルカリでもエッチングされるため、この場合は弱アルカリを用いて得られた回路基板についても本発明を適用することができる。上記液種としては、中でも、燐酸+硝酸+酢酸の混合溶液(Alの一般的なエッチング)が好ましい。
酸化物半導体層17としては、IGZO以外に、例えばISZO(In−Si−Zn−O)、IAZO(In−Al−Zn−O)、INiZO(In−Ni−Zn−O)、ICuZO(In−Cu−Zn−O)、IHfZO(In−Hf−Zn−O)、IZO(In−Zn−O)等を好適に用いることができる。
実施形態1の回路基板の製造工程を図3〜図9を参照して以下に説明する。
図3は、実施形態1の回路基板の製造方法においてゲート配線を形成した基板を示す断面模式図である。図面の左側から、それぞれ回路基板のTFT部、蓄積容量(Cs)部、接続部51、端子部61を示す。図4〜図9、図12〜図16においても同様である。TFT部、接続部及び端子部において、それぞれゲート配線13が形成されている。
図4は、実施形態1の回路基板の製造方法において半導体層を形成した基板を示す断面模式図である。図3に示した基板から更に、基板上に絶縁膜15が形成されるとともに、TFT部及び端子部において酸化物半導体層17が形成されている。
図5は、実施形態1の回路基板の製造方法においてアルミニウムを含む層をウェットエッチングした後の基板を示す断面模式図である。すなわち、図4の基板から更に、アルミニウム以外の金属からなる層19a、及び、アルミニウムを含む層19bを積層し、導電体層が形成されている。次いで、マスクプロセスによりレジスト20を形成し、アルミニウムを含む層19bに対してウェットエッチングを行っている。
図6は、実施形態1の回路基板の製造方法においてアルミニウム以外の金属からなる層をドライエッチングした後の基板を示す断面模式図である。アルミニウムを含む層19bをウェットエッチングにより除去した箇所(言い換えれば、レジスト20が形成されていない箇所)において、更にアルミニウム以外の金属からなる層19aをドライエッチングにより処理している。酸化物半導体層17はドライエッチングによる最小限のダメージを受けただけであり、実質的に消失していない。
本実施形態において示した導電体層(ソース配線及びドレイン配線)は、二層であってもよく、三層以上であってもよいが、二層又は三層であることが好ましい。例えば、Al(アルミニウム)/Ti(チタン)、Mo(モリブデン)/Al(アルミニウム)/Ti(チタン)、Al合金/Mo(モリブデン)/Ti、Al合金/Ti、Al合金/Ta(タンタル)、又は、Al合金/W(タングステン)の多層構造とすることが好適である。アルミニウムを含む層は、その膜厚を50nm〜400nmとすることができる。また、アルミニウム以外の金属からなる層は、その膜厚を10nm〜100nmとすることができる。上述したように、上層のアルミニウムをウェットエッチングプロセスで処理して、最後にTi、Ta、W等をドライプロセスで処理する。
図7は、実施形態1の回路基板の製造方法においてレジストを除いた後の基板を示す断面模式図である。図6から更に、基板上のレジストを除去している。
図8は、実施形態1の回路基板の製造方法において有機絶縁膜を形成した基板を示す断面模式図である。図7から更に、基板上に絶縁膜21を形成し、有機絶縁膜23を形成したうえで、蓄積容量(Cs)部、接続部及び端子部においてドライエッチングによりコンタクトホールを形成している。
図9は、実施形態1の回路基板の製造方法において絵素電極を形成した基板を示す断面模式図である。図8から更に、絵素電極31が形成されている。
これにより、低抵抗であるアルミニウム(合金)層を含む配線を5枚マスクプロセスで好適に作製することができる。すなわち、回路基板のTFT部において、配線をアルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層が積層されたものとし、該配線は、該半導体層と接する部分を有し、該ソース配線と半導体層の接する部分と該ドレイン配線と半導体層の接する部分とが間隔をあけて対向するものとすることにより、回路基板の製造時に酸化物半導体がエッチング液により消失することを防いで信頼性を向上させることができる。
図10は、実施形態1の回路基板を備える液晶パネルの構造を示す分解斜視模式図である。
図10に示されるように、液晶パネル200のCF側の基板72と回路基板100とは液晶73を挟持する。また、液晶パネル200は、回路基板100の背面に、バックライト75を備える。バックライト75の光は、偏光板74、回路基板100、液晶73、CF側の基板72、及び、偏光板71をこの順に通過し、液晶の配向制御により光の透過・非透過を制御する。
図11は、図10に示した液晶パネルを備える液晶表示装置の構造を示す分解斜視模式図である。
図11に示されるように、液晶パネル200は、固定パネル400上に固定され、前部キャビネット300及び後部キャビネット500により封じられる。そして、後部キャビネット500と上部スタンド700とが金具600を介して固定される。また上部スタンド700と下部スタンド800とが嵌め合わせされる。
上述した実施形態における各形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
なお、本願は、2010年1月21日に出願された日本国特許出願2010−011368号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
11:ガラス基板
13、113:ゲート配線
15、21、115、121:絶縁膜
17、117:酸化物半導体層
19s:ソース配線
19d:ドレイン配線
19a:アルミニウム以外の金属からなる層
19b、119:アルミニウムを含む層
20:レジスト
23、123:有機絶縁膜
25:Cs(蓄積容量)配線
31、131:絵素電極
41:TFT
51:接続部
61:端子部
71、74:偏光板
72:CF側の基板
73:液晶
75:バックライト
100:回路基板
200:液晶パネル
300:前部キャビネット
400:固定パネル
500:後部キャビネット
600:金具
700:上部スタンド
800:下部スタンド
900:液晶表示装置

Claims (7)

  1. 酸化物半導体層、ソース配線及びドレイン配線を有する回路基板の製造方法であって、
    該製造方法は、
    酸化物半導体層を形成する酸化物半導体形成工程、
    アルミニウム以外の金属からなる層、及び、アルミニウムを含む層を積層することにより導電体層を形成する導電体層形成工程、及び、
    アルミニウムを含む層をウェットエッチングにより処理し、次いで、アルミニウム以外の金属からなる層をドライエッチングにより処理する処理工程を含み、
    該処理工程は、該導電体層をソース配線とドレイン配線に分離して、該ソース配線と半導体層の接する部分と該ドレイン配線と半導体層の接する部分とが間隔をあけて対向するようにするものであり、
    該アルミニウム以外の金属からなる層は、該アルミニウムを含む層のウェットエッチングで用いられるエッチャントに対して耐性がある材料からなり、
    該アルミニウムを含む層は、その膜厚が50nm〜400nmであり、該アルミニウム以外の金属からなる層は、その膜厚が10nm〜100nmである
    ことを特徴とする回路基板の製造方法。
  2. 前記ドライエッチングは、前記酸化物半導体層が消失しないように行われることを特徴とする請求項1記載の回路基板の製造方法。
  3. 前記酸化物半導体層は、インジウム・ガリウム・亜鉛複合酸化物から形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の回路基板の製造方法。
  4. 更に、マスクプロセスにより前記導電体層上にレジスト層を形成するレジスト形成工程を含み、
    前記ウェットエッチング及びドライエッチングは、いずれも該レジスト層が形成されていない領域で行われる
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
  5. 前記アルミニウムを含む層は、アルミニウム、アルミニウム合金、モリブデン/アルミニウム、又は、モリブデン/アルミニウム合金から形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
  6. 前記アルミニウムを含む層は、アルミニウム合金から形成され、該アルミニウム合金の主成分は、アルミニウム−ニッケル、アルミニウム−ネオジム、アルミニウム−コバルト又はアルミニウム−ケイ素であることを特徴とする請求項5記載の回路基板の製造方法。
  7. 前記アルミニウム以外の金属からなる層は、チタン、タンタル又はタングステンから形成されることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の回路基板の製造方法。
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