JP5810810B2 - トップゲート型アクティブマトリックス基板、およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、トップゲート型アクティブマトリックス基板およびその製造方法に関する。

図５は、従来のトップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。

図６は、図５に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。

図示するように、トップゲート型アクティブマトリックス６０は、基材６１上に、ソース電極６２、ドレイン電極６３、半導体層６４、ゲート絶縁層６５、ゲート電極６６、層間絶縁層６７、画素電極６８、および前記ソース電極６２と接続したデータ配線６９とを有する。なお、トップゲート型とは、図示するように、ゲート電極６６がソース電極６２およびドレイン電極６３よりも上側に位置するものの総称である。

ここで、データ配線６９は、これと接続するソース電極６２と外部回路とを接続するためのいわゆる引出線の役割を果たすものであり、ソース電極６２と同じ材質で作られるのが一般的である。ここで、ソース電極６２は、半導体層６４との相性などを考慮して銀または銀合金で形成されることもあり、その場合にはデータ配線６９も銀もまたは銀合金で形成されることとなる。

しかしながら、ソース電極６２とデータ配線６９を銀または銀合金により形成した場合、ソース電極６２は、ゲート絶縁層６５さらには層間絶縁層６７や画素電極６８などによりその表面が被覆されているため問題となることはないが、一方でデータ配線６９は、ゲート絶縁層６５によって被覆されておらずむき出しとなっている部分が存在するため、当該部分でいわゆるマイグレーション現象が生じてしまうことが分かった。マイグレーション現象とは、種々の電子部品において配線や電極として用いられている金属または金属酸化物が絶縁物上を移動し、本来絶縁状態となっている部分の絶縁抵抗値を低下させてしまう現象をいう。マイグレーション現象が生じた場合、最終的には「短絡」が発生し、システム全体の破壊にまでつながってしまうこともあり、確実に防止する技術が求められている。

特許文献１には、データ配線６９においてむき出しとなっている部分に、金属皮膜を設ける技術が開示されている。

しかしながら、当該文献に開示されている方法は、元々のアクティブマトリックス基板には用いられていない金属を用い、別途金属皮膜を設ける必要があるため、製造工程が煩雑となり、また製造コストからも問題があった。

特開平０９−０２６６０２号公報

本発明はこのような状況においてなされたものであり、データ配線が銀や銀合金により形成されており、またデータ配線に、ゲート絶縁層によって被覆されておらずむき出しとなっている部分があった場合でも、当該むき出しとなっている部分でマイグレーション現象が生じることがないトップゲート型アクティブマトリックスを提供するとともに、当該トップゲート型アクティブマトリックス基板を簡便かつ安価に製造することができる方法を提供するを主たる課題とする。

本発明者らは、マイグレーション現象ついて鋭意検討し、この原因が水分、より具体的には、目視可能な水滴のみならず大気中の気化状態の水分、いわゆる湿気もがマイグレーションを引き起こしていることを解明し本発明を完成させた。

つまり、上記課題を解決するための第１の発明は、基材と、前記基材上に直接または間接的に形成された、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極、層間絶縁層、画素電極、および前記ソース電極と接続したデータ配線と、を有するトップゲート型アクティブマトリックス基板であって、前記ソース電極と前記データ配線はともに、銀または銀合金で形成されており、少なくとも、前記ゲート電極または前記画素電極の何れか一方は、銀または銀合金以外で形成されており、前記データ配線における、前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分は、前記ゲート電極と前記画素電極の何れか一方であって、銀または銀合金以外で形成されている方と同じ材質の被覆層によって被覆されていることを特徴とする。

また、上記課題を解決するための第２の発明は、基材上に、直接また間接的に、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極、層間絶縁層、画素電極、および前記ソース電極と接続したデータ配線のそれぞれを順次形成するトップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法であって、前記ソース電極と前記データ配線は、銀または銀合金により同時に形成し、一方で、前記ゲート電極は、銀または銀合金以外で形成するとともに、当該ゲート電極を形成するのと同時に、前記データ配線における前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分を、当該ゲート電極と同じ材質で被覆することを特徴とする。

さらに、上記課題を解決するための第３の発明は、基材上に、直接また間接的に、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極、層間絶縁層、画素電極、および前記ソース電極と接続したデータ配線のそれぞれを順次形成するトップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法であって、前記ソース電極と前記データ配線は、銀または銀合金により同時に形成し、一方で、前記画素電極は、銀または銀合金以外で形成するとともに、当該画素電極を形成するのと同時に、前記データ配線における前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分を、当該画素電極と同じ材質で被覆することを特徴とする。

本発明によれば、データ配線が、マイグレーション現象が生じやすい銀また銀合金によって形成されているにもかかわらず、当該データ配線においてマイグレーション現象が生じやすい部分、つまりゲート絶縁層によって被覆されていない部分が、銀または銀合金以外で形成された、ゲート電極または画素電極の何れか一方と同じ材質で形成された被覆層によって被覆されているので、マイグレーション現象の発生を防止することができる。

また、本発明は、被覆層がゲート電極または画素電極と同一材料にて形成されているので、これらを同一工程にて形成可能であるため、従来の、被覆層がないアクティブマトリックス基板と比べて工程が煩雑となることもなく、また従来と同じ装置にて製造することも可能である。

トップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。 図１に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。 図１とは異なる態様のトップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。 図３に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。 従来のトップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。 図５に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。

以下、トップゲート型アクティブマトリックス基板の実施形態およびその製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、トップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。

図２は、図１に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。

図示するように、トップゲート型アクティブマトリックス１０は、基材１１上に、ソース電極１２、ドレイン電極１３、半導体層１４、ゲート絶縁層１５、ゲート電極１６、層間絶縁層１７、画素電極１８、および前記ソース電極１２と接続したデータ配線１９とを有する。そして、前記ソース電極１２と前記データ配線１９はともに、銀または銀合金で形成されている。

一方で、ゲート電極１６は、前記ソース電極および前記データ配線１９とは異なり、銀又は銀合金以外の材質で形成されている。そして、特に図２に示すように、前記データ配線１９における、前記ゲート絶縁層１５によって被覆されていない部分Ａは、前記ゲート電極１６と同じ材質により形成された被覆層２０によって被覆されている。

このようなトップゲート型アクティブマトリックス１０によれば、データ配線１９においていわゆるむき出しとなっている部分Ａが、ゲート電極と同じ材質により形成された被覆層２０によって被覆されているので、当該部分Ａにおけるマイグレーション現象の発生を防止しることができる。また、このようなトップゲート型アクティブマトリックス１０によれば、マイグレーション現象の発生を防止するためにソース電極１２とデータ配線１９の材質を異ならせるといった煩わしさはなく、双方に対して銀または銀合金を採用可能となる。

以下に、トップゲート型アクティブマトリックス１０を構成ごとに説明する。

＜基材＞
基材１１は、トップゲート型アクティブマトリックス１０の全体を支持する機能を果たすものであればいかなるものであってもよく、従来から用いられている基材を適宜選択して用いることができる。

具体的には、トップゲート型アクティブマトリックス１０を用いて製造されるデバイスの種類や用途等に応じて選択すればよく、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などのプラスチックシート等を挙げることができる。また、これら樹脂の以外であっても、例えばガラス基板を用いてもよい。

＜ソース電極・ドレイン電極・データ配線＞
ソース電極１２は、データ配線１９と接続されており、かつ銀または銀合金により形成されている。また、通常の場合、ソース電極１２とドレイン電極１３とは同じ材質により形成されることが多く、従ってドレイン電極１３にあっても銀または銀合金により形成されることとなる。
一方で、ソース電極１２と接続しているデータ配線１９にあっても銀または銀合金により形成されている。ただし、当該データ配線１９は、ソース電極１２およびドレイン電極１３と全く同じ材質で形成されていてもよく、銀または銀合金ではあるが、ソース電極１２およびドレイン電極１３とは異なる材料で形成されていてもよい。つまり、たとえばソース電極１２、ドレイン電極１３、およびデータ配線１９がすべて銀により形成されていてもよく、ソース電極１２およびドレイン電極１３は銀で形成されており、データ配線１９は銀合金により形成されていてもよい。
ここで、合金とは、単一の金属元素からなる純金属に対して、複数の金属元素からなるものを指す。したがって、銀合金とは、構成金属元素に銀を含むものであり、さらには、当該合金を構成する複数の金属元素の中で銀がもっとも多く含有されている合金のことを指す。

上記基板１１上にソース電極１２、ドレイン電極１３およびデータ配線１９を形成する方法としては、所望のパターン状にこれらを形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、上記基板１１上にパターン状のソース電極１２、ドレイン電極１３およデータ配線１９を直接形成する方法（第１の方法）と、上記基板１１の全面に導電性薄膜層を形成した後、当該導電性薄膜層をパターン状にエッチングすることにより、ソース電極１２、ドレイン電極１３およびデータ配線１９を形成する方法（第２の方法）とを挙げることができる。上記のいずれの方法であっても好適に用いることができるが、なかでも上記第２の方法を用いることが好ましい。このような方法を用いることにより、より高精細なパターンを形成することができるからである。
上記第２の方法において、上記導電性薄膜層をパターン状にエッチングする方法としては、上記導電性薄膜層を所望のパターンにエッチングできる方法であれば特に限定されるものではない。このようなエッチング方法としては、例えば、レジスト材料を用いたリソグラフィー法やレーザーアブレーション法等を挙げることができる。これらのいずれの方法であっても好適に用いることができるが、なかでも上記レジスト材料を用いたリソグラフィー法が最も好適に用いられる。上記リソグラフィー法によれば高精細なパターン状のソース電極１２やドレイン電極１３を容易に製造することができるからである。また、このような方法によれば連続プロセスとして実施することも可能になるからである。
上記レジスト材料としては、例えば、フォトレジスト、スクリーンレジスト、ＥＢレジスト等を用いることができる。
また、上記第２の方法において基板上に導電性薄膜層を形成する方法としては、厚みが均一な導電性薄膜層を形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、真空蒸着法等の一般的に金属薄膜を形成する方法として公知の方法を用いることができる。

＜半導体層＞
半導体層１４は、従来からトップゲート型アクティブマトリックスにおいて用いられている種々の半導体層１４を用途等に応じて適宜選択して使用することができ、特に限定されることはない。

＜ゲート絶縁層＞
ゲート絶縁層１５についても特に限定されることはなく、前記半導体層１４と同様、用途等に応じて適宜選択して用いることができる。このゲート絶縁層１５に覆われていない、つまりゲート絶縁層１５からむき出しとなったデータ配線１９に被覆層２０が形成されることになる。
また、ゲート絶縁層１５の製造方法としては、上記半導体層１４上に所望の絶縁性を備えるゲート絶縁層１５を形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法としては、ゲート絶縁層を構成する絶縁性樹脂材料を溶媒に溶解したゲート絶縁層形成用塗工液を塗工する方法と（第１の方法）、ゲート絶縁層を構成する絶縁性樹脂材料を溶融させたゲート絶縁層形成用組成物を上記半導体層１４上に塗工する方法と（第２の方法）、ゲート絶縁層を構成する絶縁性樹脂材料のモノマー化合物を溶媒に溶解したゲート絶縁層形成用層形成用塗工液を上記半導体層１４上に塗工することにより、上記半導体層１４上にゲート絶縁層形成用層を形成した後、上記ゲート絶縁層形成用層中に含有される上記モノマー化合物を重合する方法と（第３の方法）、を挙げることができる。いずれの方法であっても好適に用いることができるが、なかでも第１の方法を用いることが好ましい。

＜ゲート電極＞
ゲート電極１６につていも特に限定されることはなく、前記半導体層１４やゲート絶縁層１６と同様、用途等に応じて適宜選択して用いることができる。また、ゲート電極１６の製造方法にあっても特に限定されることはなく、たとえば、前記ソース電極１２、ドレイン電極１３およびデータ配線１９と同様の製造方法を採用してもよい。

ここで、ゲート電極１６を形成するための材質は、後述する被覆層２０を形成するための材質ともなる。そして、被覆層２０は、ゲート絶縁層１５からむき出しとなっている部分のデータ配線１９のマイグレーション現象の発生を防止する役目を有していることから、当該役目を考慮して材質を選択することが好ましい。つまり、銀または銀合金以外の種々の材質中でも、金、白金、チタン、アルミニウム、クロム、モリブデンおよびこれらの合金、もしくは積層膜、さらにはこれらの酸化物などを好適に用いることができる。

＜層間絶縁層＞
層間絶縁層１７については、特に限定されることはなく、前記半導体層１４やゲート絶縁層１６と同様、用途等に応じて適宜選択して用いることができる。

＜画素電極＞
画素電極１８は、特に限定されることはなく、前記半導体層１４やゲート絶縁層１６と同様、用途等に応じて適宜選択して用いることができる。また、画素電極１８の製造方法にあっても特に限定されることはなく、たとえば、前記ソース電極１２、ドレイン電極１３およびデータ配線１９と同様の製造方法を採用してもよい。
ここで、画素電極１８を形成するための材質は、後述する被覆層２０を形成するための材質となる場合もなる（後述の他の実施形態参照）。そして、被覆層２０は、ゲート絶縁層１５からむき出しとなっている部分のデータ配線１９のマイグレーション現象の発生を防止する役目を有していることから、当該役目を考慮して材質を選択することが好ましい。つまり、銀または銀合金以外の種々の材質中でも、金、白金、チタン、アルミニウム、クロム、モリブデンおよびこれらの合金、もしくは積層膜、さらにはこれらの酸化物などを好適に用いることができる。なお、前述したゲート電極１６により被覆層２０を形成する場合には、画素電極１８の材質については前記以外を採用してもよい。

＜被覆層＞
被覆層２０は、前記データ配線１９の、前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分Ａ、つまりゲート絶縁層１５からむき出しとなった部分に形成されるものであり、前記ゲート電極１６と同じ材質によって形成されている。これにより、液状の水分や空気中の気化している水分などがデータ配線１９に付着することを防止でき、その結果マイグレーション現象を防止することができる。

＜他の実施形態＞
図３は、図１とは異なる態様のトップゲート型アクティブマトリックス基板の概略断面図である。

図４は、図３に示すトップゲート型アクティブマトリックス基板を構成する各電極などの位置関係を説明するための正面からの説明図である。

図３および図４に示すトップゲート型アクティブマトリックス１０は、ゲート電極１６ではなく、画素電極１８と被覆層２０との材質が同じである点において、図１および図２を用いて説明したトップゲート型アクティブマトリックスと相違する。したがって、この態様のいトップゲート型アクティブマトリックス１０においては、ゲート電極１６は銀または銀合金で形成されていてもよく、その一方で、画素電極１８にあっては、銀または銀合金以外の材質で形成されていることが必要となる。

その他の構成や条件については、図１および図２を用いて説明したトップゲート型アクティブマトリックスと同じなので、ここでの説明は省略する。

＜トップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法＞
トップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法としては、基材１１上に、直接また間接的に、ソース電極１２、ドレイン電極１３、半導体層１４、ゲート絶縁層１５、ゲート電極１６、層間絶縁層１７、画素電極１９、および前記ソース電極と接続したデータ配線１９のそれぞれを順次形成にあたり、
（１）前記ソース電極１２と前記データ配線１９は、銀または銀合金により同時に形成する点、および
（２）前記ゲート電極１６は、銀または銀合金以外で形成するとともに、当該ゲート電極１６を形成するのと同時に、前記データ配線１９における前記ゲート絶縁層１５によって被覆されていない部分Ａを、当該ゲート電極１６と同じ材質で被覆して被覆層２０を形成する点、
に特徴を有している。

したがって、上記（１）および（２）以外については特に限定することはなく、従来公知の製造方法を適宜採用することができる。

＜トップゲート型アクティブマトリックス基板の他の製造方法＞
上記で説明した製造方法とは異なり、上記で説明した（２）の特徴に代えて、（２）’前記画素電極１８は、銀または銀合金以外で形成するとともに、当該画素電極１８を形成するのと同時に、前記データ配線１９における前記ゲート絶縁層１５によって被覆されていない部分Ａを、当該画素電極１８と同じ材質で被覆して被覆層２０を形成する点、を特徴としてもよい。

（実施例１）
以下の手順により本発明の実施例１のトップゲート型アクティブマトリックス基板を作成した。なお、作成したトップゲート型アクティブマトリックス基板の構造は図１および図２と同様である。

二酸化ケイ素からなるガラス（厚さ；０．７ｍｍ）上にアクリルポリマー溶液をスピンコート法により塗布した。次いで１２０℃のホットプレート上にて２分間のプリベークを行った。次いで１５０℃のオーブン中にて３０分間のポストベークを行った。ポストベーク直後のアクリルポリマーの膜厚は１μｍであった。

次いで上記アクリルポリマー膜が形成された基材上に銀（４０ｎｍ）をスパッタ法にて成膜した。この銀膜上にポジ型のフォトレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、ＡＺ−５２０６）をスピンコートで成膜し、フォトマスクを介して露光装置（清和光学製 マスクアライナー）で露光をし、次いで水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（濃度２．３８％）での現像でフォトレジストをパターニングした。この基材をエッチャント（関東化学製 混酸ＳＥＡ−５）へ投入することで、エッチングをした。続いて銀上に残ったフォトレジストを剥離し、銀からなるソース電極及びドレイン電極及びデータ配線を形成した。

有機半導体であるポリチオフェンをトリクロロベンゼンに０．２ｗｔ％の濃度で溶解させた溶液をソース電極及びドレイン電極近傍にインクジェット塗布（富士フィルム製 Ｄｉｍａｔｉｘ）し、１５０℃のホットプレート上に１０分置くことで乾燥させた。顕微鏡観察からポリチオフェンからなる有機半導体層（厚さ；４０ｎｍ）が図１に示す位置に形成されていることを確認した。

次に、ポリチオフェンをパターニングした側の基材上に光硬化型のアクリルポリマー溶液をスピンコートした。次いで１２０℃のホットプレート上にて２分間プリベークを行った。次いで露光、現像を行い１５０℃のオーブン中にてポストベークを行った。ポストベーク後のゲート絶縁層の膜厚は１μｍであった。

次いで上記基材上にチタン（１０ｎｍ）、アルミニウム（１００ｎｍ）、チタン（１０ｎｍ）の順にスパッタ法にて成膜した。この金属積層膜上にポジ型のフォトレジスト（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製、ＡＺ−５２０６）をスピンコートで成膜し、フォトマスクを介して露光装置（清和光学製 マスクアライナー）で露光をし、次いで水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（濃度２．３８％）での現像でフォトレジストをパターニングした。この基板をエッチャント（関東化学製 ＫＳＭＦ−２０１）へ投入することで、エッチングをした。続いて金属積層膜上に残ったフォトレジストを剥離し、チタン／アルミニウム／チタンからなるゲート電極および被覆層を形成した。

作製したアクティブマトリックス基板に対し、マイグレーション耐性試験（１）を行った。具体的には、隣接するデータ配線間（データ配線の間隔は５０μｍ）に５０Ｖの電圧を印加し、印加開始直後の電流値を測定するとともに、５００時間経過後の電流値も測定した。なお、試験環境は、温度４０℃、湿度９０％であった。

当該マイグレーション耐性試験（１）を行ったところ、電圧印加開始直後の電流値は１０ｐＡであり、５００時間経過後の電流値は１２ｐＡであった。このように、測定された電流値に大きな変化はなく、従って十分なマイグレーション耐性があると判断できる。

作製したアクティブマトリックス基板に対し、マイグレーション耐性試験（２）を行った。具体的には、データ配線とドレイン電極との間に５０Ｖの電圧を印加し、印加開始直後の電流値を測定するとともに、５００時間経過後の電流値も測定した。なお、試験環境は、温度４０℃、湿度９０％であった。また、ソース電極とドレイン電極との距離は５μｍであった。

当該マイグレーション耐性試験（２）を行ったところ、電圧印加開始直後の電流値は２５ｐＡであり、５００時間経過後の電流値は２０ｐＡであった。このように、測定された電流値に大きな変化はなく、従って十分なマイグレーション耐性があると判断できる。

（比較例１）
上記実施例１における被覆層を形成しない点以外は、すべて同様の手順によりトップゲート型アクティブマトリックス基板を作製した。

この比較例１にかかるトップゲート型アクティブマトリックス基板に対し、前記のマイグレーション耐性試験（１）を行ったところ、電圧印加開始直後の電流値は１０ｐＡであったが、１５分経過後の電流値は１μＡを超える電流値が観測された。この結果から、マイグレーション耐性がないと判断できる。

１０、６０・・・トップゲート型アクティブマトリックス
１１、６１・・・基材
１２、６２・・・ソース電極
１３、６３・・・ドレイン電極
１４、６４・・・半導体層
１５、６５・・・ゲート絶縁層
１６、６６・・・ゲート電極
１７、６７・・・層間絶縁層
１８、６８・・・画素電極
１９、６９・・・データ配線
２０・・・被覆層

Claims (2)

1. 基材と、前記基材上に直接または間接的に形成された、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極、層間絶縁層、画素電極、および前記ソース電極と接続したデータ配線と、を有するトップゲート型アクティブマトリックス基板であって、
   前記ソース電極と前記データ配線はともに、銀または銀合金で形成されており、
   一方で、前記ゲート電極は、銀または銀合金以外で形成されており、
   前記データ配線における、前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分は、前記ゲート電極と同じ材質の被覆層によって被覆されていることを特徴とするトップゲート型アクティブマトリックス基板。
2. 基材上に、直接また間接的に、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極、層間絶縁層、画素電極、および前記ソース電極と接続したデータ配線のそれぞれを順次形成するトップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法であって、
   前記ソース電極と前記データ配線は、銀または銀合金により同時に形成し、
   一方で、前記ゲート電極は、銀または銀合金以外で形成するとともに、当該ゲート電極を形成するのと同時に、前記データ配線における前記ゲート絶縁層によって被覆されていない部分を、当該ゲート電極と同じ材質で被覆することを特徴とするトップゲート型アクティブマトリックス基板の製造方法。

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