JP3197942B2 - 透明導電膜を有する電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明導電膜を有する電
子装置の製造方法に関し、特に電極の少なくとも一部と
して透明導電膜を利用する電子装置の製造方法に関す
る。

【０００２】ＬＣＤ（液晶）やＥＣＤ（エレクトロクロ
ミックディスプレイ）に代表される受光型装置およびＥ
ＬＤ（真性電界効果型発光ディスプレイ）等の発光型装
置は、携帯用あるいは据置型情報処理端末の平板型表示
装置として実用化が進んでいる。

【０００３】これらの表示装置においては、表示機能層
の片側（視認方向）に透光性の電極板として酸化物半導
体からなる透明導電膜が配置されるのが通例である。酸
化物半導体は、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化膜）やＳｎ
Ｏ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、Ｓｂ₂ Ｏ ₅ 等の酸素欠損型、金属酸
化物が用いられる。ＣＣＤ撮像装置等にも同様の透明導
電膜が用いられ得る。

【０００４】面状に配置された透明導電膜は、面抵抗値
が大きいので、当該透明導電膜に対する配線には金属細
線（膜）が用いられる。広い面積上に透明導電膜を形成
する場合、配線金属の抵抗はなるべく低くすることが望
まれる。

【０００５】

【従来の技術】透明導電膜と接触する金属配線の例を、
代表的な表示装置であるＬＣＤの非晶質シリコン（ａ−
Ｓｉ）薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）スイッチング用素子
の場合について述べる。

【０００６】図３は、従来から用いられている逆スタガ
型ａ−ＳｉＴＦＴの配線形成過程の関連部分を示してい
る。ａ−ＳｉＴＦＴは、図３（Ａ）に示すようにガラス
基板１上にパターニングされたゲート電極２を形成し、
その上にゲート絶縁膜４を配し、さらにその上にパター
ニングされたａ−Ｓｉ動作層６を備える。

【０００７】ａ−Ｓｉ動作層６のチャネルとなる部分上
に分離絶縁膜７が形成され、その両側に互いに電気的に
絶縁されたオーミックコンタクト形成用ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ
層９と金属電極２１の積層でソース（Ｓ）およびドレイ
ン（Ｄ）が形成されている。金属電極２１は、通常高融
点金属、たとえばＴｉで形成される。

【０００８】その上にＴＦＴソースに接続する絵素
（Ｅ）用の透明導電膜１２を積層し、当該透明導電膜１
２を絵素（Ｅ）用に加工するためのホトレジスト膜１３
のパターンを形成する。

【０００９】次に、図３（Ｂ）に示すように、透明導電
膜１２を絵素（Ｅ）の形状にエッチング加工し、その上
にドレインバスライン用金属層１４を堆積する。この金
属層１４上にドレインバスライン用のパターンを有する
ホトレジスト膜１６を形成する。

【００１０】ドレインバスラインには、たとえば５００
ケ以上のドレインが接続されており、このドレインバス
ラインを画像信号が伝達されるので、ドレインバスライ
ンは十分低抵抗である必要がある。なお、ゲートバスラ
インにも、たとえば１０００ケ以上のゲート電極２が接
続される。

【００１１】低抵抗率の要求に最も応えられる低価格材
料はＡｌである。固有抵抗で比較すると、高融点金属の
Ｍｏ、ＷはＡｌの約１０倍、ＮｂがＡｌの約２０倍、Ｔ
ａ、ＣｒがＡｌの約５０倍とＡｌより１桁高く、Ｔｉは
さらに高く、低抵抗率材料としては好ましくない。

【００１２】堆積したドレインバスライン用金属層１４
を、ホトレジスト膜１６のパターンにしたがってエッチ
ングし、ドレインバスラインを形成する。この結果、図
３（Ｃ）に示すような構造が得られる。また、１画素分
の平面配置を図３（Ｄ）に示す。ゲート電極２は、ゲー
トバスラインと一体に形成できる。

【００１３】図３（Ｂ）で示すように、絵素Ｅを構成す
る透明導電膜１２は、ＴＦＴ形成過程でソース電極とド
レインバスライン用金属層１４に接触している。そし
て、透明導電膜１２は、電極金属や配線用金属に電気的
に接触した状態でホトレジスト膜現像、ウエットエッチ
ング、レジスト膜除去等の工程にさらされる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前記したような透明導
電膜と、これに電気的に接触した金属を含む領域のパタ
ーニング加工において、しばしば透明導電膜の黒化と部
分的なエッチング、接触した金属の酸化によるコンタク
ト不良、膜はがれ等の現象が起きる。この結果、表示装
置の製造歩留りが低下したり、故障が起きやすい等、信
頼性の低下がみられる。

【００１５】これらの現象は、透明導電膜とそれに接触
した金属との間で、酸素の授受を伴った接触腐蝕電流が
流れるのが原因であると確かめられた。たとえば、前記
したホトレジスト膜現像、ウエットエッチング、レジス
ト膜除去等の工程、特にホトレジストの現像工程で接触
金属膜のピンホール等からアルカリ溶液や酸溶液が浸透
して接触金属膜と透明導電膜との間に化学電池が形成さ
れる。

【００１６】この時、透明導電膜がプラス極、接触金属
がマイナス極として作用すると、接触金属から接触部を
経て電子が透明導電膜に流入する。この結果、透明導電
膜がマイナスに、また金属がプラスに帯電する。

【００１７】透明導電膜は、前記したようにＩＴＯ等の
酸素欠損型酸化物半導体で構成されており、金属と酸素
の結合力が弱いために、ピンホールから浸透した電解液
中ではマイナスに帯電して一層不安定となり、酸素イオ
ンが抜ける。その結果、透明導電膜の組成は化学量淪比
組成から大きく金属側にずれるため黒化や部分的なエッ
チングが生ずるものと考えられる。

【００１８】一方、電解液中でプラスに帯電した金属側
に、マイナスの酸素イオンが引き寄せられ、化合する結
果、金属は酸化されたコンタクト不良や膜はがれを起こ
すと考えられる。

【００１９】透明導電膜と接触金属の間で前記劣化現象
が最も顕著に生ずるのは接触金属にＡｌを用いた場合で
ある。本発明の目的は、配線材料として最も低抵抗で好
ましいＡｌを用いて透明導電膜およびＡｌの劣化を起こ
さない透明導電膜を有する電子装置の製造方法を提供す
ることである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の透明導電膜を有
する電子装置の製造方法は、酸化物半導体からなる透明
導電膜と、Ａｌ膜と、Ａｌとの組合せによる接触腐蝕電
流密度が前記透明導電膜とＡｌとの組合せによる接触腐
蝕電流密度より大きい金属とを、互いに電気的に接続さ
れた状態で、かつ、前記透明導電膜（１２）と前記Ａｌ
膜（１４）とが互いに接触すると共に、前記Ａｌ膜（１
４）と前記金属（１５）とが互いに接触するように積層
する工程と、ホトリソグラフィの技術を用いて前記積層
の少なくとも一部をパターニングする工程とを含む。

【００２１】好ましくは、前記金属はＭｏまたはＭｏを
主成分とする合金である。また、本発明の他の透明導電
膜を有する電子装置の製造方法は、酸化物半導体からな
る透明導電膜上に電解質溶液中で当該透明導電膜との接
触腐蝕電流密度が小さなＭｏおよびＷよりなる群より選
ばれた少なくとも一種類の金属を堆積し、ホトリソグラ
フィの技術を用いて当該金属をパターニングする工程を
含む。

【００２２】

【作用】電解液中に標準単極電位の低いＡｌ膜と、これ
より標準単極電位が高く、かつＡｌ膜と導電接触してい
る透明導電膜および金属が共に浸漬されている場合、透
明導電膜をプラス極とし、Ａｌ膜をマイナス極とする化
学電池Ｉと、金属をプラス極とし、Ａｌ膜をマイナス極
とする化学電池ＩＩが並列に形成される。

【００２３】しかし、前記した金属に対する選択基準に
よれば、化学電池Ｉよりも化学電池ＩＩの起電力能が大
きい、換言すれば金属の電解質中における標準単極電位
が透明導電膜の標準単極電位よりも大きい。

【００２４】この場合には、化学電池ＩＩの反応が優先
的に生じ、化学電池Ｉの酸化還元反応は事実上、進まな
い。それ故、前記したような透明導電膜とＡｌ膜の劣化
現象は防止される。

【００２５】なお、金属とＡｌ膜とからなる化学電池Ｉ
Ｉにおいては、酸素イオンの授受は伴わず、Ａｌのプラ
ス荷電と金属のマイナス荷電が生ずるが、電解質を介し
て電気的中和反応（電子の授受）が生じるので膜劣化は
大きくない。

【００２６】以下、本発明を実施例に基づいて、より詳
しく述べる。

【００２７】

【実施例】図１、２は、本発明の実施例である逆スタガ
型ａ−ＳｉＴＦＴの製造工程主要部を示す図である。

【００２８】最初にガラス基板１上にＤＣスパッタリン
グ法を用いて、ゲートバスラインおよびゲート電極用と
して、Ａｌ膜２ａ（厚さ５０ｎｍ）と、Ｔｉ膜２ｂ（厚
さ８０ｎｍ）を連続的に堆積する。

【００２９】これらの金属膜の上にホトリソグラフィに
より、たとえば幅約５μｍのホトレジストパターンを形
成し、（ＢＣｌ₃ ＋Ｃｌ₂ ）ガスによるＲＩＥ（反応性
イオンエッチング）を用いて積層金属膜２ａ、２ｂを幅
約５μｍにパターニングしてゲート電極２を形成する。
この状態を図１（Ａ）に示す。

【００３０】次に、ゲート絶縁膜として厚さ約４００ｎ
ｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 膜４を堆積する。その上にプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて厚さ約５０ｎｍのＳｉ−Ｎ膜５を、その上
に厚さ約２５ｎｍのアンドープａ−Ｓｉ動作層６を、さ
らにその上に保護層を兼ねたソース／ドレイン分離絶縁
膜として厚さ約１４０ｎｍのＳｉＯ₂ 膜７を堆積する。

【００３１】次いで、前記ＳｉＯ₂ 膜７上に、ホトレジ
スト膜８を塗布する。自己整合化プロセスを活用して背
面露光し、表面側から補助的露光を行なってホトレジス
ト膜を現像し、ホトレジストパターン８を形成する。こ
れを、図１（Ｂ）に示す。

【００３２】次に、ホトレジストパターン８をマスクと
してＳｉＯ₂ 膜７のウエットエッチングを行なう。そし
てホトレジスト膜８を残したまま、ＰＨ₃ ドープＳｉＨ
₄ ガス中でプラズマＣＶＤを行ない、厚さ約５０ｎｍの
ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ膜９を堆積する。さらにその上に、真空
蒸着法で厚さ約１００ｎｍのＴｉ膜１０を堆積する。こ
れを、図１（Ｃ）に示す。

【００３３】次に、アセトン中でホトレジストパターン
８を溶解し、ホトレジストパターン８直上のｎ⁺ 型ａ−
Ｓｉ膜９およびＴｉ膜１０をリフトオフする。その上に
ソース／ドレイン電極形成用のホトレジスト膜を塗布
し、露光現像してホトレジストパターン１１を形成す
る。この状態を、図１（Ｄ）に示す。

【００３４】次に、ホトレジスト膜１１をマスクとして
ＣＣｌ₄ （９５％）＋Ｏ₂ （５％）のガス雰囲気中でＲ
ＩＥによる異方性ドライエッチングを行ない、Ｔｉ膜１
０、ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ膜９およびａ−Ｓｉ動作層６の露出
部をエッチオフする。

【００３５】この結果、図２（Ａ）で示すように、ソー
ス電極（Ｓ）、ドレイン電極（Ｄ）が形成され、素子分
離ができる。この状態で、ゲート絶縁膜であるＡｌ₂ Ｏ
₃ 膜４、Ｓｉ−Ｎ膜５は全面に残っている。

【００３６】次に、図２（Ｂ）で示すように、ＩＴＯ膜
１２の堆積とそのパターニング用のホトレジストパター
ンの作成を行なう。ＩＴＯ膜１２はスパッタ法で全面に
堆積し、その上に絵素電極Ｅ形状にパターニングしたホ
トレジストパターン１３を形成する。

【００３７】ホトレジストパターン１３をマスクとして
ＩＴＯ膜１２をエッチングして絵素電極Ｅを形成後、図
２（Ｃ）に示すように、スパッタ法により厚み約２００
０ＡのＡｌ膜１４および厚さ約２５０ＡのＭｏ膜１５を
堆積する。その上にホトレジスト膜を塗布し、露光、現
像してドレインバスの形状のホトレジストパターン１６
を形成する。これを図２（Ｃ）に示す。

【００３８】しかる後、燐酸系エッチ液を用いて露出部
のＡｌ膜１４およびＭｏ膜１５をウエットエッチング
し、除去すると、図２（Ｄ）に示すようなドレインバス
が形成される。図示していないが、さらに必要に応じて
配線処理を行ない、ＴＦＴをパッシベーション膜で覆
い、配向膜を形成して配向処理を行なう。このようにし
てＴＦＴマトリクスが完成する。

【００３９】本実施例の工程中、ＩＴＯ膜１２は、図２
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で示した工程において、Ａｌ膜
１４と接触したままピンホールを通じて強アルカリ性の
ホトレジスト現像液および酸性の燐酸系エッチ液に局部
的に浸漬される。しかし、Ａｌ膜１４上に堆積したＭｏ
膜１５の存在によって、ＩＴＯ膜１２とＡｌ膜１４間の
化学電池作用は抑制され、ＩＴＯ、Ａｌの劣化は防止さ
れる。

【００４０】以上の実施例では、Ｍｏ−Ａｌの組合せを
用いたが、他にＩＴＯ膜１２上の金属としてＷ−Ａｌの
組合せを用いることもできる。しかし、これらに代えて
Ｔｉ−Ａｌとした場合、ＩＴＯ、Ａｌの劣化がみられ
る。そこで、次にＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム
オキシハイドライド）を主成分とするホトレジスト現像
液中に電極用の２つの材料を電気的に接続して浸漬し、
流れる腐蝕電流を測定すると、図４の結果が得られた。
なお、各電極面積は同じとした。

【００４１】この表より、Ｍｏ／Ａｌ／ＩＴＯの組合せ
の場合、化学電池ＩＩであるＭｏ／ＡｌがＩＴＯ／Ａｌ
の化学電池Ｉより著しく高い起電力を発揮するため、Ａ
ｌ、ＩＴＯは劣化を免れる。Ｍｏに代えて、Ｍｏを主成
分とする合金を用いてもよい。Ｔｉ／Ａｌ／ＩＴＯの組
合せの場合は、むしろ化学電池Ｉ（Ａｌ／ＩＴＯ）の起
電力が大きいため、Ａｌ、ＩＴＯの劣化を免れないこと
が判る。

【００４２】これは、次のように考えることができる。
すなわち、Ａｌを共通のマイナス極（標準単極電位のよ
り低い導電体）と考えた場合、これと化学電池を構成す
るプラス極材料は、図４のデータから標準単極電位の大
きさで並べると、Ｗ＞Ｍｏ＞ＩＴＯ＞Ｔｉ（＞Ａｌ）の
順になる。

【００４３】それ故、ＩＴＯを共通電極に選んだ場合、
これら金属の間ではＷとＭｏがプラス極、Ｔｉがマイナ
ス極として作用する。すなわち、ＩＴＯとの組合せでは
ＷまたはＭｏとＴｉとでは流れる腐蝕電流の向きが逆転
する。

【００４４】周知の電気化学的データによれば、金属電
極間の酸化還元能を示す標準単極電位として次の値が挙
げられる。 Ａｌ³⁺＋３ｅ^- ＝Ａｌ −１．６６（Ｖ） Ｔｉ²⁺＋２ｅ^- ＝Ｔｉ −１．６３（Ｖ） Ｍｏ（ＶＩ）＋６ｅ^- ＝Ｍｏ ＋０．０８（Ｖ） Ｗについては、次の反応が考えられる。

【００４５】すなわち、アルカリ性電解質中で、 Ｗ＋８ＯＨ^- ＝ＷＯ₄ ^2-＋４Ｈ₂ Ｏ＋６ｅ^- ＋１．０５（Ｖ） 酸性溶液中で、 ＷＯ₃ ＋６Ｈ⁺ ＋６ｅ^- ＝Ｗ＋３Ｈ₂ Ｏ −０．０９（Ｖ） したがって、Ｗをプラス極とする化学電池はイオンの授
受ではなく電子（電荷）の授受を行なうと考えられる。

【００４６】以上の標準単極電位値は、強アルカリ電解
質中での図４のデータをよく説明するものと考えられ
る。なお、図４のデータから通電能力を問わなければ
（短距離配線または少数の素子間通電の場合）、金属１
５／Ａｌ／ＩＴＯの多重配線ではなく、Ｍｏ／ＩＴＯ、
Ｗ／ＩＴＯまたはＴｉ／ＩＴＯの２層配線でもよいこと
が判る。これらの場合、Ａｌ／ＩＴＯに比べて桁違いに
腐蝕電流値が小さく、またＩＴＯがマイナス極となるた
め脱酸素イオン劣化の生ずる可能性は小さい。

【００４７】Ａｌ膜の上にＭｏ膜を形成する場合を説明
したが、Ａｌ膜と電気的に接続され、電解液にさらされ
る位置であれば、Ａｌ膜の下等、Ｍｏ膜の位置は特に制
限されない。

【００４８】以上の実施例は、ＴＦＴにおいて透明電極
としてＩＴＯ膜１２を用いる場合を述べたが、他の透明
導電膜、たとえばＳｎＯ₂ 膜やＩｎ₂ Ｏ₃ 膜、ＰｂＯ₂
膜、ＳｂＯ₅ 膜等の場合にも本発明を適用することがで
きることは明らかである。また、ＬＣＤ以外の表示装
置、たとえばＥＣＤやＥＬＤおよび透明電極を有するＣ
ＣＤ等の受光装置等の電子装置にも本発明が適用できる
ことは云うまでもない。

【００４９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸化物半導体である透明電極と通電能力の大きなＡｌの
劣化現象を抑えてＡｌ／透明導電膜の組合せを用いるこ
とができ、表示装置の高性能化、信頼性および製造歩留
りを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による逆スタガ型ａ−ＳｉＴＦＴ製造工
程の前半を示す図である。

【図２】図１の製造工程の後半を示す図である。

【図３】従来例による逆スタガ型ａ−ＳｉＴＦＴの配線
形成を示す図である。

【図４】実施例に係る電極材料組合せと腐蝕電流値の測
定を説明するための概念図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ゲート電極 ２ａ Ａｌ膜 ２ｂ Ｔｉ膜 ４ Ａｌ₂ Ｏ₃ 膜 ５ Ｓｉ−Ｎ膜 ６ ａ−Ｓｉ動作層 ７ 分離絶縁膜（ＳｉＯ₂ 膜） ８ ホトレジストパターン ９ ｎ⁺ 型ａ−Ｓｉ膜 １０ Ｔｉ膜 １１ ホトレジストパターン １２ 透明導電膜 １３ ホトレジストパターン １４ ドレインバスライン用金属層（Ａｌ膜） １５ Ｍｏ膜 １６ ホトレジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−265233（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−20930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/136 - 1/1368 G02F 1/1343

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化物半導体からなる透明導電膜（１
   ２）と、Ａｌ膜（１４）と、Ａｌとの組合せによる接触
   腐蝕電流密度が前記透明導電膜（１２）とＡｌとの組合
   せによる接触腐蝕電流密度より大きい金属（１５）と
   を、互いに電気的に接続された状態で、かつ、前記透明
   導電膜（１２）と前記Ａｌ膜（１４）とが互いに接触す
   ると共に、前記Ａｌ膜（１４）と前記金属（１５）とが
   互いに接触するように積層する工程と、 ホトリソグラフィの技術を用いて前記積層（１２、１
   ４、１５）の少なくとも一部をパターニングする工程と
   を含む透明導電膜を有する電子装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記積層（１２、１４、１５）が、前記
   金属（１５）としてＭｏまたはＭｏを主成分とする合金
   を用いたＭｏ／Ａｌ／透明導電膜の組合せである請求項
   １記載の透明導電膜を有する電子装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記Ｍｏに代えてＷを用いた請求項２記
   載の透明導電膜を有する電子装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記透明導電膜（１２）を堆積、パター
   ニングした後、前記Ａｌ膜（１４）と前記金属（１５）
   とを積層する請求項１ないし３記載の透明導電膜を有す
   る電子装置の製造方法。