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JP3955156B2 - 電子機器用構成基板と電子機器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子機器用構成基板とそれを用いた電子機器に関し、特に配線層として銅を、透明導電層としてインジウム酸化物と金属酸化物とを主成分とする複合酸化物を用いた電子機器用構成基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線材料としてのアルミニウムは低抵抗であるという利点を有しており、電子機器において、基板上の配線や電極等に多用されている。また、透明電極等に用いられる透明導電層としては、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと略記する）が汎用されている。
図６は、電子機器の一例として、一般的な薄膜トランジスタ型液晶表示装置の薄膜トランジスタ部分を示す概略図である。
この薄膜トランジスタ８２は、基板８３上にゲート電極８４が設けられ、このゲート電極８４を覆うようにゲート絶縁膜８５が設けられている。ゲート電極８４上方のゲート絶縁膜８５上にアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと略記する）からなる半導体能動膜８６が設けられ、リン等のｎ型不純物を含むアモルファスシリコン（以下、ｎ+型ａ−Ｓｉと略記する）からなるオーミックコンタクト層８７を介して半導体能動膜８６上からゲート絶縁膜８５上にわたってソース電極８８およびドレイン電極８９が設けられている。そして、これらソース電極８８、ドレイン電極８９、ゲート電極８４等で構成される薄膜トランジスタ８２を覆うパッシベーション膜９０が設けられ、ドレイン電極８９上のパッシベーション膜９０にコンタクトホール９１が設けられている。さらに、このコンタクトホール９１を通じてドレイン電極８９と電気的に接続されるＩＴＯからなる画素電極９２が設けられている。
【０００３】
また、図６左側の部分は表示領域外に位置するゲート配線端部のゲート端子パッド部９３の断面構造を示している。基板８３上のゲート配線材料からなる下部パッド層９４上にゲート絶縁膜８５およびパッシベーション膜９０を貫通するコンタクトホール９５が設けられ、このコンタクトホール９５を通じて下部パッド層９４と電気的に接続される画素電極９２と同一の透明導電層からなる上部パッド層９６が設けられている。尚、ソース配線端部においても類似の構造となっている。
以上のように、例えば薄膜トランジスタにおいては、ゲート端子、ソース端子および画素電極を成す透明導電層と、ゲート配線、ソース配線およびドレイン電極を成す配線用金属が直接接続されるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、電子機器の透明導電層としてＩＴＯを、配線用金属としてアルミニウムを用いた場合、ＩＴＯとアルミニウムを直接接触させると、ＩＴＯ中の酸素がアルミニウムを酸化してしまい、その結果コンタクト部分の電気抵抗値が上昇してしまうという問題がある。
上記の点に鑑み、本発明は、ＩＴＯ等の透明導電層と接触してもコンタクト部分の電気抵抗値が上昇することのない材料を配線層として用いた電子機器用構成基板およびこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電子機器用構成基板は、配線層として銅を用い、透明導電層としてインジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物を用いたことを特徴とする。
アルミニウムの抵抗率は２．７μΩ／ｃｍ、銅の抵抗率は１．６μΩ／ｃｍであり、いずれも他の金属に比べれば充分に低い抵抗率を有している。ところが、例えばアルミニウムとＩＴＯを直接接続した場合、そのコンタクト抵抗は１０3Ωｃｍ2程度であるが、銅とＩＴＯを直接接続した場合、そのコンタクト抵抗は１０-7Ωｃｍ2程度であり、大きな差が見られる。
すなわち、透明導電層として用いられる、インジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物と、配線層として用いられる銅を直接接触させても、コンタクト部分の電気抵抗値が上昇することはない。
【０００６】
亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛は、いずれもその酸化物と、インジウム酸化物との複合酸化物が、透明で導電性を有するものとなる元素である。これらの複合酸化物の中でも、本発明においてはインジウム亜鉛酸化物が好適に用いられる。これは、上記複合化合物の中でも、材料によっては、その複合酸化物材料をエッチングする際のエッチング液によって銅配線もエッチングされてしまう恐れがあるからである。しかし、インジウム亜鉛酸化物のエッチング液である０．５ないし５％程度の希塩酸や、シュウ酸水溶液では、銅配線は影響を受けることはない。従って、配線層の材料に銅を用いた場合、透明導電層材料としてはインジウム亜鉛酸化物を用いることが好ましい。
【０００７】
本発明に係る電子機器用構成基板は、配線層と透明導電層とが電気的に接続されていることを特徴とする。
この場合、配線層と透明導電層とが直接接触していてもよいし、導電体を挟んで間接的に接続されていてもよい。
【０００８】
また、本発明に係る電子機器は、上記の電子機器用構成基板を用いたことを特徴とする。透明電極層を用いる電子機器の例としては、透明電極層が光を透過する電極等に使用できることから、薄膜トランジスタ型液晶表示装置、太陽電池、エレクトロルミネッセンス装置、タッチパネル等が挙げられる。
低抵抗配線として銅を用い、透明導電層としてインジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物を用いた電子機器用構成基板を用いた電子機器は、大面積や高精細にも対応でき、性能の均一性や信頼性に優れ、しかも、配線と透明導電層との間にコンタクト抵抗を下げるためのバリアメタルを入れる必要がない簡略な工程により、配線欠陥がない高歩留まりで製造できる、という利点を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。
図１は、本実施の形態の電子機器用構成基板の一例である薄膜トランジスタ基板１の部分断面図である。符号Ａの部分は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略記する）、Ｂの部分はＴＦＴマトリクス外側に位置するソース配線の端子部、Ｃの部分はゲート配線の端子部を示している。なおこれら３つの部分は、実際の液晶表示装置においては離れた箇所にあり、本来断面図を同時に示せるものではないが、図示の都合上、近接させて図示する。
【００１０】
まず、薄膜トランジスタ部Ａの部分について説明する。
薄膜トランジスタ部Ａには、基板２上に膜厚１０００Å程度の銅薄膜からなるゲート電極３が設けられ、その上にゲート絶縁膜４が設けられている。このゲート絶縁膜４上にａ−Ｓｉからなる半導体膜５が設けられ、さらにこの半導体膜５上にｎ+型ａ−Ｓｉ層６が設けられ、その上に膜厚１５００Å程度の銅薄膜からなるソース電極７およびドレイン電極８が設けられて構成されている。
【００１１】
また、ソース電極７やドレイン電極８の上方にこれらを覆うパッシベーション膜９が形成され、このパッシベーション膜９に、コンタクトホール１０が形成されている。そして、コンタクトホール１０の内壁面および底面に沿って画素電極となるインジウム亜鉛酸化物層（以下、ＩＺＯ層と略記する）１１が形成されている。このコンタクトホール１０を通じてドレイン電極８とＩＺＯ層１１が電気的に接続されている。
【００１２】
次に、ソース配線の端子部Ｂに関しては、ゲート絶縁膜４上に銅薄膜からなる下部パッド層１４が形成され、その上にはパッシベーション膜９が形成され、このパッシベーション膜９を貫通するコンタクトホール１２が形成されている。そして、コンタクトホール１２の内壁面および底面に沿ってＩＺＯからなる上部パッド層１３が形成されている。このコンタクトホール１２を通じて下部パッド層１４と上部パッド層１３が電気的に接続されている。
【００１３】
次に、ゲート配線の端子部Ｃに関しては、基板２上に銅薄膜からなる下部パッド層１７が形成され、その上にはゲート絶縁膜４とパッシベーション膜９が形成され、この２層を貫通するコンタクトホール１５が形成されている。そして、コンタクトホール１５の内壁面および底面に沿ってＩＺＯからなる上部パッド層１６が形成されている。このコンタクトホール１５を通じて下部パッド層１７と上部パッド層１６が電気的に接続されている。
【００１４】
このような構成とすることで、ゲート電極やソース電極、ドレイン電極等を構成する配線層の銅と、画素電極等を構成するＩＺＯ層を直接接触させても、コンタクト部分の電気抵抗値が上昇することはない。また、ＩＺＯ層のエッチングを行っても、配線層の銅は影響を受けることはない。
前記パッシベーション膜の例としては、ａ−ＳｉＮx：Ｈ、ａ−ＳｉＮx、ａ−ＳｉＯ2：Ｈ、ＳｉＯ2等を挙げることができる。
【００１５】
次に、本実施形態例の電子機器用構成基板１の製造工程について、図２を用いて説明する。尚、図２の３つの図は、図１の薄膜トランジスタ部Ａの製造工程について示したものである。
まず、基板２上の全体にわたってスパッタ法を用いて銅の膜を形成し、これをエッチングしてゲートパターンを形成する。
次に、基板２の上面全体にＣＶＤ法を用いてゲート絶縁膜４、半導体膜５、ｎ+型ａ−Ｓｉ層６を形成する。そして、図２Ａに示すように、ＴＦＴのチャネル部となるゲート電極３の上方部分を残すように半導体膜５、ｎ+型ａ−Ｓｉ層６をエッチングする。
【００１６】
次に、図２Ｂに示すように、ソース電極７およびドレイン電極８となる銅を成膜し、ゲート電極３上方の銅膜およびｎ+型ａ−Ｓｉ層６をエッチングし、ソース電極７、ドレイン電極８およびチャネル１７を形成する。
次に、この上にパッシベーション膜９を形成し、図２Ｃに示すように、パッシベーション膜９をエッチングしてコンタクトホール１０を形成する。
次に、ＩＺＯ層を全面に形成した後、パターニングすることにより、図１に示すように、コンタクトホール１０の底面および内壁面、パッシベーション膜９の上面にかけてＩＺＯ層１１を形成する。
【００１７】
ソース配線の端子部Ｂ、ゲート配線の端子部Ｃについても同様で、ゲート絶縁膜４上にパッシベーション膜９を形成した後、パッシベーション膜９、ゲート絶縁膜４をエッチングしてコンタクトホール１２、１５を形成する。ＩＺＯ層を全面に形成した後、パターニングすることにより、図１に示すように、コンタクトホール１２、１５の底面および内壁面、パッシベーション膜９の上面にかけて上部パッド層１３、１６を形成する。
このような手順で、本実施の形態の電子機器用構成基板の一例の薄膜トランジスタ基板１を製造することができる。
【００１８】
本実施形態例の電子機器用構成基板においては、以下のような効果を奏することができる。
すなわち、本実施形態例の電子機器用構成基板は、配線層として銅を用いるとともに透明導電層としてＩＺＯを用いているので、このＩＺＯに、配線層として用いられる銅が直接接触しても、コンタクト部分の電気抵抗値が上昇することはない。
また、ＩＺＯをエッチングする際の酸性条件において、配線層の銅がエッチングされることはないので、断線不良等を起こすことはない。
【００１９】
例えば、ＩＴＯは、エッチング液として硝酸：塩酸系、硫酸：塩酸系等を用いるが、このようなエッチング液によって銅配線もエッチングされてしまう恐れがある。しかし、ＩＺＯは、エッチング液として０．５ないし５％程度の希塩酸や、シュウ酸水溶液を用いており、これらのエッチング液によって銅配線は影響を受けることはない。従って、配線層の材料に銅を用いた場合、透明導電層材料としてはインジウム亜鉛酸化物を用いることが好ましい。
【００２０】
本実施の形態の電子機器用構成基板は、例えば薄膜トランジスタ型液晶表示装置、太陽電池、エレクトロルミネッセンス装置、タッチパネル等種々の電子機器に適用することが可能である。
図３は、本実施形態例の電子機器用構成基板を使用した反射型液晶表示装置の一例を示す概略図である。
この反射型液晶表示装置は、液晶層２９を挟んで対向する上側および下側のガラス基板２１、２２の上側ガラス基板２１の内面側に上側透明電極層２５、上側配向膜２７が上側ガラス基板２１側から順に設けられ、下側ガラス基板２２の内面側に下側透明電極層２６、下側配向膜２８が下側ガラス基板２２側から順に設けられている。
【００２１】
液晶層２９は、上側と下側の配向膜２７、２８間に配設されている。上側ガラス基板２１の外面側には上側偏光板３０が設けられ、下側ガラス基板２２の外面側には下側偏光板３１が設けられ、さらに下側偏光板３１の外面側に反射板３２が、反射膜３４の凹凸面３５を下側偏光板３１側に向けて取り付けられている。反射板３２は、例えば、表面にランダムな凹凸面が形成されたポリエステルフィルム３３の凹凸面上にアルミニウムや銀などからなる金属反射膜３４を蒸着等で成膜することにより形成されており、表面にランダムな凹凸面３５を有しているものである。
この反射型液晶表示装置においては、下側ガラス基板２２が本実施形態例の薄膜トランジスタ基板１の基板２、下側透明電極層２６がＩＴＯ層（画素電極）１１に相当する。
【００２２】
図４は、本実施形態例の電子機器用構成基板を使用したａ−Ｓｉ太陽電池を用いた各種電力用モジュールの構成例を示すものであり、図４Ａはその拡大断面図、図４Ｂは断面図である。
図４Ａに示すように、このａ−Ｓｉ太陽電池を用いたモジュール４１は、ガラス基板４２、透明電極４３、ａ−Ｓｉ４４、裏面電極４５、樹脂４６から構成されている。この透明電極４３はＩＺＯで構成されている。また、裏面電極４５は銅で構成されている。
【００２３】
図４Ａに示すように、透明電極４３、ａ−Ｓｉ４４、裏面電極４５が積層されて１つのユニットが構成され、このユニットが、図４Ｂに示すように多数個直列に接続されてモジュール４１が構成されている。また、モジュール４１の端部は、外枠４７で固定されている。
図４Ａに示すように、各ユニットの接続部分では透明電極４３と裏面電極４５が直接接触しているが、透明電極４３はＩＺＯで、裏面電極４５は銅で構成されているため、この接触部分の電気抵抗値は低く抑えられている。
【００２４】
図５は、本実施形態例の電子機器用構成基板を使用したエレクトロルミネッセンス装置（以下、ＥＬ装置と略記する）の構造例を示すもので、その一部を破断した図である。
図５に示すように、このＥＬ装置５１は、ガラス基板５２上に短冊状の銅電極（Ｙ電極）５３、５３…を並設し、その上に平板状の絵素分離絶縁層５４を配設する。その上に短冊状の透明電極（Ｘ電極）５５、５５…を銅電極５３、５３…と直交する方向に併設し、防湿保護層５６で全体を保護してなる。絵素分離絶縁層５４の、銅電極５３、５３…と透明電極５５、５５…とで挟まれた領域は、ＥＬ層５７、５７…となっている。この透明電極５５、５５…はＩＺＯで構成されている。
【００２５】
図示しないガラス基板５２端部の信号入力端子部において、銅電極５３、５３…と透明電極５５、５５…とは近接した位置に存在するような構成になっている。この場合においても、透明電極５５、５５…をエッチングする際、そのエッチング液によって、銅電極５３、５３…が同時にエッチングされる等の影響を受けることはない。
【００２６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば本実施の形態では透明導電層としてＩＺＯを用いているが、この透明導電層としては、インジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物を適宜用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明した通り、本発明の電子機器用構成基板は、透明導電層としてインジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物を用いており、この複合酸化物に、配線層として用いられる銅を直接接触させても、コンタクト部分の電気抵抗値が上昇することはない。
また、透明導電層としてインジウム亜鉛酸化物を用いた場合、このインジウム亜鉛酸化物を酸性条件でエッチングする際に、配線層の銅がエッチングされることはないので、断線不良等を起こすことはない。
【００２８】
低抵抗配線として銅を用い、透明導電層としてインジウム酸化物と亜鉛、錫、ガリウム、タリウム、マグネシウムおよび鉛からなる群より選択された一種または複数種の金属の酸化物とを主成分とする複合酸化物を用いた電子機器用構成基板を用いた電子機器は、大面積や高精細にも対応でき、性能の均一性や信頼性に優れ、しかも、配線と透明導電層との間にコンタクト抵抗を下げるためのバリアメタルを入れる必要がない簡略な工程により、配線欠陥がない高歩留まりで製造できる、という利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の電子機器用構成基板の一例である薄膜トランジスタ基板１の部分断面図である。
【図２】 本実施形態例の電子機器用構成基板１の製造工程について示す概略図である。
【図３】 本実施形態例の電子機器用構成基板を使用した反射型液晶表示装置の一例を示す概略図である。
【図４】 本実施形態例の電子機器用構成基板を使用したａ−Ｓｉ太陽電池を用いた各種電力用モジュールの構成例を示すものであり、図４Ａはその拡大断面図、図４Ｂは断面図である。
【図５】 本実施形態例の電子機器用構成基板を使用したエレクトロルミネッセンス装置の構造例を示すもので、その一部を破断した図である。
【図６】 従来の薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 薄膜トランジスタ基板
２ 基板
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体膜
６ ｎ+型ａ−Ｓｉ層
７ ソース電極
８ ドレイン電極
９ パッシベーション膜
１０ コンタクトホール
１１ インジウム亜鉛酸化物層（ＩＺＯ層）
１２ コンタクトホール
１３ 上部パッド層
１４ 下部パッド層
１５ コンタクトホール
１６ 上部パッド層
１７ 下部パッド層

Claims (1)

  1. 基板上に形成されたゲート電極を含むゲート配線及び該ゲート配線の端子部の第１下部パッド層と、ゲート絶縁膜上に半導体膜を介在させて形成されたドレイン電極及びソース電極を含むソース配線と、該ソース配線の端子部の第２下部パッド層として銅が用いられ、
    パッシベーション膜上に形成されて、該パッシベーション膜及び前記ゲート絶縁膜に形成されたコンタクトホールを通して前記第１下部パッド層と接続される前記ゲート配線の端子部の第１上部パッド層と、前記パッシベーション膜に形成されたコンタクトホールを通して前記ドレイン電極及び前記第２下部パッド層とそれぞれ接続される画素電極及び前記ソース配線の端子部の第２上部パッド層としてインジウム亜鉛酸化物が用いられることを特徴とする液晶表示装置。
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