JP2008123002A - 低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネル - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｕよりも金属酸化物形成エネルギーが高い非Ｃｕ金属を、この非Ｃｕ金属の含有率が１％以下になるようにして、Ｃｕ内にドーピングした合金を用いることにより、配線用金属の結晶粒の粒界に分布しやすいＣｕＯをそれで還元させたり、Ｃｕの酸化を予め防止することのできる低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネルを提供する。
【解決手段】本発明の低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネルは、第１基板に互いに交差して形成されている多数個のデータ線及びゲート線を有しており、データ線及びゲート線のうちの少なくとも一方は、Ｃｕと、Ｃｕよりも金属酸化物形成エネルギーが高い非Ｃｕ金属との合金であって、非Ｃｕ金属の含有率が０.００１〜０.１％であるものから形成されていることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネに関し、より具体的には、ＣｕとＣｕの金属酸化物形成エネルギーよりも高い金属酸化物形成エネルギーを有するＣｕ以外の金属(以下「非Ｃｕ金属」という)とを適切な割合で合金することによって得られるＣｕ合金であって、耐酸化性、耐薬品性及び耐湿性に優れ且つ電気伝導度の高いものを配線に用いた液晶ディスプレイパネルに関する。

アクティブマトリックス型液晶表示装置の高精密化、大面積化及び高開口率化を達成するためには、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)の信号線、即ち、ゲート線及びデータ線を薄く且つ長くすることが、不可欠である。また、パルス信号の波形歪みを抑えるためには、配線の抵抗を十分に低くすることが、必要である。かかる液晶ディスプレイパネルの配線材料として、一般に、金属が用いられており、それらの金属の例として、金、アルミニウム、銅、白金などが、挙げられる。

上記のような単一金属を用いた一般的な液晶ディスプレイパネルのＴＦＴ製造工程は、以下の通りである。

透明基板にＣｕのような金属をスパッタリングし、フォト工程及び化学薬品による湿式エッチング工程でゲート線、ゲート電極及びゲートパッドを形成する。ゲート線、ゲート電極及びゲートパッドを形成した後、ＳｉＮ_ｘなどのゲート絶縁膜を、ＴＦＴ−アレイ部及びゲートパッド部を含む全面に、ＰＥＣＶＤ(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)工程で形成する。

次いで、ゲート絶縁膜上に、ＰＥＣＶＤ工程により、ａ−Ｓｉなどの半導体層とｎ^＋ａ−Ｓｉなどの不純物をドーピングされた半導体層とを蒸着し、その後、ゲート電極上方の薄膜トランジスタ形成領域(即ちＴＦＴ-アレイ部)にのみ半導体層が残るようにパターニングして、薄膜トランジスタの活性層及びオーミックコンタクト層を形成する。

次いで、全面にＣｕなどのような金属を蒸着し、その後、選択的に除去して、データ線及び薄膜トランジスタのソース／ドレイン電極を形成する。この際、データ線は、各ゲート線と交差する方向にデータパッドと共に形成する。そして、ソース／ドレイン電極用のマスクを用いて、ソース電極とドレイン電極との間のオーミックコンタクト層を選択的に除去する。

次いで、データ線及びソース／ドレイン電極を含む全面に保護膜を形成した後、ゲートパッド部に形成されたゲート絶縁膜及び保護膜を、化学薬品による湿式エッチング工程により除去して、ゲートパッドの所定領域を露出させる。この際、ドレイン電極上の保護膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する。また、データパッドに形成された保護膜を化学薬品による湿式エッチング工程により除去して、データパッドの所定領域を露出させる。

次いで、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)をスパッタリングし、湿式エッチング工程によりエッチングして、透明導電膜を、ゲートパッドとデータパッドとの上に、その透明電極膜がそれらのゲートパッド及びデータパッドの両方に接続するようにして、形成する。同時に、ＴＦＴ−アレイにおける各画素領域に、画素電極を、それがドレイン電極に接続されるようにして形成する。

しかしながら、かかる従来の液晶パネル製造方法では、次のような問題点があった。

配線用金属は多結晶質の結晶粒の薄膜から構成されるので、多結晶質の結晶粒の集合体における結晶粒間の粒界は、結晶粒より電気的及び化学的に脆弱な非晶質の状態で存在する。このため、粒界の固有特性は、歪みやすく、これにより、配線用金属の特性が、変わることになる。即ち、耐酸化性に劣るＣｕ配線は、粒界に存在するＣｕＯによって引き起こされる歪みをもたらす。

従って、粒界に存在するＣｕＯを含むＣｕをＴＦＴ-ＬＣＤの配線に使用するためには、それが耐薬品性及び耐湿性に劣るが故に、ＴＦＴ−アレイ製造工程を別に用意しなければならない、という不具合が、従来の液晶パネル製造方法には存在する。

化学的に脆弱な配線用Ｃｕの問題点は、以下の通りである。

図１は、従来技術に係る液晶ディスプレイパネルの配線用Ｃｕの、湿式エッチング工程における反応を示しており、多結晶質のＣｕ薄膜の粒界におけるＣｕＯが化学薬品に晒され、腐食が始まり、そして、結晶粒の粒界に沿って腐食が拡がっていくことを、示している。Ｃｕ薄膜の特性(例えば電気特性)は、腐食によって大きく歪められるので、Ｃｕ配線の特性が、かなり劣化する。

単位画素を駆動するＴＦＴ-アレイの製造工程においては、画素電極として使用されるＩＴＯ、ゲート線及びデータ線、絶縁層又は保護層として使用される酸化ケイ素又は窒化ケイ素、並びにソース／ドレイン電極をエッチングすることが、必要である。そのようなエッチングは、一般的に、化学薬品の使用によって行われ、それらの化学薬品は、化学反応に基づき、塩又はイオンを連続的に発生し、このため、化学薬品の特性は、経時変化を起こしやすい。この種の化学薬品が配線材料に染み込むと、配線材料(特にＣｕ)は耐薬品性に劣るので、化学薬品は、配線材料を瞬間的に腐食しやすい。また、Ｃｕ配線は耐湿性に劣るため、化学薬品の洗浄過程の間のｐＨ変化によるＣｕ配線の腐食が、発生しやすい。

例えば、画素電極の形成のためにＩＴＯ電極をパターニングする際には、ＩＴＯエッチング液が、ＩＴＯの下に形成されているゲート線と接触するので、ゲート線がＩＴＯエッチング液に対する耐性を有してないと、ゲート線は、浸食されて断線するおそれがある。

従って、湿式エッチング工程に用いられる化学薬品(Stripper若しくはEtchantなど)とＣｕＯとの反応性を考慮して化学薬品を選別するか、又は特別な化学薬品を製造して使用することが、必要である。しかしながら、化学薬品の組成が調節されたとしても、工程許容差は、狭いままであり、しかも、工程安定性は、低いままである。

従って、耐薬品性及び耐湿性に劣るＣｕの問題点を解決するために、ピュアなＣｕ(純銅)ではなく、Ｃｕ合金が用いられることもあるが、非Ｃｕ金属の含有率が１％超であるＣｕ合金には、Ｃｕの大きなメリットである電気伝導度を悪化させるという問題が、存在する。

そこで、本発明の目的は、Ｃｕよりも金属酸化物形成エネルギーが高い非Ｃｕ金属を、この非Ｃｕ金属の含有率が１％以下になるようにして、Ｃｕ内にドーピングした合金を用いることにより、配線用金属の結晶粒の粒界に分布しやすいＣｕＯをそれで還元させたり、Ｃｕの酸化を予め防止することのできる低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネルを提供することである。

上記目的を達成するための、本発明に係る低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネルは、第１基板に互いに交差して形成されている多数個のデータ線及びゲート線を有しており、データ線及びゲート線のうちの少なくとも一方は、Ｃｕと、Ｃｕよりも金属酸化物形成エネルギーが高い非Ｃｕ金属との合金であって、非Ｃｕ金属の含有率が０.００１〜０.１％であるものから形成されていることを特徴としている。ここで、非Ｃｕ金属として、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌのうちの何れか一つが、好適に、使用され得る。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図２は、本発明に係る液晶ディスプレイパネルの配線用Ｃｕ合金の、ＴＦＴ−アレイ製造工程の中の湿式エッチング工程における反応を示している。図２に示されているように、Ｃｕの金属酸化物形成エネルギーよりも高い金属酸化物形成エネルギーを有している非Ｃｕ金属と合金されている多結晶質のＣｕの粒界には、耐薬品性及び耐湿性に劣るＣｕＯの代わりに、金属酸化物(ＭＯ_ｘ)が形成されている。上述のように、Ｃｕと、Ｃｕのそれよりも高い金属酸化物形成エネルギーを有している非Ｃｕ金属とを合金することにより、粒界に分布しやすいＣｕＯの酸化又は還元を防止することが、可能になる。

Ｃｕのそれよりも高い酸化物形成エネルギーを有している非Ｃｕ金属の例としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌなどが、挙げられる。

このように、Ｃｕの粒界に存在するＭＯ_ｘはＣｕＯよりも耐薬品性及び耐湿性において優れているので、本発明に係るＣｕ合金で作られている配線は、化学薬品に晒されても、化学薬品による腐食の程度が少ない、ということが、理解されよう。

そして、合金の部分としてドーピングされる非Ｃｕ金属の含有量は、ＣｕＯでの酸化可能量よりも約０.００１％多いことを要求される。しかしながら、ＣｕがＣｕの活性化率を超えて酸化される(即ち、ＣｕがＣｕの酸化可能量を超えて酸化される)場合に備えて、非Ｃｕ金属のドーピング量は、ある程度の余剰を有することが必要であるかもしれない。

尚、酸化可能量よりも０.１％多い量の非Ｃｕ金属をＣｕにドーピングすると、結果的に生じる合金の抵抗が大きくなるので、合金における非Ｃｕ金属含有率は、０.０１％未満に維持されるのが好ましい。即ち、Ｃｕにおけるドーピング濃度は、酸化可能量よりも０.００１％〜０.１％高い量を有することになる。このことは、図３から明らかになろう。

図３は、本発明に係るＣｕ合金における、非Ｃｕ金属含有率(即ち合金率)に対するエッチング率及び固有抵抗を示しており、この図３に示されているように、Ｃｕにドーピングされている非Ｃｕ金属の含有率が大きくなるほど、固有抵抗は増加し、そして、エッチング率は減少する。耐薬品性及び耐湿性を向上させるために、ドーピングされる非Ｃｕ金属の含有率を増加させると、エッチング率は減少するが、固有抵抗が増加し、この固有抵抗の増加は、電気伝導度における問題を発生させる。従って、エッチング率及び固有抵抗を適切に調節して約０.００１％〜０.１％の範囲内で非Ｃｕ金属をドーピングすることにより、湿式エッチングによる配線の断線の危険性を減少させることができ、また、過剰な非Ｃｕ金属含有率による固有抵抗の増加の危険性をも減少させることができる。

上記のような湿式エッチング工程を含む液晶ディスプレイパネルのＴＦＴ−アレイ製造工程の一実施形態を以下に説明する。

ゲート線の金属薄膜と透明基板との間の接着力を良くするために、粒子及び有機物を透明基板から除去し且つ透明基板を洗浄した後、本発明に係るＣｕ合金(Ｃｕ部分と約０.００１〜０.１％の範囲内の非Ｃｕ金属部分とを含む)を基板上にスパッタリングし、その後、フォト工程及び化学薬品による湿式エッチング工程でゲート線(ゲート電極及びゲートパッドを含む)を形成する。ゲート線を形成した後、酸化ケイ素又は窒化ケイ素などのゲート絶縁膜を全面(ＴＦＴ−アレイ部及びゲートパッド部を含む)にＰＥＣＶＤ工程で形成する。

その後、ゲート絶縁膜上にＰＥＣＶＤ工程でａ−Ｓｉなどの半導体層及びｎ^＋ａ−Ｓｉなどの不純物をドーピングされた半導体層を形成し、次いで、ＴＦＴ-アレイにおける薄膜トランジスタ形成領域を除いて、半導体層及び不純物をドーピングされた半導体層を選択的に除去し、これにより、薄膜トランジスタの活性層及びオーミックコンタクト層を形成する。

ゲート線の形成に使用したのと同じＣｕ合金を基板の全面に蒸着し、化学薬品を用いた湿式エッチング工程でエッチングして、データ線及びソース／ドレイン電極を形成する。この際、データ線(データパッドを含む)は、各ゲート線に垂直な方向に一定の間隔を置かれて形成される。

ソース／ドレイン電極を含む全面に保護膜を形成した後、ゲート絶縁膜と、ゲートパッド上方の保護膜と、ドレイン電極及びデータパッドの両方の上の保護膜とを、化学薬品を用いた湿式エッチング工程で除去して、それぞれのコンタクトホールを形成する。

次いで、ＩＴＯをスパッタリングし、湿式エッチング工程によりエッチングし、もって、ＩＴＯがゲートパッド及びデータパッドと接触するようにして、ゲートパッド及びデータパッドの上に透明導電膜を形成する。同時に、画素がドレイン電極に接続されるようにして、画素領域に画素電極を形成する。従って、透明導電膜及び画素電極を形成するためにＩＴＯ電極をパターニングする際に、ＩＴＯの下に形成されている、ゲート線、ゲートパッド、データ線及びデータパッドと接触することになる、ＩＴＯエッチング液によって引き起こされる断線の危険性が、減少する。

また、配線の形成のための湿式エッチング工程の間の配線の腐食を抑えることが、可能になり、そして、絶縁膜又は保護膜として使用される酸化ケイ素又は窒化ケイ素、及びソース／ドレイン電極の湿式エッチング工程の間の、化学薬品が配線材料に染み込むことによって引き起こされる腐食の可能性が、抑えられる。また、その化学薬品の洗浄過程の間のｐＨ変化に起因する腐食も、減らすことができる。

以上説明したように、本発明に係る低抵抗配線を有する液晶ディスプレイパネルは、次のような効果を奏する。

Ｃｕのそれよりも高い金属酸化物形成エネルギーを有している非Ｃｕ金属を所定量だけドーピングされているＣｕ合金を配線用金属として用いることにより、耐酸化性、耐薬品性及び耐湿性に優れている金属酸化物が、Ｃｕ結晶の粒界に形成され、これにより、液晶ディスプレイパネルのＴＦＴ工程の中の湿式エッチング工程によって引き起こされる配線の腐食を減少させることが、可能になり、また、本発明に係るＣｕ合金の使用は、配線の損傷を防止すると共に、高い電気伝導度を有しているＣｕを用いた低抵抗配線を可能にする。

また、Ｃｕ結晶の粒界に生成／分布するＣｕＯは耐薬品性及び耐湿性に劣るという問題を解決するためには、湿式エッチング工程において用いられ得る、ＣｕＯとの反応性が調節可能な化学薬品を選別したり、化学薬品を別に製造したりしなければならないなどの、従来技術における不具合が、本発明によれば、避けられる。

従来技術に係る液晶ディスプレイパネルの配線用Ｃｕの、湿式エッチング工程における反応を示している図である。 本発明に係る液晶ディスプレイパネルの配線用Ｃｕ合金の、湿式エッチング工程における反応を示している図である。 本発明に係るＣｕ合金における非Ｃｕ合金の合金率に対するエッチング率及び固有抵抗を示している図である。

Claims (2)

1. 基板上に互いに交差して形成されている多数個のデータ線及びゲート線を有する液晶ディスプレイパネルにおいて、
   前記データ線及び前記ゲート線のうちの少なくとも一方は、Ｃｕと、前記Ｃｕよりも金属酸化物形成エネルギーが高い非Ｃｕ金属との合金からなり、前記非Ｃｕ金属の含有率が０．００１〜０．１％である液晶ディスプレイパネル。
2. 前記非Ｃｕ金属が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌのグループから選択された一つ又は複数の組合せである請求項１記載の液晶ディスプレイパネル。

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