JP2012032521A - 耐透明導電膜ピンホール腐食性に優れた薄膜トランジスタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜トランジスタにおいて透明導電膜と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板であって、その製造工程において、腐食防止用塗料の塗布や剥離といった工程を設けることなく、ピンホール腐食を防止できるような薄膜トランジスタ基板を提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタにおいて透明導電膜と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板であって、前記透明導電膜の結晶最大粒径が２００ｎｍ以下である薄膜トランジスタ基板。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置の薄膜トランジスタにおいて、透明導電膜（ＩＴＯ膜やＩＺＯ膜など）と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板に関し、詳細には耐透明導電膜ピンホール腐食性に優れた特性を有する薄膜トランジスタ基板に関するものである。

小型の携帯電話から、３０インチを超す大型のテレビに至るまで様々な分野に用いられる液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下「ＴＦＴ」と呼ぶことがある。）をスイッチング素子とし、透明画素電極と、ゲート配線およびソース−ドレイン配線等の電極配線部と、半導体層とを備えたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対して所定の間隔をおいて対向配置され共通電極を備えた対向基板と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に充填された液晶層とから構成されている。

前記ソース−ドレイン配線などの電極配線材料には、電気抵抗が小さく、微細加工が容易であるなどの理由により、純ＣｕやＣｕ合金以外にも、例えば純ＡｌまたはＡｌ−ＮｄなどのＡｌ合金膜が汎用されている（以下、純Ａｌ膜とＡｌ合金膜をまとめて「Ａｌ膜」ということがある）。このＡｌ膜は、通常ＴｉやＭｏからなるバリアメタル層を介して、透明画素電極を構成する透明導電膜と接続されている。

一方、本発明者らは、上記ＴＦＴ基板において、透明画素電極を構成する透明導電膜（例えばＩＴＯ膜やＩＺＯ膜など）と、バリアメタル層を介することなく直接接続させても接触電気抵抗の小さい（以下、この様な特性を「ＤＣ性」ということがある）Ａｌ合金膜とを、上記配線に適用すればよい旨提案している（例えば、特許文献１等）。

ところで従来、上記特許文献１の図１に示されるような液晶表示装置の製造は、同一工場内で一貫して行われていたが、近年では、工程分離化に伴い、上記特許文献１の図２に示されるような透明導電膜５［例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜］の形成までを１工場で行い、その後の工程を別工場で行う場合が増加している。この様な場合、別工場への輸送・保管中に、水蒸気が透明導電膜に存在するピンホール（透明導電膜の不連続部）から浸透し、この透明導電膜と前記ソース−ドレイン配線を構成するＡｌ膜との間の電位差に起因してガルバニック腐食（以下、「ピンホール腐食」ということがある）が生じ、黒点として認識されることがある。上記黒点が発生すると、信頼性の高い表示装置を製造することが難しくなる。

尚、前記ソース−ドレイン配線などと、ドライバーＩＣと該配線材料を、例えばＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ：異方性導電体）と挟んで、圧着によって接続することが行なわれている（このような部分をタブ部（ＴＡＢ部）と呼ぶ）が、こうしたタブ部においても上記のような問題が生じる。

この様な問題を解決すべく、上記腐食の防止方法が幾つか提案されている。例えば特許文献２には、フィルム形成剤とイオン交換材料を含む塗料を、表示装置の透明導電膜を構成するＩＴＯなどの酸化物半導体の表面に塗布することが示されている。また特許文献３には、撥水機能を有する塗料を上記酸化物半導体表面に塗布することが示されている。これら特許文献２および３では、上記塗料を酸化物半導体表面に塗布することで、水蒸気による腐食を防止している。

特開２００９−１０５４２４号公報 特開平１１−２８６６２８号公報 特開平１１−３２３２０５号公報

しかし、特許文献２および３の技術を適用すると、輸送前に上記塗料を酸化物半導体（透明導電膜）表面に塗布する工程が必要な他、輸送・保管後に別の工場で、次の工程を進めるにあたり、上記塗布して形成されたフィルム・塗料を剥離させる必要があり、生産効率が低下するといった問題がある。このような問題はＡｌ膜を用いた場合に限らず、Ｃｕ膜（純Ｃｕ、Ｃｕ合金）など、各種電極配線膜を用いた場合に生じている。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、薄膜トランジスタにおいて透明導電膜と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板であって、その製造工程において、上記腐食防止用塗料の塗布や剥離といった工程を設けることなく、ピンホール腐食を防止できるような薄膜トランジスタ基板を提供することにある。

上記課題を達成した本発明の薄膜トランジスタ基板は、薄膜トランジスタにおいて透明導電膜と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板であって、前記透明導電膜の結晶最大粒径が２００ｎｍ以下であることに要旨を有するものである。

好ましい実施態様において、６０℃で、相対湿度が９０％の湿潤環境に５００時間暴露した後のピンホール腐食密度は、１０００倍光学顕微鏡観察視野内に、０．２個／１００μｍ²以下である。

また前記透明導電膜の膜厚が、４５ｎｍ以上であることも好ましい実施態様である。

更に前記透明導電膜の表面から前記電極配線膜まで貫通するピンホールの最大直径が７０ｎｍ以下であることも好ましい実施態様である。

本発明の好ましい実施態様において、前記透明導電膜は、ＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜である。

本発明の好ましい実施態様において、前記電極配線膜は、純Ａｌ膜またはＡｌ合金膜である。

本発明の好ましい実施態様において、前記Ａｌ合金膜は、Ｎｉおよび／またはＣｏを合計で、３．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである。

本発明の好ましい実施態様において、前記Ａｌ合金膜は、更にＧｅを２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである。

本発明の好ましい実施態様において、前記Ａｌ合金膜は、更にＣｕを２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである。

本発明の好ましい実施態様において、前記Ａｌ合金膜は、更に希土類元素を合計で２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである。

本発明では、前記透明導電膜にピンホールが存在する箇所において、当該箇所での下地純Ａｌ膜表面または下地Ａｌ合金膜表面には、厚さ３．４ｎｍ以上の酸化膜が形成されたものであることも好ましい実施態様である。

また上記いずれかに記載の薄膜トランジスタ基板を備えたものである表示装置も好ましい実施態様である。

本発明によれば、透明導電膜の結晶粒の最大粒径を２００ｎｍ以下に制御しているため、ピンホール腐食を抑制できる。また従来の様に腐食防止用塗料の塗布や剥離といった工程を設けることなく、高性能の薄膜トランジスタ基板、およびこうした基板を備えた表示装置を、低コストかつ生産性よく製造することができる。

図１は腐食密度とＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径との関係を示す図である。

本発明者らは、電極配線膜の上に透明導電膜が直接接続する構造のＴＦＴ基板において、湿潤環境下でも透明導電膜でのピンホール腐食（黒点）の抑制されたＴＦＴ基板を実現すべく鋭意研究を行った。以下、本発明について、透明導電膜の代表例であるＩＴＯ膜と、電極配線膜の代表例であるＡｌ膜が直接接続する構造に基づいて、その経緯と共に詳述する。

但し、本発明は上記構造に限定する趣旨ではなく、ＩＴＯ膜以外のＩＺＯ膜等の透明導電膜や、Ａｌ膜以外のＣｕ等の電極配線膜が直接接続する構造にも適用される。

上述した通りピンホール腐食は、透明導電膜であるＩＴＯ膜に形成されたピンホールから水蒸気が浸透し、該ＩＴＯ膜とＡｌ膜との界面に水分が到達してガルバニック腐食を引き起こすことが原因と考えられる。

そこで本発明者らは、ＩＴＯ膜と、Ａｌ膜との界面に水分が到達しないような具体的手段について、更に検討した。

詳細には本発明者らは液晶パネルの電極配線として一般的に用いられている２原子％Ｎｄ−Ａｌ合金を用いて、後記実施例と同じ方法で、ガラス基板上に膜厚３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成し、次いでＩＴＯ膜を成膜した（膜厚６５ｎｍ）。該ＩＴＯ膜成膜時の基板温度、成膜パワーを適宜変化させてＩＴＯ膜の結晶サイズを変化させた。この試料を後記実施例と同じピンホール腐食試験を行ってピンホール腐食密度とＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径との関係を調べた。その結果、図１に示すように、ＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径を積極的に微細化すれば、上記のようなガルバニック腐食の原因となるピンホールの形成を効果的に防止でき、その結果、ピンホール腐食密度の低減が図れることを見出し、本発明を完成した。

透明導電膜の結晶粒の微細化によって、ピンホール腐食密度が低減する詳細な理由は不明であるが、透明導電膜の結晶粒の最大粒径を微細化すると、緻密な透明導電膜が形成されるため、上記ピンホール腐食の起因となるような粗大なピンホールの形成が抑制されるものと思われる。

このように本発明は、透明導電膜の結晶粒の最大粒径を規定したところに特徴がある。このようなＩＴＯ膜などの透明導電膜の結晶粒の微細化によって優れた透明導電膜ピンホール腐食密度低減効果を有効に発揮させるためには、透明導電膜の結晶粒の最大粒径が２００ｎｍ以下であることが必要である。透明導電膜の結晶粒の最大粒径は、小さければ小さいほどより優れた効果を発揮するため、好ましくは１８０ｎｍ以下、より好ましくは１３０ｎｍ以下とする。もっとも、微細化し過ぎても上記ピンホール腐食密度低減効果が飽和する一方で、微細化に要する製造コストが上昇することから、好ましくは６０ｎｍ以上、より好ましくは８０ｎｍ以上とする。

本発明のＴＦＴ基板によれば、ピンホール腐食が発生しにくいものとなる。もっとも透明導電膜に形成されているピンホールの密度、及びピンホールサイズ（直径）をそのまま観察することは困難である。したがって本発明では、透明導電膜に形成されたピンホールを介して電極配線膜（下地Ａｌ膜）をピンホール腐食させて可視化することによって、その密度、及びサイズをＴＥＭ観察することとした。ピンホール腐食が抑制されている基準としては、６０℃で相対湿度（ＲＨ）が９０％の湿潤環境に５００時間曝露した後のピンホール腐食密度が、１０００倍光学顕微鏡観察視野内（任意２視野）に好ましくは０．２個／１００μｍ²以下であることが挙げられる（任意の２視野の平均値）。ピンホール腐食密度は、より好ましくは０．１５個／１００μｍ²以下、更に好ましくは０．１個／１００μｍ²以下である。なお、ピンホール腐食はタブ部（ＴＡＢ部）に適用される基板においても生じるものであることから、本発明のＴＦＴ基板は、表示装置のタブ部に適用される場合にも、同様の効果を発揮するものである。

上記透明導電膜の膜厚は、４５ｎｍ以上であることが好ましい。透明導電膜の膜厚が薄いと、透明導電膜に形成されたピンホールの深さ（透明導電膜の表面から下地電極膜方向）が短くてもピンホールが透明導電膜を貫通して下地電極膜に到達してしまうからである。本発明者らが透明導電膜の膜厚と形成されたピンホールの深さとの関係について調べた結果、透明導電膜の膜厚を厚くすればするほど、透明導電膜を貫通するピンホールが形成され難いことが分かった。そしてこのような効果を有効に発揮させるには透明導電膜の膜厚は、好ましくは４５ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上とした。もっとも透明導電膜の膜厚を厚くしすぎると、透明導電膜の透過率が低下する。また生産コストの増加を招くことから透明導電膜の膜厚は、好ましくは１５０ｎｍ以下、より好ましくは１２０ｎｍ以下とする。

また本発明では、透明導電膜の表面から下地電極膜まで貫通するピンホールの最大直径を好ましくは７０ｎｍ以下とした。本発明者らは、上記６０℃で相対湿度が９０％の湿潤環境下で、ピンホール腐食を生じている箇所におけるＩＴＯ膜を貫通しているピンホールの直径について調べたところ、ＩＴＯ膜を貫通しているピンホールのうち、最大直径が７０ｎｍを超えるピンホール部分については、下地Ａｌ膜に腐食が生じていたのに対し、最大直径が７０ｎｍ以下のピンホール部分については、下地Ａｌ膜に腐食が生じていないことが分かった。したがって透明導電膜を貫通しているピンホールの最大直径は７０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ以下、更に好ましくは２０ｎｍ以下である。

なお、上記最大直径以下のピンホールとするには、透明導電膜の結晶粒の粒径を制御すればよい。

更に本発明では、下地Ａｌ膜表面（透明導電膜側）に所定厚さの酸化膜を形成することが好ましい。ピンホール腐食は透明導電膜と下地Ａｌ膜のマトリックスが導通することで発生するが、Ａｌ膜表面に酸化膜を形成すると、該酸化膜はＡｌマトリックスの露出を遅らせる効果があり、特に酸化膜を厚膜化することで腐食が発生するまでの期間を遅延させることができる。もっとも、自然酸化によってＡｌ膜表面に酸化膜が形成されることも予想されるが、このような自然酸化によって形成される酸化膜は、その厚さが均一でなく、また上記効果を発揮するのに必要な厚みを有していない箇所が散在するので、保護膜としての機能を発揮しないものである。

このような作用を有効に発揮する上で好ましい酸化膜の厚さは好ましくは３．４ｎｍ以上、より好ましくは３．８ｎｍ以上、更に好ましくは４．０ｎｍ以上である。

本発明のＡｌ膜には、他の特性を付与する目的でＡｌ以外の他の元素を含有していてもよい。上記ＩＴＯピンホール腐食を抑制する効果は、基本的にＡｌ膜の成分組成に依存せずに発揮されるからである。本発明の上記Ａｌ合金膜は、例えば（ａ）ＤＣ性付与の目的で、Ｎｉおよび／またはＣｏを合計で３．０原子％以下（０原子％を含まない）、（ｂ）ＤＣ性の更なる向上の目的で、Ｇｅおよび／またはＣｕを合計（単独の場合は単独）で２．０原子％以下（０原子％を含まない）、（ｃ）現像液耐性を付与する目的で、希土類元素を合計で２．０原子％以下（０原子％を含まない）、等含有するものであっても良く、含有される元素の種類に応じて、Ａｌ合金膜の特性が改善される。これらの元素による作用効果の詳細は下記の通りである。

（ａ）Ｎｉおよび／またはＣｏ：合計で３．０原子％以下（０原子％を含まない）
これらの元素は、透明導電膜との良好なＤＣ性を確保する上で有用な元素であり、単独または併用することができる。これらの元素が微量含まれることで、ＤＣ性（低コンタクト抵抗）が向上するため、好ましくは０．０８原子％以上、より好ましくは０．１原子％以上含有させるのがよい。しかしＮｉやＣｏを過剰に含むと剥離液洗浄工程で腐食原因となる粗大な析出物（Ａｌ_３ＮｉやＡｌ_９Ｃｏ_２）が形成され、これら粗大な析出物が腐食起点となることから、Ｎｉおよび／またはＣｏの含有量は合計で３．０原子％以下とすることが好ましい。電気抵抗（配線抵抗）を考慮すると、２．０原子％以下がより好ましく、より好ましくは１．０原子％以下、更に好ましくは０．１５原子％以下である。

（ｂ）Ｇｅ、および／またはＣｕを合計で２．０原子％以下（０原子％を含まない）
これらの元素はＡｌ合金中で、透明導電膜とのＤＣ性を更に向上させるのに有用な元素である。Ｇｅおよび／またはＣｕを含有させることによって、上記のＮｉ、Ｃｏを併用したときには、これらの含有量を低減できる。しかしながら、過剰に含有されてもその効果が飽和するので、Ｇｅおよび／またはＣｕを合計で２．０原子％以下とすることが好ましい。電気抵抗率を考慮すると、Ｇｅおよび／またはＣｕは合計で１．０原子％以下がより好ましく、更に好ましくは０．８原子％以下である。尚、上記効果を有効に発揮させるためのＧｅおよび／またはＣｕは合計で好ましくは０．１原子％以上、より好ましくは０．２原子％以上、更に好ましくは０．３原子％以上である。

（ｃ）希土類元素：合計で２．０原子％以下（０原子％を含まない）
希土類元素は、Ａｌ合金膜の現像液耐性の向上（エッチングレートの低下）に寄与する元素である。特に希土類元素（Ｘ）はＧｅと結合して金属間化合物（例えばＮｉ−ＧｅＸなど）を形成し、Ａｌ_３ＮｉやＡｌ_９Ｃｏ_２といった上記粗大析出物の形成を抑制できる。こうした効果を発揮させるためには、好ましくは０．１原子％以上、より好ましくは０．２原子％以上含有させる。一方、過剰に含有させると電気抵抗が増加するので、その含有量は２．０原子％以下とすることが好ましく、より好ましくは１．０原子％以下、更に好ましくは０．５原子％以下である。ここでいう希土類元素とは、ランタノイド元素（周期表において、原子番号５７のＬａから原子番号７１のＬｕまでの１５元素）に、Ｓｃ（スカンジウム）とＹ（イットリウム）とを加えた元素群を意味する。希土類元素のなかでも、好ましくはＬａ、Ｇｄ、Ｎｄである。

また、上記成分の他（残部）は、基本的にＡｌおよび不可避不純物である。不可避不純物としてはＦｅ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｂなどが例示される。不可避不純物は合計量で０．５原子％以下含有していてもよく、各不可避不純物元素は、Ｔｉ、Ｂはそれぞれ０．０１２原子％以下、Ｆｅ、Ｓｉはそれぞれ０．１２原子％以下含有していてもよい。

以上、本発明のＡｌ合金膜の構成および他の成分組成について説明したがＡｌ膜以外の電極膜であってもよく、必要に応じて適宜他の元素を添加することができる。

本発明のＴＦＴ基板は、基本的に下記（ａ）〜（ｄ）の工程を順次行なうことによって、透明導電膜（代表例としてＩＴＯ膜）と電極配線膜（代表例としてＡｌ合金膜）を直接接触させた構造としたものであるが、各工程における条件は、特に言及がない限り、通常行なわれる条件に従えばよい。また、これらの工程に付随して行なわれる処理についても通常の条件に従えばよい。
（ａ）上記のような化学成分組成からＡｌ合金膜を基材表面にスパッタリング法等で形成する工程、
（ｂ）Ａｌ合金膜上に絶縁層を形成した後、フォトリソグラフィおよびドライエッチングによって、コンタクトホールを形成する工程、
（ｃ）フォトリソグラフィで形成したフォトレジストの剥離・洗浄を行なう工程、
（ｄ）透明導電膜（ＩＴＯ膜）を形成する工程

例えば、Ａｌ合金膜上には、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜等の絶縁層がＣＶＤ法（化学気相蒸着法）等によって形成されるが、本発明のＴＦＴ基板を形成するに当たってもこうした工程が必要となる。また上記フォトリソグラフィの工程では、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）を含むアルカリ性の現像液が使用されるが、本発明のＴＦＴ基板を形成するに当たってもこうした工程が必要となる。更に、フォトリソグラフィで形成したフォトレジスト（感光性樹脂）の剥離には、アミン類を含む有機性剥離液が用いられ、その後連続的に水洗されることになる。

なお、本発明の上記所定の最大結晶粒径以下の結晶粒や膜厚を有するＩＴＯ膜を形成するには、ＩＴＯ膜をスパッタリング法によって形成すると共に、ＩＴＯ膜形成時の成膜パワー、基板温度を高めることが望ましい。ＩＴＯ膜をスパッタリングターゲットを用いて成膜すると、ＩＴＯ膜は断面から見ると縞状に成長するため、膜厚を増加することでピンホールの形成を抑制できるので望ましい。また上記所定の膜厚の透明導電膜は、透明導電膜の成膜時のスパッタリング条件を制御すればよく、例えば膜を厚くするには、成膜時間、成膜パワー、ガス圧などを高めることが望ましい。

ＩＴＯ膜成膜時の成膜パワーや基板温度を上げることによる具体的な作用は不明であるが、成膜パワーや基板温度を上げると、ＩＴＯスパッタ粒子のエネルギーを増加させると共に、結晶粒が微細化すると考えられる。つまり、微細なＩＴＯスパッタ粒子がＡｌ合金表面で拡散するだけのエネルギーがあるため、ピンホール封孔効果が発現すると考えられる。このような効果を得る上で好ましい成膜パワーは、２００Ｗ／４インチ以上であって、より好ましくは３００Ｗ／４インチ以上である。

また上記効果を得る上で好ましい成膜時の基板温度は５０℃以上、より好ましくは１００℃以上、更に好ましくは１５０℃以上である。一方、成膜時の基板温度を高くし過ぎるとＩＴＯ膜が結晶化し、有機酸系のエッチング液ではパターニングが困難になるため、基板温度は１８０℃以下、より好ましくは１７０℃以下である。

また上記Ａｌ合金膜の表面に所望の厚さの酸化膜を形成させるには、Ａｌ合金膜とＩＴＯ膜が直接接続する構造とした後に、酸化処理することが望ましい。具体的には大気雰囲気下での熱処理、オゾン水処理、酸素プラズマ雰囲気下（少なくとも酸素を含むプラズマ雰囲気）でのＯ_２アッシング処理等が例示される。また所望の酸化膜の厚さとなるように温度や時間等の処理条件を適宜変更すればよい。特に大気雰囲気下での熱処理やＯ_２プラズマ処理は、ＩＴＯ膜の酸化を促進させる効果を有し、その結果、ピンホール腐食を抑制できることから望ましい。すなわち、ＩＴＯ膜を構成するＩｎやＳｎは、ＰＢ比（Ｐｉｌｌｉｎｇ Ｂｅｄｗｏｒｔｈ Ｒａｔｉｏ：モル当たりの金属酸化物の体積÷モル当たりの該金属の体積）が１よりも大きいため、酸化を促進して化学量論組成に近づくことで体積膨張が生じ、その結果、ピンホールサイズの減少に効果を発揮する。

上記のようなＴＦＴ基板を備えることによって、特性の良好な表示装置が得られることになるが、こうした表示装置を製造するにあたっては、各工程における条件は特に限定されず、表示装置の一般的な工程（例えば、前記特許文献１に記載の製造工程）を採用すればよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

［実施例１］
下記表１に示す組成のＡｌ膜（膜厚＝３００ｎｍ）を、ＤＣマグネトロン・スパッタ法（条件は、基板＝ガラス（コーニング社製 「Ｅａｇｌｅ２０００」）、雰囲気ガス＝アルゴン、圧力＝２ｍＴｏｒｒ、基板温度＝１００℃、ターゲットサイズ＝４ｉｎｃｈ、成膜パワー＝２６０Ｗ／４インチ）で成膜した。

なお、上記のＡｌ膜における各元素の含有量は、ＩＣＰ発光分析（誘導結合プラズマ発光分析）法によって求めた。

そして、Ａｌ膜上の絶縁膜（ＳｉＮ膜）の成膜で受ける熱履歴を模擬して、３２０℃で３０分保持する熱処理を施した。この際の雰囲気を不活性雰囲気（Ｎ_２雰囲気）とし、また３２０℃までの昇温速度は５℃／ｍｉｎとした。

次いで剥離液で洗浄した後、Ａｌ膜等の表面に、ＩＴＯ膜を下記条件で形成した。即ち、４インチのＩＴＯターゲットを用い、ＤＣマグネトロン・スパッタ法（雰囲気ガス＝酸素：アルゴン＝１：９９の混合ガス、圧力＝０．８ｍＴｏｒｒ、基板温度＝表１に記載の各温度、ターゲットサイズ＝４インチ、成膜パワー＝表１に記載）でＩＴＯ膜の成膜を行った。なお、成膜時間については所望の膜厚となるように成膜パワーに応じて変化させた（例えばＮｏ．１〜３は膜厚６５ｎｍとするため成膜時間は３３秒、Ｎｏ．４は膜厚１５０ｎｍとするため成膜時間は７６秒、Ｎｏ．１０は膜厚６５ｎｍとするため成膜時間は１６．５秒とした）。

成膜後、一部試料については表１に示す条件（ＩＴＯ成膜後の熱処理）に保持した炉内で熱処理を行った。

得られた各試料について、下記方法によって、ＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径、ＩＴＯ膜の膜厚、及び酸化膜の膜厚を測定した後、ピンホール腐食試験を行い、試験後、ＩＴＯピンホール密度、及びＩＴＯピンホールサイズについて調べた。

＜ＩＴＯ膜の最大結晶粒径の測定＞
下記条件にて、各試料のＩＴＯ膜表面をＦＥ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、画像解析によってＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径を測定した（２視野平均値）。
加速電圧：３ｋＶ
倍率：４万倍
観察視野：２視野（１視野サイズ：７μｍ^２）における最大粒の円相当直径を測定した。

＜ＩＴＯ膜の膜厚＞
ＩＴＯ膜の膜厚については、レジストマスクにてパターニングし、その段差を段差系にて測定した。

＜Ａｌ膜表面の酸化膜厚＞
酸化膜の厚さについては、ＩＴＯ膜とＡｌ膜の積層構造にした段階では、界面に形成された酸化膜の厚さを直接測定することは困難であるので、Ａｌ膜を用い、ＩＴＯ膜成膜後の熱処理（酸化処理）よる表面酸化膜性状を、フーリエ変換（ＦＴ：Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆoｒｍ）−赤外分光法（ＩＲ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で評価した（以下、この方法を「ＦＴ−ＩＲ法」と呼ぶ）。

上記ＦＴ−ＩＲ法に関して、参考文献（大脇武史，神戸製鋼技報，ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．２（２０００），ｐ７０〜）によれば、Ａｌ₂Ｏ₃起因のピーク面積と酸化膜厚さには、「酸化膜厚さ＝ピーク面積×１．４５」の関係があることが示されている。即ち、酸化膜厚さを３．５ｎｍ以上にするためには、「Ａｌ₂Ｏ₃起因のピーク面積」を２．４２以上とすれば良いことが分かる。また、実際の表示装置では、上記のようなＦＴ−ＩＲ法によっても酸化膜の厚さは評価できないので、この場合には、Ｘ線光電子分光分析法（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）や断面透過型顕微鏡（断面ＴＥＭ）観察等の方法によれば、酸化膜の厚さを評価できる。

得られた各試料の一部を切り出し、積層構造を横から観察できる薄膜試料をＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置で作製し、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）透過型電子顕微鏡にてＩＴＯピンホール底部の酸化膜厚さを測定した。薄膜試料中のＩＴＯピンホール部は、走査型電子顕微鏡にて反射像を得ると、ＩＴＯ膜が欠落していることに起因して健全ＩＴＯ膜部とのコントラストが異なるため、その部分を狙って、ＦＩＢにて薄膜試料を作製することでピンホール部を特定して断面構造を観察する。

＜ピンホール腐食試験＞
各試料について、上述したような輸送・保管状態を模擬して、６０℃×９０％ＲＨの湿潤環境に５００時間曝露するピンホール腐食試験を行い、この試験後の表面を、光学顕微鏡にて倍率１０００倍で観察（観察範囲：８６００μｍ^２）し、存在する黒点の数をカウントして１００μｍ^２あたりの個数を算出し（任意の２視野の平均値）、試験後の黒点密度（ＩＴＯピンホール密度）を求め、表１に記載した。

そして、上記黒点密度が０．２個／１００μｍ^２以下である場合を、ＩＴＯ膜のピンホール発生が抑えられて、ピンホール腐食が十分に抑制されていると評価し、上記黒点密度が０．２個／１００μｍ^２超である場合を、ＩＴＯ膜にピンホールが多く生じ、腐食試験でピンホール腐食が発生していると評価した。

＜ＩＴＯピンホールサイズ＞
ＩＴＯピンホールサイズは上記湿潤試験で腐食が生じた部分を平面ＴＥＭ観察（６μｍ×８μｍを３視野）して評価した。下地まで貫通しているピンホールかどうかの確認は、ピンホール部分をエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）で分析し、ＩＴＯ成分であるＩｎ、Ｓｎ、Ｏおよび下地Ａｌ合金成分であるＡｌ（Ｎｉなどの微量添加の場合、ＥＤＸでは検出できないためＡｌだけを対象元素とした）が全く検出されない場合を貫通ピンホールとし、そのピンホールの最大直径を測定し、表１に記載した。

そして、ピンホール最大直径が７０ｎｍ以下である場合、ピンホール腐食が十分に抑制されていると評価した。一方、ピンホール最大直径が７０ｎｍを超える場合、ピンホール腐食が発生していると評価した。

表１より、次のように考察することができる。

上記ＩＴＯ膜成膜条件を満たすＮｏ．１〜１４は、ＩＴＯ膜の結晶粒の最大粒径が２００ｎｍ以下に微細化しており、腐食試験によるピンホール腐食の発生が十分に抑制されていた。

特にＩＴＯ成膜後に適切な条件で熱処理を施したＮｏ．５〜８、１１〜１４は、以下の傾向が見られた。

Ｎｏ．１とＮｏ．５は純Ａｌ膜（電極配線膜）とＩＴＯ膜（透明導電膜）を形成した例であるが、ＩＴＯ成膜後の熱処理によって、純Ａｌ膜に形成される酸化膜が厚くなると共に、ＩＴＯ膜の体積膨張によってＩＴＯピンホールの最大直径が減少した。その結果、Ｎｏ．５はＮｏ．１よりもＩＴＯピンホール腐食（ＩＴＯピンホール腐食密度に優れた効果を有する傾向が見られた。

また同様の傾向は、電極配線膜にＡｌ−０．６原子％Ｎｄ合金を用いた場合（Ｎｏ．２、６、９、１０）や、Ａｌ−０．１原子％Ｎｉ−０．５原子％Ｇｅ−０．２原子％Ｎｄ合金を用いた場合（Ｎｏ．３、４、７、８）の他にも様々なＡｌ合金を用いた場合（Ｎｏ．１１〜１４）においても観察できた。

これに対し、ＩＴＯ成膜を室温で行ったＮｏ．１５〜１７ではＩＴＯ膜結晶粒の最大粒径を十分に微細化することができず、ＩＴＯピンホール腐食密度を低減することができなかった。またＮｏ．１８に示すようにＩＴＯ成膜温度を高めても、所定のＩＴＯ膜結晶粒の最大粒径にまで微細化させることなく、またＩＴＯ膜の膜厚を十分に成長させることなく、熱処理を行ったときは、熱処理時間を長くすることによって、酸化膜を厚く形成できるものの、ＩＴＯ膜の膜厚が十分でないため、ＩＴＯ膜の体積膨張によるＩＴＯピンホールサイズの減少という上記効果が得られず、その結果、ＩＴＯピンホール腐食密度を低減することができなかった。

Claims (12)

1. 薄膜トランジスタにおいて透明導電膜と電極配線膜が直接接続する構造を有する薄膜トランジスタ基板であって、
   前記透明導電膜の結晶最大粒径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする耐透明導電膜ピンホール腐食性に優れた薄膜トランジスタ基板。
2. ６０℃で、相対湿度が９０％の湿潤環境に５００時間暴露した後のピンホール腐食密度が、１０００倍光学顕微鏡観察視野内に、０．２個／１００μｍ²以下である請求項１に記載の薄膜トランジスタ基板。
3. 前記透明導電膜の膜厚が、４５ｎｍ以上である請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ基板。
4. 前記透明導電膜の表面から前記電極配線膜まで貫通するピンホールの最大直径が７０ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
5. 前記透明導電膜が、ＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜である請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
6. 前記電極配線膜が純Ａｌ膜またはＡｌ合金膜である請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
7. 前記Ａｌ合金膜は、Ｎｉおよび／またはＣｏを合計で、３．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである請求項６に記載の薄膜トランジスタ基板。
8. 前記Ａｌ合金膜は、更にＧｅを２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである請求項７に記載の薄膜トランジスタ基板。
9. 前記Ａｌ合金膜は、更にＣｕを２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである請求項７または８に記載の薄膜トランジスタ基板。
10. 前記Ａｌ合金膜は、更に希土類元素を合計で２．０原子％以下（０原子％を含まない）含有するものである請求項６〜９のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
11. 前記透明導電膜にピンホールが存在する箇所において、当該箇所での下地純Ａｌ膜表面または下地Ａｌ合金膜表面には、厚さ３．４ｎｍ以上の酸化膜が形成されたものである請求項６〜１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタ基板を備えたものである表示装置。

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