JP2000077806A - 電子機器用構成基板と電子機器 - Google Patents

電子機器用構成基板と電子機器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 本発明の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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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、I
TO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1
2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1
6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−S
iO2: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、I
ZO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IZ
O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、1
5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2
2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3
5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3
5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IT
O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4
5、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、E
L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5
1は、ガラス基板52上に短冊状の銅電極(Y電極)5
3、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、5
5…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5
3、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4
B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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H092 GA29 HA06 JA24 JA34 KA04 KB24 LA06 MA04 MA17 NA24 NA28 PA01 RA10 4E351 BB01 BB33 BB35 BB38 CC03 CC06 CC07 DD04 GG09 GG13 5C094 AA21 AA31 AA32 AA42 AA43 AA55 BA03 BA43 CA19 DB01 DB02 EA05 FB02 FB12 GB10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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電子機器用構成基板。
  2. 【請求項2】 前記複合酸化物がインジウム亜鉛酸化物
    であることを特徴とする請求項1記載の電子機器用構成
    基板。
  3. 【請求項3】 前記配線層と前記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請求項1または2に
    記載の電子機器用構成基板。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の電子機器用構成基板を用
    いたことを特徴とする電子機器。
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