專利名稱：Al合金膜、電子器件及光電顯示裝置用有源矩陣襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及Al合金膜、電子器件及光電顯示裝置用有源矩陣襯底， 特別涉及作為液晶顯示器(display)或有機(jī)EL顯示器等光電顯示裝置 的布線以及電極膜等(下面統(tǒng)一記為"電極膜")來使用的Al合金膜、使 用該膜的半導(dǎo)體裝置等電子器件以及光電顯示裝置用有源矩陣襯底。
背景技術(shù)：
作為半導(dǎo)體器件的一個例子，例如，存在使用將薄膜晶體管(Thin Film Transistor,下面記為TFT)作為開關(guān)(switching)元件的TFT有源 矩陣襯底的光電顯示裝置。對于光電顯示裝置來說，作為代替CRT (Cathode Ray Tube )的平板顯示器(flat panel display)的一種，有效 利用低功耗或薄型這樣特征的產(chǎn)品中被廣泛地應(yīng)用。
這些TFT有源矩陣襯底中使用的電極膜需要與Si膜或以Si膜為主 要成分的TFT的半導(dǎo)體層、或在像素電極膜或端子焊盤(pad)等中使 用的氧化物透明導(dǎo)電膜(例如，ITO)電連接。因此，作為現(xiàn)有的電極 膜材料，例如， 一般使用鈦(titanium) ( Ti)、鉻(chromium ) (Cr)、 鉬(molybdenum ) ( Mo )、鉭(tantalum ) ( Ta)、鴒(tungsten ) ( W) 或以這些為主要成分的合金等的所謂高熔點(diǎn)金屬材料。因?yàn)檫@些高熔點(diǎn) 金屬(metal)在與Si半導(dǎo)體膜的連接界面上幾乎沒有界面擴(kuò)散反應(yīng)， 此外，在與ITO等氧化物導(dǎo)電膜的連接界面上的電接觸(contact)特性 是優(yōu)良的。
近年來，隨著平板顯示器TV的大型化或便攜式電話等小型顯示器 的高清晰度，要求布線材料低電阻化，現(xiàn)有的高熔點(diǎn)金屬的電阻率值(一 般為12-60nQ.cm)不能夠說是優(yōu)選的。此外，在利用反射光顯示圖像 的反射型顯示器的情況下，為了實(shí)現(xiàn)明亮的顯示特性，要求電極膜具有 較高的光反射率，但是，現(xiàn)有高熔點(diǎn)金屬的反射率值一般為60%左右， 因?yàn)檩^低，所以不能說是優(yōu)選的。鑒于這樣的狀況，作為顯示器用的電 極膜材料，電阻率低、光反射率高并且布線圖形(pattern)加工容易的 鋁(aluminum ) ( Al)或以Al為主要成分的合金的Al合金膜被關(guān)注。
但是，在將現(xiàn)有Al合金膜用于上述TFT有源矩陣襯底的電極膜的 情況下，已知存在一些缺點(diǎn)，應(yīng)用困難。即，已知首先現(xiàn)有Al合金膜 耐熱性不好。例如，在器件的制造步驟中，在超過100。C的溫度下進(jìn)行 加熱處理時，在膜表面或端面產(chǎn)生所謂的小丘(hillock)或須狀物
(whisker)的突起。由于該突起，使在上層形成的保護(hù)絕緣膜的覆蓋率 不良，并引起耐壓下降或電短路等不良。此外，對于現(xiàn)有Al合金膜來 說，在與ITO這樣的氧化物導(dǎo)電膜直接接合的界面上產(chǎn)生擴(kuò)散反應(yīng)，使 電特性惡化。并且，現(xiàn)有Al合金膜一般在與Si半導(dǎo)體膜或以Si為主要 成分的膜的連接界面上激烈地進(jìn)行相互擴(kuò)散反應(yīng)，使電特性惡化。因此， 在與ITO或Si連接的情況下，不是使Al合金膜直接連接，而是需要通 過上述的高熔點(diǎn)金屬作為阻擋(barrier)層進(jìn)行連接。因此，存在增加 成膜步驟或刻蝕加工步驟、生產(chǎn)能力下降的問題。
因此，對于如上所例舉的Al合金膜的缺點(diǎn)，提出幾種通過對在A1 中添加的元素進(jìn)行研究的改善方法。例如，在專利文獻(xiàn)l中，公開了通 過在Al中添加Nd、 Gd、 Dy這樣的稀土類元素從而抑制小丘的產(chǎn)生的 技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中，進(jìn)一步公開了通過添加Ni、 Ag、 Zn、 Cu等元 素來改善在與ITO的連接界面上的電特性的技術(shù)。此外，在專利文獻(xiàn)3 中，記載了通過在Al中添加Fe、 Co、 Ni等過渡金屬來改善與ITO以及 作為半導(dǎo)體膜的Si的連接界面的技術(shù)。
并且，如上所述，近年來，隨著平板顯示器TV的大型化或便攜式 電話等小型顯示器的高清晰度，不僅要求電極膜低電阻化，而且要求作 為開關(guān)元件的TFT高性能化。因此，為了抑制針對構(gòu)成TFT的半導(dǎo)體 元件的熱損壞(damage),要求工藝(process)溫度的低溫化。例如， 在專利文獻(xiàn)4中，作為目標(biāo)，示出小于25(TC這樣的溫度。或者，為了 實(shí)現(xiàn)反射型或半透過型的使用有機(jī)樹脂膜形成反射像素電極的顯示器 或被認(rèn)為在今后成為主流的小型輕量化或曲面顯示器，在代替玻璃
(glass )襯底所使用的有機(jī)樹脂襯底中，由于受到該有機(jī)樹脂材料的耐 熱性的制約而要求工藝溫度的低溫化。鑒于這樣的狀況，優(yōu)選在小于 30(TC、更優(yōu)選為200 250。C左右的工藝溫度下得到低電阻值(例如， 在專利文獻(xiàn)4中具體的是10inn.cm以下，更優(yōu)選是6nQ'cm以下)的 Al合金膜。
并且，對于工藝溫度的低溫化來說，在抑制Al合金膜與ITO膜以
及Si膜的界面的擴(kuò)散反應(yīng)方面也是優(yōu)選的。例如，根據(jù)本發(fā)明人的評價 結(jié)果，在采用Si半導(dǎo)體的TFT的源極(source)漏極(drain)電極上直 接形成具有在專利文獻(xiàn)3中公開的組成的Al合金膜時，在成膜之后， 未確認(rèn)與Si的界面上的相互擴(kuò)散反應(yīng)，但是，通過熱處理(在大氣中或 者在氮?dú)猸h(huán)境中保持約30分鐘)慢慢進(jìn)行擴(kuò)散反應(yīng)，在超過250。C的溫 度下，在光學(xué)顯微鏡觀察水平下也確定了擴(kuò)散反應(yīng)。因此，從這一點(diǎn)來 看，工藝溫度優(yōu)選為小于25(TC的低溫。
但是，在專利文獻(xiàn)1 2中公開的A1合金膜的情況下，為了得到足 夠低的電阻值，需要30(TC以上的工藝溫度。此外，在專利文獻(xiàn)3中也 沒有記載在小于300。C的低溫?zé)崽幚硐碌碾娮杪手?。因此，在使用現(xiàn)有 Al合金膜的情況下，存在TFT的高性能化或使用在采用有機(jī)樹脂材料 時所需要的低溫處理的器件的應(yīng)用困難的問題。并且，在使用于光電顯 示裝置的反射電極膜的情況下，還要求較高的反射率值，但是，關(guān)于具 有上述特性的Al合金膜，還包含反射特性的技術(shù)幾乎沒有公開。
專利文獻(xiàn)1 特開平7 - 45555號公報(bào)
專利文獻(xiàn)2 特開2006 - 339666號公報(bào)
專利文獻(xiàn)3 特開2004 - 363556號公報(bào)
專利文獻(xiàn)4 特開2004 - 103695號公報(bào)
在現(xiàn)有Al合金膜的情況下，如上所述，不能將Al合金膜與ITO膜 或Si膜直接連接，必須由高熔點(diǎn)金屬形成阻擋(barrier)層。因此，增 加成膜步驟或刻蝕加工的步驟，使生產(chǎn)能力下降。此外，在采用專利文 獻(xiàn)1 ~3中公開的Al合金膜的情況下，為了得到足夠低的電阻值，需要 300。C以上的加熱。為了減輕對半導(dǎo)體的熱損壞、或在反射電極中使用 的有機(jī)樹脂膜的耐熱性，在應(yīng)用于需要250。C以下的低溫工藝的器件的 情況下，電極膜的電阻值難以降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以這樣的情況為背景而進(jìn)行的，本發(fā)明的目的是提供一種 防止與ITO或Si的界面擴(kuò)散并且能夠應(yīng)用于要求低溫工藝的各種電子 器件中的低電阻的電極膜用Al合金膜、以及使用該合金膜的電子器件、 光電顯示裝置用有源矩陣襯底。
本發(fā)明一實(shí)施方式的Al合金膜包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素、和
由屬于元素周期表的第二周期或第三周期的2a族的堿土金屬、3b、 4b 族的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素。
本發(fā)明另一實(shí)施方式的電子器件具有包含由Ni構(gòu)成的第一添加元 素與由屬于元素周期表的第二周期或第三周期的2a族堿土金屬、3b、 4b族的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素的Al合金膜、和 與所述A1合金膜直接連接的Si膜或以Si為主要成分的膜或者以氧化物 為主要成分的氧化物導(dǎo)電膜。
本發(fā)明另一實(shí)施方式的光電顯示裝置用有源矩陣襯底具備形成在 襯底上且包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素與由屬于元素周期表的第二周 期或第三周期的2a族堿土金屬、3b、 4b族的半金屬中選擇的至少一種 以上的第二添加元素的Al合金膜、和與所述Al合金膜直接連接的由Si 膜或以Si為主要成分的膜構(gòu)成的半導(dǎo)體層以及/或者以氧化物為主要成 分的氧化物導(dǎo)電膜。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種防止與ITO或Si的界面擴(kuò)散并且能夠 應(yīng)用于要求低溫工藝的各種電子器件中的低電阻的電極膜用Al合金膜、 以及使用該合金膜的電子器件、光電顯示裝置用有源矩陣襯底。


圖l是用于說明Al-Ni膜和Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)的圖。 圖2是用于說明現(xiàn)有的Al-Cu膜和Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)的圖。 圖3是用于說明比較例的Al-Ni膜和Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)的圖。 圖4是示出Al-Ni膜的Ni組成比和Al合金膜的電阻率值的關(guān)系的圖。
圖5是示出Al-Ni膜的Ni組成比和Al合金膜的反射率值的關(guān)系的圖。
圖6是示出本發(fā)明的Al-Ni-X膜的電阻率值的熱處理溫度依賴性的圖。
圖7是示出本發(fā)明的Al-Ni-X膜的X元素的原子量與電阻率值的關(guān) 系的圖。
圖8是用于說明本發(fā)明的Al-Ni-X (X-Si)膜和Si膜的界面擴(kuò)散 反應(yīng)的圖。
圖9是示出實(shí)施方式1的光電顯示裝置用TFT有源矩陣襯底的結(jié)構(gòu)
的平面圖。
圖10是示出實(shí)施方式1的光電顯示裝置用TFT有源矩陣襯底的結(jié) 構(gòu)的截面圖。
圖11是示出實(shí)施方式2的光電顯示裝置用TFT有源矩陣襯底的結(jié) 構(gòu)的平面圖。
圖12是示出實(shí)施方式2的光電顯示裝置用TFT有源矩陣襯底的結(jié) 構(gòu)的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，說明能夠應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式。以下的說明對本發(fā)明的實(shí) 施方式進(jìn)行說明，本發(fā)明不限定于以下實(shí)施方式。為了說明的明確，以 下的記載以及附圖進(jìn)行了適當(dāng)省略以及簡化。
對于本發(fā)明來說，在20(TC 25(TC左右的低溫工藝中，實(shí)現(xiàn)防止與 ITO膜或Si膜的界面擴(kuò)散并且具有約6)Lir2.cm以下的較低的電阻率值作 為特性的A1合金膜。根據(jù)本發(fā)明人的研究結(jié)果可知，作為本發(fā)明的A1 合金膜的合金結(jié)構(gòu)，作成包含Ni作為第一添加元素、并且包含由屬于 元素周期表的第二周期或第三周期的2a族的堿土金屬或3b、 4b族的半 金屬中選擇的一種以上作為第二添加元件的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這些特性。本發(fā) 明是基于這些情況進(jìn)行的。
在Al中添加Ni，由此，可以抑制與ITO膜以及Si膜的界面擴(kuò)散的 產(chǎn)生。關(guān)于ITO膜和Al膜的界面擴(kuò)散，例如，可以由接觸界面的接觸 電阻(contact resistance )值進(jìn)行評價。在不包含Ni的現(xiàn)有的Al膜的情 況下，對于以使ITO膜與上層接觸的方式形成時的界面接觸電阻來說， 以接觸界面的每1000pm2面積的換算值超過100MD,幾乎成為絕緣狀 態(tài)。但是，在Al中例如僅添加0.2at。/。左右的Ni,接觸電阻降低到數(shù)百 Q。這被認(rèn)為是，在形成ITO膜時，由于Ni添加而生成的AlNix化合物 防止在界面上由Al的氧化反應(yīng)導(dǎo)致形成絕緣性的氧化鋁(A10x)的效 果。Ni的組成比為0.5at。/。以上，并且，接觸電阻值能夠下降到數(shù)十n, 這些值與現(xiàn)有的使用鈦(Ti)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鵠(W) 或以這些為主要成分的合金等的高熔點(diǎn)金屬時的值相等。
關(guān)于Al膜和Si膜的界面擴(kuò)散，用光學(xué)顯微鏡觀察在界面產(chǎn)生的界 面反應(yīng)(例如，所謂的合金尖峰(alloy spike)的相互擴(kuò)散反應(yīng))，從
而能夠進(jìn)行評價。在圖1 ~圖3中，示出了本發(fā)明人評價的Al合金膜和 Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)的結(jié)果。圖l(a)、圖2、圖3示出用光學(xué)顯微鏡 觀察采用CVD法依次形成a-Si膜150nm、添加了 P的歐姆(ohmic )低 電阻Si膜50nm后、采用DC磁控管濺射法(magnetron sputtering )形 成Al合金膜200nm之后的樣品(sample)的膜表面的結(jié)果。圖1 (b) 示出對樣品在大氣中在250。C的條件下實(shí)施保持30分鐘的熱處理之后 的結(jié)果。圖1是添加2atQ/o的Ni的Al-2at%Ni膜的結(jié)果，圖2是不添加 Ni的Al合金膜(現(xiàn)有例Al-2at。/。Cu膜)的結(jié)果,圖3是添加小于0.5at0/。 的Ni的Al-Ni膜(比較例例如Al-0.3at%Ni膜)的結(jié)果。
Al-Cu膜是防止Al膜的電遷移(electromigration )或應(yīng)力遷移(stress migration)的現(xiàn)有公知的Al合金膜。但是，如圖2所示，在膜整體上看 到迷宮狀的不均。在這種狀態(tài)下，測量膜的電阻率，成為比該A1合金 膜自身的電阻率值高一位以上的狀態(tài)。因此，可知在Al和Si的界面激 烈地產(chǎn)生相互擴(kuò)散反應(yīng)。另一方面，在Al-2at%Ni膜的情況下，如圖1 (a)所示，沒有觀察到不均等缺陷，可以確定相互擴(kuò)散反應(yīng)被抑制。 并且，如圖l(b)所示，當(dāng)對包含Al-2ato/。Ni膜的樣品在大氣中在250。C 下實(shí)施保4寺30分鐘的熱處理時，確認(rèn)部分地產(chǎn)生斑點(diǎn)(spot)狀的相互 擴(kuò)散反應(yīng)(合金尖峰部)。因此，在Al-2at。/oNi膜的情況下，通過200~ 250。C的低溫工藝，與Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng)被抑制，但是，沒有耐熱的 溫度容限(margin)。該溫度容限(margin)如下所述，能夠通過加入 第二添加元素進(jìn)行改善。
此外，在添加小于0.5at0/"々Ni的Al-Ni膜(Al-0.3at%Ni膜)的情 況下，如圖3所示，沒有發(fā)現(xiàn)如在Al-Cu膜上觀察到的激烈的相互擴(kuò)散 反應(yīng)。但是，確認(rèn)部分地產(chǎn)生斑點(diǎn)狀的相互擴(kuò)散反應(yīng)。并且，在此未圖 示，但是，在25(TC下對包含Al-0.3atMNi膜的樣品進(jìn)行30分鐘的熱處 理時，確定產(chǎn)生小丘。這樣的現(xiàn)象在添加0.5atQ/。以上的Ni的Al合金膜 中幾乎未被看到。因此，如果考慮小丘耐熱性以及與Si膜的界面擴(kuò)散耐 性，則在Al中添加的Ni組成比優(yōu)選為0.5at。/。以上。
此處，參考圖4,說明Al-Ni合金膜的電阻率值的Ni組成比依賴性。 圖4示出Al-Ni合金膜的電阻率值的Ni組成比依賴性的結(jié)果。在圖4中， 橫軸示出Al-Ni合金膜的Ni組成比(at%:原子數(shù)比的百分率)，縱軸 示出電阻率值(pQxm)。示出對在絕緣性玻璃襯底上使用采用了 Ar
氣體(gas)的DC磁控管濺射法以約300nm的膜厚形成的樣品實(shí)施在 300°C的充分高的溫度下在大氣中保持30分鐘的熱處理之后的值。隨著 Ni組成比增加，電阻率值單調(diào)地增加。如圖4所示，為了使A1合金膜 的電阻率值不很大地超過6pQ.cm,優(yōu)選使Ni的組成比為5at。/。以下。
圖5示出相同的Al-Ni合金膜的以波長550nm測量的反射率值的結(jié) 果。如圖5所示，可知使Ni的組成比為5at。/o以下，從而能夠得到85% 以上的較高的反射率值。并且，為了使Al-Ni合金膜的電阻率值充分地 下降，如上所述，需要至少300。C以上的熱處理。這是因?yàn)?，AlNix化 合物由于熱處理而析出，膜整體中所占的接近純Al的成分相對地增加。 為了利用低溫?zé)崽幚硎惯@樣的AlNix化合物析出、并且使電阻率值充分 地降低，如下所述，需要添加適當(dāng)?shù)牡诙砑釉亍?br> 并且，不限于A1，對于金屬膜的電阻率值來說，根據(jù)成膜方法或膜 厚、或者測量方法的不同(測量人的不同)或產(chǎn)品偏差， 一般地，認(rèn)為 該值存在一些不同是妥當(dāng)?shù)?。因此，在上述中，作為電阻率值的目?biāo)， 將約6|if>cm以下設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)值，但這不是絕對的值，作為上限值，可 以考慮將直到8|tiQ.cm以下的值作為標(biāo)準(zhǔn)。
此處，參考圖6，說明本發(fā)明的Al合金膜的合金組成。圖6示出在 固定為Al-2at%Ni的組成下，進(jìn)一步地以lat。/c)的組成比添加幾種元素X 作為第二添加元素后的Al-2at。/。Ni-lat。/。X膜的電阻率值的熱處理溫度依 賴性的結(jié)果。如上所述，作為第二添加元素，選擇屬于元素周期表的第 二周期或第三周期的2a族的堿(alkali) 土金屬或3b、 4b族的半金屬的 一種元素。并且，為了比較，添加Ti、 Mo、 W、 Nd作為元素X。此外， Al-lat%Nd是不包含Ni的Al-lat%Nd合金的現(xiàn)有例。
X-Nd是示出上述專利文獻(xiàn)2所示的組成成分之一的現(xiàn)有例。如圖 6所示，在該合金系的情況下，不在至少超過270。C的溫度下進(jìn)行熱處 理就不能將電阻率值降低到6pn.cm以下。此外，Al-lat%Nd是示出上 述專利文獻(xiàn)1所示的組成成分之一的現(xiàn)有例。對于Al-lat%Nd來說，添 加元素的組成比比其他樣品少，^旦是，在200。C左右的熱處理溫度下， 不能使電阻率值為6|iiQ.cm以下。此外，在X-Ti、 Mo、 W的情況下， 添加這些，從而電阻率值很大地增加，并且在30(TC的熱處理溫度下也 不能降低電阻率值。
另一方面，在X-B、 Mg、 Si的情況下，在200。C的熱處理溫度下，
可以4吏電阻率值為5[iQ.cm以下。因此，如本發(fā)明可知，添加屬于元素 周期表的第二周期或第三周期的2a族的堿土金屬或3b、 4b族的半金屬 的元素作為第二添加元素，從而可以在200 250。C的低溫工藝中使電阻 率值充分地下降。在X-Si的情況下，Al合金膜的電阻率值為4pQ'cm 以下，是特別優(yōu)選的。
圖7以添加元素X的原子量為橫軸對與圖6相同的結(jié)果進(jìn)行作圖 (plot)。根據(jù)添加元素的種類，出現(xiàn)幾個例外，但是，可知存在添加 元素X的原子量越小Al合金膜的電阻率值能夠越低的傾向。參考圖7 中由△示出的進(jìn)行23(TC的熱處理時的數(shù)據(jù)(data)時，能夠使電阻率 值為6pQ.cm以下的添加元素的原子量為40g以下。這若在元素的周期 表中來說，相當(dāng)于第三周期的元素。特別是，第三周期的堿土金屬即 Mg、以及作為半金屬4b族的Si的添加，由熱處理導(dǎo)致的電阻率值的降 低的效果非常好。
并且，在屬于第二、第三周期的元素中，添加作為非金屬的5b、 6b、 7b族時，Al合金膜的電阻率值大大增加，所以不優(yōu)選。此外，添加堿 金屬la族的Li、 Na時，在與Si膜連接的情況下，向Si膜擴(kuò)散，起到 運(yùn)載離子(ion)的作用。因此，顯著地?fù)p害Si膜的半導(dǎo)體特性，不適 合用于將Si作為半導(dǎo)體膜的電子器件。因此，作為在Al-Ni中添加的第 二添加元素，優(yōu)選屬于元素周期表的第二周期、第三周期的2a族堿土 金屬、半金屬族3b、 4b族的元素。
如上所述，Al-Ni合金膜的電阻率值由于熱處理而降低，這被認(rèn)為 是因?yàn)?，Al-Ni化合物析出，膜整體中所占的接近純Al的成分相對地 增加。這些屬于元素周期表的第二周期、第三周期的2a族堿土金屬、 3b、 4b族的半金屬族的第二添加元素X在20CTC左右的較低的熱處理溫 度下具有析出Al-Ni (或Al-X, Ni-X)化合物的效果。因此，通過添加 這樣的第二添加元素，由此，能夠析出Al-Ni化合物等，并且使A1合金 膜的電阻率值降低。為了有效地得到這樣的效果，優(yōu)選第二添加元素X 的組成比為至少0.1atQ/o以上。
另一方面，在由'賊射法(sputtering)形成包含上述第二添加元素X 的Al-Ni-X膜的情況下，容易在成膜初期在添加元素X或以其為主要成 分的化合物析出的狀態(tài)下堆積膜。此時，在采用現(xiàn)有公知的以磷酸+硝 酸為主要成分的藥液對膜進(jìn)4亍刻蝕(etching)加工的情況下，該添加元
素X或以其為主要成分的析出化合物成為刻蝕殘余，存在引起構(gòu)圖不良 的情況。在不采用特殊的藥液而采用現(xiàn)有公知的藥液的情況下，為了防
止這樣的刻蝕殘留不良的發(fā)生，優(yōu)選添加元素的組成比不超過3at0/()。
圖8 (a) ~ (c)示出Al-2at。/。Ni-lat。/。Si膜和Si膜的界面擴(kuò)散反應(yīng) 的結(jié)果。如圖1 ( b)可知，在不添加Si的Al-2at%Ni膜中，發(fā)現(xiàn)在250°C
在本發(fā)明的Al-2at。/。Ni-lat。/。Si膜的情況下,如圖8(b)所示，確認(rèn)在至 少250。C的熱處理下沒有界面擴(kuò)散反應(yīng)。并且，確認(rèn)在30(TC的熱處理 溫度下部分地產(chǎn)生斑狀的界面擴(kuò)散反應(yīng)。在Si以外的上述其他的屬于元 素周期表的第二周期、第三周期的2a族堿土金屬、3b、 4b族的半金屬 族的添加元素X，也看到這樣的傾向。因此，能夠確認(rèn)通過在Al-Ni膜 中添加屬于元素周期表的第二周期、第三周期的2a族堿土金屬、3b、 4b族的半金屬族的第二添加元素X,可以防止在至少200 - 25(TC的低 溫工藝中與Si膜的界面擴(kuò)散。當(dāng)然，第二添加元素X不是Si這一種， 例如，可以在合計(jì)不超過3at。/。的組成比的范圍內(nèi)與具有相同效果的Mg 等復(fù)合地組合添加。
采用附圖詳細(xì)地說明將如上所述的本發(fā)明Al合金膜應(yīng)用于電子器 件中的優(yōu)選實(shí)施方式。
實(shí)施方式1
參考圖9和圖IO說明應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施方式1的Al合金膜的電子器 件的結(jié)構(gòu)。此處，作為應(yīng)用本發(fā)明的Al合金膜的電子器件，以顯示元 件使用液晶的液晶顯示裝置用的TFT有源矩陣襯底為例詳細(xì)地進(jìn)行說 明。圖9是示出本實(shí)施方式的TFT有源矩陣襯底的平面結(jié)構(gòu)的圖，圖 IO是示出圖9的各部分的截面結(jié)構(gòu)的圖。
如圖9、圖IO所示，本實(shí)施方式的TFT有源矩陣襯底包括透明絕 緣性襯底l、柵(gate)電極2、柵極布線3、柵極端子部4、輔助電容 電極5、柵極絕緣膜6、 Si半導(dǎo)體膜7、歐姆低電阻Si膜8、源電極9、 漏(drain)電4及10、溝道(channel)部11、源極布線12、源極端子部 13、層間絕緣膜14、接觸孔(contact hole) 15、 16、 17、透過像素電極 18、柵極端子焊盤(pad) 19、源極端子焊盤20等。
透明絕緣性襯底1由玻璃或塑料(plastic)等構(gòu)成。在透明絕緣性 襯底1上，至少設(shè)置由第一金屬膜構(gòu)成的柵電極2、柵極布線3、柵極
端子部4、輔助電容電極5。柵極布線3連接到柵電極2。對于柵極端子 部4來說，連接到柵極布線3，是為了輸入掃描信號而設(shè)置的。
在柵電極2、柵極布線3、柵極端子部4、輔助電容電極5上，以覆 蓋這些的方式設(shè)置柵極絕緣膜6。在柵極絕緣膜6上，與下層的柵電極 2對應(yīng)地設(shè)置Si半導(dǎo)體膜7。即，Si半導(dǎo)體膜7通過柵極絕緣膜6與下 層的柵電極2對置地形成。Si半導(dǎo)體膜7成為TFT的結(jié)構(gòu)要素。在成為 Si半導(dǎo)體膜7的源極區(qū)域以及漏極區(qū)域的區(qū)域上，設(shè)置歐姆低電阻Si 膜8。歐姆低電阻Si膜8具有在Si中添加了雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)。在歐姆低電阻 Si膜8上，分別設(shè)置由與該歐姆低電阻Si膜8直接連接的第二金屬膜構(gòu) 成的源電極9以及漏電才及10。此外，源電極9和漏電極IO被分離，并 且，與去除了歐姆低電阻Si膜8的區(qū)域?qū)?yīng)地形成溝道部11。
在源電極9上連接源極布線12。此外，在源極布線12上連接源極 端子部13。源極端子部13是為了從外部輸入影像信號而設(shè)置的。源極 布線12、源極端子部13都與源電極9相同地由第二金屬膜構(gòu)成。在源 電極9、漏電極10等上，以覆蓋包含溝道部11的整個襯底的方式形成 層間絕緣膜14。在層間絕緣膜14上，形成多個開口部(接觸孔15、 16、 17)。接觸孔15是到達(dá)下層的漏電極10的像素漏極接觸孔。此外，接 觸孔16是到達(dá)柵極端子部4的柵極端子部接觸孔。接觸孔17是到達(dá)源 才及端子部13的源;歐端子部接觸孔。
在漏電極10上，通過像素漏極接觸孔1，連接透過像素電極18。透 過像素電極18由作為氧化物透明導(dǎo)電膜的ITO膜構(gòu)成。此外，在柵極 端子部4上通過柵極端子部接觸孔16連接?xùn)艠O端子焊盤19。并且，在 源極端子部13上通過源極端子部接觸孔17連接源極端子焊盤20。柵極 端子焊盤19和源極端子焊盤20都由ITO膜構(gòu)成。
隔著固定的間隙(單元間隙(cell gap))貼合如上所述構(gòu)成的TFT 有源矩陣襯底和具備彩色顯示用的濾色片(color filter)或?qū)χ秒姌O等的 對置襯底(未圖示)，將液晶注入、密封在其中，由此，制造作為顯示 器用途的光學(xué)顯示用裝置的半導(dǎo)體器件。
在如上所述構(gòu)成的光電顯示裝置用的TFT有源矩陣襯底上，第一金 屬膜以及第二金屬膜使用本發(fā)明的Al合金膜。即，第一金屬膜以及第 二金屬膜是包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素和由屬于元素周期表的第二 周期或第三周期的2a族的堿土金屬、3b、 4b族的半金屬中選擇的至少
一種以上的第二添加元素X的Al合金。作為優(yōu)選例，作為第一金屬膜 以及第二金屬膜，采用DC磁控管濺射法形成Al-2at。/。Ni-lat。/QSi膜，并 且使整體的工藝溫度為25(TC以下，完成顯示器用的半導(dǎo)體器件。這種 情況下的第一金屬膜和第二金屬膜的電阻率值是3.6iLiQ'cm。
如上所述，由第一金屬膜形成的柵極端子部4與由ITO膜構(gòu)成的柵 極端子焊盤19直接連接。作為第一金屬膜，使用本發(fā)明的A1合金膜。 因此，沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣形成高熔點(diǎn)金屬膜作為中間膜，就能得到良 好的電接觸特性。
由第二金屬膜形成的源電極9、漏電極10的各自的下表面與歐姆低 電阻Si膜8直接連接。此外，源極端子部13的上表面與源極端子焊盤 20直接連接。并且，漏電極10的上表面與由ITO膜構(gòu)成的透過像素電 極18直接連接。作為第二金屬膜，使用本發(fā)明的A1合金膜。由此，在 任何一個接觸界面，都沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣形成高熔點(diǎn)金屬膜作為中間 膜，就能夠得到良好的電接觸特性。
并且，將工藝溫度抑制為250。C以下的低溫，由此，防止第一以及 第二金屬膜和柵極絕緣膜6、層間絕緣膜14、歐姆低電阻Si膜8等的在 界面上的擴(kuò)散反應(yīng)。此外，由于可以實(shí)現(xiàn)柵極布線3或源極布線12的 低電阻化，所以，作為大型顯示器或高清晰顯示器用途，能夠低成本 (cost)高生產(chǎn)效率地制造具有較高的顯示品質(zhì)的顯示器用半導(dǎo)體器件。
實(shí)施方式2
參考圖11和圖12說明使用本發(fā)明實(shí)施方式2的Al合金膜的電子 器件的結(jié)構(gòu)。圖11是示出本實(shí)施方式的TFT有源矩陣襯底的平面結(jié)構(gòu) 的圖，圖12是示出圖11的各部分的截面結(jié)構(gòu)的圖。實(shí)施方式l是使光 全部透過并進(jìn)行顯示的全透過型顯示器用，與此相對，本實(shí)施方式的TFT 有源矩陣襯底的不同之處在于，是漏電極10的一部分兼作反射光并進(jìn) 行顯示的反射像素電極21的半透過型或部分反射型顯示器用的，其他 結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式1大致相同。在圖11以及圖12中，與圖9以及圖 10相同的構(gòu)成元件采用相同的符號，并且適當(dāng)?shù)厥÷哉f明。
如圖11、圖12所示，本實(shí)施方式的TFT有源矩陣襯底包括透明絕 緣性襯底l、柵電極2、柵極布線3、柵極端子部4、輔助電容電極5、 柵極絕緣膜6、 Si半導(dǎo)體膜7、歐姆低電阻Si膜8、源電極9、漏電極 10、溝道部ll、源極布線12、源極端子部13、層間絕緣膜14、接觸孔
15、 16、 17、透過像素電極18、柵極端子焊盤19、源極端子焊盤20、 反射像素電極21等。
在透明絕緣性襯底1上，至少設(shè)置由第一金屬膜構(gòu)成的柵電極2、 柵極布線3、柵極端子部4、輔助電容電極5。在第一金屬膜上以覆蓋這 些的方式設(shè)置柵極絕緣膜6。在柵極絕緣膜6上，與下層的柵電極2對 應(yīng)地設(shè)置Si半導(dǎo)體膜7,在成為Si半導(dǎo)體膜7的源極區(qū)域以及漏極區(qū)域 的區(qū)域上，設(shè)置歐姆低電阻Si膜8。
在歐姆低電阻Si膜8上，分別設(shè)置由與該歐姆低電阻Si膜8直接 連接的第二金屬膜構(gòu)成的源電極9以及漏電極10。漏電極IO延伸設(shè)置 到像素區(qū)域。從漏電極10延伸設(shè)置到像素區(qū)域內(nèi)的部分成為反射像素 電極21。在源電極9、源極布線12上分別連接由第二金屬膜構(gòu)成的源 極布線12、源極端子部13。
在源電極9、漏電極10等上，以覆蓋包含溝道部11的整個襯底的 方式形成層間絕緣膜14。在層間絕緣膜14上，形成多個開口部(接觸 孔15、 16、 17)。在本實(shí)施方式中，接觸孔15是到達(dá)下層的反射像素 電極21的像素漏極接觸孔。此外，接觸孔16是到達(dá)柵極端子部4的柵 極端子部接觸孔。接觸孔17是到達(dá)源極端子部13的源極端子部接觸孔。
在反射像素電極21上，通過像素漏極接觸孔15連接由ITO膜構(gòu)成 的透過像素電極18。因此，透過像素電極18通過反射像素電極21連接 到漏電極10。此外，在柵極端子部4上通過柵極端子部接觸孔16連接 柵極端子焊盤19。并且，在源極端子部13上通過源極端子部接觸孔17 連接源極端子焊盤20。柵極端子焊盤19以及源極端子焊盤20都由ITO 膜構(gòu)成。
在如上所述構(gòu)成的光電顯示裝置用的TFT有源矩陣襯底中，第二金 屬膜采用本發(fā)明的Al合金膜。即，第二金屬膜是包含由Ni構(gòu)成的第一 添加元素和由屬于元素周期表的第二周期或第三周期所屬的2a族的堿 土金屬、3b、 4b族的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素X 的Al合金。作為優(yōu)選例，作為第二金屬膜，采用DC磁控管'踐射法形成 Al-2at%Ni-lat%Si膜，并且使整體工藝溫度為250。C以下。這種情況下 的笫二金屬膜的電阻率值為3.6|ii￡>cm充分低，此外波長550nm的光的 反射率值是89.0%的較高的值。
由第二金屬膜構(gòu)成的源電極9、漏電極10的下表面與歐姆低電阻
Si膜8直接連接。此外，源極端子部13與源極端子焊盤20直接連接。 并且，反射像素電極21的上表面與由IT0膜構(gòu)成的透過像素電極18直 接連接。作為第二金屬膜，采用本發(fā)明的Al合金膜，所以，在任何一 個接觸界面上都沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣形成高熔點(diǎn)金屬膜作為中間膜，就 能夠得到良好的電氣接觸特性。因此，在從漏電極10延伸的反射像素 電極21中，可以將具有較高的反射率的Al系合金膜原樣地用作反射膜。
此外，將工藝溫度抑制為25(TC以下的低溫，由此，可以防止第二 金屬膜與柵極絕緣膜6、層間絕緣膜14、歐姆低電阻Si膜8等的界面上 的擴(kuò)散反應(yīng)。并且，由于可以實(shí)現(xiàn)柵極布線3和源極布線12的低電阻 化，所以，作為大型顯示器或高清晰顯示器用途，能夠低成本(cost) 高生產(chǎn)效率地制造具有較高的顯示品質(zhì)的顯示器用半導(dǎo)體器件。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，在至少具有Al合金膜與Si膜或以Si為主要成 分的膜或ITO膜直接連接的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，由于不通過高熔點(diǎn)金 屬，就可以得到Al合金膜和Si膜的良好的接觸特性，所以，能夠低成 本高效率地制造半導(dǎo)體器件。具體地說，應(yīng)用于顯示器用的有源矩陣型 TFT襯底的源、漏電極以及源極布線，由此，可以僅由Al合金膜形成 能夠降低布線電阻且具有良好特性的TFT元件。
并且，在以上實(shí)施方式中，以顯示器用途中使用的半導(dǎo)體器件為例 進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明的Al合金膜不限于這些用途，也可以適當(dāng) 地用于其他器件的布線、電極膜或反射膜。
符號說明l是透明絕緣性襯底，2是柵電極，3是柵極布線，4是 柵極端子部，5是輔助電容電極，6是柵極絕緣膜，7是Si半導(dǎo)體(有 源)膜，8是歐姆低電阻Si膜，9是源電極，IO是漏電極，ll是TFT 溝道部，12是源極布線，13是源極端子部，14是層間絕緣膜，15是像 素漏極接觸孔，16是柵極端子部接觸孔，17是源極端子部接觸孔，18 是透過像素電極，19是柵極端子焊盤，20是源極端子焊盤，21是反射 像素電極。
權(quán)利要求
1. 一種Al合金膜，包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素；由屬于元素周期表的第二周期或者第三周期的2a族的堿土金屬、3b、4b族的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的Al合金膜，其特征在于， 所述第一添加元素的組成比是0.5 ~ 5at%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的Al合金膜，其特征在于， 所述第二添加元素的組成比是O.l ~3at%。
4. 一種電子器件，具有Al合金膜，包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素和由屬于元素周期表的 第二周期或者第三周期的2a族的堿土金屬、3b、 4b族的半金屬中選擇 的至少一種以上的第二添加元素；與所述Al合金膜直接連接的、Si膜或以Si為主要成分的膜或者以 氧化物為主要成分的氧化物導(dǎo)電膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的電子器件，其特征在于， 所述第一添加元素的組成比是0.5 ~ 5at%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5的電子器件，其特征在于， 所述第二添加元素的組成比是O.l ~3at%。
7. —種光電顯示裝置用有源矩陣襯底，具備Al合金膜，形成在襯底上并且包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素和由 屬于元素周期表的第二周期或第三周期的2a族的堿土金屬、3b、 4b族 的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素；與所述A1合金膜直接連接的、由Si或以Si為主要成分的膜構(gòu)成的 半導(dǎo)體層、以及/或者以氧化物為主要成分的氧化物導(dǎo)電膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的光電顯示裝置用有源矩陣襯底，其特征在于， 所述Al合金膜構(gòu)成為通過對光進(jìn)行反射來顯示圖像的反射像素電極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的光電顯示裝置用有源矩陣襯底，其特征在于，所述第一添加元素的組成比是0.5 ~ 5at%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的光電顯示裝置用有源矩陣襯底，其特征在于，所述第二添加元素的組成比是0.1 ~ 3at%。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的光電顯示裝置用有源矩陣襯底，其特征在于, 所述第二添加元素的組成比是0.1 ~ 3at%。
全文摘要
本發(fā)明涉及Al合金膜、電子器件以及光電顯示裝置用有源矩陣襯底。提供一種防止與ITO或Si的界面擴(kuò)散并且能夠應(yīng)用于要求低溫工藝的各種電子器件中的低電阻的電極膜用Al合金膜。本發(fā)明一個實(shí)施方式的Al合金膜包含由Ni構(gòu)成的第一添加元素和由屬于元素周期表的第二周期或第三周期的2a族的堿土金屬、3b、4b族的半金屬中選擇的至少一種以上的第二添加元素。并且，第一添加元素的組成比是0.5～5at％，第二添加元素的組成比是0.1～3at％。
文檔編號H01L29/49GK101393905SQ20081016092
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者中畑匠, 井上和式, 津村直樹, 石賀展昭, 長山顯祐 申請人:三菱電機(jī)株式會社