本発明者は、前述した特許文献1~特許文� �3に開示されているダイレクトコンタクト技� ��(透明電極をアルミニウム合金膜と直接接続 しても接触抵抗を低減することが可能な技術 )において、アルミニウム中の合金元素添加� �を低く(おおむね、2原子%程度以下)抑えても� ��高性能の表示デバイスを安定して再現性良� ��製造できる技術を提供するため、検討を重� ��てきた。その結果、アルミニウム中の合金� ��素添加量を少なくすると、接触抵抗の分散� ��大きくなることが判明した。この問題は、� ��れまでのダイレクトコンタクト技術におい� ��、特に、認識されていなかったものである� ��そこで、本発明者は、主に、「接触抵抗の� ��散を小さくする」という観点に基づき、更� ��検討を重ねてきた。詳細には、表示デバイ� ��用透明電極に要求される低い接触抵抗と高� ��透過率はそのまま維持することを前提とし� ��、接触抵抗の分散を小さく抑えることが可� ��な技術を、表示デバイス用透明電極の改良� ��いう観点から、検討を重ねてきた。その結� ��、表示デバイス用透明電極を、窒素を含有� ��る第1の酸化物透明導電膜(Transparent Conductive  Oxide;TCO)と、窒素を含有しない第2の透明導� �膜とからなる積層薄膜とし、且つ、第1の透� ��導電膜がアルミニウム合金膜に接触するよ� ��な積層薄膜の構成とすれば所期の目的が達� ��されることを見出し、本発明を完成した。

 以下では、説明の便宜上、窒素を含有し� ��い第2の透明導電膜を単に「窒素非含有透明 導電膜」または「TCO」と呼び、これに対し、 窒素を含有する第1の透明導電膜を単に「窒� �含有透明導電膜」または「TCO:N」と呼ぶ場合 がある。従来の代表的な表示デバイス用透明 電極は、ITOやIZOなどのように、透明導電膜(TC O)のみから構成されている。

 本明細書において、「表示デバイス用透� ��電極」には、表示デバイスに用いられる透� ��電極(代表的には透明画素電極)自体のみな� �ず、透明電極に電気的に接続される配線(信� ��線)も含まれる。以下では、説明の便宜上、 「表示デバイス用透明電極」を、単に「透明 電極」と呼ぶ場合がある。

 以下、図1を参照しながら、本発明に係る 透明電極の実施形態を説明する。図1(b)は、� �発明の透明電極が設けられたTFT基板の一部� �模式的に示す概略断面図であり、図1(a)は、� ��許文献1~特許文献3に開示された従来の透明� ��極が設けられたTFT基板の一部を模式的に示� ��概略断面図である。

 図1(b)に示すように、本発明の透明電極60� ��、窒素を含有する第1の透明導電膜(TCO:N)61と 、窒素を含有しない第2の透明導電膜(TCO)62と� ��らなり、第1の透明導電膜61は、アルミニウ� ��合金膜63に直接接触している。このように� �発明の透明電極60は、窒素を含有しない第2� �透明導電膜(TCO)62とアルミニウム合金膜63と� �間に窒素を含有する第1の透明導電膜(TCO:N)61� ��有している点で、第1の透明導電膜(TCO:N)61を 有しておらず、透明導電膜(TCO)64とアルミニ� �ム合金膜63とが直接接触している従来の透明 電極70と相違している。

 本発明のように、第2の透明導電膜(TCO)/第 1の透明導電膜(TCO:N)/アルミニウム合金膜の積 層構造とすることにより、透明電極をアルミ ニウム合金膜と直接接続しても、低い接触抵 抗を維持したまま接触抵抗の分散を抑えるこ とができ、しかも、高い透過率も確保できる 理由(メカニズム)は、詳細には不明であるが� ��第1の透明導電膜(TCO:N)が所謂バリア層とな� �て、第2の透明導電膜(TCO)からアルミニウム� �金膜への酸素の移動が防止され、アルミニ� �ム合金膜の酸化が防止される結果、第2の透� ��導電膜(TCO)の還元が有効に防止されるため� �推察される。これに対し、従来のように、� �明導電膜とアルミニウム合金膜とが直接に� �触している場合には、透明導電膜に過剰に� �まれる酸素によってアルミニウム合金膜表� �に酸化膜が形成されるため、所望の特性を� �保することができなかったと推察される。

 第1の透明導電膜(TCO:N)による上記バリア� �用(酸素拡散防止作用など)は、特に、アルミ ニウム合金膜中に含まれる合金元素の量が約 2原子%以下と、比較的少ない場合に、有効に� ��揮される。合金元素の量が約2原子%を超え� �場合には、合金元素自体が、第1の透明導電� ��(TCO:N)と同様のバリア作用を発揮し得るため 、接触抵抗の分散が大きくなるなどの問題は 顕著に見られないためである。従って、アル ミニウム合金膜中に含まれる合金元素の量が 約2原子%を超える場合には、必ずしも、本発� ��の構成を採用する必要はないが、更なる特� ��改善を目指して、アルミニウム合金膜中に� ��まれる合金元素の量が約2~6原子%の場合であ っても、本発明の構成を採用しても良いこと はいうまでもない。

 第1の透明導電膜(TCO:N)によるバリア作用� �、第1の透明導電膜をアルミニウム合金膜と� ��2の透明導電膜(TCO)との間に介在させること� ��よって得られるが、接触抵抗の分散を更に� ��えることなどを目指して、(a)第1の透明導電 膜中の窒素含有量を適切に制御したり、(b)第 1の透明導電膜の厚さ(T1)や、第1の透明導電膜 の厚さ(T1)と第2の透明導電膜の厚さ(T2)との比 (T1/T2)を適切に制御することが有効である(詳� ��は後述する)。

 なお、前述した特許文献4にも、窒素を含 む透明導電膜を備えた透明電極が開示されて いるが、以下の点で本発明の透明電極と相違 している。

 まず、両者は、解決課題が相違する。特許� ��献4は、画素電極形成後に行なわれるシンタ リング工程(半導体界面層の欠陥修復のため� �H ₂ アニール工程)において、ITOなどの金属成分� �還元による画素の透過率低下を防止する技� �に関し、特に、ITO表層の還元防止を目的と� �ており、本発明のように、アルミニウム合� �膜を透明電極と直接接続するダイレクトコ� �タクト技術に関するものではない。特許文� �4では、データ線やドレイン電極は、下部膜( Mo、Mo合金、Crなどのバリア層)と上部膜(AlやAl 合金膜)とから構成されており、特許文献4に� ��、本発明のように、バリアメタル層を省略� ��てアルミニウム合金膜を透明電極と直接接� ��させるというダイレクトコンタクト技術の� ��想は全くない。

 更に、両者の構成も相違する。両者は、い� ��れも、窒素を含有する透明導電膜(TCO:N)を有 している点で一致しているが、窒素含有透明 導電膜(TCO:N)は、本発明では、窒素非含有透� �導電膜(TCO)とアルミニウム合金膜との間に配 置されているのに対し、特許文献4では、窒� �非含有透明導電膜(TCO)の上に配置されており 、配置箇所が相違している。特許文献4では� �H ₂ アニール工程におけるITOなどの金属の還元を 防止するため、最表面に、窒素含有透明導電 膜(TCO:N)を配置する必要があるのに対し、本� �明では、バリアメタル層を省略してもバラ� �キが少ない低接触抵抗と高い透過率とを備� �た透明電極を提供するため、窒素非含有透� �導電膜(TCO)とアルミニウム合金膜との間に窒 素含有透明導電膜(TCO:N)を配置しなければな� �ない。また、特許文献4には、窒素含有透明� ��電膜(TCO:N)のみからなる透明電極も開示され ているが、この場合には、接触抵抗率は良好 であるが、透過率が著しく低下することを、 実験により確認している(後記する実施例3の� ��8を参照)。

 本発明を特徴付ける「窒素を含有する第1 の透明導電膜」における「窒素を含有する」 とは、透明導電膜の一部または全部が窒化さ れていることを意味する。詳細には、第1の� �明導電膜(TCO:N)61は、透明導電膜中に窒素を1. 5原子%以上5原子%以下の範囲内で含有してい� �ことが好ましい。ここで、「窒素含有量」� �、アルミニウム合金膜63と第1の透明導電膜(T CO:N)61との界面(窒素含有量が最も高くなる部� ��)における窒素濃度を意味する。後に詳しく 説明するように、第1の透明導電膜61は、Arガ� ��などの不活性ガスと窒素ガスとの混合ガス� ��用いたスパッタリング法(反応性スパッタリ ング法)により、アルミニウム合金膜63上に蒸 着して形成されるため、第1の透明導電膜61は 、アルミニウム合金膜63側から第2の透明導電 膜62に向かって、窒素含有量が段階的に減少� ��る濃度勾配を有しており、アルミニウム合� ��膜63と第1の透明導電膜61との界面は窒素含� �層があり、一方、第1の透明導電膜61と第2の� ��明導電膜62との界面から上層側は窒素含有� �は実質的に0(ゼロ)となる。本発明者の実験� �よれば、上記のAl合金膜界面における窒素の 最大濃度を、好ましくは、1.5原子%以上5原子% 以下の範囲内に制御すれば、所望とする特性 が有効に発揮されることが分かった。第1の� �明導電膜中の窒素の含有量が1.5原子%未満で� ��、接触抵抗の分散が大きくなる。接触抵抗� ��低減とバラツキの抑制という観点からすれ� ��、窒素含有量は多い程良く、例えば、2原子 %以上であることがより好ましい。その上限� �、透過率やシート抵抗などを考慮し、5原子% とする。第1の透明導電膜中の窒素の含有量� �4原子%以下であることがより好ましく、3原� �%以下であることが更に好ましい。

 第1の透明導電膜中の窒素の含有量は、例 えば、後記する実施例に示すように、混合ガ スの流量比(具体的には、不活性ガスと窒素� �スとの混合ガスの流量F1に対する窒素ガスの 流量F2の比、F2/F1)を制御してスパッタリング� ��ることによって調整することができる。な� ��、スパッタリング条件が同じであっても、� ��明導電膜の種類によって透明導電膜中に取� ��込まれる窒素の量は相違するため、実際に� ��、透明導電膜の種類などに応じてスパッタ� ��ング条件を適宜適切に設定すれば良い。

 第1の透明導電膜61における窒素の含有量� ��、XPS(X-ray Photoelectron Spectrometer、X線光電子� ��光装置)を用いて確認することができる。

 第1の透明導電膜61(TCO:N)の厚さ(T1)は、1nm� �上25nm以下の範囲内であることが好ましい。T 1が1nm未満では、第1の透明導電膜61によるバ� �ア作用が有効に発揮されず、所望の接触抵� �バラツキ低減効果が得られない。一方、T1が 25nmを超えると、可視光透過率が低下するほ� �、第1の透明導電膜が剥離するなどの問題が� ��る。接触抵抗と透過性とのバランスを勘案� ��ると、T1は2nm以上15nm以下の範囲内であるこ� ��が好ましく、5nm以上10nm以下の範囲内である ことがより好ましい。

 また、第1の透明導電膜(TCO:N)61の厚さ(T1)� �、第2の透明導電膜(TCO)62の厚さ(T2)との比(T1/T 2)は1以下、すなわち、T1はT2よりも小さい(T1� �T2)ことが好ましい。前述したように、第1の� ��明導電膜(TCO:N)61は、主に、接触抵抗のバラ� ��キ低減化作用を有しており、所望の接触抵� ��特性を確保するためには有用であるが、そ� ��厚さが大きくなり過ぎると、透過性が低下� ��るようになる。本発明者の実験結果によれ� ��、上記の比(T1/T2)が1を超える(すなわち、T1&g t;T2)と、可視光透過率が低下することが判明� ��た(後記する実施例を参照)。接触抵抗と透� �性とのバランスを考慮すると、上記の比(T1/T 2)は、0.25以上1以下であることが好ましく、0. 5以上0.8以下であることがより好ましい。

 以上、本発明を特徴付ける第1の透明導電 膜について説明した。

 繰り返し説明するように、本発明の透明� ��極は、従来の透明導電膜(単層膜)のみから� �る透明電極において、その一部が窒化され� �「窒素を含有する第1の透明導電膜」をアル� ��ニウム合金膜との間に有しているところに� ��徴がある。従って、「窒素を含有しない第2 の透明導電膜(TCO)」における透明導電膜の種� ��は特に限定されず、従来汎用されているも� ��を使用することができる。また、アルミニ� ��ム合金膜も、前述した特許文献1~特許文献3� ��代表されるダイレクトコンタクト技術に開� ��されているものであれば、特に限定されな� ��。

 第2の透明導電膜62は、透明導電膜のみか� ��構成されており、窒素は、実質的に含有し� ��いない。ここで、「実質的に含有していな� ��」とは、後記する薄膜の形成過程において� ��不可避的に含まれ得るレベルの窒素は許容� ��得るという意味である。従って、窒素の含� ��量は、必ずしも0原子%ではなく、本発明の� �用を阻害しないレベル、例えば、約200原子pp m程度の窒素は含まれていてもよい。

 第1の透明導電膜61および第2の透明導電膜62� ��構成する透明導電膜は、特に限定されず、� ��来の画素電極に用いられる膜を使用するこ� ��ができる。代表的には、ITOやIZOなどが挙げ� ��れ、そのほか、IGO、IWO、ZnO、TiO ₂ などの膜や、ZnOにAlやGaを添加した膜なども� �示される。第1の透明導電膜61および第2の透� ��導電膜62は、同一の透明導電膜から構成さ� �ていても良いし、異なっていても良い。た� �し、生産性などを考慮すると、両者は、同� �透明導電膜から構成されていることが好ま� �い。

 アルミニウム合金膜に用いられるアルミ� ��ウム合金としては、例えば、前述した特許� ��献1~特許文献3に記載の組成のものが、好適� ��用いられる。これらのアルミニウム合金を� ��いれば、ピンホールなどによるTFT特性の低� ��を防止し得、透明電極と直接接続可能な配� ��または電極を提供できるからである。

 具体的には、アルミニウム合金としては� ��下記(1)~(2)の組成を有するものが好ましい。

 (1)グループαに属する元素の少なくとも一� �を0.1原子%以上6原子%以下の範囲で含有するAl -α合金
 ここで、グループαは、Ni,Ag,Zn,Cu,およびGeか ら構成される。グループαに属する元素は、� ��独で添加しても良いし、2種以上を併用して もよい。2種以上の元素を添加するときは、� �元素の合計の含有量が上記範囲を満足すれ� �よい。

 グループαに属する元素は、電気抵抗率� �低減化に有用である。これらの元素を単独� �または併用して、上記の範囲内でAl中に添加 すると、比較的低い熱処理温度で、アルミニ ウム系合金薄膜と透明電極(厳密には、第1の� ��明導電膜)との接続界面に、αに属する元素� ��少なくとも一部を含む電気抵抗の低い領域( α含有析出物やα含有濃化層)が形成されるた� ��、例えば、250℃で30分間熱処理したときの� �気抵抗率を、おおむね、7μω・cm以下に低減� ��ることができる。

 上記元素のうち、Niは、特に、電気抵抗� �の低減化作用および耐熱性に優れるため、� �なくとも、Niを含有するAl-Ni合金を用いるこ� ��が好ましい。

 グループαに属する元素が0.1原子%未満で� ��、所望とするα含有濃化層の形成が不充分� �あり、接続抵抗を充分低く抑えることがで� �ない。ただし、グループαに属する元素の含 有量が6原子%を超えると、Al系合金薄膜自体� �電気抵抗率が高くなって画素の応答速度が� �くなり、消費電力が増大してディスプレイ� �しての品位が低下し、実用に供し得なくな� �。グループαに属する元素の含有量の好まし い下限値は、0.5原子%であり、好ましい上限� �は5原子%、更に好ましくは2原子%である。

 (2)グループαに属する元素の少なくとも一� �を0.1原子%以上6原子%以下の範囲で含有し、� �ループβに属する元素の少なくとも一種を0.1 原子%以上2原子%以下の範囲で含有するAl-α-β� ��金
 Al-α-β合金は、前述したグループαに属する 元素を含み、更に、第三成分としてグループ βに属する元素を含む三元系合金である。こ� ��で、グループβは、La,Gd,Dy,Mg,Nd,Y,Fe,およびCo� ��ら構成される。グループβに属する元素は� �単独で添加しても良く、2種以上を併用して� ��よい。2種以上の元素を添加するときは、各 元素の合計の含有量が上記範囲を満足すれば よい。

 グループβに属する元素は、耐熱性や耐� �性の向上に有用である。また、上記元素の� �加量が0.1~2原子%の範囲内であれば、上記元� �の添加による悪影響は見られず、グループα に属する元素を含有するAl-α合金を用いたと� ��と同程度の優れた作用を有することも確認� ��れた。グループβに属する元素は、アルミ� �ウム原子に比べて原子半径が大きく、当該� �素を添加しても、成膜過程で窒素原子が透� �導電膜に取り込まれるためのスペースは充� �確保されるため、所望の窒素を含有する第1� ��透明導電膜(TCO:N)を容易に蒸着できるからで ある。

 グループβに属する元素の含有量の好ま� �い下限値は0.1原子%であり、好ましい上限値� ��2原子%である。グループβに属する元素の含 有量が0.1原子%未満の場合、前述した耐熱性� �耐食性の向上作用が有効に発揮されず、一� �、2原子%を超えると、配線の電気抵抗率が増 加する。グループβに属する元素の含有量の� ��ましい下限値は0.1原子%であり、さらに好ま しくは0.2原子%である。また、グループβに属 する元素の含有量の好ましい上限値は2原子%� ��あり、さらに好ましくは0.6原子%である。

 本明細書において、「基板」は、TFT基板� ��用いられるものであれば限定されず、代表� ��には、ガラス基板、石英基板、シリコン基� ��、プラスチック基板、金属基板、可撓性基� ��などを用いることができる。可撓性基板と� ��、PET、PES、PEN、アクリルなどからなるフィ� ��ム状の基板のことであり、これにより、半� ��体装置の軽量化が見込まれる。

 次に、上記の実施形態に係る透明電極の� ��造工程を説明する。

 本実施形態の透明電極を製造する方法は� ��アルミニウム合金膜に、窒素を含有する第1 の透明導電膜をスパッタリング法で蒸着する 第1の工程と、前記窒素を含有する第1の透明� ��電膜に、窒素を含有しない第2の透明導電膜 をスパッタリング法で蒸着する第2の工程と� �を包含し、前記第1の工程は、不活性ガスと� ��素ガスとの混合ガスを用い、前記混合ガス� ��流量F1に対する窒素ガスの流量F2の比(F2/F1)� �0.05以上0.5以下の範囲内に制御して行なうこ� ��を特徴とする。

 以下、各工程を順次説明する。

 (第1の工程)
 本発明を特徴付ける窒素を含有する第1の透 明導電膜は、不活性ガスと窒素との混合ガス を用いた反応性スパッタリング法で蒸着する 。具体的には、Ar,Neなどの不活性ガスとN ₂ ガスとの混合ガスを用いてスパッタリングを 行なう。第1の透明導電膜中の窒素含有量は� �混合ガスの流量F1と窒素ガスの流量F2との比( F2/F1)を変化することによって制御することが でき、上記の比(F2/F1)をおおむね、0.05以上0.5� ��下の範囲内に調整すれば、第1の透明導電膜 中の窒素含有量を、おおむね1.5原子%以上5原� ��%以下の範囲内に制御することができる。

 その他の条件は特に限定されないが、例え� ��、以下のように制御することが好ましい。
 基板温度   :室温~150℃
 到達真空度  :1×10 ^-5 Torr以下
 成膜時のガス圧:1~30mTorr
 DCスパッタリングパワー密度
 (ターゲットの単位面積当たりのDCスパッタ� ��ングパワー)
       :1~5W/cm ²

 (第2の工程)
 次に、上記のようにして形成された窒素を� ��有する第1の透明導電膜に、窒素を含有しな い第2の透明導電膜をスパッタリング法で蒸� �する。第2の透明導電膜をスパッタリング法� ��蒸着する工程は、前述した第1の工程におい て、不活性ガスと窒素との混合ガスを用いる 代わりに、不活性ガス(代表的にはArガス)とO ₂ との混合ガス(例えば、Ar:N ₂ =24:0.06)を用いたこと以外は第1の工程と同様� �して行なえばよい。具体的には、例えば、� �述した特許文献1~特許文献3に記載の方法を� �照することができる。

 本発明の透明電極は、液晶ディスプレイ� ��プロジェクタ用液晶表示デバイスのほか、� ��機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、LED素子 またはLEDディスプレイなどの様々な表示デバ イスに適用することができる。

 本発明の透明電極を備えたTFT基板を製造� ��る方法は、透明電極を、窒素を含有する第1 の透明導電膜と、窒素を含有しない第2の透� �導電膜との積層構造とし、且つ、第1の透明� ��電膜がアルミニウム合金膜に接触するよう� ��構成としたこと以外は、基本的には通常使� ��されている方法を採用することができる。

 以下、図2を参照しながら、本発明の透明 電極を備えたTFT基板の製造方法を説明する。 以下では、ドレイン電極29を構成するアルミ� ��ウム合金膜の上側に本発明の透明電極5を設 ける工程を説明するが、これに限定されず、 例えば、反射電極を構成するアルミニウム合 金膜の上側に本発明の透明電極5を設けても� �い。

 まず、図2(a)に示すように、ガラス基板1a� ��に、スパッタリング法を用いて、厚さ250nm� �度のAl系合金薄膜を積層する。スパッタリン グの成膜温度は、室温とした。このAl系合金� ��膜をパターニングすることにより、ゲート� ��極26および走査線25を形成する。このとき、 後記する図2(b)に示す工程において、ゲート� �縁膜27のカバレッジ性が良くなるように、上 記積層薄膜の周縁を角度約30°~60°のテーパー 状にエッチングしておくのがよい。

 次いで、図2(b)に示すように、例えばプラズ マCVD法などの方法を用いて、厚さ約300nm程度� ��シリコン窒化膜(ゲート絶縁膜)27を形成する 。プラズマCVD法の成膜温度は、約350℃とした 。続いて、例えばプラズマCVD法を用いて、シ リコン窒化膜(ゲート絶縁膜)27の上に、厚さ20 0nm程度のノンドーピング水素化アモルファス シリコン膜(a-Si-H)55および厚さ約80nmのリンを� ��ーピングしたn ⁺ 型水素化アモルファスシリコン膜(n ⁺ a-Si-H)56を順次積層し、TFTの能動層となる活性 半導体層33を形成する。n ⁺ 型水素化アモルファスシリコン膜56は、例え� ��、PH ₃ ガスを所定分圧添加したプラズマCVD法を行う ことによって形成される。

 このようにして形成された水素化アモルフ� ��スシリコン膜55およびn ⁺ 型水素化アモルファスシリコン膜56からなる� ��性半導体層33を、図2(c)に示すようにパター� ��ングする。

 次に、スパッタリング法を用いて、厚さ300n m程度のAl合金膜を形成する。スパッタリング の成膜温度は、室温とした。Al合金膜をパタ� ��ニングすることにより、図2(d)に示すように 、信号線と一体のソース電極28と、ドレイン� ��極29とが形成される。更に、ソース電極28お よびドレイン電極29をマスクとして、n ⁺ 型水素化アモルファスシリコン膜56をドライ� ��ッチングして除去する。

 そして、図2(e)に示すように、例えばプラ ズマCVD装置などを用いて厚さ300nm程度のシリ� ��ン窒化膜(保護膜)30を形成する。このときの 成膜は、約200℃で行なった。次に、シリコン 窒化膜30にドライエッチング等を行うことに� ��ってコンタクトホール32を形成する。

 次に、前述した方法に基づき、窒素を含� ��する透明導電膜(酸化インジウムに10質量%の 酸化スズを添加したITO膜)で形成される第1の� ��5aと、上記と同じ透明導電膜で形成される� �2の層5bとの積層膜を成膜した後、ウェット� �ッチングによるパターニングを行って透明� �極5を形成すると、図2(f)に示すTFT基板が完成 する。窒素を含有する透明導電膜で形成され る第1の層5aは、ドレイン電極29との電気的な� ��続をとるため、互いに接触している。この� ��触部分では、従来のようなMo等のバリアメ� �ル層を透明電極とドレイン電極との間に挟� �なくても接触抵抗の低いコンタクトを得る� �とができる。

 上記では、活性半導体層としてアモルフ� ��スシリコン膜を使用した例を挙げたが、ポ� ��シリコン膜を用いてもよい。透明導電膜の� ��料としては、ITO膜の他、IZO膜などを使用す� ��ことができる。また、図2の例では、活性半 導体層である水素化アモルファスシリコン膜 55をゲート電極26の上側に形成した例を示し� �が、活性半導体層をゲート電極26の下側に形 成する構成としてもよい。