JP2002020856A

JP2002020856A - 低抵抗金属薄膜およびそれを用いた液晶表示装置、並びに低抵抗金属薄膜の製造方法およびそれを用いた液晶表示装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002020856A
Application number: JP2000205646A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Maruyama; 智子丸山; Yoshiki Nakatani; 喜紀中谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2002-01-23
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP3813796B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラスチック基板を変形させない程度の膜厚
であっても、表示品位を低下させないような配線を実現
できる低抵抗金属薄膜と、該低抵抗金属薄膜を金属配線
として備えた、画像再現性の高い液晶表示装置とを提供
する。【解決手段】絶縁性樹脂基板２１上に、電極配線２２
形成用のＴａ膜２２をスパッタリングにて成膜する際
に、スパッタリングガスとして、アルゴンガスに６０％
のヘリウムガスを含有させた混合ガスを使用する。この
ように形成されたＴａ膜２２は低抵抗であるため、該Ｔ
ａ膜２２を電極配線２２として利用することで、薄型で
軽量、且つ、高品位・高品質の液晶表示装置を実現する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＯＡ機器やパーソ
ナルコンピュータ、携帯情報端末等に用いられる液晶表
示装置、および該液晶表示装置の配線やアクティブ素子
などに用いられる低抵抗金属薄膜、並びにこれらの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータに代表さ
れる情報処理装置では、装置の小型化や軽量化が進展し
ている。そこで、このような情報処理装置の部品の１つ
である表示装置に対し、軽量化および高密度表示化の要
望が高まっている。こうした要望に答える表示装置とし
て、液晶表示装置の開発が活発に行われている。

【０００３】液晶表示装置の軽量化としては、液晶表示
装置のガラス基板をプラスチック基板へ転換するための
技術開発が注目されている。また、液晶表示装置の高密
度表示化としては、金属−絶縁膜−半導体（多結晶シリ
コン）−金属構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin F
ilm Transistor）等が設けられたアクティブマトリクス
型液晶表示装置の技術開発が注目されている。

【０００４】そこで、軽量化と高密度表示化とを同時に
満たす技術として、プラスチック基板を用いたアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置が期待されている。しか
し、アクティブマトリクス型液晶表示装置の製造工程に
おいて、アモルファスシリコンもしくは多結晶シリコン
からなるＴＦＴをアクティブ素子として形成する場合、
プラスチック基板材料の許容温度以上で処理しなければ
ならないという問題がある。それゆえ、直ちに、ガラス
基板をプラスチック基板に転換することは困難である。

【０００５】これに対して、非線形抵抗素子である金属
−絶縁膜−金属構造のＭＩＭ（Met-al Insulator Meta
l）をアクティブ素子として用いるアクティブマトリク
ス型液晶表示装置の場合、ＴＦＴを用いる場合と比較し
て、製造工程中の処理温度をプラスチック基板材料の許
容温度以下にすることが可能である。しかし、後述のと
おり、ＭＩＭを構成する金属膜の膜応力によって基板が
変形してしまうという問題があり、やはり量産化には至
っていないのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、アクティブ
素子としてＭＩＭを用いたアクティブマトリクス型液晶
表示装置では、その金属配線の陽極酸化膜がＭＩＭの非
線形抵抗膜として用いられており、金属配線としてはタ
ンタル（Ｔａ）膜が多く用いられている。このように、
従来より液晶表示装置に用いられている上記ＭＩＭ等の
薄膜二端子素子においては、第１の電極としてＴａ膜が
用いられ、非線形抵抗膜としてＴａの陽極酸化膜が用い
られる。

【０００７】以上のように、薄膜二端子素子の第１の電
極として設けられる従来のＴａ膜は、配線を兼ねるため
に３００〜５００ｎｍ程度の膜厚が必要であった。

【０００８】次に、プラスチック基板に上記のような膜
厚で形成されるＴａ膜が、プラスチック基板に与える全
応力について説明する。この場合、Ｔａ膜がポリエーテ
ルスルフォン（ＰＥＳ）からなるプラスチック基板に与
える全応力は、以下のような式で示される。

【０００９】全応力Ｓ＝σ・ｄ［Ｎ／ｍ］ ……（１）Ｔａ膜応力 σ＝σ_I＋σ_T［Ｎ／ｍ²］ ……（２） σ_T＝Ｅ_f（α_f−α_s）ΔＴ［Ｎ／ｍ²］……（３） σ_I：Ｔａ膜の内部応力［Ｎ／ｍ²］，σ_T：Ｔａ膜の
熱応力［Ｎ／ｍ²］，ｄ：Ｔａ膜の膜厚［ｍ］，Ｅ_f：
Ｔａ膜のヤング率［Ｎ／ｍ²］，α_f：Ｔａ膜の熱膨張
率［Ｋ^-1］，α_s：ＰＥＳ基板の熱膨張率［Ｋ^-1］，Δ
Ｔ：温度差［Ｋ］ここで、Ｔａ膜の内部応力σ_Iは、膜厚１００ｎｍのと
きに１．８×１０⁹［Ｎ／ｍ²］である。また、Ｔａ膜
のヤング率Ｅ_fは１．８６×１０¹¹［Ｎ／ｍ²］、Ｔａ
膜の熱膨張率α_fは６．５×１０^-6［Ｋ^-1］、ＰＥＳ基
板の熱膨張率α _sは５．５×１０^-6［Ｋ^-1］である。

【００１０】上式（１）ないし（３）を用いて、Ｔａ膜
厚が５００ｎｍで、且つ、ポリエーテルスルフォン（Ｐ
ＥＳ）からなるプラスチック基板を用いた場合、該プラ
スチック基板上のＴａ膜の全応力Ｓを計算すると、全応
力Ｓは約１０００［Ｎ／ｍ］となる。

【００１１】以上のように、プラスチック基板上にＴａ
膜にて金属配線を形成する場合、成膜されたＴａ膜の全
応力は約１０００［Ｎ／ｍ］と大きい。プラスチック基
板の剛性はガラス基板と比較して低いため、Ｔａ膜の全
応力により、プラスチック基板の反りや、金属薄膜（Ｔ
ａ膜）のプラスチック基板に対する剥離などが発生し、
素子形成プロセスの継続が困難となるという問題が生じ
る。

【００１２】この問題に対し、Ｔａ膜の全応力を緩和す
る方法として、上式（１）より、Ｔａ膜の膜厚を薄くす
ることが考えられる。例えばＴａ膜の膜厚を１００［ｎ
ｍ］とする場合、プラスチック基板に与える応力（全応
力Ｓ）は、上式（１）ないし（３）を用いて算出すると
約２００［Ｎ／ｍ］（圧縮応力）となり、プラスチック
基板に対する応力を約１／５とすることができる。しか
し、単純に考えれば、膜厚が１／５となれば抵抗値が約
５倍となってしまう。つまり、金属配線としての観点か
らみると、配線抵抗が大きくなるため、表示信号の遅延
等の問題により、ディスプレイ表示画面にコントラスト
むら等が発生して表示品位が劣化するという、表示画面
の品質上の問題が発生する。

【００１３】そこで、Ｔａ膜の膜厚を薄くして金属配線
を形成する場合、膜抵抗を低くすることがＴａ膜形成時
の重要技術となる。しかし、ＣＶＤ（Chemical Vapor D
epo-sition）法やスパッタリング等、真空雰囲気で膜形
成する方法においては、プラスチック基板を用いる場合
に基板内に吸収された水・酸素・窒素などが放出され、
こうしたガス成分が膜形成時に膜中に混入してＴａ膜の
膜特性を変化させる原因となることが、詳細な検討から
判明した。また、こうした基板からのガス放出の状態は
一定ではないので、膜形成ごとにＴａ膜の質を一定に保
つことも難しく、Ｔａ膜の膜抵抗を低く安定的に形成す
ることは困難であることも解った。

【００１４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、例えば液晶表示装置の配線として用いられた場
合に、プラスチック基板を変形させない程度に薄い膜厚
であっても、表示品位を低下させず、且つ、再現性の高
い画像を提供できる低抵抗金属薄膜およびその製造方法
と、該低抵抗金属薄膜を金属配線として備えた液晶表示
装置およびその製造方法とを提供することを課題とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明に係る低抵抗金属薄膜は、基板上に形成さ
れるタンタルからなる金属薄膜であって、Ｃｕ（Ｋα）
線によるＸ線回折θ−２θ測定の結果、回折角（２θ）
が３５°以上４０°以下の範囲で回折ピークが現れ、か
つ、比抵抗が５０μΩ・ｃｍ以下２５μΩ・ｃｍ以上で
あることを特徴としている。

【００１６】従来、例えば、Ｃｕ（Ｋα）線によるＸ線
回折θ−２θ測定の結果、回折角（２θ）が３０°以上
３５°以下の範囲で回折ピークが現れるタンタル薄膜
は、比抵抗が２００μΩ・ｃｍ程度であった。この従来
のタンタル薄膜を、例えば液晶表示装置の金属配線とし
て用いる場合、大画面の液晶表示装置では配線の抵抗に
より配線遅延が生じるなど、表示品位が良好ではなかっ
た。また、従来のタンタル薄膜を、絶縁性の樹脂基板上
に金属配線やスイッチング素子の電極として形成し、軽
量の液晶表示装置を製造しようとする場合、絶縁性樹脂
基板をタンタル薄膜の応力で変形させないためにタンタ
ル膜厚を薄くすると、配線の抵抗値が増加して配線遅延
が生じていた。

【００１７】これに対し、本発明に係る低抵抗金属薄膜
は、従来のものより比抵抗が４分の１以下であるため、
大画面の液晶表示装置の配線として用いられる場合であ
っても、また、樹脂基板に変形を生じさせない程度まで
膜厚を薄くしても、配線遅延が生じる虞れがない。

【００１８】このように、本発明に係る低抵抗金属薄膜
を用いることにより、抵抗の小さい配線等を実現するこ
とができる。

【００１９】尚、上記Ｃｕ（Ｋα）線の波長は、約７×
１０^-2ｎｍである。また、Ｘ線回折θ−２θ測定におけ
る回折ピークが上記のような回折角（２θ）３５°以上
４０°以下の範囲で現れるタンタル薄膜は、一般的に、
立方晶構造であるとされている。

【００２０】また、上記の課題を解決するために、本発
明に係る低抵抗金属薄膜の製造方法は、スパッタリング
において、アルゴンガスとヘリウムガスとからなる混合
ガスをスパッタリングガスとして用いて金属薄膜を形成
することを特徴としている。

【００２１】さらに、上記ヘリウムガスの含有率は、５
０％以上であることが好ましい。

【００２２】さらに、上記金属薄膜を、タンタル薄膜と
することもできる。

【００２３】上記の方法によれば、例えば低抵抗金属薄
膜としてタンタル薄膜を作製する場合、スパッタリング
において、従来はアルゴンガスのみを用いていたスパッ
タリングガスにヘリウムガスを添加することで、容易に
低抵抗のタンタル薄膜を作製することが可能となる。

【００２４】また、添加するヘリウムガスの含有率を５
０％以上とすることにより、従来の方法にて作製したタ
ンタル薄膜の場合は２００μΩ・ｃｍであった比抵抗
を、５０μΩ・ｃｍ程度にまで低下させることができ
る。

【００２５】このように、簡単な方法で、確実に比抵抗
が低減されたタンタル薄膜等の低抵抗金属薄膜を作製す
ることが可能となる。

【００２６】また、上記の課題を解決するために、本発
明に係る液晶表示装置は、上記の低抵抗金属薄膜が配線
として絶縁性基板上に設けられている素子側基板と、上
記素子側基板に対向配置される対向側基板と、上記素子
側基板および対向側基板に挟持された液晶層とを備えた
ことを特徴としている。

【００２７】従来、大画面の液晶表示装置では、配線の
抵抗により配線遅延が生じるなど、表示品位が良好では
なかった。また、従来では、絶縁性の樹脂基板上に金属
配線やスイッチング素子の電極としてタンタル薄膜を形
成して、軽量の液晶表示装置を製造しようとする場合、
タンタル薄膜の応力によって絶縁性樹脂基板を変形させ
ないためにタンタル膜厚を薄く形成すると、配線の抵抗
値が増加して配線遅延が生じていた。

【００２８】これに対し、従来のものより比抵抗が低
い、本発明の低抵抗金属薄膜を金属配線として用いる
と、大画面の液晶表示装置に適用する場合であっても、
また、絶縁性樹脂基板に変形を生じさせない程度まで膜
厚を薄くしても、配線遅延が生じる虞れはない。

【００２９】このように、大面積や軽量であって、かつ
表示品位の良好な液晶表示装置を実現することができ
る。

【００３０】また、上記絶縁性基板は、樹脂にて形成す
ることもできる。

【００３１】上述したように、絶縁性基板を樹脂にて形
成することにより、液晶表示装置の軽量化を実現するこ
とができる。

【００３２】また、上記の課題を解決するために、本発
明に係る液晶表示装置の製造方法は、上記の低抵抗金属
薄膜の製造方法を用いて、絶縁性基板上に金属薄膜を形
成する工程と、上記金属薄膜にて配線を形成する工程と
を含むことを特徴としている。

【００３３】上記の方法により、従来よりも低抵抗の金
属薄膜を液晶表示装置の配線として用いることができ
る。従って、該金属薄膜からなる配線を大画面の液晶表
示装置に適用する場合であっても、また、軽量化のため
に絶縁性基板を樹脂とし、該樹脂基板に変形を生じさせ
ない程度まで金属膜厚を薄く形成する場合であっても、
配線遅延が生じる虞れはない。

【００３４】このように、本発明に係る液晶表示装置の
製造方法によれば、大面積や軽量であって、かつ表示品
位の良好な液晶表示装置を実現することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の第１の
実施の形態について図１ないし図５に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。

【００３６】図２（ａ）は、本実施の形態に係る液晶表
示装置の１画素当たりの構成を示す平面図であり、図２
（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【００３７】本実施の形態に係る液晶表示装置を構成し
ている液晶表示素子１は、素子側基板２と、該素子側基
板２に対向配置された対向側基板３と、これら両基板
２，３に挟持された液晶層４とを備えている。

【００３８】上記素子側基板２は、絶縁性樹脂基板２１
上に、配線部２２ａおよび該配線部２２ａから１画素毎
に分岐している下部電極部２２ｂからなる電極配線２２
と、該電極配線２２を覆う陽極酸化膜２３と、上記下部
電極部２２ｂ上に陽極酸化膜２３を介してその一端部が
配置された略Ｌ字形状の上部電極２４と、該上部電極２
４の他端部上に一部が重畳するように設けられた画素電
極２５と、これら素子が形成された絶縁性樹脂基板２１
の略全面を覆うように設けられた配向膜２６とを備えて
いる。上記電極配線２２、陽極酸化膜２３、および上部
電極２４は、アクティブ素子として、薄膜二端子素子で
あるＭＩＭ（Metal Insulator Metal ）を構成してい
る。上記電極配線２２は、液晶表示装置における配線と
ＭＩＭの下部電極とを兼ねており、また、上記陽極酸化
膜２３は、配線上の絶縁膜とＭＩＭの非線形抵抗膜とを
兼ねている。

【００３９】上記対向側基板３は、透明絶縁性樹脂基板
３１上に、上記画素電極２５に対向するように設けられ
た対向電極３２と、対向電極３２が形成された透明絶縁
性樹脂基板３１上の全面に設けられた配向膜３３とを備
えている。

【００４０】次に、図１（ａ）ないし（ｆ）を用い、本
実施の形態に係る液晶表示装置の素子側基板２の製造方
法について説明する。

【００４１】絶縁性樹脂基板２１上に、スパッタリ
ング法によりＴａ膜２２（後に電極配線２２となる）を
膜厚１００ｎｍに成膜する（図１（ａ）参照。）。

【００４２】この時の成膜条件は、基板温度１５０℃、
ＲＦパワー３．４Ｗ／ｃｍ²で、さらに、アルゴン（Ａ
ｒ）ガスとヘリウム（Ｈｅ）ガスとの混合ガスで、Ｈｅ
ガス混合比が６０％のものをスパッタリングガスとして
用い、全圧力は０．５Ｐａであった。

【００４３】このようにして形成されたＴａ膜２２は、
比抵抗が４７μΩ・ｃｍであった。これに対し、通常、
スパッタリングガスとしてアルゴンガス１００％を用い
た場合に形成されるＴａ膜は、その比抵抗が２００μΩ
・ｃｍである。このことから、スパッタリングにおいて
上記した本方法を用いることにより、低抵抗のＴａ膜２
２の成膜が可能であることが判明した。

【００４４】また、本実施の形態における方法にて形成
されるＴａ膜２２は、波長が約７×１０^-2ｎｍのＣｕ
（Ｋα）線によるＸ線回折θ−２θ測定により、図３
（ｂ）に示すように、回折角（２θ）３５°〜４０°で
回折シグナル（回折ピーク）が観察される。このよう
に、回折角（２θ）３５°〜４０°の範囲に回折ピーク
が現れるタンタル薄膜の結晶構造は、一般的に立方晶構
造であるとされている。また、これと比較するために、
図３（ａ）には、従来の、Ａｒガスのみを用いたスパッ
タリングによって形成されたＴａ膜の、Ｘ線回折θ−２
θ測定の結果が示されている。尚、図中のＹ軸のＣＰＳ
とはＸ線計数値であり、Count(s) Per Secondの略であ
る。

【００４５】また、詳細な検討により、ヘリウムガスの
混合比を５０％以上とすることで、比抵抗が５０μΩ・
ｃｍ以下で２５μΩ・ｃｍ以上のＴａ膜が得られること
が判明した。これより、ヘリウムガスの混合比は５０％
以上であることが好ましい。

【００４６】次に、上記のように成膜されたＴａ膜
２２を用い、金属配線と液晶電気光学素子であるＭＩＭ
の下部電極とを兼ねる電極配線２２を形成する。具体的
には、Ｔａ膜２２をフォトエッチング法により選択的に
エッチングして所定の形状にパターニングし、配線部２
２ａと下部電極部２２ｂとを備えた電極配線２２を形成
する。

【００４７】次に、ＭＩＭの非線形抵抗膜となる陽
極酸化膜（Ｔａ₂Ｏ₅）２３を形成する（図１（ｃ）参
照。）。

【００４８】本実施の形態における陽極酸化条件として
は、陽極酸化溶液として１％のホウ酸アンモニウム溶液
を用い、溶液温度を室温、化成電圧を３５Ｖとした。こ
の条件の下で、上記電極配線２２が形成された絶縁性樹
脂基板２１を上記陽極酸化溶液に浸して、電極配線２２
の表面に、非線形抵抗膜となる陽極酸化膜２３を形成す
る。

【００４９】上記した本実施の形態の陽極酸化プロセス
において、化成電圧および化成電流の、陽極酸化時間に
対する変化が、図４に示されている。図４に示すよう
に、本実施の形態では、低電流電圧電源を用いて、化成
電流を３．２×１０^-2Ａ一定として定電流化成を行った
後、形成する非線形抵抗膜の膜厚に対応した電圧値（本
実施の形態では３５Ｖ）になった時点で、一定時間定電
圧化成を行った。なお、本実施の形態において、定電流
化成を行った時間は約５４分、定電圧化成を行った時間
は約２５分であった。

【００５０】以上のような陽極酸化プロセスにより、電
極配線２２の表面から深さ方向に約２６ｎｍまでの部分
が陽極酸化され、膜厚約６０ｎｍの陽極酸化膜２３が形
成される。

【００５１】なお、本実施の形態における陽極酸化条件
では、陽極酸化溶液として１％のホウ酸アンモニウム溶
液を用いているが、ＭＩＭの素子特性は酸化条件によっ
て左右されるので、要求される素子特性を満足するよう
な条件で行えばよい。陽極酸化溶液の代表的な他の例と
しては、酢酸、クエン酸などの有機酸や、硫酸、塩酸な
どの無機酸や、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ールなどのアルコール等である。また、それぞれの濃度
は、０．０００１重量％以上、より好ましくは０．００
１重量％以上で、且つ、５重量％以下、より好ましくは
１重量％以下である。

【００５２】次に、ＭＩＭの上部電極２４として機
能するチタン（Ｔｉ）膜を、ＥＢ（Electron Beam ）蒸
着法により、膜厚１００ｎｍで形成する。本実施の形態
においては、この時の成膜条件を、成膜温度が室温（基
板加熱せず）、到達真空度が６．６７×１０^-4Ｐａ、加
速電圧４ｋＶ、成膜電流１２０Ａとした。

【００５３】続いて、このＴｉ膜に対し、フォトリソグ
ラフィーおよびエッチングを施して所定の形状に加工
し、上部電極２４を形成する（図１（ｄ）参照。）。な
お、上部電極２４となる金属膜には、Ｔｉ以外に、クロ
ム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブテン（Ｍ
ｏ）、銅（Ｃｕ）等を用いることが可能である。

【００５４】以上、〜の工程により、本実施の形態
に係る液晶表示素子１の薄膜二端子素子（ＭＩＭ）を作
製することができる。このようにして作製されたＭＩＭ
の素子特性（電流−電圧特性）が、図５に示されてい
る。該ＭＩＭの素子特性は、素子面積が５μｍの正方形
で、α＝１．７×１０^-4、β＝３．３であった。なお、
αとは薄膜二端子素子の導電性を表すパラメータで、β
とは薄膜二端子素子の急峻性（電圧に対する電流変化の
大きさ）を表すパラメータであり、それぞれ、薄膜二端
子素子の電流−電圧特性の伝導機構であるPool-Freckel
伝導を表す下記の理論式の係数である。尚、次式（４）
が、薄膜二端子素子の電流−電圧特性を示している。

【００５５】Ｉ＝αＶＥｘｐ［β√ｖ］ ……（４） α＝｛ｎμｑＳＥｘｐ［一φ／ｋＴ］｝／ｄ ……（５） β＝｛√ｑ＾３／πεｒε０｝／ｋＴ ……（６）（ｎ：キャリア濃度，μ：キャリア移動度，ｑ：電子の
電荷量，Ｓ：素子面積，φ：トラップ深さ，ｋ：ボルツ
マン定数，Ｔ：温度，ｄ：非線形抵抗膜の膜厚，εｒ：
非線形抵抗膜の比誘電率，ε０：真空の誘電率）引き続き、本実施の形態に係る液晶表示装置の製造工程
について、図１を用いて説明する。

【００５６】上記のようにしてＭＩＭが形成された
絶縁性樹脂基板２１上に、スパッタリングにより、ＩＴ
Ｏ（Indium Tin Oxide）膜を膜厚４０〜１５０ｎｍで形
成する。ここでは、膜厚１００ｎｍにてＩＴＯ膜を成膜
し、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、画
素電極２５を形成した（図１（ｅ）参照。）。

【００５７】次に、絶縁性樹脂基板２１の全面を覆
うように、膜厚６０ｎｍのポリイミド膜を塗布し、１５
０℃、２時間の焼成を行って、配向膜２６を形成する
（図１（ｆ）参照。）。

【００５８】以上〜の工程により、素子側基板２が
完成する。

【００５９】一方、対向側基板３の作製方法について説
明する。まず、透明絶縁性樹脂基板３１上に、スパッタ
リングにてＩＴＯ膜を膜厚１００ｎｍで成膜し、フォト
リソグラフィーおよびエッチングにより所定形状に加工
して、対向電極３２を形成する。次に、透明絶縁性樹脂
基板３１を覆うように、膜厚６０ｎｍのポリイミド膜を
塗布し、１５０℃、２時間の焼成を行って、配向膜３３
を形成する。このようにして、対向側基板３が完成す
る。

【００６０】上記のように作製した、素子側基板２の配
向膜２６及び対向側基板３の配向膜３３に対し、液晶層
４を配向させるためのラビング処理を行う。その後、こ
れら素子側基板２および対向側基板３上に、貼り合わせ
用のシール材料（図示せず）の印刷とスペーサ（図示せ
ず）散布とを行い、両基板２，３を貼り合わせる。その
後、これら基板２，３間に液晶を注入して液晶層４を形
成して、液晶表示素子１の作製が完了する。

【００６１】以上のように、本実施の形態によれば、配
線および下層電極となるＴａ膜２２を低抵抗となるよう
に形成できるので、大画面の液晶表示装置であっても、
配線遅延のない画面表示品位の高いものが得られる。さ
らに、素子側基板２の絶縁性基板が剛性の低い樹脂（プ
ラスチック等）からなるもの（ここでは絶縁性樹脂基板
２１）でも、この絶縁性樹脂基板２１上に直接形成する
Ｔａ膜２２を低抵抗に作製できるため、絶縁性樹脂基板
２１の剛性の低さを解決することができる。要するに、
基板変形が生じないように絶縁性樹脂基板２１の剛性の
低さを考慮して、配線となるＴａ膜２２を従来よりも薄
く形成した場合であっても、表示信号の遅延が生じて表
示画面の品質が低下する程度まで抵抗が大きくなること
がない。従って、薄型・軽量かつ耐衝撃性に優れ、且つ
表示品位も良好な液晶表示装置を実現することが可能と
なる。

【００６２】〔実施の形態２〕本発明の第２の実施の形
態について、図６および図７に基づき説明すれば、以下
のとおりである。尚、説明の便宜上、前記した実施の形
態１で説明した部材と同様の機能を有する部材について
は同一の参照番号を付記し、その説明を省略する。

【００６３】図６（ａ）は、本実施の形態に係る液晶表
示装置を構成する液晶表示素子５の１画素当たりの構成
を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−
Ｂ矢視断面図である。同図に示すように、上記液晶表示
素子５は、素子側基板６と、対向側基板３と、これら両
基板６，３に挟持される液晶層４とを備えている。本実
施の形態に係る液晶表示素子５は、薄膜二端子素子のＭ
ＩＭの代わりに薄膜三端子素子のＴＦＴ（Thin Film Tr
ansistor）をアクティブ素子として用いた素子側基板６
を備えているが、その他の構成は前記した実施の形態１
の液晶表示装置と略同じである。

【００６４】図６（ａ），（ｂ）を用いて、素子側基板
６の構成について説明する。絶縁性樹脂基板６１上に複
数のゲート配線６２が互いに平行に形成されており、該
ゲート配線６２からは、一画素毎にゲート電極６２ａが
分岐している。また、ソース配線６３は、後述するゲー
ト絶縁膜６５を介して上記ゲート配線６２と交差するよ
うに配されている。また、該ソース配線６３からは、一
画素毎にソース電極６３ａが分岐している。尚、上記ゲ
ート絶縁膜６５とは、上記ゲート配線６１およびゲート
電極６１ａを覆うように設けられている層である。ま
た、図中の６４は、ゲート配線６１を陽極酸化して得ら
れる陽極酸化膜である。

【００６５】上記ソース電極６３ａは、上記ゲート絶縁
膜６５、後述する非ドープアモルファスＳｉ膜（ａ−Ｓ
ｉ膜）６６、およびコンタクト層であるｎ⁺アモルファ
スＳｉ膜（ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜）６７ａを介して上記ゲート
電極６２ａの一方の側部に重畳形成されている。また、
上記ゲート電極６２ａの他方の側部には、上記ゲート絶
縁膜６５、上記ａ−Ｓｉ膜６６、およびコンタクト層で
あるｎ⁺ａ−Ｓｉ膜６７ｂを介してドレイン電極６８が
重畳形成されている。尚、上記ａ−Ｓｉ膜６６は、ゲー
ト電極６２ａの上方にゲート絶縁膜６５を介して形成さ
れている層である。さらに、画素電極６９が、上記ドレ
イン電極６８に接続するように設けられている。

【００６６】尚、各画素を選択的に駆動するためのアク
ティブ素子であるＴＦＴは、上記ゲート電極６２ａ、ゲ
ート絶縁膜６５、ａ−Ｓｉ膜６６、ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜６７
ａ，６７ｂ、ソース電極６３ａ、およびドレイン電極６
８から構成されている。

【００６７】以上のように素子形成された素子側基板６
の全面に、配向膜７０が設けられる。

【００６８】次に、図７（ａ）ないし（ｇ）を用いて、
上記素子側基板６の製造方法について説明する。

【００６９】絶縁性樹脂基板６１上に、スパッタリ
ングによりＴａ膜６２（後にゲート配線６２となる）
（図７（ａ）参照。）。この時の成膜条件は、前記した
実施の形態１においてＴａ膜２２を作製した際と同様で
ある。従って、本実施の形態に係るＴａ膜６２は、実施
の形態１におけるＴａ膜２２と同様の特性を有してい
る。すなわち、Ｔａ膜６２も比抵抗が４７μΩ・ｃｍの
低抵抗金属薄膜となる。

【００７０】上記Ｔａ膜６２を、フォトリソグラフ
ィの手法によりパターニングして、ゲート配線６２を作
製する（図７（ｂ）参照。）。

【００７１】次に、上記ゲート配線６２を、実施の
形態１のＴａ膜２２からなる電極配線の陽極酸化と同様
の方法および条件で陽極酸化し、陽極酸化膜６４を作製
する（図７（ｃ）参照。）。

【００７２】さらに、窒化シリコン膜をプラズマＣ
ＶＤ法によって成膜し、ゲート絶縁膜６５の形状にパタ
ーニングする（図７（ｄ）参照。）。

【００７３】ａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ法によっ
て成膜して島状にパターニングし、ａ−Ｓｉ膜６６を形
成する（図７（ｅ）参照。）。

【００７４】ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜をプラズマＣＶＤ法に
よって成膜し、さらにＴｉ膜をスパッタリング法により
成膜して、ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜とＴｉ膜とを共にパターニン
グし、ｎ⁺ａ−Ｓｉ膜６７ａ，６７ｂ、ソース配線６３
（ソース電極６３ａ）およびドレイン電極６８を形成す
る（図７（ｆ）参照）。

【００７５】以上〜の工程により、薄膜三端子素子
であるＴＦＴが形成される。

【００７６】上記のようにしてＴＦＴが形成された
絶縁性樹脂基板６１上に、スパッタリングによりＩＴＯ
膜を膜厚４０〜１５０ｎｍで成膜し、画素電極６９を形
成する。本実施の形態では膜厚１００ｎｍにてＩＴＯ膜
を成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチングによ
り、画素電極６９を形成した。

【００７７】次に、絶縁性樹脂基板６１を覆うよう
に、膜厚６０ｎｍのポリイミド膜を塗布し、１５０℃，
２時間の焼成を行って配向膜７０を形成する。

【００７８】以上、〜の工程を経て、素子側基板６
の作製が完了する。

【００７９】対向側基板３の製造方法、素子側基板６と
対向側基板３との貼り合わせ方法、および液晶層４の形
成方法は、前記した実施の形態１の場合と同様であるの
で、ここでは省略する。

【００８０】尚、本実施の形態に係る液晶表示装置の説
明、および図６、図７において、補助容量や補助容量電
極線など、本発明の特徴部分に直接関係しない構成は、
簡略化のため省略されている。

【００８１】以上のように、本実施の形態では、本方法
にて形成された低抵抗のＴａ膜６２を、ゲート配線６２
およびＴＦＴのゲート電極６２ａとして用いている。従
って、ゲート配線６２の抵抗を低くすることができるの
で、大画面の液晶表示装置でも配線遅延のない、画面表
示品位の高い装置を得ることができる。さらに、本実施
の形態のように、素子側基板６を構成する絶縁性樹脂基
板６１が剛性の低いプラスチック等の樹脂からなる場合
であっても、この絶縁性樹脂基板６１上に直接形成する
Ｔａ膜６２を低抵抗に形成できるため、絶縁性樹脂基板
６１の剛性の低さを解決できる。要するに、基板変形が
生じないように基板の剛性の低さを考慮して、配線とな
るＴａ膜の膜厚を従来より薄く形成した場合でも、表示
信号の遅延が生じて表示画面の品質が低下する程度ま
で、配線抵抗が大きくなることがない。従って、薄型・
軽量かつ耐衝撃性に優れ、且つ表示品位も良好な、ＴＦ
Ｔを備えた液晶表示装置を実現することができる。

【００８２】なお、実施の形態１および２においては、
スパッタリングにおいて、ＡｒガスにＨｅガスを添加し
た混合ガスをスパッタリンガスとする本発明に係る方法
を用いて、低抵抗のタンタル薄膜を製造したが、本方法
を他の金属の薄膜形成に適用することも可能である。

【００８３】また、実施の形態１および２においては、
本発明に係る方法にて作製された低抵抗金属薄膜を液晶
表示装置の金属配線やアクティブ素子電極として利用し
ているが、これに限るものではなく、液晶表示装置以
外、例えば回路基板、イメージセンサ、半導体装置など
に利用することも当然可能である。

【００８４】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る低抵抗金属
薄膜は、基板上に形成されるタンタルからなる金属薄膜
であって、Ｃｕ（Ｋα）線によるＸ線回折θ−２θ測定
の結果、回折角（２θ）が３５°以上４０°以下の範囲
で回折ピークが現れ、かつ、比抵抗が５０μΩ・ｃｍ以
下２５μΩ・ｃｍ以上である構成である。

【００８５】それゆえ、本発明に係る低抵抗金属薄膜
は、従来のものより比抵抗が４分の１以下となるため、
大画面の液晶表示装置であっても、また、絶縁性樹脂基
板に変形を生じさせない程度まで膜厚を薄くしても、配
線遅延が生じる虞れがない。このように、本発明に係る
低抵抗金属薄膜を用いることにより、抵抗の小さい配線
等を実現して、軽量で、耐衝撃性に優れ、表示品位の良
好な液晶表示装置を実現することができるという効果を
奏する。

【００８６】また、本発明に係る低抵抗金属薄膜の製造
方法は、スパッタリングにおいて、アルゴンガスとヘリ
ウムガスとからなる混合ガスをスパッタリングガスとし
て用いて低抵抗金属薄膜を形成する方法である。

【００８７】さらに、上記ヘリウムガスの含有率は、５
０％以上であることが好ましい。

【００８８】さらに、上記金属薄膜は、タンタル薄膜と
することができる。

【００８９】それゆえ、容易に低抵抗金属薄膜を作製す
ることができる。また、添加するヘリウムガスの含有率
を５０％以上とすることにより、例えば、タンタル薄膜
においては、従来の方法では２００μΩ・ｃｍであった
比抵抗を、５０μΩ・ｃｍ以下程度にまで低下させるこ
とができる。さらに、金属薄膜の配向性を向上させるこ
とができる、すなわち、良好な結晶構造の金属薄膜を作
製することができる。このように、簡単な方法で、確実
に比抵抗が低減された金属薄膜を作製することが可能と
なるという効果を奏する。

【００９０】また、本発明に係る液晶表示装置は、上記
の低抵抗金属薄膜が、配線として絶縁性基板上に設けら
れている素子側基板と、上記素子側基板に対向配置され
る対向側基板と、上記素子側基板および対向側基板に挟
持された液晶層とを備えた構成である。

【００９１】それゆえ、金属薄膜を、大画面の液晶表示
装置の配線として適用する場合であっても、また、樹脂
基板に変形を生じさせない程度まで膜厚を薄くする場合
であっても、配線遅延が生じる虞れがない。このよう
に、大面積や軽量であって、かつ表示品位の良好な液晶
表示装置を実現することができるという効果を奏する。

【００９２】また、上記絶縁性基板は、樹脂にて形成す
ることもできる。

【００９３】上述したように、絶縁性基板を樹脂にて形
成することにより、液晶表示装置の軽量化を実現するこ
とができるという効果を奏する。

【００９４】また、本発明に係る液晶表示装置の製造方
法は、上記した低抵抗金属薄膜の製造方法を用いて絶縁
性基板上に金属薄膜を形成する工程と、上記金属薄膜に
て配線を形成する工程とを含む方法である。

【００９５】それゆえ、上記金属薄膜を、大画面の液晶
表示装置の配線に適用する場合であっても、また、軽量
化のために絶縁性基板を樹脂とし、該樹脂基板に変形を
生じさせない程度まで膜厚を薄く形成する場合であって
も、配線遅延が生じる虞れがない。このように、大面積
や軽量であって、かつ表示品位の良好な液晶表示装置を
実現することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）ないし（ｆ）は、本発明の第１の実施の
形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す工程図であ
る。

【図２】（ａ）は、上記製造工程にて作製される液晶表
示装置の、一画素当たりの構成を示す平面図であり、
（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】（ａ）は、従来の成膜方法にて形成されたＴａ
膜のＸ線回折データであり、（ｂ）は、第１の実施の形
態に係る成膜方法にて形成されたＴａ膜のＸ線回折デー
タである。

【図４】上記液晶表示装置の製造工程の、薄膜二端子素
子の非線形抵抗膜を形成する陽極酸化工程において、化
成電流および化成電圧と陽極酸化時間との関係を示すグ
ラフである。

【図５】上記液晶表示装置の製造方法にて形成される薄
膜二端子素子の、電流−電圧特性を示すグラフである。

【図６】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る液
晶表示装置の、一画素当たりの構成を示す平面図であ
り、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図７】（ａ）ないし（ｇ）は、第２の実施の形態に係
る液晶表示装置の製造方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１液晶表示素子２素子側基板３対向側基板６素子側基板２１絶縁性樹脂基板（絶縁性基板）２２電極配線，Ｔａ膜（低抵抗金属薄膜）３１透明絶縁性樹脂基板（透明絶縁性基板）３２対向電極６１絶縁性樹脂基板６２ゲート配線，Ｔａ膜（低抵抗金属薄膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０９Ｆ 9/30 ３３８Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｓ５Ｃ０９４Ｈ０１Ｌ 21/203 21/28 ３０１Ｒ５Ｆ０３３ 21/28 ３０１ 49/02 ５Ｆ１０３ 21/3205 Ｃ０８Ｌ 81:06 ５Ｆ１１０ 29/786 Ｇ０２Ｆ 1/136 ５１０ 49/02 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ // Ｃ０８Ｌ 81:06 29/78 ６１２Ｃ６１７ＭＦターム(参考） 2H090 JB03 LA01 LA04 2H092 GA27 HA06 HA12 HA18 JA03 JB22 JB31 MA05 MA24 NA28 PA01 4F006 AA40 AB73 BA07 DA01 4K029 AA11 BA16 BC03 BD02 CA05 EA05 4M104 AA10 BB01 BB02 BB04 BB14 BB16 BB17 BB36 CC01 CC05 DD34 DD37 DD41 DD43 DD63 EE05 EE16 EE18 FF03 FF08 FF13 GG20 HH16 5C094 AA15 BA03 BA43 CA19 DA13 EA00 FB12 JA01 JA05 JA11 5F033 GG04 HH05 HH07 HH08 HH11 HH18 HH20 HH38 JJ35 KK21 MM19 PP15 QQ08 RR03 RR06 RR22 SS15 SS22 SS26 VV06 VV10 VV15 WW00 WW04 XX10 5F103 AA08 DD28 HH04 LL13 NN05 PP11 PP20 RR10 5F110 AA03 BB02 CC07 DD01 EE04 FF03 FF09 FF24 FF28 FF30 GG02 GG15 GG45 HK04 HK09 HK16 HK21 NN02 NN27 NN72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成される、タンタルからなる金
属薄膜であって、Ｃｕ（Ｋα）線によるＸ線回折θ−２θ測定の結果、回
折角（２θ）が３５°以上４０°以下の範囲で回折ピー
クが現れ、かつ、比抵抗が５０μΩ・ｃｍ以下２５μΩ・ｃｍ以上
であることを特徴とする低抵抗金属薄膜。
【請求項２】スパッタリングにおいて、アルゴンガスと
ヘリウムガスとからなる混合ガスをスパッタリングガス
として用いて金属薄膜を形成することを特徴とする低抵
抗金属薄膜の製造方法。
【請求項３】上記ヘリウムガスの含有率は、５０％以上
であることを特徴とする請求項２に記載の低抵抗金属薄
膜の製造方法。
【請求項４】上記金属薄膜がタンタル薄膜であることを
特徴とする請求項２または３に記載の低抵抗金属薄膜の
製造方法。
【請求項５】請求項１に記載の低抵抗金属薄膜が、配線
として絶縁性基板上に設けられている素子側基板と、上記素子側基板に対向配置される対向側基板と、上記素子側基板および対向側基板に挟持された液晶層と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】上記絶縁性基板は、樹脂からなることを特
徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】請求項２ないし４の何れか１つに記載の低
抵抗金属薄膜の製造方法を用いて、絶縁性基板上に金属
薄膜を形成する工程と、上記金属薄膜にて配線を形成する工程とを含むことを特
徴とする液晶表示装置の製造方法。