JP3126903B2 - 高集積度大面積ｌｃｄディスプレイ用ｔｆｔパネルとその製造方法並びに液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）によって駆動される高集積度大面積のアクティブ
マトリクス型液晶（ＬＣＤ）ディスプレイ及びその製造
方法並びに液晶ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータに代表される情
報処理装置の小型軽量化、汎用化に伴って表示装置とし
てのＬＣＤディスプレイに対するニーズが急速に高まっ
ている。ＬＣＤ市場の拡大と共に画面の大型化、高精細
化、高速化、カラー化という性能向上の要請が、低価格
化を伴ってし烈になってきた。

【０００３】ディスプレイ画面の大型化は軽量化、高速
化を伴うのでガラス等の透明絶縁基板の薄板化、高誘電
率液晶の採用及びＴＦＴ駆動によるアクティブマトリク
ス方式の採用をもたらす。また、カラー化と高精細化は
画像の品位向上、即ち無欠陥化と駆動パルスの急峻性を
要求する。更に、低価格化を実現するために、非晶質シ
リコン（ａ−Ｓｉ）を利用したＴＦＴ駆動型ＬＣＤパネ
ルの製造プロセスコストの低減、即ち製造工程数の低
減、スループットの向上及び歩留まりの向上などを図る
ことが不可欠である。

【０００４】高集積度大面積のＬＣＤパネルを製造する
場合、金属配線、透明導電膜、絶縁膜及び半導体膜を繰
り返して形成し、パターニングするために、特に無欠陥
化の要求を満足するためには、多数の画素が接続してい
るアドレス配線（ＴＦＴのゲート電極線及びドレーン電
極線）の高信頼性を確保することが重要である。即ち、
化学的安定性の高い材料の選定、下地との高い密着性、
均一堆積が可能な製法の採用及び縦横配線の交差点での
絶縁性の確保などである。

【０００５】従来、耐薬品性が高くガラス基板との密着
性がよく且つ表面酸化によって良質な絶縁膜が形成でき
る材料として、配線材料にはＴａが主に用いられてい
た。Ｔａはスパッタリングなど物理蒸着法で容易に薄膜
形成できる。しかし、Ｔａは表面酸化膜を形成すると配
線の抵抗値を増大させるという問題点がある。高集積度
大画面ＬＣＤディスプレイにおいては、配線抵抗が大き
いと時定数が大となるため、駆動パルスが伝搬中に遅延
を生じて波形歪が大となり、画質が低下する。この問題
を解決する一手法として、特公平５−８４９１５号公報
ではＴａ−Ｍｏ合金をアドレス配線材料に用いて低抵抗
化する技術が、また特開平２−１０６７２３号公報には
ゲート電極線としてＴａ／Ｎｂの二重層を用いる技術
が、更に特開平５−５５５７５号公報にはゲート電極線
材料としてＴａ−Ｎｂ合金かＮｂまたはＮｂ主成分合金
を使用する技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＬＣＤディスプレイ用
のＴＦＴパネルコストを低下させるためには、スループ
ットが大きく高い歩留まりでアドレス配線層や半導体層
を堆積させたりドライエッチング加工できる装置が必要
である。基板の大型化や無人処理にも容易に対応できる
装置として開発されているが、後述する図６の枚葉式直
流スパッタリング装置である。この装置を用いてアドレ
ス配線層の形成を行う場合、ターゲットに合金を用いる
と合金を構成する金属の性質が異なるため、アドレス配
線層に異物が混入し、断線や局所的高抵抗化という問題
が生ずることがわかった。したがって、特公平５−８４
９１５号公報で開示されたＴａ−Ｍｏ合金や特開平５−
５５５７５号公報で開示されたＴａ−Ｎｂ合金、Ｎｂ主
成分合金は製造歩留まりを向上させる上で好ましくな
い。

【０００７】また、特開平２−１０６７２３号公報で開
示されたＴａ／Ｎｂ二重層は、Ｔａを低抵抗で安定なα
型構造とする上では効果があるが、二重層構造となるた
めスループットや歩留まりの低下という点で低価格化を
防げる原因となる。一方、特開平５−５５５７５号公報
ではゲート電極線にＮｂを用いる技術も開示されている
が、ソース電極線やドレーン電極線には、Ｍｏ、Ｔｉ、
Ｃｒ等の金属材料が用いられており、プロセスが複雑化
してスループットが低下するという問題点がある。

【０００８】本発明の目的は、高集積度大面積ＬＣＤデ
ィスプレイ用ＴＦＴパネルの製造においてスループット
及び歩留まりを高めて低価格化に資することができ、あ
わせてアドレス配線抵抗も小さく高画質に資することが
できるパネルと製造方法並びにディスプレイ装置を提供
することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、透明絶縁基板
と、その上に互いに直交しかつ交差部が電気的に絶縁さ
れるようにして配設された複数本のゲート電極線及びド
レーン電極線と、隣接する一対の前記ゲート電極線及び
ドレーン電極線に囲撓された各領域の前記交差部近傍に
設けられ且つそのゲート電極とドレーン電極がそれぞれ
前記ゲート電極線とドレーン電極線に接続された複数個
の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、前記各領域において
前記ＴＦＴに隣接して配設され且つ前記ＴＦＴのソース
電極と接続された複数個の透明画素電極と、前記透明絶
縁基板上の周辺部に配設された液晶駆動回路と、前記透
明絶縁基板上の各配線及び各素子をすべて覆うように配
置された保護性絶縁膜と、その上に配設された液晶（Ｌ
ＣＤ）配向膜と、から成り、前記ゲート電極線、ドレー
ン電極線、ゲート電極及びソース／ドレーン電極がすべ
て金属Ｎｂによって形成されており、前記金属Ｎｂの比
抵抗が２５μΩｃｍ以下であり、前記透明絶縁基板が、
一辺３００ｍｍ以上の長さを有する矩形状であリ、且つ
厚みが１ｍｍ以下のサイズであり、前記透明絶縁基板の
前記金属Ｎｂ堆積によって発生する膜応力が４００ＭＰ
ａ以下である高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦ
Ｔパネルを開示する。

【００１０】更に本発明は、透明絶縁基板と、その上に
互いに直交しかつ交差部が電気的に絶縁されるようにし
て配設された複数本のゲート電極線及びドレーン電極線
と、隣接する一対の前記ゲート電極線及びドレーン電極
線に囲撓された各領域の前記交差部近傍に設けられ且つ
そのゲート電極とドレーン電極がそれぞれ前記ゲート電
極線とドレーン電極線に接続された複数個の薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）と、前記各領域において前記ＴＦＴに
隣接して配設され且つ前記ＴＦＴのソース電極と接続さ
れた複数個の透明画素電極と、前記透明絶縁基板上の周
辺部に配設された液晶駆動回路と、前記透明絶縁基板上
の各配線及び各素子をすべて覆うように配置された保護
性絶縁膜と、その上に配設された液晶（ＬＣＤ）配向膜
と、から成り、前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲ
ート電極及びソース／ドレーン電極がすべて金属Ｎｂに
よって形成されていることを特徴とする高集積度大面積
ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパネルにおいて、前記ゲー
ト電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及びソース／ド
レーン電極の膜堆積及び加工が、残留ガス圧力１×１０
^-6Ｔｏｒｒ以下、導入ガス圧力２〜５×１０^-3Ｔｏｒ
ｒ、パワー密度５Ｗ／ｃｍ²以上なる条件下の直流マグ
ネトロンスパッタリングによって行われることを特徴と
する高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパネル
の製造方法を開示する。

【００１１】更に本発明は、透明絶縁基板と、その上に
互いに直交しかつ交差部が電気的に絶縁されるようにし
て配設された複数本のゲート電極線及びドレーン電極線
と、隣接する一対の前記ゲート電極線及びドレーン電極
線に囲撓された各領域の前記交差部近傍に設けられ且つ
そのゲート電極とドレーン電極がそれぞれ前記ゲート電
極線とドレーン電極線に接続された複数個の薄膜トラン
ジスタ（ＴＦＴ）と、前記各領域において前記ＴＦＴに
隣接して配設され且つ前記ＴＦＴのソース電極と接続さ
れた複数個の透明画素電極と、前記透明絶縁基板上の周
辺部に配設された液晶駆動回路と、前記透明絶縁基板上
の各配線及び各素子をすべて覆うように配置された保護
性絶縁膜と、その上に配設された液晶（ＬＣＤ）配向膜
と、から成り、前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲ
ート電極及びソース／ドレーン電極のうち少なくとも１
つが金属Ｎｂによって形成され、前記金属Ｎｂの比抵抗
が２５μΩｃｍ以下であり、前記透明絶縁基板が、一辺
３００ｍｍ以上の長さを有する矩形状であリ、且つ厚み
が１ｍｍ以下のサイズであり、前記透明絶縁基板の前記
金属Ｎｂ堆積によって発生する膜応力が４００ＭＰａ以
下である高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパ
ネルを開示する。

【００１２】

【作用】残留ガス圧力の低い高真空チャンバー内に微量
の不活性ガスを導入して金属Ｎｂを直流マグネトロンス
パッタリングし、透明絶縁基板に堆積させると、ａ−Ｓ
ｉ及び透明電極ＩＴＯとの電気的接触が良好で、且つ比
抵抗２５μΩｃｍ以下の高伝導性を有し膜応力が４００
ＭＰａ以下の低歪金属膜が得られる。全てのアドレス配
線及びＴＦＴ電極が同一材料（Ｎｂ）で形成されるた
め、膜作成やエッチング処理が同じプロセス条件で行わ
れてスループットが大きくなる上に材料コストも低減さ
れる。また、複数枚の基板を充填した枚葉式直流マグネ
トロン装置を用いて適当な製膜条件下で低歪膜が形成さ
れるため、透明絶縁基板のそりが非常に小さくなり、一
辺の長さが３００ｍｍ以上、厚さ１ｍｍ以下の大面積薄
型基板を使用してもロボットアームによる高速ハンドリ
ングが充分可能となった。勿論、この低歪化によって膜
のはがれや基板の割れという事故を防止することがで
き、歩留まりの向上につながる。

【００１３】アドレス配線の端部に６０゜以下のテーパ
領域が形成されているとその上に堆積する透明画素電極
のカバレージが良好となるため点欠陥密度を減少させる
ことができ、画質の向上につながる。以下実施例を用い
て、本発明をより詳しく述べる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）取り扱いが簡便で再現性がよく、且つ高い
スループットが期待できる直流マグネトロン装置を用い
て、ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及びソ
ース／ドレーン電極の全てを構成しうる金属材料を選定
するためにガラス基板上に各種金属膜を堆積して、その
状態を調べた。ａ−Ｓｉとの電気的接触性及び材料コス
トを考慮して、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ及び
これらの合金をテストした。Ｔａは前記したように従来
技術で不適合が指摘されているので候補から除外した。

【００１５】この結果、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗは膜の耐薬品性
が不十分であり、またＣｕはガラス基板との密着性が非
常に悪いため電極や配線材料には適さない。更にＡｌは
膜形成後の加熱処理でヒーロックが発生することがわか
った。ゲート絶縁膜や半導体膜形成時に用いられるＣＶ
Ｄ工程では基板を加熱する必要があるため、Ａｌの使用
は不適といえる。一方、これらの合金はスパッタリング
ターゲットに成型する場合製造コストが高い上に均一化
が困難であり、スパッタリングによって製膜化すると時
折異物（異なる組成物）が混入して歩留まりの低下を引
き起こすことがわかった。以上の実験結果から、スパッ
タリングターゲットとして、一応の適合性が認められた
のは、ＣｒとＮｂの単体金属である。そこで、この２種
類の金属について次に製膜後の残留膜応力についての検
討を行った。

【００１６】量産化を考慮して大面積薄形ガラス板（サ
イズ３７０×４７０ｍｍ²、厚さ０．７ｍｍ）を枚葉式
直流スパッタリング装置に導入して透明絶縁基板とし、
この上にＣｒまたはＮｂを膜堆積させ、その後パターニ
ング加工により格子状にアドレス配線を形成した。上記
した大面積のガラス基板１からは、図５に示す如く４枚
の１０インチＴＦＴパネルが製造できる。ＴＦＴ製造工
程後のＬＣＤ充填工程で、破断線９に沿って切断すれば
画面１０の対角サイズが１０インチのパネルとなる。

【００１７】図６に構成概略を示した枚葉式直流スパッ
タリング装置による製膜化プロセスは以下のようにな
る。十分に洗滌後乾燥したガラス基板１を複数枚収納し
たカセット１１は、自動搬送ロボット１２によって運搬
されて移動ステージ１３に設置される。移動ロボット１
４がカセット１１を１個ずつ取り出し、第一仕込／取出
室１５または第二仕込／取出室１６へ収納する。スパッ
タリング装置の枚葉各室が真空排気された後、ガラス基
板１は真空搬送ロボット２１によって１枚ずつ加熱室１
７へ移送される。ガラス基板１は所定の温度まで昇温後
ロボット２１によって第一成膜室１８に運ばれて、スパ
ッタリングにより膜堆積される。次のガラス基板１は、
この間加熱室１７で所定温度迄昇温後第二成膜室１９に
運ばれてスパッタリングされる。更に第三成膜室２０で
も同様なプロセスで膜堆積される。膜堆積が終了する
と、ガラス基板１はロボット２１によって第一仕込／取
出室１５かまたは第二仕込／取出室１６に戻される。し
かる後真空破断を行い、移載ロボット１４によってガラ
ス基板１は１枚ずつ移動ステージ１３上のカセット１１
に戻され、カセット１１は自動搬送ロボット１２によっ
て次のプロセス装置へ移動せしめられる。

【００１８】以上のプロセスで成膜されたＣｒまたはＮ
ｂは、通常のホトリングラフィ工程で露光、現像されア
ドレス配線にパターニングされた。その後でＣｒ膜及び
Ｎｂ膜の電気的特性及び膜の被着状況を調べた。

【００１９】この結果、Ｃｒ及びＮｂは共に比抵抗２５
μΩｃｍ以下の低抵抗膜に形成され得ることが確認され
たが、Ｃｒの場合は非常に大きな残留膜応力が観察され
た。即ち成膜条件を種々変化させてもＣｒ膜には１００
０〜１２００ＭＰａの引張り応力が発生し、このために
ガラス基板１が歪曲してロボットアームによるハンドリ
ングに支障をきたす。歪曲度の大きなガラス基板１で
は、クラックが発生して歩留まりの低下と装置の嫁動停
止を起こしたり、ホトリングラフィの工程でパターニン
グの精度がち落ちるなどの問題が発生する。これに対し
て、Ｎｂの場合は成膜条件を最適化することによってガ
ラス基板１の歪曲をほとんどおこさないで膜堆積できる
ことがわかった。

【００２０】ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパネルのアド
レス配線においては、駆動パルスの波形歪に影響を与え
る配線抵抗値は膜のシート抵抗値で与えられる。比抵抗
が２０、２５、３０μΩｃｍの各場合についてシート抵
抗値が０．７Ω／□となる金属膜厚ｄ_0.7（ｎｍ）を計
算で求めると、（表１）のようになる。

【表１】 表１は膜厚を増加させるとシート抵抗値が低下する関係
を示しており、各比抵抗値に対応したｄ_0.7が求められ
ている。しかし、一般に膜厚が増大すると歪応力は増加
するのでガラス基板の歪曲も大きくなる。片持ち梁の反
り量δと膜応力σとの関係を示す式は

【数１】 で与えられる。

【００２１】ここで、Ｅは基板のヤング率、νは基板の
ポアソン比、ｌは基板の長さ、ｂは基板の厚さ、ｄは膜
厚である。実測によれば、搬送及び露光、現象工程にお
けるトラブルが増加しはじめる基板の反り量は約２ｍｍ
であることから。基板反り量２ｍｍを与える膜応力σと
膜厚ｄ（の逆数）との関係を基板サイズ（基板幅Ｗ）を
パラメータとして求めた。結果を図７に示す。基板厚さ
は０．７ｍｍとした。

【００２２】図７から次のことがわかる。即ち、ガラス
基板サイズを３７０×４７０ｍｍ^２とした場合、Ｃｒ膜
ではその残留膜応力（約１２００ＭＰａ）に応じて基板
の反り量が約２ｍｍとなる膜厚が１２０〜２００ｎｍと
なる。表１に一部計算結果を示した膜厚とシート抵抗値
の関係によれば、Ｃｒの比抵抗が２０μΩｃｍであって
もこの場合シート抵抗は１．０Ω／□を越えるため画質
を保障する電気特性は満足されない。また、表１から求
められた比抵抗２５μΩｃｍの場合のシート抵抗０．７
Ω／□を与える膜厚３５７ｎｍにおいては、基板の反り
を２ｍｍ以下に押さえるには、４７０ｍｍサイズで膜応
力を約４００ＭＰａ以下に、６５０ｍｍサイズで膜応力
を２００ＭＰａ以下にする必要があることがわかる。

【００２３】尚、ここでシート抵抗値として０．７Ω／
□を選んだのは、画面サイズ約１４インチまでのＴＦＴ
−ＬＣＤを実現するのに必要なゲート配線抵抗である。
換言すれば、この値以下のシート抵抗としておけば、ゲ
ートパルスの波形なまりによる表示画質不良のない画面
サイズ約１４インチまでのＴＦＴ−ＬＣＤが設計可能で
ある。また、５５０×６５０ｍｍ程度の基板を採用する
と１０インチクラスのパネルが６枚（１２インチクラス
のパネル４枚）作製できるので、３７０×４７０ｍｍサ
イズに比べてスループットをさらに向上できＴＦＴ−Ｌ
ＣＤのコストを一層低減することが可能である。以上の
ことから、Ｃｒは電気的にも機械的にも大面積ＬＣＤデ
ィスプレイ用ＴＦＴパネルのアドレス配線用材料として
不適といえる。

【００２４】（実施例２）ガラス基板１として１５０ｍ
ｍ^２、厚さ０．２ｍｍサイズのものを図６に示した枚葉
式直流マグネトロンスパッタリング装置に導入し、Ｎｂ
をターゲットとして成膜条件を変化させながら、膜堆積
を行った。その後装置から試料を取り出し、Ｎｂ膜の比
抵抗と膜応力を測定した。

【００２５】比抵抗は、まず膜のシート抵抗を４探針法
によって測定し、次に膜の一部を選択エッチングして形
成した断差部の高さから得た膜厚を用いて計算した。膜
応力は、ガラス基板１の膜堆積前後の反り量の差を測定
して計算した。得られた結果を図１及び図２に示す。
尚、これらの図は基板温度９０℃（スパッタリング開始
直前の実測値）、残留ガス圧力１×１０^-6Ｔｏｒｒ以
下、パワー密度６．５Ｗ／ｃｍ²で堆積したＮｂ膜のデ
ータである。図から、Ｎｂ膜の比抵抗は導入不活性ガス
の圧力の増大に伴って増し５×１０^-3Ｔｏｒｒ以上で急
増することがわかる。膜応力は導入ガス圧力増大と共に
徐々に増大し飽和する。その際、応力の向きが圧縮から
引張りに変化する。その結果、圧力が約３×１０^-3Ｔｏ
ｒｒで応力はゼロとなる。図には示さないが、導入ガス
圧力を３×１０^-3Ｔｏｒｒ（一定）として基板温度を上
昇させると応力はあまり変化しないが比抵抗は低下する
こと、パワー密度を低下すると比抵抗及び膜応力上昇す
ることが判明した。従って、パワー密度を６．５Ｗ／ｃ
ｍ²以上に制御すればほぼ検討した全導入ガス圧力範囲
で前実施例において述べた膜応力の要求４００ＭＰａ以
下とすることが可能である。但し、圧力を５×１０^-3Ｔ
ｏｒｒ以上にすると比抵抗が急増するので好ましくな
い。更に圧力を２×１０^-3Ｔｏｒｒ程度以下に低下させ
ると、圧縮応力が増大する。この場合基板の反りの向き
は前実施例で述べた引張りの場合と逆になる。即ち、基
板の中央部が上に凸となる。この場合基板の周辺部が反
る引張り応力の場合と事情はやや異なるが、約４００Ｍ
Ｐａ以上になると、膜が剥がれやすくなるという別の問
題が生じる傾向があるので好ましくないことが判明し
た。

【００２６】基板温度は室温以上であれば目標を満た
す。残留ガス圧力が高くなると、応力はほとんど変化し
ないが比抵抗が増加することがわかった。従って、好ま
しい残留ガス圧力は１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下であった。
以上、図１、図２で示したように、Ｎｂでは膜応力とい
う特性に着目すると、その値を低減することは比抵抗を
低減する目的とは一致しないことがわかる。導入ガス圧
力を約３×１０^-3Ｔｏｒｒとすることによって、比抵抗
を最小値の２割以内の増大に抑えその上膜応力をほぼゼ
ロにできる。

【００２７】（実施例３）３７０×４７０ｍｍ²、厚さ
０．７ｍｍガラス基板１上に大面積ＬＣＤディスプレイ
用ＴＦＴパネルを形成した。このガラス基板１枚から、
先に図５を用いて説明したように１０インチのＴＦＴパ
ネルが４枚作成できる。

【００２８】よく洗浄後乾燥させたガラス基盤１をカセ
ット１１に収納し、図６で示した枚葉式直流マグネトロ
ンパッタリング装置内に導入して、Ｎｂターゲットを用
いて９０℃に加熱した基盤上にＮｂ膜を堆積させた。こ
の時の典型的な成膜条件は、残留ガス圧力１×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ以下、導入不活性ガス圧力３×１０^-3Ｔｏｒｒ、
パワー密度６．５Ｗ／ｃｍ²である。Ｎｂの膜厚は２０
０ｎｍとした。得られたＮｂ膜のシート抵抗は１．２Ω
／□であった。

【００２９】スパッタリング後、ホトリソグラフィの技
術を用いてＮｂ膜のパターニングを行った。ＴＦＴパネ
ルの一画素のパターン平面図を図３に示す。パーソナル
コンピュータでよく用いられるＶＧＡ（Video Graphics
Array）と呼ばれるカラーディスプレイでは、縦方向に
４８０本のゲート電極線２、横方向に６４０×３（赤、
緑、青色）本のドレーン電極線６が並んでいる。ＴＦＴ
形成後の図３のＡ−Ａ′断面を図４に示す。

【００３０】まず、ホトレジスト膜をかけてＣＦ₄とＯ₂
の混合ガスによるドライエッチングにより電極線２を形
成した。この時、ＣＦ₄とＯ₂の混合比を調整することに
よってゲート電極線２の端部に形成されるテーパ領域の
角度を調整することができる。本実施例ではＮｂゲート
電極線２端部のテーパ角は約４５゜とした。このような
角度とすることによりこの上に積層する膜のカバレージ
を良好にできる。なお、予備検討により、ゲート電極線
２のテーパ角とことの上に形成する絶縁膜ＳｉＮのカバ
レージ性について調べた。具体的には、テーパ角を３０
〜８０度の範囲で調節し、それぞれこの上に後述する方
法でＳｉＮ膜、引続きＮｂ膜を形成してＭＩＭ素子を作
製してＳｉＮ膜の絶縁耐圧を求めた。その結果、テーパ
角が６０度を越えると絶縁耐圧の低い素子数が増加する
傾向であった。

【００３１】次に、ゲート電極線２まで加工したガラス
基板１をＲＦプラズマＣＶＤ装置（図示せず）に設置
し、ゲート絶縁膜３を形成するためのＳｉＮ層を堆積し
た。基盤温度は２８０℃とし、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ
₂の混合ガスを原料ガスとして用い、３００ｎｍの膜厚
に堆積させた。次いで、同じＲＦプラズマＣＶＤ装置内
の別チャンバで半導体層のａ−Ｓｉ：Ｈ膜４を形成し
た。基板温度は２５０℃とし、モノシランＳｉＨ₄を原
料ガスに用いて作製した。膜厚は２２０ｎｍとした。引
き継いで同じ装置内のチャンバに移し、この上にＰをド
ープしたｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５を形成した。基板温度は２
３０℃としＳｉＨ₄、ＰＨ₃、及びＨ₂の混合ガスを原料
として用い、５０ｎｍの膜厚に作製した。

【００３２】次にホトリソグラフィによってパターニン
グしたレジスト膜をかけてドライエッチング法によって
ｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５及び半導体層ａ−Ｓｉ：Ｈ膜４をＴ
ＦＴ形状にパターニングした。続いてゲート絶縁膜３を
同様にホトリソグラフィパターニングとこれに続くドラ
イエッチングによって加工し、透明画素電極７及びゲー
ト電極端子取り出し部のためのスルーホールを形成し
た。この上に、ゲート電極線２に用いたと同一のＮｂタ
ーゲット、装置及び条件によって、Ｎｂ膜を堆積した。
このＮｂ膜をゲート電極線２と同様ホトエッチングとこ
れに続くドライエッチングによってソース・ドレーン配
線６、６′に加工した。引続き、ホトエッチングとドラ
イエッチングによってｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５の中央部を除
去してＴＦＴのチャネルを形成した。尚、このドライエ
ッチングでは加工裕度を考慮してｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５
（５０ｎｍ）のみでなく（図示してないが）半導体層ａ
−Ｓｉ：Ｈ膜４も約１００ｎｍオーバエッチする。

【００３３】次にマグネトロンパッタリング法を用い基
板温度２００℃で透明電極のＩＴＯ膜を堆積後、ホトエ
ッチングとケミカルエッチングによって透明画素電極７
を図４の如くパターニングした。尚、図には示していな
いが、このパターニングにおいては同時にパネル周囲の
ゲート電極線２及びソース・ドレーン電極６、６′端部
もＩＴＯ透明電極で被覆している。この理由は、パネル
と駆動回路との接続の信頼性を確保するためである。こ
の上に保護性絶縁膜８のＳｉＮ膜をＲＦプラズマＣＶＤ
法によって形成した（図３では省略）。この時、基板温
度は２５０℃としＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ₂の混合ガス
を原料ガスとして用い、３００ｎｍの膜厚に作製した。
その後、ホトリソグラフィとドライエッチングを組み合
わせてパネル周囲の保護性絶縁膜８を除去し電極端子を
露出させると共に透明画素電極７部分にスルーホールを
形成した。

【００３４】以上までの工程において基板割れ、膜剥が
れを始めとした製造プロセス上の不具合は全く発生しな
かった。作製したＴＦＴパネルの一部を液晶工程に投入
し、ＬＣＤディスプレイを完成させた。表示状態を調べ
た結果、画素欠陥が発生していないことを確認した。

【００３５】上述したＴＦＴパネル作製プロセスを順次
再記載すると次のようになる。 基板洗浄 Ｎｂ膜堆積 ホトレジスト塗布・露光・現像 加工（ドライエッチング）：ゲート電極 ホトレジスト剥離 ＣＶＤ（ｎ⁺・ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＮ） ホトストレジ塗布・露光・現像 加工（ドライエッチング）：ｎ⁺・ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（ＴＦＴ） ホトレジスト剥離 ホトレジスト塗布・露光・現像 加工（ドライエッチング）：ゲート絶縁膜ＳｉＮスルー
ホール形成 ホトレジスト剥離 Ｎｂ膜堆積 ホトレジスト塗布・露光・現像 加工（ドライエッチング）：ソース・ドレーン電極 加工（ドライエッチング）：ｎ⁺・ａ−Ｓｉ除去（チャ
ネル形成） ホトレジスト剥離 ＩＴＯ膜堆積 ホトレジスト塗布・露光・現像 加工（ウエットエッチング）：画素電極 ホトレジスト剥離 ＣＶＤ（ＳｉＮ） ホトレジスト塗布・露光・現像 加工（ドライエッチング）：電極端子・画素電極部にス
ルーホール形成 ホトレジスト剥離

【００３６】ＣＶＤによるｎ⁺・ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ：
Ｈ／ＳｉＮ積層膜は１台の装置で連続して堆積するので
工程数は１である。従って、本プロセスは、５回の膜堆
積工程と６回のホトリソグラフィ工程から構成される。
しかしながら、本プロセスでは従来と異なり、ゲート電
極線及びソース・ドレーン電極線にＮｂ材料を用いると
共に膜堆積及び加工を両電極線について全く同一の工程
で作製できることが特徴である。このようにすることに
より、スループットを向上できると共に、設備投資額及
び設備メンテナンス費を大幅に低減できるので、ＬＣＤ
製品のコスト低減が可能となる。

【００３７】尚、ＬＣＤのコストを一層低減する目的
で、膜堆積工程及びホトリングラフィー工程をそれぞれ
１工程省いた製造プロセスを検討した。即ち、図３及び
図４におけるドレーン電極６及びソース電極６′を透明
画素電極７で形成するものである。前述した実施例にお
いてＣＶＤ工程までを終了した基板を用い、次にＩＴＯ
膜をマグネトロンパッタリング法で堆積した。この際、
膜の抵抗を下げるため、基板温度を２３０℃とし、また
膜厚２８０ｎｍ（前記実施例では１４０ｎｍ）とした。
これによってＩＴＯ膜シート抵抗は７Ω／□であった。
この後、ホトリングラフィーとケミカルエッチングによ
ってドレーン電極線、ソース・ドレーン電極及び透明画
素電極を兼ねたパターンを作製した。以後の工程は前記
実施例と全く同一である。このような製造プロセスを検
討した結果、前述したプロセス同様基板割れ、膜剥がれ
を始めとした不具合は発生しなかった。従って、本発明
によって最適化したＮｂ膜をＴＦＴパネルのゲート電極
線、ドレーン電極線の少なくとも一つに適用した場合に
も効果大であることが確認された。

【００３８】（実施例４）前実施例と同様のプロセスで
作成したＴＦＴパネルの一部を用いてＬＣＤディスプレ
ィを形成した。ただし、この場合は比抵抗２５μΩｃｍ
のＮｂ膜厚を３６０ｎｍとし、シート抵抗を０．７Ω／
□とした。構成したＬＣＤディスプレィの断面を図８に
示す。図８は、基本的にはＴＦＴパネルを形成したガラ
ス基板１とカラーフィルタを形成したガラス基板１′と
を対向させ、その間隙に液晶層２９を挿入したものであ
る。

【００３９】ＴＦＴパネル上の保護膜８及び透明画素電
極７上には配向膜２２が塗布、焼成されると共に、表面
はラビング処理されている。カラーフィルタを形成した
ガラス基板１′上には遮光用のブラックマトリックス２
３が形成されている。これは黒色樹脂によるもの、金属
Ｃｒによるもの、及び金属Ｃｒと酸化Ｃｒの積層膜によ
るものの３種類があるが、いずれもホトリソグラフィー
によって作製される。この上には、カラーフィルタが形
成されている。図８では、青色カラーフィルタ２４と緑
色カラーフィルタ２５の部分のみを示してある。カラー
フィルタは形成手段によって染色法、顔料分散法、印刷
法、電着法の４種類に分類される。いずれの場合もブラ
ツクマトリクスと同様ホトリソグラフィーによって作製
される。カラーフィルタの上には共通電極として透明電
極ＩＴＯ層２６が積層されている。さらにこの上には、
保護膜２７、及びＴＦＴパネルと同様な配向膜２２が形
成されている。

【００４０】２枚のガラス基板１、１′を張り合わせる
前に、両基板間の距離（セルギャップ）を一定にするた
め、スペーサを基板表面均一に塗布する（図示せず）。
その後両基板１、１′をアライメントし張り合わせる。
この際周囲をエポキシ系熱硬化型樹脂を用いて接着す
る。次いで、基板を切断した後、液晶層２９をセル内に
注入する。注入口はエポキシ系樹脂でシールされる。以
上が液晶工程の概略である。この後、ガラス基板１周囲
のゲート電極線２、ドレーン電極線６、及び共通電極と
駆動回路とを異方性導電膜等を用いて接続すると共に、
セル表面には偏光板２８が取付けられる。また、ＴＦＴ
パネル裏面にバツクライトユニット（図示せず）を設置
することによって、ＬＣＤ表示装置を完成させることが
できる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、大面
積薄形のガラス基板上に高い歩留りで高画質の高集積度
ＴＦＴパネルを形成することができる。基板上に堆積さ
れるＴＦＴのゲート電極線、ドレーン電極線による膜応
力を非常に低く押さえることが可能なためガラス基板の
歪曲や膜剥がれがなく、従って高いスループットで大型
成膜装置を活用することが可能である。また、単一材料
で全ての電極配線が処理できるので、上記スループッ
ト、歩留りの効果と併せて大面積高集積度のＬＣＤディ
スプレィ用ＴＦＴパネルの価格低減に資することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガラス基板上のＮｂ膜の比抵抗と導入ガス圧力
との関係を示す実験データである。

【図２】Ｎｂ膜の残留応力と導入ガス圧力との関係を示
す実験データである。

【図３】ＬＣＤディスプレィ用ＴＦＴパネルの一部の平
面模式図である。

【図４】図３のＡ−Ａ′断面の構成を示す図である。

【図５】３７０×４７０ｍｍ²の大きさのＴＦＴパネル
用ガラス基板を示す平面図である。

【図６】枚葉式直流スパッタリング装置の概略を示す図
である。

【図７】０．７ｍｍ厚のガラス基板で２ｍｍの反りを与
える堆積膜応力と膜厚との関係を示す図である。

【図８】ＬＣＤディスプレイの主要部構成を示す断面模
式図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板（１′カラーフィルタ基板） ２ ゲート電極線 ３ ゲート絶縁膜 ４ 半導体層（ａ−Ｓｉ：Ｈ膜） ５ ｎ⁺・ａ−Ｓｉ膜 ６ ソース・ドレーン電極（６ドレーン電極線、６′ソ
ース電極） ７ 透明画素電極 ８ 保護性絶縁膜 ９ 破断線 １０ 画面 １１ カセット １２ 自動搬送ロボット １３ 移載ステージ １４ 移載ロボット １５ 第一仕込／取出室 １６ 第二仕込／取出室 １７ 加熱室 １８ 第一成膜室 １９ 第二成膜室 ２０ 第三成膜室 ２１ 真空搬送ロボット ２２ 配向膜 ２３ ブラックマトリクス ２４ 青色カラーフィルタ ２５ 緑色カラーフィルタ ２６ 透明電極ＩＴＯ層 ２７ 保護膜 ２８ 偏光板 ２９ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 峯村 哲郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 平５−55575（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37318（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−283469（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170916（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−173177（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1343

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明絶縁基板と、その上に互いに直交し
   かつ交差部が電気的に絶縁されるようにして配設された
   複数本のゲート電極線及びドレーン電極線と、隣接する
   一対の前記ゲート電極線及びドレーン電極線に囲撓され
   た各領域の前記交差部近傍に設けられ且つそのゲート電
   極とドレーン電極がそれぞれ前記ゲート電極線とドレー
   ン電極線に接続された複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦ
   Ｔ）と、前記各領域において前記ＴＦＴに隣接して配設
   され且つ前記ＴＦＴのソース電極と接続された複数個の
   透明画素電極と、前記透明絶縁基板上の周辺部に配設さ
   れた液晶駆動回路と、前記透明絶縁基板上の各配線及び
   各素子をすべて覆うように配置された保護性絶縁膜と、
   その上に配設された液晶（ＬＣＤ）配向膜と、から成
   り、 前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及びソ
   ース／ドレーン電極がすべて金属Ｎｂによって形成され
   ており、 前記金属Ｎｂの比抵抗が２５μΩｃｍ以下であり、 前記透明絶縁基板が、一辺３００ｍｍ以上の長さを有す
   る矩形状であリ、且つ厚みが１ｍｍ以下のサイズであ
   り、 前記透明絶縁基板の前記金属Ｎｂ堆積によって発生する
   膜応力が４００ＭＰａ以下である高集積度大面積ＬＣＤ
   ディスプレイ用ＴＦＴパネル。
2. 【請求項２】 前記ゲート電極線及びドレーン電極線
   は、端部において前記透明絶縁基板の表面から６０°以
   内の傾斜を有する如く形成されることを特徴とする請求
   項１記載の高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴ
   パネル。
3. 【請求項３】 透明絶縁基板と、その上に互いに直交し
   かつ交差部が電気的に絶縁されるようにして配設された
   複数本のゲート電極線及びドレーン電極線と、隣接する
   一対の前記ゲート電極線及びドレーン電極線に囲撓され
   た各領域の前記交差部近傍に設けられ且つそのゲート電
   極とドレーン電極がそれぞれ前記ゲート電極線とドレー
   ン電極線に接続された複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦ
   Ｔ）と、前記各領域において前記ＴＦＴに隣接して配設
   され且つ前記ＴＦＴのソース電極と接続された複数個の
   透明画素電極と、前記透明絶縁基板上の周辺部に配設さ
   れた液晶駆動回路と、前記透明絶縁基板上の各配線及び
   各素子をすべて覆うように配置された保護性絶縁膜と、
   その上に配設された液晶（ＬＣＤ）配向膜と、から成
   り、前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及
   びソース／ドレーン電極がすべて金属Ｎｂによって形成
   されていることを特徴とする高集積度大面積ＬＣＤディ
   スプレイ用ＴＦＴパネルにおいて、 前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及びソ
   ース／ドレーン電極の膜堆積及び加工が、残留ガス圧力
   １×１０^-6Ｔｏｒｒ以下、導入ガス圧力２〜５×１０^-3
   Ｔｏｒｒ、パワー密度５Ｗ／ｃｍ²以上なる条件下の直
   流マグネトロンスパッタリングによって行われることを
   特徴とする高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴ
   パネルの製造方法。
4. 【請求項４】 前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲ
   ート電極及びソース／ドレーン電極の前記直流マグネト
   ロンスパッタリングによる膜堆積が、前記透明絶縁基板
   の温度９０°Ｃ以上で行われたことを特徴とする請求項
   ３記載の高集積度大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパ
   ネルの製造方法。
5. 【請求項５】 前記全てのＮｂ膜が、同一条件下で同じ
   厚さに形成される請求項３又は４記載の高集積度大面積
   ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパネルの製造方法。
6. 【請求項６】 透明絶縁基板と、その上に互いに直交し
   かつ交差部が電気的に絶縁されるようにして配設された
   複数本のゲート電極線及びドレーン電極線と、隣接する
   一対の前記ゲート電極線及びドレーン電極線に囲撓され
   た各領域の前記交差部近傍に設けられ且つそのゲート電
   極とドレーン電極がそれぞれ前記ゲート電極線とドレー
   ン電極線に接続された複数個の薄膜トランジスタ（ＴＦ
   Ｔ）と、前記各領域において前記ＴＦＴに隣接して配設
   され且つ前記ＴＦＴのソース電極と接続された複数個の
   透明画素電極と、前記透明絶縁基板上の周辺部に配設さ
   れた液晶駆動回路と、前記透明絶縁基板上の各配線及び
   各素子をすべて覆うように配置された保護性絶縁膜と、
   その上に配設された液晶（ＬＣＤ）配向膜と、から成
   り、 前記ゲート電極線、ドレーン電極線、ゲート電極及びソ
   ース／ドレーン電極のうち少なくとも１つが金属Ｎｂに
   よって形成され、 前記金属Ｎｂの比抵抗が２５μΩｃｍ以下であり、 前記透明絶縁基板が、一辺３００ｍｍ以上の長さを有す
   る矩形状であリ、且つ厚みが１ｍｍ以下のサイズであ
   り、 前記透明絶縁基板の前記金属Ｎｂ堆積によって発生する
   膜応力が４００ＭＰａ以下である高集積度大面積ＬＣＤ
   ディスプレイ用ＴＦＴパネル。
7. 【請求項７】 請求項１、２、６のいずれかの高集積度
   大面積ＬＣＤディスプレイ用ＴＦＴパネルを持つ液晶デ
   ィスプレイ装置。