JPH0926584A - 透明導電膜のドライエッチング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被エッチング面の傾斜によるＩＴＯ膜のエッ
チング残りを無くし、ソース・ドレイン間などの短絡を
防ぐ。 【構成】 アルゴンガスを用いたイオンビームミリング
によるドライエッチングにおいて、基板平面に対して、
エッチングレートを最大にする入射角でイオンビーム照
射を行い、続いて、傾斜面に対して、エッチングレート
を最大にする入射角θ2でイオンビームを行う。また、
イオンビーム照射中は、基板を回転させている。これに
より、効率的なエッチングがなされとともに、エッチン
グ残り（４Ｒ）が根絶される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学部材として液晶を
用いた液晶表示装置（ＬＣＤ：liquidcrystal displa
y）において、液晶駆動用の表示電極などを形成する透
明導電膜、即ち、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のエッチ
ング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＣＤは小型、薄型、低消費電力などの
利点があり、ＯＡ機器、ＡＶ機器などの分野で実用化が
進んでいる。特に、スイッチング素子としてＴＦＴを用
い、線順次走査による駆動を可能としたアクティブマト
リクスＬＣＤは、原理的にデューティ比１００％のスタ
ティック駆動をマルチプレクス的に行うことができ、大
画面、高コントラスト比の動画ディスプレイに使用され
ている。

【０００３】アクティブマトリクスＬＣＤは、マトリク
ス配置された表示電極にＴＦＴを接続した基板（ＴＦＦ
基板）と、共通電極を有する基板（対向基板）が、液晶
を挟んで貼り合わされ、各表示画素をなす画素容量ごと
に電圧が印加される構成となっている。ＴＦＴは、一走
査線ごとに一斉にＯＮされ、表示電極へのデータ信号入
力を選択するとともに、ＯＦＦ抵抗により、画素容量へ
印加された電圧を次フィールドでの書き換えまでの期間
保持する働きを有している。液晶は、電気光学的に異方
性を有しており、各画素容量により形成された電界に従
って透過光を変調し、表示画像を作り出す。これら画素
容量を構成する表示電極及び共通電極は透明電極、即
ち、インジウムとスズの酸化物合金（ＩＴＯ）により形
成されている。

【０００４】近年、ＴＦＴとして、チャンネル層にポリ
シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いたものがあり、高移動度が
達成され、ＴＦＴサイズの小型化、駆動回路部の一体搭
載などが実現されている。ＴＦＴの小型化は、高精細
化、及び、表示領域の拡大につながり、高開口率が得ら
れるので、特に、プロジェクターのライトバルブに用い
られている。

【０００５】図６はその平面図であり、図７は、図６の
Ａ−Ａ線に沿った断面図である。耐熱性の石英ガラスな
どからなる基板（１０）上に、ｐ−Ｓｉの活性層（１
１）が形成され、ノンドープのチャンネル層（１１
ｎ）、Ｎ型に高濃度にドーピングされたソース及びドレ
イン領域（１１ｓ，１１ｄ）が含まれている。また電荷
保持用の第１の補助容量電極（１１Ｃ）がソース領域
（１１ｓ）と一体に形成されている。これらを覆う全面
には、シリコンの酸化物あるいは窒化膜からなるゲート
絶縁層（１２）が被覆され、ゲート絶縁層（１２）上に
はドープドｐ−Ｓｉからなるゲートライン（１３）及び
第２の補助容電極（１３Ｃ）が形成され、ゲートライン
（１３）の一部はチャンネル層（１１ｎ）上に配されゲ
ート電極（１３Ｇ）となっている。第１の補助容量電極
（１１Ｃ）と第２の補助容量電極（１３Ｃ）は、ゲート
絶縁層（１２）を挟んで対向し、電荷保持用の補助容量
を構成している。これらを覆う全面には層間絶縁層（１
４）が被覆され、層間絶縁層（１４）上には、ＩＴＯに
より液晶駆動用の表示電極（１５）が形成されている。
表示電極（１５）の間にはＡｌのドレインライン（１
６）が形成され、ゲート絶縁層（１２）及び層間絶縁層
（１４）に開通されたコンタクトホール（ＣＴ１）を介
して、ドレイン領域（１１ｄ）に接続されている。ま
た、表示電極（１５）は、ソース電極（１６Ｓ）に接続
され、ゲート絶縁層（１２）及び層間絶縁層（１４）に
形成されたコンタクトホール（ＣＴ２）を介して、ソー
ス領域（１１ｓ）に接続されている。表示電極（１５）
は、ゲートライン（１３）とドレインライン（１６）に
囲まれた領域に配置されている。

【０００６】このようなＴＦＴ基板は、以下の方法によ
り製造している。まず、減圧ＣＶＤによりｐ−Ｓｉ（１
１）を成膜し、ドライエッチングを行ってＴＦＴの島状
層と第１の補助容量電極（１１Ｃ）を形成する。これを
覆い、熱ＣＶＤにより酸化シリコンを成膜し、ゲート絶
縁層（１２）を形成した後、ＴＦＴ部にマスキングレジ
ストを施して燐のイオン注入を行うことにより第１の補
助容量電極（１１Ｃ）を低抵抗化する。次に、減圧ＣＶ
Ｄによりｐ−Ｓｉを成膜して、燐をドーピングして低抵
抗化し、ドライエッチングを行って、ゲートライン（１
３）とこれに一体のゲート電極（１３Ｇ）、及び、第２
の補助容量電極（１３Ｃ）を形成する。このゲート電極
（１３Ｇ）をマスクとしてｐ−Ｓｉ（１１）に対して燐
のイオン注入を行うことにより、ソース・ドレイン領域
（１１ｓ，１１ｄ）及びノンドープのチャンネル領域
（１１ｎ）を形成する。続いて、熱ＣＶＤにより酸化シ
リコンを積層して層間絶縁層（１４）を形成した後、ス
パッタリングによりＩＴＯを成膜し、ドライエッチング
を行って表示電極（１５）を形成する。エッチングによ
り層間絶縁層（１４）及びゲート絶縁層（１２）にコン
タクトホール（ＣＴ１，ＣＴ２）を形成し、ソース・ド
レイン領域（１１ｓ，１１ｄ）を露出した後、Ａｌを積
層し、これをエッチングすることにより、ドレイライン
（１５）及びソース電極（１６Ｓ）を形成し、それぞれ
ドレイン領域（１１ｄ）及びソース領域（１１ｓ）に接
続される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】画素数の増大及び画素
サイズの小型化に伴い、表示電極（１５）を形成するＩ
ＴＯのエッチングとして、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ：reactive ionetching）、あるいは、アルゴンな
どの不活性ガスを用いたイオンビームミリングなど、異
方性のドライエッチングが採用されるが、これらのエッ
チング法は、微細加工に適している反面、被エッチング
面の凹凸の影響を受けやすい。即ち、多層配線からなる
基板の段差部で、被エッチング膜に傾斜面が生じると、
その部分でエッチングレートが変化してしまう。例え
ば、ＲＩＥでは、ＲＦプラズマにより反応性イオンが被
エッチング膜に垂直に入射することでエッチング反応が
生じるが、傾斜面では、入射角が小さくなるためエッチ
ングレートが下がってしまう。また、イオンビームミリ
ングでも同様に、アルゴンラジカルの入射角の変化によ
ってエッチングレートが変わってしまう。このため、段
差に沿ってＩＴＯ膜が残る。

【０００８】図６及び図７に示す構造においては、ゲー
トライン（１３）あるいは第２の補助容量電極（１３
Ｃ）に沿ってＩＴＯのエッチング残り（１５Ｒ）が在る
と、表示電極（１５）とドレインライン（１６）が短絡
接続され、ソース・ドレイン間で信号電圧が干渉する、
いわゆるクロストーク現象や、表示電極（１５）の電荷
が漏れだして電圧保持率が低下し、コントラストが落ち
るなどの問題を招いていた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、この課題を
達成するために成され、基板上に形成された透明導電膜
のドライエッチング方法において、入射角が、前記基板
の平面方向に対して、エッチングレートが最大になる角
度範囲内、及び、被エッチング面の斜面方向に対して、
エッチングレートが最大になる角度範囲内の、複数回の
イオンビーム照射を行う構成である。

【００１０】また、特に、前記基板は、イオンビーム照
射中にその法線を軸として回転する構成である。

【００１１】

【作用】本発明で、透明導電膜のドライエッチングを、
基板の平面に対して最もエッチングレートが大きくなる
入射角でのイオンビーム照射と、短絡の問題が生じ得る
透明導電膜の斜面に対して最もエッチングレートが大き
くなる入射角でのイオンビーム照射の複数回に分けて行
うことにより、高速エッチングが可能となるとともに、
透明導電膜のエッチング残りが無くされ、短絡が防がれ
る。

【００１２】また、基板の法線を軸に回転させることに
より、基板面に対する入射角の範囲が広がるため、透明
導電膜面の傾斜に対するイオンビーム照射の適応性が高
まり、エッチング効率が更に良くなる。また、透明導電
膜のエッチング残りも根絶することができる。

【００１３】

【実施例】続いて、本発明の実施例を説明する。図１か
ら図３は、イオンビームミリングによるエッチング法を
示す工程図である。図１で、基板（１）上に、ゲートラ
インあるいは補助容量電極ラインなどの配線（２）が形
成されており、これを覆う全面には、層間絶縁層（３）
が形成され、層間絶縁層（３）上に、被エッチング物で
あるＩＴＯ膜（４）が形成されている。ＩＴＯ膜（４）
上には、エッチングマスクであるレジスト膜（５）が液
層駆動用の表示電極パターンに形成されている。

【００１４】まず、基板平面に対して、イオンビームの
入射角θ1が６０°〜８０°の範囲内になるように設定
し、基板の法線を軸に毎分１０〜２０回の速度で回転さ
せながら、第１のイオンビーム照射を１分間行い、ＩＴ
Ｏ膜（４）をメインエッチングする。この入射角θ1の
範囲内において、エッチングレートは最大であり、この
時点で、ＩＴＯのパターニングは成され、表示電極（４
Ｐ）が形成される。

【００１５】この時、第１のイオンビーム照射時に、配
線（２）の段差によるＩＴＯ膜（４）の斜面部におい
て、イオンビームの入射角が変わり、エッチングレート
が下がることにより図２に示すようなＩＴＯのエッチン
グ残り（４Ｒ）が生じる。次に、図２において、基板平
面に対する入射角θ2を１５°〜３０°に設定し直して
第２のイオンビーム照射を行い、ＩＴＯのオーバーエッ
チングを行う。配線（２）の段差による層間絶縁層
（３）表面の斜面部においては、入射角θ2をこの範囲
内に設定することにより、エッチングレートが最大とな
り、図３に示すようにＩＴＯのエッチング残り（４Ｒ）
が根絶される。この第２のイオンビーム照射中に、１〜
２回転させて、配線（２）の両側の斜面でエッチング残
り（４Ｒ）を除去する。

【００１６】特に、図６において、第２の補助容量電極
（１３Ｃ）のエッジに沿って生じた斜面に対して、エッ
チングレートが最大になるように、入射角θ2を設定
し、イオンビーム照射を再び短時間で行うことで、第２
の補助容量電極（１３Ｃ）の両側のエッジに生じたエッ
チング残り（４Ｒ）が根絶され、ソース・ドレイン間短
絡を招く問題が無くされる。

【００１７】このようなイオンビームミリングによるエ
ッチング装置として、図４に示すようなホローアノード
を用いたものがある。イオンガン（２０）はチャンバ
（２４）に連結され、空洞即ちホローを有した缶状の電
極（２１）とアルゴンガスの導入口（２３）よりなって
いる。電極（２１）は正電位が印加され、アルゴンがイ
オン化されて照射口（２２）よりビーム状に取り出され
る。イオンガン（２０）から連続するチャンバ（２４）
内には、ステージ（２５）が設置され、ステージ（２
５）には被エッチング物である基板（２６）が固定され
る。ステージ（２５）は、その法線を軸として回転可能
であるとともに、上面をビーム照射口（２２）へ向けて
傾斜することも可能である。その他、不要なガスを排出
するため、真空ポンプに接続された排気口（２８）が設
けられている。イオンガン（２０）より直線状に照射さ
れたイオンビームは所定の入射角で基板（２６）の表面
に到達し、エッチングが行われる。基板（２６）のエッ
チング用としては、照射口（２２）を多数設けることに
より、直径数ｃｍの範囲にガウス分布したビームを作っ
ている。また、ニュートライザイー（２７）は、このよ
うにイオンガン（２０）から打ち出されたアルゴンイオ
ンによりＴＦＴなどの電気的特性が影響を受けることを
防ぐ目的で設けられている。アルゴンイオンはニュート
ライザー（２７）により中性化され、中性アルゴンラジ
カルによる物理的削除によりエッチングが行われる。

【００１８】図５に、アルゴンガスを用いたイオンビー
ムミリングの、ビーム入射角とＩＴＯのエッチングレー
トの関係を示す。条件は、チャンバ内圧力を２×１０↑
-4Ｔｏｒｒ、ホロー電位を８００Ｖ、ホロー電流を３５
ｍＡ、ニュートライザー電流を１１．５Ａに設定し、サ
ンプル基板を設置したステージの傾き角を変えたときの
エッチングレートを調べた。図より、入射角は、９０°
よりも若干傾いた６０°〜８０°のときが、最もエッチ
ングレートが高いことが分かる。

【００１９】このため、ＩＴＯ膜（４）のメインエッチ
ング時には、イオンビームの入射角を６０°〜８０°の
範囲内で、エッチング時間をジャストエッチに設定し、
ＩＴＯのエッチング残り（４Ｒ）を根絶するオーバーエ
ッチ時には、エッチング残りによりショートを招くよう
な部分に位置する斜面に対して、イオンビームの入射角
が６０°〜８０°の範囲内になるような傾き角にステー
ジを設定し、かつ、短時間で行うことで、エッチング効
率を高めることができる。

【００２０】なお、本発明は、この実施例に限定される
ものではなく、基板平面に対する入射角が、エッチング
レートを最大とする角度で第１のエッチングを行ってパ
ターン形成を行った後、エッチング残りの在る面に対す
る入射角を、エッチングレートが最大になる角度に設定
し直したスライトエッチを、必要に応じて繰り返すもの
である。従って、エッチング装置による被エッチング膜
のエッチングレートの入射角依存性を調べるとともに、
配線基板上で、エッチング残りが問題となる斜面の位置
とその傾斜角をあらかじめ調べた上で、本願の主旨に基
づいてエッチングを行う必要がある。

【００２１】特に、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いた
ＴＦＴＬＣＤでは、ＴＦＴの小型化に伴って開口率の向
上が期待されるが、画素サイズの縮小による高精細化と
両立させるためには、有効表示面積の拡大が必要とな
る。このため、ｐ−ＳｉＴＦＴを用いたＬＣＤでは、図
７に示すような、表示電極（１５）とドレインライン
（１６）を同層に形成した構造ではなく、ドレインライ
ン（１６）上に別の層間絶縁層を被覆した上で、表示電
極（１５）をドレインライン（１６）よりも上の層に形
成することで、表示電極（１５）をドレインライン（１
６）上にまで延在して表示領域を拡大する構成がとられ
る。この場合、表示電極（１５）は、ゲートライン（１
３）や補助容量電極（１３Ｃ）のみならずドレインライ
ン（１６）をも下層に配した多層配線構造上に形成され
るため、下地の段差が更に大きくなる。特に、ドレイン
ライン（１６）に沿ってＩＴＯのエッチング残りが生じ
ると、同一信号列について表示電極（１５）間が短絡さ
れる問題が多くなる。この場合でも、本発明の適用によ
り、ＩＴＯのエッチング残りを防ぎ、表示電極（１５）
間の短絡を防止することができる。即ち、表示電極（１
５）をパターニングするＩＴＯのメインエッチング後
に、ゲートライン（１３）や補助容量電極（１３Ｃ）の
段差のみならず、ドレインライン（１６）の段差による
ＩＴＯの下地層の傾斜を考慮したスライトエッチを加え
ることで、ＩＴＯのエッチング残りが根絶される。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
で、イオンビームミリングによるＩＴＯ膜のエッチング
において、基板平面に対するイオンビームの入射角を、
エッチングレートが最大となる範囲内に設定した状態で
行うとともに、あらかじめ、傾き角を測定した被エッチ
ング面の斜面に対して、エッチングレートが最大となる
入射角に設定し直して、再度イオンビーム照射を行うこ
とにより、エッチング効率が高まるとともに、イオンビ
ームの入射角に依存するエッチングレートの差により、
エッチング残りが生ずるのを防ぐことができる。このた
め、エッチング残りにより、電極配線間が短絡接続され
て、信号電圧の干渉、保持電圧の低下などの問題を招く
ことが無くされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるＩＴＯ膜のエッチング
方法を示す工程図である。

【図２】本発明の実施例にかかるＩＴＯ膜のエッチング
方法を示す工程図である。

【図３】本発明の実施例にかかるＩＴＯ膜のエッチング
方法を示す工程図である。

【図４】本発明の実施例にかかるエッチング方法を実現
するエッチング装置の構成図である。

【図５】イオンビームの入射角に対するＩＴＯ膜のエッ
チングレートを表す関係図である。

【図６】液晶表示装置の平面図である。

【図７】図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１，１０ 基板 ２ 配線 ３ 層間絶縁層 ４ ＩＴＯ膜 ５ レジスト １１ ｐ−Ｓｉ １２ ゲート絶縁層 １３ ゲートライン １４ 層間絶縁層 １５ 表示電極 １６ ドレインライン ２０ イオンガン ２１ 電極 ２２ 照射口 ２３ ガス道入口 ２４ チャンバ ２５ ステージ ２６ 被エッチング基板 ２７ ニュートライザー ２８ 排気口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された透明導電膜のドライ
   エッチング方法において、 被エッチング面上に所望のパターンのレジストを被覆
   し、前記基板に対する入射角が異なるのイオンビームを
   照射することによって前記レジストが被覆されていない
   領域の前記透明導電膜を除去することを特徴とする透明
   導電膜のドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 前記イオンビームの第１の入射角は、前
   記基板の平面方向に対して、エッチングレートが最大に
   なる角度範囲内に設定されることを特徴とする請求項１
   記載の透明導電膜のドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記イオンビームの第２の入射角は、被
   エッチング面の斜面方向に対して、エッチングレートが
   最大になる角度範囲内に設定されることを特徴とする請
   求項１記載の透明導電膜のドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 前記基板は、イオンビームの照射中にそ
   の法線を軸として回転することを特徴とする請求項１か
   ら請求項３のいずれかに記載の透明導電膜のドライエッ
   チング方法。