JPH0961836A

JPH0961836A - 液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JPH0961836A
Application number: JP21451695A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kizawa; 賢一鬼沢; Etsuko Nishimura; 悦子西村; Masahiko Ando; 正彦安藤; Masaru Takahata; 勝高畠; Kazuo Sunahara; 和雄砂原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1995-08-23
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗な透明電極を有する液晶ディスプレイ、
特にプラスチック基板を適用した軽量で携帯性に優れた
液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】酸化インジウムに酸化スズを添加したＩＴ
Ｏ(Indium Tin Oxide)から成る非晶質相と、該非晶質相
中に分散するＩＴＯ結晶粒子とから構成され、該分散し
ているＩＴＯ結晶粒子の粒径は、２００(ｎｍ)以下の大
きさであり、かつ、前記ＩＴＯ結晶粒子の透明電極膜面
積当りの分散密度は３０(個／μｍ²)以下であるＩＴＯ
膜７または１４を有する液晶ディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を光シャッタとして用いた平面型表
示装置である液晶ディスプレイ(以下ＬＣＤという)の市
場が急速に拡大している。中でも、ＴＦＴ駆動のアクテ
ィブマトリクス型液晶ディスプレイは表示品質が高いこ
とから、今後益々需要が増大すると予想されている。こ
のディスプレイに対する要求項目は多数あるが、携帯性
を活かした個人用データ端末を考慮した場合、低消費電
力化と共に軽量化が大きな課題であり、その解決策とし
てプラスチック基板を適用することが考えられる。

【０００３】しかし、プラスチック基板は一般に耐熱性
が低いため、製造プロセスにおける処理温度を１５０℃
以下に抑える必要がある。ＬＣＤには必ず用いられる透
明電極膜の作製工程においてもこの要求を満たす必要が
ある。即ち、ディスプレイの駆動が可能な低い抵抗値を
有する透明電極パターンを約１５０℃の処理温度で作製
しなければならない。このような課題を解決するため、
特公平２−１６３３６３号公報に開示された技術が提案
されている。これは、スパッタ法により室温乃至２００
℃の基板上に、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系（ＩＴＯ系）の透明導
電膜を形成する方法において、スパッタガス中に、Ｈ₂
Ｏ或いはＯ₂とＨ₂Ｏの混合ガスを混入させるというもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によるＩＴＯ膜では、得られる膜構造と比抵抗との関
係に関する検討が充分でなく、従って作製方法も未完成
なものであった。更に、携帯性に優れたディスプレイへ
の応用に関しても考慮されていなかった。

【０００５】以上のような背景から本発明の目的は、低
抵抗な透明電極を有する液晶ディスプレイ、特にプラス
チック基板を適用した軽量で携帯性に優れた液晶ディス
プレイを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した目的は、２枚の
絶縁基板間に液晶層が挾持され、少なくとも一方の前記
基板は透明であって、該基板上には複数個の透明電極膜
による微細パターンが形成されており、前記絶縁基板周
辺部に接続された液晶駆動回路から前記透明電極膜パタ
ーンに印加される電圧パルスによって前記液晶層の透過
率を制御し、文字、図形の情報を表示する液晶ディスプ
レイにおいて、前記透明電極膜は、酸化インジウムに酸
化スズを添加したＩＴＯ(Indium TinOxide)から成る非
晶質相と、該非晶質相中に分散するＩＴＯ結晶粒子とか
ら構成され、該分散しているＩＴＯ結晶粒子の粒径は、
２００(ｎｍ)以下の大きさであり、かつ、前記ＩＴＯ結
晶粒子の透明電極膜面積当りの分散密度は、３０(個／
μｍ²)以下であることによって達成される。

【０００７】そして、前記液晶ディスプレイにおいて、
少なくとも一方の前記絶縁基板は、低温硬化性樹脂であ
ることが良い。
また、前記ＩＴＯ膜の酸化スズ濃度は、２〜１２(ｗ
ｔ％)であること、さらに光波長２０００(ｎｍ)におけ
る前記ＩＴＯ膜の透過率は、７５(％)以下にあること、
またさらに、前記ＩＴＯ膜は、Ｈ₂Ｏを含有しているこ
とが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。まず、実施例１につい
て説明する。本発明による実施例に用いた装置の構造を
図５に示す。図５は、スパッタ装置の概略を示す図であ
る。図５(ａ)は、従来のインライン型ＤＣマグネトロン
スパッタ装置を示す図である。図５(ｂ)は、本実施例で
用いた枚葉型ＤＣマグネトロンスパッタ装置を示す図で
ある。いずれもスパッタ室のみを示している。即ち、基
板仕込み／取出し室、基板搬送室等は省略している。ま
た、真空排気系、ガス導入系等も省略している。

【０００９】そして、インライン型では、ガラス基板２
０はゲート弁１９を通ってスパッタ室に搬入され一定速
度で移送され、ＩＴＯからなるターゲット２１の上方を
移動するガラス基板２０表面にＩＴＯ膜が堆積し、反対
側のゲート弁１９’から搬出される。ＩＴＯ膜の堆積
は、ＤＣ電源２２から供給された電力によって形成され
たプラズマ２３の中の主としてアルゴンイオンのターゲ
ット２１への衝突でスパッタされたターゲット物質粒子
が、ガラス基板に到達することによって生じる。このと
きプラズマ内では、アルゴン中に添加したＨ₂Ｏの一部
が分解し、ターゲット物質粒子と反応すると考えられ
る。なお、ターゲット背面に設置されたマグネット２４
は、プラズマを収束するためのものである。

【００１０】これに対し枚葉型は、主に大型基板用に最
近開発されたもので、ゲート弁１９を通して(ロボット
ハンドによって)搬入され固定されたままのガラス基板
２０の全面に、ターゲット物質粒子が堆積しＩＴＯ膜が
形成されるものである。具体的には(基板よりやや大き
な寸法の)ターゲット２１背面において、所定の膜厚が
得られるまで、所望の速度と必要な回数でマグネット２
４を揺動させるので、基板全面に目的とするＩＴＯ膜を
堆積させることができる。

【００１１】インライン型では、ガラス基板がターゲッ
トの上方を１回通過する間に、所定の膜厚を堆積させる
必要があるのに対し、枚葉型では、所定の膜厚が得られ
るまでマグネットを必要な回数揺動させるので、膜厚制
御性に優れているという利点がある。さらに枚葉型の場
合、マグネット揺動部がスパッタ室外の大気中に設置さ
れているために、装置機構が容易になると共に、可動部
から発生した異物が膜に影響を与えない等の特長があ
る。

【００１２】さらに補足説明すれば、液晶ディスプレイ
を低コスト化するには、ガラス等の基板寸法を大きくし
１枚の基板から多数個のパネルを採ることが有効であ
る。しかし、従来のインライン型スパッタ装置では、基
板寸法を大きくするとスパッタ室など装置全体が大きく
なり据付け面積が増大するという問題と共に、装置など
のメンテナンス性が著しく低下し、稼働率の低下を招
く。ひいてはスループット(単位時間当たりの処理量)が
低下し、これが製品コストの上昇の原因となる。

【００１３】しかし、枚葉型スパッタ装置は、インライ
ン型スパッタ装置の問題を解決しスループットを増大す
る、換言すればＩＴＯ膜の生成を促進し短時間に堆積す
ることが目的であるので、後述するような本発明の特徴
である、ＩＴＯ膜中のＩＴＯ結晶粒子の生成を抑制する
という思想は全く考慮されていないものである。したが
って、単に枚葉型スパッタ装置を採用しても、さらにス
パッタガスにＨ₂Ｏを添加しても、発明の目的を達成す
るＩＴＯ膜(膜質)は実現できないものである。

【００１４】本実施例では、枚葉型スパッタ装置を用い
てＩＴＯ膜を堆積した。基板温度を室温とし、スパッタ
パワー、及びスパッタガス(アルゴン)に添加するＨ₂Ｏ
圧力をパラメータとした。基板には３７０×４７０×
１．１(ｍｍ)サイズのガラス板を用いた。膜厚は１００
〜１３０ｎｍの範囲であった。

【００１５】最初に、ＩＴＯ膜のエッチング性について
検討した。作製したＩＴＯ膜をホトリソグラフィーで微
細パターンに加工(ウェットエッチング)した後、その上
にＣＶＤ(化学気相蒸着)法で窒化シリコン膜を堆積す
る。ＩＴＯ膜のエッチングが不十分であると、エッチン
グされた部分が窒化シリコン膜堆積後に白濁する。

【００１６】この白濁の原因を調べた結果、堆積された
ＩＴＯ膜は、ＩＴＯの非晶質相と、該非晶質相中に微細
に分散するＩＴＯ結晶粒子とから構成されているが、Ｉ
ＴＯ結晶粒子はエッチングされ難いので基板表面に残
り、これを核(結晶核)としてＣＶＤ膜が異常成長するた
めであることが判った。即ち、ＩＴＯの非晶質相に比べ
てＩＴＯの結晶相のエッチング速度が２桁位遅いので、
エッチング後に非晶質相中のＩＴＯ結晶粒子が残渣とな
る。

【００１７】そこで、作製した膜を直接Ｘ線回折(ＸＲ
Ｄ)で測定しＩＴＯ結晶粒子(以下、結晶粒子という)の
量を見積り、その値をもってエッチング特性の尺度とし
た。結晶ピークの強度が高いほど結晶粒子の量が多く、
エッチング特性が低下するものと予測される。なおこの
とき、エッチング工程までに膜が受けるホトリソグラフ
ィー工程の熱履歴を模擬して、１５０℃、１ｈのアニー
ル処理をサンプルに加えることにした。

【００１８】図６は、ＩＴＯ膜のＸＲＤスペクトルを示
す図である。ＸＲＤ強度のスペクトル例を示すものであ
る。スパッタパワー９００Ｗで、Ｈ₂Ｏ圧力を変えた３
種の結果を示す。約３２°にブロードな非晶質ピーク
と、その肩及び裾に結晶ピークとが認められる。このピ
ーク強度はＨ₂Ｏ圧力に依存することが判る。

【００１９】図７は、ＩＴＯ膜の(２２２)ＸＲＤ強度と
スパッタ条件との関係を示す図である。約３０°に見ら
れる(２２２)面からの結晶ピーク積分強度から非晶質ピ
ーク強度を差し引いた値を求めた結果を示すものであ
る。この図からＸＲＤ強度は、Ｈ₂Ｏ圧力が６．５×１
０^-5Ｔｏｒｒで最小となることが判る。

【００２０】ここで、本発明によるＩＴＯ膜の特性及び
構造の特長を明らかにするため、従来技術を用いてＩＴ
Ｏ膜を作製した。図５(ａ)のインライン型のＤＣマグネ
トロンスパッタ装置を用い、２００×２７０ｍｍの大き
さのガラス基板に、ＩＴＯ膜を堆積した。基板は、加熱
せず(スパッタ開始前の温度は室温)、スパッタパワー４
００Ｗ、膜厚１４０ｎｍとした。

【００２１】図３は、従来技術のＩＴＯ膜のシート抵抗
とＨ₂Ｏ圧力との関係を説明する図である。スパッタガ
スに添加するＨ₂Ｏの圧力をパラメータとして膜の比抵
抗を測定した結果を示すものである。この図から、スパ
ッタガス中にＨ₂Ｏを添加することにより、シート抵抗
は減少し、極小値約５０Ω／□となった後、漸増するこ
とが判る。この極小値５０Ω／□を比抵抗に換算する
と、約７００μΩｃｍであった。

【００２２】Ｈ₂Ｏ圧力を固定し、パワー依存性を検討
した結果、パワー増大に伴って抵抗値は減少したが、５
００Ｗまで増加しても、上述した極小値からの低下量
は、約１０％(約６３０μΩｃｍ)に過ぎなく、それ以上
のパワーでは抵抗値は減少せず飽和する傾向にあった。
即ち、従来技術においては、比抵抗は６００μΩｃｍ以
下にはならなかった。

【００２３】次に、エッチング特性を検討した。図４
は、従来技術のＩＴＯ膜のエッチングによる白濁の発生
状況を説明する図である。Ｈ₂Ｏ圧力とパワーをパラメ
ータとし評価した結果を示すものである。この図におい
て、Ｇは白濁がほとんど観察されない領域、Ｂは白濁し
た領域、ＶＢは白濁が特にひどい領域である。図４の結
果より、Ｈ₂Ｏ添加によってエッチング特性は良くなる
が、パワーを高くし過ぎると、逆に膜質が劣化すること
が判明した。即ち、パワーの許容範囲は最大４００Ｗ位
であることが判明した。換言すれば、従来技術では白濁
現象の点から、スパッタパワーを５００Ｗ以上(もしく
は約１Ｗ／cm²以上)にすることは考慮されていないもの
であったと言える。

【００２４】さらに、光学顕微鏡を用いてより詳しく調
べた。図４において、Ｇの領域内で白濁の発生が少ない
範囲は、実験した限りでは、５〜１０×１０^-5Ｔｏｒｒ
の範囲にあり、この範囲内では圧力が高いほど白濁の発
生が少なく良好な結果を示した。この結果は、図３のシ
ート抵抗とＨ₂Ｏ圧力との関係とはやや異なる傾向であ
る。そして図示していないが、圧力が最も良好な条件
(１０×１０^-5Ｔｏｒｒ)で作製した膜のＸＲＤによる結
晶ピーク積分強度は、約２００００(counts)という非常
に大きな値であった。

【００２５】従って、図７に示した枚葉型の結晶ピーク
積分強度のデータと比べると、インライン型から枚葉型
へ変えたことによって結晶粒子の量が減少することが判
る。以上から、枚葉型ではマグネットを揺動することに
よって膜を堆積するため、パワーを(例えば、４００か
ら９００Ｗに)増大することが可能であって、ＸＲＤ強
度を減少させ、即ち結晶粒子の生成を抑制でき、エッチ
ング特性を向上することが可能であることが明らかとな
った。実際作製した膜を用いてホトリソグラフィー、エ
ッチングの各工程を通し、白濁等の不良が生じないこと
を確認した。

【００２６】次に、上述した枚葉型スパッタ法で作製し
たＩＴＯ膜の構造を調べた。評価方法は次の通りであ
る。結晶粒子の存在状態を明確化するため、作製したＩ
ＴＯ膜をまず軽くエッチングすることにより、非晶質相
の膜厚をわずかに薄くした。こうすると、結晶粒子はほ
とんど溶解しないので、結晶粒子が非晶質相表面から突
き出した構造となり、非晶質相中の結晶粒子が判別し易
くなる。このようにして作製したサンプルの表面を高分
解能ＳＥＭで観察した。

【００２７】図８は、ＩＴＯ膜中の結晶粒子密度とＨ₂
Ｏ圧力との関係を示す図である。図９は、結晶粒子径と
Ｈ₂Ｏ圧力との関係を示す図である。得られたＳＥＭ写
真を基に、非晶質相に分散している結晶粒子の単位面積
当りの個数(ＩＴＯ膜面積当りの分散密度)及び非晶質相
に分散しているＩＴＯ結晶粒子の大きさ(粒子径)を求め
た結果を示すものである。パワーを９００Ｗとし、Ｈ₂
Ｏ圧力を変えた。

【００２８】図から、結晶粒子密度(分散密度)は、アニ
ール後にやや増大するもののＨ₂Ｏ圧力の増大に伴っ
て、一旦減少後増加に転ずることが判る。これは前述
(図７)したＸＲＤ強度による評価結果と一致する。

【００２９】また、結晶粒子径はアズデポではＨ₂Ｏ圧
力にほとんど依存せず、約２５ｎｍ前後にあり、アニー
ル後にはＨ₂Ｏ圧力低下にともなって急激に増大するこ
とが判る。具体的には、後述のようにＨ₂Ｏ圧力を４〜
８×１０^-5Ｔｏｒｒの範囲と限定した場合、アニール
後、すなわち、液晶素子として製造した場合は、２０〜
８０ｎｍの範囲にあると言える。

【００３０】このように、本実施例では径が２０〜８０
ｎｍの結晶粒子密度は、多くても１５個／μｍ^２程度と
非常に少なくできる。したがって、透明電極膜は、酸化
インジウムに酸化スズを添加したＩＴＯ(Indium Tin Ox
ide)材からスパッタリング形成された非晶質相とＩＴＯ
結晶粒子とを含むＩＴＯ膜であり、該非晶質相に分散し
ているＩＴＯ結晶粒子は、２０〜８０ｎｍの範囲の大き
さの粒子であり、該範囲のＩＴＯ結晶粒子のＩＴＯ膜面
積当りの分散密度は、１５個／μｍ²以下であると言え
る。

【００３１】これに対し、従来技術によるＩＴＯ膜を同
様な方法で調べたところ、最もＸＲＤ強度が小さい場合
(４００Ｗ，１０×１０^-5Ｔｏｒｒ)でも、結晶粒子の分
散密度は、４０〜５０個／μｍ²、粒子径はアニール
後、約５０ｎｍであった。尚、この場合のシート抵
抗は、図３から明らかなように約６０Ω／□と高いもの
であった。更に、この膜に１５０℃、１ｈのアニール処
理を加えたところ、約２００Ω／□以上に上昇してしま
うことも判った。また、図９からアニール処理後の粒子
径はＨ₂Ｏ圧力が低下すると大きくなる傾向にあること
が判っており、従ってシート抵抗が最小となる５×１０
^-5Ｔｏｒｒの点における膜の結晶粒子の分散密度および
粒子径は、上記の数値より大きくなると推測される。

【００３２】図１０は、シート抵抗とＨ₂Ｏ圧力との関
係スパッタ条件との関係を示す図である。スパッタパワ
ーを９００Ｗとし、Ｈ₂Ｏ圧力を変えて作製したＩＴＯ
膜のシート抵抗を調べた結果を示すものである。シート
抵抗は、ＸＲＤ強度(図７)ならびに結晶粒子密度(図８)
と同様に、所定範囲のＨ₂Ｏ圧力に対し極小値を取るこ
と、また、図には示していないが、パワーを９００Ｗま
でも増大しても、従来技術のような膜質劣化は発生せ
ず、逆に、パワーを増大すると急激に比抵抗が低減する
ことなどが確認された。本実施例で得られたＩＴＯ膜の
比抵抗は、その最小値が約４００(μΩｃｍ)，２９(Ω
／□)と低い値のものとなることが判った。

【００３３】そして、この比抵抗が最小となる膜に、１
５０℃、１ｈのアニール処理を加えたが、比抵抗の上昇
はほとんど見られなかったことを確認している。また、
比抵抗に関し膜質が良好なものとなることも付加されて
いることが判明した。このように、スパッタリング時の
パワー増大は、膜質向上に大きな効果があると同時に、
ＩＴＯ膜の堆積速度の増加に結び付き、単位時間当たり
の処理量(スループット)の増大ができ、製品コストの低
減につながる効果が得られる。以上のように、マグネッ
トを揺動させる枚葉型スパッタ法で作製すると、インラ
イン型スパッタで見られたパワー増大による膜質劣化が
生じないため、本発明の目的とする膜が得られることが
明白となった。

【００３４】ところで、パワー増大がどの程度まで可能
かについては、１２００Ｗの範囲まで実験し、ＸＲＤ強
度及び比抵抗が共に、パワー増大に伴って単調に減少す
ることを確認している。ここで、スパッタリング時のパ
ワーをプラズマのパワー密度で表わすと、インライン型
スパッタ法の場合、５００Ｗは、約１Ｗ／cm²に相当す
る。そして、枚葉型スパッタ法の場合の９００Ｗは、約
１．５Ｗ／cm²に相当する。なお、インライン型スパッ
タ法と枚葉型スパッタ法とのパワー密度を比べると、後
者はターゲット(基板２０)の寸法は大きいがプラズマが
マグネット２４の部位にのみ集中するので、結果として
両者には差がないと言える。

【００３５】そして、パワーを増大することが可能とな
るので、添加するＨ₂Ｏの分解効率向上、すなわち、ス
パッタ粒子との反応促進を招き、ＩＴＯの非晶質相中の
ダングリングボンドの終端化がより進行する。このた
め、非晶質相中のキャリア(電子)の移動度が向上すると
共に、その散乱中心として作用する結晶粒子密度が低下
しその結果、比抵抗が低減する。これに対し従来技術で
は、パワー増大してもこのような効果を得るのが困難で
あった。これはパワー増大によって基板温度が上昇し、
膜厚の堆積中に結晶核が発生し易いためであると考えら
れる。

【００３６】更に、枚葉型スパッタ法で基板温度を上昇
させずにパワー増大できる理由は、ＩＴＯ膜の堆積中の
間、図５(ｂ)に示すように基板温度が常に室温に維持さ
れるよう基板ホルダ２５に基板２０を接触させているこ
と、マグネット２４の揺動速度及び揺動回数を増減制御
することにより、同一膜厚を堆積するに基板表面部分が
プラズマに接している時間を短いサイクルに分割できる
からと考えられる。従って、枚葉型スパッタ法を用いて
上述した成膜条件に制御すれば、図９および図８に示す
ようにＩＴＯ結晶粒子の粒径は８０ｎｍ以下であって、
ＩＴＯ結晶粒子の分散密度が１５個／μｍ²以下の非常
に少ない程度にすることができる。

【００３７】以上述べたように、ＩＴＯ膜の電気抵抗値
と、膜構造すなわちＩＴＯ結晶粒子の分散密度との間に
は密接な関係があることの知見を初めて得た。そして、
ＩＴＯ結晶粒子の分散密度を約３０個／μｍ²以下の範
囲に制御しつつＩＴＯ膜(すなわち、液晶素子)を作製す
ることにより、ＩＴＯ膜の比抵抗を６００μΩｃｍ以下
にすることができる、最低値としては４００μΩｃｍま
でに低減することができることが判明した。

【００３８】これに対し、従来技術のＩＴＯ膜を同様な
方法で調べたところ、結晶粒子密度は、４０〜５０個／
μｍ²以上であり、換言すれば、３０個／μｍ²以下の範
囲に制御していないもの、すなわち、意図して３０個／
μｍ²以下の範囲に作製していないものであると言え
る。換言すれば、従来技術のＩＴＯ膜の比抵抗は、約
７００μΩｃｍ以上であり、６００μΩｃｍ以下になら
ないものであった。

【００３９】尚、膜厚が一定(例えば１４０ｎｍ)であれ
ば、比抵抗が７００から４００μΩｃｍまでに減少する
と、シート抵抗は５０から２９Ω／□に低減される。シ
ート抵抗が高い場合、駆動パルスの波形なまりが生じ、
これに起因し画質低下が発生するが、上記のようにシー
ト抵抗が低減されると、表示むらやコントラストの低下
が抑制されるという効果が得られる。一方、シート抵抗
が一定(５０Ω／□)であれば、膜厚が１４０から８０ｎ
ｍまでに薄くできる。膜厚が薄くできるということは、
ＩＴＯ膜の形成条件のうち堆積時間を短くすることがで
きることに繋がり、スループットの増大に結びつき、製
品コストの低減という効果が得られる。

【００４０】更に、ＩＴＯ膜を形成するとき残渣の発生
がないようにするためには、ＩＴＯ結晶粒子の粒径は、
微細であればある程良いが、２００ｎｍ以下の大きさの
粒子であれば良いことも判明した。この理由は、２００
ｎｍ以上の大きさのＩＴＯ結晶粒子であると、細く柱状
となっているＩＴＯ結晶粒子がエッチング工程において
溶融されず、除去し切れずに残るからである。

【００４１】したがって、３０個／μｍ²以下の範囲で
あって、且つ、２００ｎｍ以下の大きさのＩＴＯ結晶粒
子であれば、比抵抗が６００μΩｃｍ以下であり、ＩＴ
Ｏ結晶粒子の残渣の発生がないＩＴＯ膜が得られること
が判明した。

【００４２】換言すれば、本発明による方法で作製した
透明電極膜は、酸化インジウムに酸化スズを添加したＩ
ＴＯから成る非晶質相と、該非晶質相中に分散する２０
０ｎｍ以下のＩＴＯ結晶粒子とから構成されており、該
ＩＴＯ結晶粒子の密度が３０個／μｍ²以下の構造であ
る。膜構造をこのように制御することにより、膜の電気
抵抗を約６００μΩｃｍと低くできると共に、エッチン
グによる加工性に優れ微細パターンも容易に作製可能で
ある。さらに、低温で処理できるので、プラスチック基
板が使用可能である。

【００４３】図１１は、ＩＴＯ膜の透過スペクトルを示
す図である。前図までに示した実施例おいて、Ｈ₂Ｏ圧
力を変化させて作製したＩＴＯ膜を用いて、それらの透
過スペクトルを測定した結果を示すものである。横軸は
測定光波長(ｎｍ)、縦軸は、ガラス基板込みの透過率
(％)である。Ｈ₂Ｏ圧力が、２．５×１０^-5Ｔｏｒｒの
場合には、可視光領域(４００〜８００ｎｍ)で透過率が
低いことが判る。したがって、このままでは透明導電膜
としては好ましくないと言える。

【００４４】一方、５×１０^-5Ｔｏｒｒ以上のＨ₂Ｏ圧
力の場合、可視光領域では大差ないが、赤外光領域(１
０００ｎｍ以上)で大きく異なることが判る。この赤外
光領域での透過率の低下は膜中の自由電子のプラズマ振
動による反射及び吸収によるものである。この透過率低
下が大きいほどキャリアとなる自由電子密度が高いこと
を意味する。図１０のシート抵抗の結果と合わせて考え
ると、１０×１０^-5Ｔｏｒｒの場合に抵抗が上昇してお
り、図１１の透過率の結果と一致する。これらの結果
(ならびに図７や図８の結果)を考慮すれば、スパッタ室
のＨ₂Ｏ圧力は、４〜８×１０^−５（Ｔｏｒｒ)の範囲と
することが望ましいと言える。

【００４５】ところで、Ｈ₂Ｏ圧力低下に伴ってシート
抵抗が上昇するのは、キャリア源となる酸素空孔密度
(ダングリングボンド密度に対応)が増大し過ぎるため移
動度が低下し、キャリア密度増加を相殺するためと考え
られる。したがって、本実施例の場合には、光波長２０
００ｎｍにおける透過率は、シート抵抗が上昇すること
に対応する７５％以下(上限)であると言える。

【００４６】一方、可視光領域での透過率低下が少ない
ことに対応する５５％以上(下限)の範囲が望ましい透
明導電膜の条件であると言える。しかし、上記５５％
以下(２．５×１０^-5Ｔｏｒｒ以下)の膜であっても、光
波長２０００ｎｍにおける透過率上昇を引き起こさず
に、可視光領域の透過率を向上することは、例えば適当
な熱処理を加えることによって可能である。したがっ
て、光波長２０００(ｎｍ)におけるＩＴＯ膜の透過率
は、７５(％)以下にあることが良いと言える。

【００４７】また、ＩＴＯは、Ｉｎ₂Ｏ₃にＳｎＯ₂を添
加した材料である。そのＳｎＯ₂の添加量について検討
した。その結果、酸化スズ濃度(ＳｎＯ₂)が２〜１２(ｗ
ｔ％)の範囲において、本発明の構造を有する低抵抗Ｉ
ＴＯ膜が実現できることが判明した。

【００４８】さらに、非晶質相ＩＴＯ膜の構造をより詳
しく知る目的で、ＴＤＳ(ＴhermalＤesorption Ｓpectr
oscopy)によって作製したＩＴＯ膜を分析した。この方
法はサンプルを超高真空中で加熱した際発生するガス
を、質量分析するものである。その結果、質量数１８の
Ｈ₂Ｏが、約１００℃と約２００℃で発生することが見
出された。約１００℃で発生したものは、膜表面に吸着
していたＨ₂Ｏであり、約２００℃で発生したものは、
膜中に水素結合していたＨ₂Ｏであると結論される。換
言すれば、本発明で作製したＩＴＯ膜中にはＨ₂Ｏが含
有されていると言える。

【００４９】次に、実施例２について説明する。図１
は、本発明による液晶ディスプレイの主要部分を示す断
面模式図である。作製したＴＦＴ−ＬＣＤ素子(本実施
例では液晶素子と呼称する)の断面を示している。図２
は、本発明による液晶ディスプレイのＴＦＴ基板を示す
平面模式図である。ＴＦＴ基板の平面を示している。図
２におけるＡ−Ａ’断面が図１のＴＦＴ部に相当する。
本実施例では、ＴＦＴ基板には従来通りガラス基板、カ
ラーフィルタ基板にはプラスチック基板を用いた。最初
にＴＦＴ基板の作製手順について述べる。

【００５０】よく洗浄したガラス基板１上に直流マグネ
トロンスパッタリング法を用い基板温度９０℃でＣｒ膜
を堆積した。膜厚は２００ｎｍとした。このＣｒ膜をホ
トエッチングによってゲート電極２に加工した。次に、
作製した基板をＲＦプラズマＣＶＤ装置に設置し、ゲー
ト絶縁膜３のＳｉＮ層を形成した。基板温度は２８０℃
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。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(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。

【００５１】別チャンバに移し、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２３０℃
としＳｉＨ₄、ＰＨ₃、及びＨ₂の混合ガスを原料ガスと
して用い、５０ｎｍの膜厚に作製した。次に、ドライエ
ッチング法によってｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５及び半導体層４
を島状にパターニングした。続いてゲート絶縁膜を同様
にドライエッチング法によって加工し画素電極及びゲー
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２に用いたと同一装置及び条
件によって、Ｃｒ膜を堆積した。このＣｒ膜をゲート電
極２と同様ホトエッチングによってドレーン電極６、ソ
ース電極６’に加工した。

【００５２】引き続き、ドライエッチング法によってｎ
⁺・ａ−Ｓｉ層５を除去しＴＦＴのチャネルを形成し
た。なお、実際はドライエッチング法では加工裕度を考
慮してｎ⁺・ａ−Ｓｉ層５の５０ｎｍのみでなく(図には
示していないが)半導体層４も約１００ｎｍオーバエッ
チされる。

【００５３】ところで、枚葉型スパッタ装置を用いてＩ
ＴＯ材をスパッタリングし、該枚葉型スパッタ装置のス
パッタ室に設置された基板上にＩＴＯ膜を製造する製造
方法としては、「実施例１」で求めたスパッタリング条件
の結果から、(1)基板温度の条件は室温の範囲にするこ
と(なお、初期基板温度が室温であっても、スパッタリ
ング稼働中に基板温度は50〜60℃位まで上昇することが
ある。)(2)スパッタパワーの条件は５００〜１２００
(Ｗ)の範囲にすること、(3)スパッタ室のＨ₂Ｏ圧力の条
件は４〜８×１０^-5(Ｔｏｒｒ)の範囲にすることが良い
と判明している。そして本実施例では、基板温度の条件
は室温、スパッタパワーの条件は９００(Ｗ)、Ｈ₂Ｏ圧
力の条件は６．５×１０^-5Ｔｏｒｒにし、透明電極のＩ
ＴＯ膜を１４０ｎｍの厚さに堆積後、ホトエッチングに
よって画素電極７をパターニングした。なお、このＩＴ
Ｏ膜(画素電極７)のスパッタリングにおいては基板を加
熱しないので、他の膜堆積工程に比べ加熱に要する時間
を節約でき、スループットが大きいという特長がある。

【００５４】ここで図には示していないが、このＩＴＯ
膜のパターニングにおいて、同時にパネル周囲のゲート
電極２及びドレーン電極６・ソース電極６’端部もＩＴ
Ｏ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。

【００５５】この上に、保護性絶縁膜８のＳｉＮ膜(す
なわち、ＣＶＤ膜)をＲＦプラズマＣＶＤ法によって形
成した。基板温度は１５０℃としＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及び
Ｎ₂の混合ガスを原料ガスとして用い、４００ｎｍの膜
厚に作製した。その後、ドライエッチング法によってパ
ネル周囲の保護性絶縁膜ＳｉＮを除去し電極端子を露出
させると共に画素電極部分にスルーホールを形成した。

【００５６】低温硬化性樹脂を用いたプラスチック基板
９は、脱ガス処理をした後ＲＦマグネトロンスパッタ法
で、下地コート層１０としてＳｉＯ₂膜を堆積した。次
に、ＤＣマグネトロンスパッタ法でＣｒ膜を堆積し、ホ
トリソグラフィーによってブラックマトリクス１１に加
工した。次いで、染色法を用いてカラーフィルタを形成
した。即ち、レジストをコーティング後ホトリソグラフ
ィーによって３原色のうち１色のパターンを形成する。
このパターンを例えば赤色に染色する。次に同様な方法
によって２色目をパターニングし２番目の色、例えば緑
色に染色する。同様にして最後に青色のパターンを形成
する。図１では赤色カラーフィルタ１２と緑色カラーフ
ィルタ１３のみ示している。

【００５７】そしてこの上に、枚葉型ＤＣマグネトロン
スパッタリング装置を用い本実施例で前述したと同じ条
件で、透明電極のＩＴＯ膜１４を堆積した。さらに、そ
の上に保護膜１５としてポリイミド膜を形成した。な
お、下地コート層１０，ブラックマトリクス１１は、全
て１５０℃以下の温度で作製した。また、カラーフィル
タ１２，１３及び保護膜１５は、全て低温硬化性樹脂を
用い、１５０℃以下の温度で処理した。

【００５８】前述したＴＦＴ基板及びカラーフィルタ基
板とに、配向膜１６、１６’を形成した。これらの配向
膜もイミド化のための通常の高温熱処理(２００〜２５
０℃)の不要な低温硬化性の(硬化温度が１５０℃以下で
ある)樹脂材料を用いた。

【００５９】次いで、両基板にスペーサを散布後それら
をアライメントし、周囲を低温硬化性樹脂を用いて１５
０℃でシールした。さらに、液晶を注入後、注入口を接
着剤で封止した。作製したパネルの両面に偏光板１８を
貼付けた。最後に、完成した液晶パネル周囲の電極配線
にドライバＩＣを実装すると共に、バックライトを配置
してＬＣＤを点灯させ、良好な表示状態を確認した。

【００６０】したがって、上記製造方法にて製造された
液晶素子を用いた液晶ディスプレイは、低抵抗な透明電
極を有する液晶ディスプレイ、特にプラスチック基板が
適用されるので軽量で携帯性に優れた液晶ディスプレイ
になることが判る。さらに、低温で製作できることな
らびにスループット性に優れていることから生産性の向
上に繋がることも判る。

【００６１】本実施例ではＴＦＴ基板にガラスを用いた
が、許容使用条件として１５０℃以下の温度で正常に作
動するスイッチング素子を用いて製品を構成するなら
ば、プラスチック基板が適用可能である。また、ＳＴＮ
液晶を用いた単純マトリクス型ＬＣＤの場合にプラスチ
ック基板が適用可能であることはいうまでもなく、何れ
の場合も本発明による透明導電膜が有効である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば低温(室
温)でＩＴＯ膜が堆積でき、かつ、加工プロセスでエッ
チング残渣等の問題が発生しないスループットに優れた
透明導電膜が提供される。従って、液晶ディスプレイ装
置の低コスト化が実現できると共に、プラスチック基板
を適用した軽量で携帯性に優れた液晶ディスプレイ装置
を提供できる。

【００６３】また、低温で透明導電膜が形成できること
から、液晶ディスプレイ装置以外の表示装置、例えばエ
レクトロルミネッセントディスプレイ、プラズマディス
プレイ、蛍光表示ディスプレイ等でも有効である。さら
に、低温でプロセスが完結できることから、従来より耐
熱性の低い安価なガラスを適用可能という効果も期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶ディスプレイの主要部分を示
す断面模式図である。

【図２】本発明による液晶ディスプレイのＴＦＴ基板を
示す平面模式図である。

【図３】従来技術のＩＴＯ膜のシート抵抗とＨ₂Ｏ圧力
との関係を説明する図である。

【図４】従来技術のＩＴＯ膜のエッチングによる白濁の
発生状況を説明する図である。

【図５】スパッタ装置の概略を示す図である。

【図６】ＩＴＯ膜のＸＲＤスペクトルを示す図である。

【図７】ＩＴＯ膜の(２２２)ＸＲＤ強度とスパッタ条件
との関係を示す図である。

【図８】ＩＴＯ膜中の結晶粒子密度とＨ₂Ｏ圧力との関
係を示す図である。

【図９】結晶粒子径とＨ₂Ｏ圧力との関係を示す図であ
る。

【図１０】シート抵抗とＨ₂Ｏ圧力との関係スパッタ条
件との関係を示す図である。

【図１１】ＩＴＯ膜の透過スペクトルを示す図である。

【符号の説明】

１…ガラス基板、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁膜、
４…半導体層(ａ−Ｓｉ：Ｈ膜)、５…ｎ⁺・ａ−Ｓｉ
膜、６…ドレーン電極、６’…ソース電極、７…画素電
極(ＩＴＯ膜)、８…保護性絶縁膜、９…プラスチック基
板、１０…下地コート層、１１…ブラックマトリクス、
１２…赤色カラーフィルタ、１３…緑色カラーフィル
タ、１４…透明電極膜(ＩＴＯ膜)、１５…保護膜、１
６，１６’…配向膜、１７…液晶、１８…偏光板、１９
…ゲート弁、２０…ガラス基板、２１…ＩＴＯターゲッ
ト、２２…ＤＣ電源、２３…プラズマ２４…マグネッ
ト、２５…基板ホルダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高畠勝東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者砂原和雄東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の絶縁基板間に液晶層が挾持され、少
なくとも一方の前記基板は透明であって、該基板上には
複数個の透明電極膜による微細パターンが形成されてお
り、前記絶縁基板周辺部に接続された液晶駆動回路から
前記透明電極膜パターンに印加される電圧パルスによっ
て前記液晶層の透過率を制御し、文字、図形の情報を表
示する液晶ディスプレイにおいて、前記透明電極膜は、酸化インジウムに酸化スズを添加し
たＩＴＯ(Indium TinOxide)から成る非晶質相と、該非
晶質相中に分散するＩＴＯ結晶粒子とから構成され、該
分散しているＩＴＯ結晶粒子の粒径は、２００(ｎｍ)以
下の大きさであり、かつ、前記ＩＴＯ結晶粒子の透明電
極膜面積当りの分散密度は、３０(個／μｍ²)以下であ
ることを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項２】請求項１において、少なくとも一方の前記
絶縁基板は、低温硬化性樹脂であることを特徴とする液
晶ディスプレイ。
【請求項３】請求項１において、前記ＩＴＯ膜の酸化ス
ズ濃度は、２〜１２(ｗｔ％)であることを特徴とする液
晶ディスプレイ。
【請求項４】請求項１において、光波長２０００(ｎｍ)
における前記ＩＴＯ膜の透過率は、７５(％)以下にある
ことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項５】請求項１において、前記ＩＴＯ膜は、Ｈ₂
Ｏを含有していることを特徴とする液晶ディスプレイ。