(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット材料で構成された第１の電極、及び、この裏面側に配置されるスパッタマグネットを含むスパッタ装置にて、その第２の電極に絶縁基板を配置し、この絶縁基板上にアルミニウムまたはアルミニウムを７０原子％以上含む合金からなる薄膜をスパッタリングにより堆積させる工程と、前記薄膜をパターニングして微細配線パターンを形成する工程とを備えた微細配線パターンの形成方法において、
前記スパッタリングの際、スプラッシュの発生を防止すべく、第１の電極と第２の電極との間の電位差が５７０Ｖ以下の条件に設定され、電力密度が少なくとも２２Ｗ／ｃｍ2に設定され、スパッタリング雰囲気がアルゴンであり、その圧力を１.３Ｐａ〜１.４Ｐａとしたことを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細配線パターンの形成方法において、前記微細配線パターンの配線は、配線幅が３０μｍ以下であるか、又は配線間の間隔が６０μｍ以下であることを特徴とする微細配線パターンの形成方法の形成方法。
【請求項３】
請求項２記載の微細配線パターンの形成方法において、前記微細配線パターンが、ネオジム（Ｎｄ）、イットリウム（Ｙ）またはガドリニウム（Ｇｄ）をこれら添加金属の合計で０．３〜５．０原子％含むアルミニウム合金からなることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項４】
請求項２記載の微細配線パターンの形成方法において、前記微細配線パターンが、平面表示装置用アレイ基板にあって配列される複数の画素に駆動信号を供給するための配線であることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項５】
請求項４記載の微細配線パターンの形成方法において、前記画素のピッチが０．３６ｍｍ以下であることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の微細配線パターンの形成方法において、第１電極と絶縁基板との間隔が７０ｍｍであることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項７】
請求項６記載の微細配線パターンの形成方法において、スパッタマグネットの表面における磁束密度が２００ガウスであることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【請求項８】
請求項２記載の微細配線パターンの形成方法において、前記絶縁基板の面積が３００ｍｍ×４００ｍｍ以上であることを特徴とする微細配線パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面表示装置用アレイ基板等に用いられる微細配線パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＲＴディスプレイに代わる表示装置として平面表示装置が盛んに開発されている。中でも液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の利点から注目されている。
【０００３】
例えば、各表示画素毎にスイッチ素子が配置された光透過型のアクティブマトリクス型の液晶表示装置を例にとり説明する。アクティブマトリクス型液晶表示装置は、アレイ基板と対向基板との間に配向膜を介して液晶層が保持されて成っている。アレイ基板は、ガラスや石英等の透明絶縁基板上に複数本の信号線と走査線とが格子状に配置され、各交点部分にアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈと略称する。）等の半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略称する。）が接続されている。そしてＴＦＴのゲート電極は走査線に、ドレイン電極は信号線にそれぞれ電気的に接続され、さらにソース電極は画素電極を構成する透明導電材料、例えばＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide)に電気的に接続されている。
【０００４】
このようなアクティブマトリクス型液晶表示装置は、ノートＰＣ、カーナビゲーション装置、超小型ＴＶ等において広く用いられている。
【０００５】
しかし、さらに平面表示装置の用途及び市場を拡大するためには、高精細かつ大型の平面表示装置が求められるようになった。
【０００６】
高精細化を達成するためには、画素のピッチ（画素の中心点間の距離）を小さくしなければならず、開口率を維持するためには配線幅及び間隔が小さい微細パターンを形成する必要がある。本明細書において、カラー表示を行う場合に、画素は各色のドットを指すものであって、例えばレッド、グリーン、ブルーの各ドットを指すものとする。また、画素の中心点間の距離が表示パネルの長手方向と幅方向とで異なる場合に、画素ピッチは、これらのうちの短い方のものを指すものとする。
【０００７】
例えば、対角寸法２０インチでＵＸＧＡ（１６００×３×１２００画素）を達成するためには、画素ピッチを約０．２５ｍｍとする必要がある。このとき、配線幅及び配線間の間隔（それぞれ最も狭いところ）は、光利用効率を高めるべく十分な開口率を確保するために、それぞれ約３０μｍ以下、及び１００μｍ以下に設定することが望ましい。また、対角寸法２０．８インチでＱＵＸＧＡ（３２００×３×２４００画素）を達成するためには、画素ピッチを約０．１３２ｍｍとし、配線幅を１５μｍ以下とすることが望ましい。
【０００８】
一方、配線の幅を小さくしつつ表示パネルの大型化を達成するためには、電送すべき波形の劣化を防止するため配線を低抵抗の金属で構成する必要があるが、このような金属としてアルミニウムが適していることが知られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スパッタリング法により均一な厚みの金属層を堆積する際に、同一金属からなる塊状異物が付着して金属層の微少欠陥を形成し、微細配線パターンにおいては配線不良を引き起こす。スパッタリングの際に径が５μｍ以上の塊状異物（スプラッシュ）が付着した金属層に対して、配線幅が３０μｍ以下、又は、配線間の間隔が６０μｍ以下である微細配線をパターニングした場合には配線欠陥が見られる。図６には、スプラッシュの形成について模式的に示す。
【００１０】
特に、スパッタリングによりアルミニウム金属層を形成する場合には、従来の液晶表示装置において一般的であったモリブデン等を用いる場合に比べてスプラッシュの発生が顕著であった。さらに、アルミニウム金属層のヒロック（熱工程による膨出）を防止するために、ネオジム等を添加することが提案されているが（特開平７−４５５５５号公報）、この場合には、スプラッシュがさらに顕著に増加する。
【００１１】
一方、特開平８−３７１８６号公報には、スパッタリングによりアルミニウム金属層を形成するにあたり、ヒロックを防止する目的で、３〜５０ｍＴｏｒｒ（約０．４〜６．７Ｐａ）、好ましくは１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）前後のアルゴンガス雰囲気中でスパッタリングを行うことが記載されている。これにより、アルゴンがアルミニウム層に取り込まれて、アルゴンを０．１〜６．５原子％含有するアルミニウム合金が形成されるとしている。しかし、このような特定の圧力のアルゴンガス雰囲気下でスパッタリングを行うということのみでは、スプラッシュを防止することができなかった。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑み、スパッタリングとパターニングによる微細配線パターンの形成方法において、スプラッシュに起因する配線欠陥のないものを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細配線パターンの形成方法は、絶縁基板上にアルミニウムまたはアルミニウムを７０原子％以上含む合金からなる薄膜をスパッタリングにより堆積させる工程と、前記薄膜をパターニングして微細配線パターンを形成する工程とを備えた微細配線パターンの形成方法において、前記スパッタリングは、アノード電極とカソード電極との間の電位差が５７０Ｖ以下の条件に設定されるものである。
【００１４】
このような構成により、スプラッシュに起因する配線欠陥が発生しない。
【００１５】
請求項２記載の微細パターンの形成方法においては、前記微細配線パターンは、配線幅が３０μｍ以下であるか、又は配線間の間隔が６０μｍ以下である。
【００１６】
請求項３記載の微細パターンの形成方法においては、前記微細配線パターンが、ネオジム（Ｎｄ）、イットリウム（Ｙ）またはガドリニウム（Ｇｄ）をこれら添加金属の合計で０．３〜５．０原子％含むアルミニウム合金からなることを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、ヒロック発生が防止されるとともに、スプラッシュに起因する配線欠陥が発生しない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による微細配線パターンの形成方法について、アクティブマトリクス型液晶表示装置用アレイ基板の製造に関する実施例により図１〜５を用いて説明する。
【００１９】
まず、本実施例によるスパッタリングの装置及び方法について、図１〜３を用いて説明する。
【００２０】
図１には、本実施例で用いたスパッタリング装置について模式的に示す。
【００２１】
このスパッタリング装置は、大面積基板用のＤＣマグネトロンスパッタリング装置（日本真空技術社製ＳＨＤ４５０型）である。
【００２２】
スパッタリング装置の対向する一方の電極である第１電極(201)は、ターゲット材料で構成された平板型であって、第１電極(201)の下方には永久磁石及び電磁石からなるスパッタマグネット(202)が配置されている。第１電極(201)及びスパッタマグネット(202)に接して冷却水流路(203)が備えられ、スパッタリング中の過度の昇温を防止する。
【００２３】
第１電極(201)の上方には、これに向き合うようにガラス基板(101)を保持する第２電極(205)が設けられる。スパッタリングチャンバー(211)は、真空排気路(213)から真空排気され、ガス導入孔(212)からアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。ガス導入量と真空排気とのバランスを適切に保つことによりチャンバー(211)内のガス圧力が調整される。大面積のガラス基板(101)は、この下面のほぼ全面にほぼ均一な金属膜が堆積されるように配置され、第１電極(201)は、第１電極(201)上のスパッタリング領域にガラス基板(101)の下面全体を順次掃引するようにされる。
【００２４】
第１電極(201)の電極材料としては、例えばアルミニウム−ネオジム合金（Ａｌ−Ｎｄ）であって、ネオジムの含有モル数（モル単位の原子の数）がアルミニウムとネオジムとの合金全体のモル数（モル単位の原子の数）の２％であるものを用いた。以降、これをＡｌ−Ｎｄ膜（２原子％Ｎｄ）と表記する。
【００２５】
次に、スパッタリングの条件とスプラッシュの発生数との関係について得られたデータを図２及び図３のグラフにより説明する。上記装置を用いて上記ガラス基板の片面全面に上記Ａｌ−Ｎｄ（２原子％Ｎｄ）からなる１００〜４００ｎｍ厚の膜を堆積した後、顕微鏡観察により５μｍ以上の径をもつ塊状付着物（スプラッシュ）の数を計数した。
【００２６】
図２には、第１電極(201)と第２電極(205)との間の電圧、即ちアノード・カソード間電圧とスプラッシュの発生数との関係を示す。
【００２７】
スプラッシュの計数は、各電圧において６〜９枚のガラス基板（対角１２インチ）について行い、平方センチメートル当たりの数に換算した範囲値グラフで表した。アルゴンガスの圧力は各電圧において０．４〜１．３Ｐａと変化させた。
【００２８】
尚、このスパッタリングの際に用いた装置条件は、下表のとおりである。
【００２９】
【表１】
0004038293.tif 000002
図２から知られるように、アノード・カソード間電圧とスプラッシュの数とは明瞭な正の相関関係をなし、５７０Ｖ以下の領域ではスプラッシュがほとんど見られなかった。
【００３０】
図３には、スパッタリング装置の出力とアノード・カソード間電圧との関係を示す。
【００３１】
アルゴンガスの圧力を０．４及び１．３Ｐａに設定し、スパッタリング装置の出力値を５〜２５ｋＷの範囲で変化させた。同一出力値におけるアノード・カソード間電圧値にはばらつきがあるので、４〜８枚のガラス基板上にスパッタリングを行った際のプロットを全点表示方式で示す。グラフ上半部の斜線領域は、スプラッシュ発生領域を表す。図に示すように、アルゴンガス雰囲気の圧力を０．４Ｐａとした場合、１０ｋＷ程度においてもスプラッシュが認められたが、アルゴン雰囲気の圧力を１．３Ｐａとした場合には、２５ｋＷの出力値においてもスプラッシュが認められなかった。
【００３２】
スパッタリング装置の出力値は、図示の出力範囲において、スパッタリングによる金属膜堆積速度にほぼ比例するものであり、本実施例のスパッタリング装置においては、２０ｋＷ程度またはそれ以上の出力値であれば充分な堆積速度が得られ製造工程上問題がない。
【００３３】
図３の結果から、以上に説明したように、アノード・カソード間電圧について５７０Ｖを越えないように低く保つことにより、更にアルゴン雰囲気の圧力をある程度高めるならば、金属膜の堆積速度を十分に高く保ちつつスプラッシュを完全に防止できることが知られた。
【００３４】
図には示さないが、アルゴンガス雰囲気の圧力が１.３Ｐａ以上であると、スプラッシュの発生のない領域において、２５ｋＷ程度の充分な出力値が得られた。また、アルゴンガス雰囲気の圧力が１.４Ｐａを越えると、堆積される金属膜の緻密さが低下するので好ましくない。
【００３５】
次に、上記のスパッタリング装置及び方法を用いる表示装置用アレイ基板の製造方法について図４〜５に基づいて説明する。
【００３６】
図４は、液晶表示装置用のアレイ基板(100)の概略平面図を示すものであり、図中の下側が液晶表示装置の画面上側に位置するものであって、図中下側から上側に向かって走査線が順次選択されるものである。また、図５は、アレイ基板のＴＦＴ(112)形成領域の積層構造を模式的に示す縦断面図である。
【００３７】
アレイ基板(100)は、対角寸法が２０インチであり、ガラス基板(101)上に配置される１２００本の走査線(111)を含み、各走査線(111)の一端は、ガラス基板(101)の一端辺側に引き出され、斜め配線部を経て走査線パッドに電気的に接続される。
【００３８】
アレイ基板(100)は、ガラス基板(101)上に走査線(111)と略直交する４８００本の信号線(110)を含み、各信号線(110)はガラス基板(101)の他の一端辺側に引き出され、斜め配線部(160)を経て信号線パッド(162)に電気的に接続される。なお、走査線(111)はＡｌを主成分とする金属膜からなり、信号線(110)は、Ｍｏ（モリブデン）を主成分とする第１金属膜と、Ａｌを主成分とする第２金属膜と、Ｍｏを主成分とする第３金属膜の三層構造となっている。
【００３９】
走査線(111)と信号線(110)との交点部分近傍には、ＴＦＴ(112)が配置されている。また、このＴＦＴ(112)に接続されるＩＴＯから成る画素電極(131)が、走査線(111)及び信号線(110)上に層間絶縁膜(127)を介して配置されている。
【００４０】
走査線(111)及び信号線(110)の配線幅Ｗは４〜３０μｍ、ＴＦＴ(112)のソース電極(126b)とドレイン電極(126a)との間隔Ｇは４〜２５μｍ、画素ピッチＰは０．０８３ｍｍである。
【００４１】
次に、このアレイ基板(100)の製造工程全般について、図５を参照して詳細に説明する。
【００４２】
（１）第１工程
プラズマＣＶＤによりＳｉＯｘ膜により表面が被覆されたガラス基板(101)を用いる。
【００４３】
ガラス基板(101)に、上記のスパッタリング装置を用い、Ａｌ−Ｎｄ膜（２原子％Ｎｄ）を３００ｎｍの膜厚、Ｍｏ膜を５０ｎｍの膜厚に堆積させる。
【００４４】
アルミニウム合金としては、例えば、Ａｌ−Ｙ（Ｙが２原子％）、Ａｌ−Ｇｄ（Ｇｄが２原子％）、Ａｌ−Ｓｃ（Ｓｃが２原子％）等も可能である。アルミニウム合金におけるアルミニウム含量が、７０原子％以上であるならば充分に低抵抗の配線が得られ、これらネオジム（Ｎｄ）等の添加原子の含有モル％は、０．３〜５％であるならばヒロックを充分に防止することができる。
【００４５】
この積層膜上に、フォトリソグラフィを用いて走査線パターンと補助容量配線の一部を形成し、リン酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて３５度以下のテーパー形状にエッチングし、走査線と補助容量配線パターンを完成させる（第１のパターニング）。
【００４６】
（２）第２工程
第１工程の後、ガラス基板(101)を３００℃以上に加熱した後、常圧プラズマＣＶＤ法により１７５ｎｍ厚の酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ膜）から成る第１ゲート絶縁膜(115)を堆積した後、さらに減圧プラズマＣＶＤ法により１７５ｎｍ厚の窒化シリコン膜から成る第２ゲート絶縁膜(117)、５０ｎｍ厚のａ−Ｓｉ：Ｈから成る半導体被膜(119)及び２００ｎｍ厚の窒化シリコン膜から成るチャネル保護膜(122)の層を連続的に大気にさらすことなく成膜する。
【００４７】
（３）第３工程
第２工程の後、走査線(111)をマスクとした裏面露光技術により走査線(111)に自己整合的にチャネル保護膜(122)の層をパターニングし、さらにＴＦＴ領域に対応するように第２のマスクパターンを用いて露光し、現像、パターニング（第２のパターニング）を経て、島状のチャネル保護膜(122)を作製する。このパターニングのためには、四フッ化炭素と酸素との混合ガスによるケミカルドライエッチングを用いる。
【００４８】
（４）第４工程
第３工程の後、良好なオーミックコンタクトが得られるように露出する半導体被膜(119)表面をフッ酸（ＨＦ）系溶液で処理し、プラズマＣＶＤ法により不純物としてリンを含む３０ｎｍ厚のｎ+ａ−Ｓｉ：Ｈから成る低抵抗半導体膜(124)の層を堆積する。
【００４９】
この後、上記のスパッタリング装置及び方法により、Ｍｏを主成分とする第１金属膜と、Ａｌ−Ｎｄ膜（２原子％Ｎｄ）の第２金属膜と、Ｍｏを主成分とする第３金属膜との三層構造からなる３００ｎｍ厚の三層構造膜(126)をさらに堆積する。Ａｌ−Ｎｄ膜（２原子％Ｎｄ）は、第１工程について説明したのと全く同様に、Ａｌ−Ｙ等でも良く、添加金属のモル％が０．３％〜５.０％であれば同様に用いることができる。
【００５０】
（５）第５工程
第４工程の後、第３のマスクパターンを用いて露光、現像した後、三層構造膜(125)はウエットエッチングにより、低抵抗半導体被膜(124)の層及び半導体被膜(119)はプラズマエッチングによりパターニングする（第３のパターニング）。プラズマエッチングは、窒化シリコン膜から成る第１ゲート絶縁膜(115)あるいは第２ゲート絶縁膜(117)とチャネル保護膜(122)とのエッチング選択比を制御することにより行う。
【００５１】
このようなパターニングにより、ソース電極(126b)及びドレイン電極(126a)と、これらの下方の低抵抗半導体膜(124)の島状部分が一体に作成される。
【００５２】
（６）第６工程
第５工程の後、この上に２００ｎｍ厚の窒化シリコン膜から成る層間絶縁膜(127)を堆積する。
【００５３】
（７）第７工程
第６工程の後、この上に１００ｎｍ厚のＩＴＯ膜をスパッターにより堆積し、第５のマスクパターンを用いて露光、現像、ドライエッチングによるパターニング（第５のパターニング）を経て、画素電極(131)を作製する。
【００５４】
以上のようにして得られた表示装置用アレイ基板おいては、配線幅を３０μｍ以下とし、画素ピッチを０．２５ｍｍ以下とした場合にもスプラッシュに起因すると考えられる配線不良が観察されなかった。
【００５５】
上記実施例においては、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを用いたが、クリプトン（Ｋｒ）やネオン（Ｎｅ）ガスを用いてもほぼ同様である。
【００５６】
上記した条件は、本発明の一例であって、本発明者等により各種条件における本発明による効果が確認されており、その条件の一部を次に例示しておく。
【００５７】
【表２】
0004038293.tif 000003
【００５８】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、微細配線パターンを形成する方法において、スパッタリングの際の堆積速度を減少させることなくスプラッシュの発生を防止できる。特に、高精細の平面表示装置の製造において、信号線及び走査線の配線不良を低減でき、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スパッタリング装置を示す模式的な断面斜視図である。
【図２】スパッタリング装置のアノード・カソード間電圧とスプラッシュの発生数との関係を示すグラフである。
【図３】スパッタリング装置の出力とアノード・カソード間電圧との関係を示すグラフである。グラフ中にスプラッシュ発生領域を斜線で示す。
【図４】表示装置用アレイ基板上の微細配線パターンを模式的に示す、部分拡大平面図である。
【図５】表示装置用アレイ基板のＴＦＴ形成領域の積層構造を模式的に示す縦断面図である。
【図６】スプラッシュについて説明するための模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
１０１      ガラス基板
１１０      信号線
１１１      走査線
１１２      薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１２６ａ    ドレイン電極
１２６ｂ    ソース電極
１３１      画素電極
２０１      第１電極（ターゲット）
２０２      スパッタマグネット
２０３      冷却水流路
２０５      第２電極（カソード）
Ｇ          ソース電極とドレイン電極との間隔
Ｐ          画素ピッチ
Ｗ          走査線及び信号線の配線幅
【図１】
0004038293.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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