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DE69305141T2 - Verfahren zur Bildung eines transparenten leitfähigen Filmes - Google Patents

Verfahren zur Bildung eines transparenten leitfähigen Filmes

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DE69305141T2
DE69305141T2 DE69305141T DE69305141T DE69305141T2 DE 69305141 T2 DE69305141 T2 DE 69305141T2 DE 69305141 T DE69305141 T DE 69305141T DE 69305141 T DE69305141 T DE 69305141T DE 69305141 T2 DE69305141 T2 DE 69305141T2
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film
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ito
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Yukinobu Nakata
Hidenori Negoto
Yukiya Nishioka
Takehisa Sakurai
Yoshinori Shimada
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Sharp Corp
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen transparenten, leitfähigen Film, wie er z. B. in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung oder einer Elektrolumineszenz(EL)-Anzeigevorrichtung verwendet wird.
    • 2. Beschreibung der einschlägigen Technik
  • Herkömmlicherweise werden für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen oder EL-Anzeigevorrichtungen transparente, leitfähige Filme aus Jndiumzinnoxid (ITO) verwendet, da derartige transparente, leitfähige Filme verschiedene Vorteile dahingehend aufweisen, daß ihr spezifischer Widerstand niedrig und ihr Transmissionsvermögen für sichtbares Licht hoch ist und sie einem Naßätzschritt mit wässriger Lösung usw. unterzogen werden können.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Aktivmatrixsubstrat unter Verwendung eines transparenten, leitfähigen Films aus ITO für eine Pixelelektrode. Bei diesem Aktivmatrixsubstrat sind mehrere Pixelelektroden 106 matrixförmig auf einem Glassubstrat angeordnet. Die Pixelelektroden 106 sind jeweils mit einem Dünnfilmtransistor (TFT) verbunden. Der TFT wird für eine Schaltfunktion zum Schalten eines elektrischen, zwischen jeweilige Pixelelektroden 106 und jeweilige Gegenelektroden (nicht dargestellt) angelegten elektrischen Felds verwendet.
  • Nun wird der Herstellprozeß für ein derartiges herkömmliches Aktivmatrixsubstrat beschrieben. Als erstes wird ein isolierender Trägerfilm 100 aus Ta&sub2;O&sub5; durch Sputtern so hergestellt, daß er das Substrat völlig bedeckt. Danach werden auf dem isolierenden Trägerfilm 100 durch Sputtern eine untere Gateverdrahtung 101 und eine obere Gateverdrahtung 102 hergestellt. Die untere Gateverdrahtung besteht aus Aluminium (Al), um ihren Widerstand zu verringern. Die obere Gateverdrahtung 102 besteht aus einem Material wie Tantal (Ta), das oxidiert werden kann. Danach wird die Oberfläche der oberen Gateverdrahtung 102 in einem Elektrolyt anodisch oxidiert, wodurch ein anodisch oxidierter Film aus TaOx hergestellt wird. Dann wird ein Gateisolierfum 107 aus SiNx durch ein CVD-Verfahren so hergestellt, daß er das Substrat völlig bedeckt. Der nächste Schritt besteht darin, daß eine Halbleiterschicht aus eigenleitendem, amorphem Silizium auf dem anodisch oxidierten Film hergestellt wird und dann darauf eine SiNx-Schicht, die als Ätzstopper 103 dient, hergestellt wird. Zusätzlich wird amorphes Silizium in Form einer n&spplus;-Halbleiterschicht 104, die mit P (Phosphor) dotiert ist, so hergestellt, daß sie einen Kantenabschnitt des Ätzstoppers 103 und die Halbleiterschicht überdeckt. Anschließend wird eine aus Titan (Ti) bestehende Source/Drain-Verdrahtung 105 durch Sputtern ausgebildet. Die Source/Drain-Verdrahtung 105 wird als einzelne Schicht hergestellt. Danach wird durch Sputtern ein transparenter, leitfähiger Film aus ITO hergestellt, und dann wird dieser Film zur Pixelelektrode 106 gemustert. Ferner wird ein Schutzfilm 108 auf dem transparenten, leitfähigen Film hergestellt.
  • Der obengenannte transparente, leitfähige Film wird im wesentlichen wie folgt hergestellt: als erstes wird in einer Sputterkammer ein Target aus Indiumoxid und Zinnoxid so angeordnet, daß es dem Substrat zugewandt ist, auf dem der transparente, leitfähige Film herzustellen ist. Dann wird das Substrat bis auf eine Temperatur von ungefähr 280ºC erwärmt. Danach wird die Luft in der Sputterkammer entladen, um eine Hochvakuumatmosphäre zu erzeugen, und dann wird der Sputterkammer mit vorgegebenem Gasdruck ein Sputtergas zugeführt, das dadurch hergestellt wurde, daß einige Vol.-% (Volumen-Prozent) gasförmigen Sauerstoffs zu Argongas zugesetzt wurden. Danach erfolgt eine elektrische Entladung zwischen einem zum Halten des Substrats vorhandenen Substrathalter und dem Target, und so wird der Sputterprozeß ausgeführt. Schließlich ist ein ITO-Film auf dem Substrat ausgebildet.
  • Die Trägerdichte des so hergestellten ITO-Films wird kleiner, wenn der Sauerstoffpartialdruck für den ITO-Film erhöht wird oder der Sauerstoffmangel im ITO-Film verringert wird. Der Grund ist der, daß ein Sauerstoffmangel im ITO-Film als Donator wirkt. Andererseits erhöht sich die Ladungsträgerbeweglichkeit, wenn der Sauerstoffmangel im ITO-Film abnimmt. Der spezifische Widerstand des ITO-Films verringert sich, wenn die Ladungsträgerdichte in ihm zunimmt oder die Ladungsträgerbeweglichkeit in ihm zunimmt. Daher zeigt der spezifische Widerstand des ITO-Films dann den Minimalwert, wenn die Rate der Sauerstoffanteile einen vorgegebenen Wert zeigt. Die Lichtdurchlässigkeit des ITO-Films nimmt zu, wenn der Sauerstoffmangel des ITO-Films abnimmt. Andererseits ist die Lichtdurchlässigkeit des ITO-Films durch das Ausmaß des Sauerstoffmangels im ITO-Film begrenzt, wenn der spezifische Widerstand desselben seinen Minimalwert zeigt. Daher wird beim obenangegebenen Verfahren der Anteil des im Sputtergas enthaltenen gasförmigen Sauerstoffs so eingestellt, daß ein ITO-Film mit einem gewünschten Sauerstoffanteil erhalten wird.
  • Jedoch besteht beim vorstehend angegebenen Verfahren das Problem, daß es schwierig ist, den Naßätzschritt zum Herstellen eines Verdrahtungsmusters in einem späteren Stadium zu kontrollieren, da der ITO-Film aufgrund des dem Sputtergas während des Herstellprozesses für den ITO-Film zugesetzten gasförmigen Sauerstoffs mit geringerem Sauerstoffmangel ausgebildet ist.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung, wie sie durch Anspruch 1 definiert ist, schafft ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten, leitfähigen Films, mit den folgenden Schrttten: Herstellen eines ITO-Films auf einem Substrat durch Sputtern mittels eines Targets, das Sauerstoffatome, Indiumatome und Zinnatome enthält; dadurch gekennzeichnet, daß der Sputtervorgang in einer Inertgasatmosphäre ausgeführt wird, wodurch der hergestellte ITO-Film einen Sauerstoffmangel aufweist; und ferner die folgenden Schritte ausgeführt werden: Mustern des ITO-Films durch wahlweises Entfernen eines vorgegebenen Abschnitts des ITO-Films unter Verwendung eines Ätzverfahrens; und Dotieren des gemusterten ITO-Films mit Sauerstoff unter Verwendung eines Ionenschauer-Dotierverfahrens, um dadurch den transparenten, leitfähigen Film aus dem ITO-Film auszubilden.
  • Der Oberbegriff von Anspruch 1 spiegelt den Stand der Technik gemäß dem Dokument EP-A-0 447 850 wider, das ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten, leitfähigen Films durch einen Sputterprozeß unter Verwendung eines ITO-Targets und einer Kombination aus Argongas und Sauerstoffgas als Sputtergas offenbart.
  • Gemäß eineni Ausführungsbeispiel enthält das Target, das aus Indiumoxid besteht, 10 Gew.-% Zinnoxid.
  • Getnäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt der Schritt zum Herstellen des ITO-Films einen Schritt zum Schaffen der Inertgasatmosphäre zum Zuführen alleine von Argongas zu einem Vakuumbehälter mit einem Innendruck von 3,0 x 10&supmin;&sup4; Pa oder weniger.
  • Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt der Schritt zum Herstellen des ITO-Films einen Schritt zum Zuführen des Argongases mit einem Druck von 0,24 Pa zum Vakuumbehälter.
  • Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt im Schritt zum Dotieren des gemusterten ITO-Films mit Sauerstoff die Dosismenge des Sauerstoffs 10¹&sup6; bis 10¹&sup7; Ionen/cm².
  • Ein noch anderes Ausführungsbeispiel umfaßt ferner einen Schritt zum Erwärmen des transparenten, leitfähigen Films.
  • Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel wird im Schritt zum Mustern des ITO-Films der vorgegebene Abschnitt des ITO-Films unter Verwendung eines Naßätzverfahrens entfernt.
  • Bei noch einem anderen Ausführungsbeispiel umfaßt der Schritt zum Mustern des ITO-Films einen Schritt zum Herstellen eines mit einer Öffnung, die den vorgegebenen Abschnitt des ITO-Films festlegt, versehenen Resistfilms auf dem ITO- Film, einen Schritt zum selektiven Entfernen des vorgegebenen Abschnitts des durch die Öffnung im Resistfilm freihegenden ITO-Films und einen Schritt zum Entfernen des Resistfilms.
  • Demgemäß ermöglicht die Erfindung den Vorteil, ein Verfahren zum Herstellen eines transparenten, leitfähigen Films mit hohem Transmissionsvermögen und niedrigem spezifischen Widerstand zu schaffen, der leicht zu einem Verdrahtungsmuster gemustert werden kann.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Sputtervorrichtung gemäß einem Beispiel der Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Aktivmatrixsubstrat.
  • Fig. 3A bis 3E veranschaulichen beispielhaft eine Folge von Schritten zum Herstellen eines erfindungsgemäßen transparenten, leitfähigen Films.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen transparenten, leitfähigen Films durch Veranschaulichung eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Beim vorliegenden Beispiel ist das Verfahren zum Herstellen des transparenten, leitfähigen Films auf ein in Fig. 2 dargestelltes Aktivmatrixsubstrat angewandt.
  • Als erstes wird ein isolierender Trägerfilm 100 aus Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;) durch Sputtern so hergestellt, daß er ein Trägersubstrat 110 vollständig bedeckt. Danach werden auf dem isolierenden Trägersubstrat 100 eine untere Gateverdrahtung 101 und eine obere Gateverdrahtung 102 durch Sputtern hergestellt. Die untere Gateverdrahtung 101 kann aus Aluminium (Al) bestehen, um den Verdrahtungswiderstand zu verringern. Die obere Gateverdrahtung 102 kann aus einem Material wie Tantal (Ta) bestehen, das anodisch oxidiert werden kann.
  • Danach wird die Oberfläche der oberen Gateverdrahtung 102 in einem Elektrolyt anodisch oxidiert, wodurch ein anodisch oxidierter Film aus TaOx hergestellt wird. Dann wird durch ein CVD-Verfahren ein aus SiNx bestehender Gateisolierfilm 107 so hergestellt, daß er das Substrat vollständig bedeckt. Der nächste Schritt besteht darin, daß eine Halbleiterschicht aus eigenleitendem, amorphem Silizium auf dem auf der Oberfläche der oberen Gateverdrahtung 102 hergestellten anodisch oxidierten Film ausgebildet wird, auf dem dann eine als Ätzstopper 103 wirkende SiNx-Schicht hergestellt wird. Zusätzlich wird eine mit P (Phosphor) dotierte n&spplus;-Halbleiterschicht 104 aus amorphem Silizium so hergestellt, daß sie einen Kantenabschnitt des Ätzstoppers 103 und die Halbleiterschicht bedeckt. Anschließend wird eine aus Titan (Ti) bestehende Source/Drain-Verdrahtung 105 durch Sputtern hergestellt. Die Source/Drain-Verdrahtung 105 wird als einzelne Schicht ausgebildet.
  • Danach wird ein ITO-Film durch Sputtern auf dem so ausgebildeten Substrat 4 hergestellt.
  • Nachfolgend wird ein Sputterprozeß in einer in Fig. 1 dargestellten Sputtervorrichtung wie folgt ausgeführt. Als erstes wird in einem Vakuumbehälter (Sputterkammer) 1 ein Target 3, das dadurch hergestellt wurde, daß ungefähr 10 Gew.-% (Gewichts-%) Zinnoxid (SnO&sub2;) zu Indiumoxid (In&sub2;O&sub3;) zugegeben wurden, mittels Magnetkraft durch eine Targetelektrode 2 gehalten. Das Substrat 4 wird so an einem Sputterhalter 5 über dem Target 3 angeordnet, daß die auflaminierten Materialien einschließlich der Source/Drain-Verdrahtung 105 usw. dem Target 3 zugewandt sind. Dann wird das Substrat 4 durch einen Heizer 7 bis auf eine Temperatur von 250 bis 300ºC, vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 280ºC, aufgeheizt. In diesem Zustand wird die Luft im Vakuumbehälter 1 entladen, um eine Hochvakuumatmosphäre (3,0 x 10&supmin;&sup4; Pa oder kleiner) zu erzeugen, und dann wird von einer Sputtergasleitung 11 ein Inertgas, hier Argon(Ar)-Gas, mit einem Druck von 0,24 Pa dem Vakuumbehälter 1 zugeführt. In diesem Zustand wird der Targetelektrode 2 elektrische Leistung von 0,5 kW von einer Hochfrequenz-Spannungsquelle 6 zugeführt, so daß zwischen dem Target 3 und dem Substrat 4 eine elektrische Entladung erfolgt, wodurch der Sputterprozeß ausgeführt wird. Schließlich ist auf dem Substrat 4 der ITO-Film ausgebildet, wie es in Fig. 3A dargestellt ist.
  • Danach wird der transparente, leitfähige Film unter Verwendung einer Photolithographietechnik wie folgt ausgebildet: Als erstes wird, wie es in Fig. 3B dargestellt ist, ein mit einer Öffnung, die einen vorgegebenen Abschnitt des ITO- Films festlegt, versehener Resistfilm auf dem ITO-Film hergestellt. Danach wird, wie es in Fig. 3C dargestellt ist, der vorgegebene Abschnitt des ITO-Films, der durch die Öffnung des Resistfilms hindurch freiliegt, unter Verwendung eines Naßätzverfahrens entfernt, wodurch der ITO-Film gemustert wird. Anschließend wird, wie es in Fig. 3D dargestellt ist, der Resistfilm entfernt, und dann wird der gemusterte ITO-Film durch ein Ionenschauer-Dotierverfahren mit O&sub2; do tiert, wodurch eine Pixelelektrode 106 hergestellt wird. Ferner wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren ein Schutzfilm 108 auf der Pixelelektrode 106 hergestellt, wie es in Fig. 3E dargestellt ist. Wenn der Schutzfilm 108 hergestellt wird, wird das Substrat 4 erwärmt, und so wird der ITO-Film weiter gebrannt.
  • So wird das Aktivmatrixsubstrat gemäß der Erfindung hergestellt. Hierbei enthält das für den obigen Sputterprozeß zu verwendende Target 3 Indiumoxid, das Zinnoxid mit einem Anteil von ungefähr 10 Gew.-% enthält, und das beim Sputterprozeß zu verwendende Sputtergas besteht im wesentlichen alleine aus Argongas. Daher sind die metallischen Anteile im sich ergebenden ITO-Film erhöht, und die Oxidanteile desselben sind mengenmäßig verringert. Bei einem solchen metallreichen ITO-Film ist es einfach, den Ätzschritt während des Verdrahtungsmusterungsprozesses nach dem Herstellprozeß für den ITO-Film zu steuern. Beim vorliegenden Beispiel wird ein Naßätzverfahren verwendet, jedoch kann auch ein Trockenätzverfahren beim Ausführen der Erfindung verwendet werden.
  • Darüber hinaus ist es möglich, den Anteil des im ITO-Film einzuschließenden Sauerstoffs dadurch einzustellen, daß die Dosismenge des Sauerstoffs während des obengenannten Ionenschauer-Dotierprozesses eingestellt wird. Demgemäß enthält der als Pixelelektrode hergestellte transparente, leitfähige Film eine zweckdienliche Menge an Sauerstoff, und er verfügt über hervorragende Lichtdurchlässigkeit und niedrigen spezifischen Widerstand. Außerdem kann der ITO-Film partiell mit verschiedenen Sauerstoffniengen dotiert werden, so daß dafür gesorgt werden kann, daß ein Abschnitt des ITO-Films, der nicht der Pixelelektrode entspricht, weniger Sauerstoff enthält als ein der Pixelelektrode entsprechender Abschnitt. Demgemäß kann dafür gesorgt werden, daß derjenige Abschnitt des ITO-Films, der der Pixelelektrode entspricht, weiter verringerten Widerstand aufweist.
  • Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird, wenn der Ionenschauer- Dotierprozeß so ausgeführt wird, daß die Dosismenge von Sauerstoff 10¹&sup6; bis 10¹&sup7; Ionen/cm² beträgt, ein transparenter, leitfähiger Film mit hoher Transparenz von 85 % oder mehr und niedrigem spezifischem Widerstand von ungefähr 1,5 bis ungefähr 2,0 x 10&supmin;&sup4; Ω cm erhalten wird. D. h., daß es gemäß der Erfindung möglich ist, einen transparenten, leitfähigen Film mit hervorragendem Transmissionsvermögen und einem spezifischen Widerstand zu schaffen, der niedriger als der eines herkömmlichen transparenten, leitfähigen Films ist.
  • Der so erhaltene transparente, leitfähige Film kann in weitern Umfang verwendet werden, wie als Elektrode oder als Verdrahtungsmaterial, nicht nur bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, sondern auch bei einer EL-Anzeigevorrichtung und anderen Informationsverarbeitungsvorrichtungen. Außerdem kann die Erfindung nicht auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit Aktivmatrix unter Verwendung von TFTs sondern auch auf andere Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit Aktivmatrix unter Verwendung von MIMs (Metall-Isolierschicht-Metall), Dioden, FETs (Kristallvolumentransistoren), Varistoren usw. wie auch auf Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit Einfachmatrix angewandt werden.
  • Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, einen transparenten, leitfähigen Film mit hohem Transmissionsvermögen und niedrigem spezifischem Widerstand zu erhalten, der leicht zu einem Verdrahtungsmuster gemustert werden kann.
  • Dem Fachmann sind verschiedene andere Modifizierungen ersichtlich, und sie können von ihm leicht ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die dargelegte Beschreibung beschränkt sein.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen eines transparenten, leitfähigen Films, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen eines ITO-Films auf einem Substrat durch Sputtern mittels eines Targets, das Sauerstoffatome, Indiumatome und Zinnatome enthält;
dadurch gekennzeichnet, daß der Sputtervorgang in einer Inertgasatmosphäre ausgeführt wird, wodurch der hergestellte ITO-Film einen Sauerstoffniangel aufweist; und
- ferner die folgenden Schritte ausgeführt werden:
-- Mustern des ITO-Films durch wahlweises Entfernen eines vorgegebenen Abschnitts des ITO-Films unter Verwendung eines Ätzverfahrens; und
-- Dotieren des gemusterten ITO-Films mit Sauerstoff unter Verwendung eines Ionenschauer-Dotierverfahrens, um dadurch den transparenten, leitfähigen Film aus dem ITO-Film auszubilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Target aus einem ungefähr 10 Gew.-% Zinnoxid enthaltenden Indiumoxid besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Herstellen des ITO-Films einen Schritt zum Schaffen der Inertgasatmosphäre zum Zuführen alleine von Argongas zu einem Vakuumbehälter mit einem Innendruck von 3,0 x 10&supmin;&sup4; Pa oder weniger umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt zum Herstellen des ITO-Films einen Schritt zum Zuführen des Argongases mit einem Druck von 0,24 Pa zum Vakuumbehälter umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt zum Dotieren des gemusterten ITO-Films mit Sauerstoff die Dosismenge des Sauerstoffs 10¹&sup6; bis 10¹&sup7; Ionen/cm² beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Schritt zum Erwärmen des transparenten, leitfähigen Films.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt zum Mustern des ITO-Films der vorgegebene Abschnitt des ITO-Films unter Verwendung eines Naßätzverfahrens entfernt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Mustern des ITO-Films einen Schritt zum Herstellen eines mit einer Öffnung, die den vorgegebenen Abschnitt des ITO-Films festlegt, versehenen Resistfilms auf dem ITO-Film, einen Schritt zum selektiven Entfernen des vorgegebenen Abschnitts des durch die Öffnung im Resistfilm freiliegenden ITO-Films und einen Schritt zum Entfernen des Resistfilms umfaßt.
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