JP5823805B2 - タングステン遮光膜の製造方法、タングステン遮光膜 - Google Patents

Description

本発明は、タングステン遮光膜の製造方法、タングステン遮光膜に関する。

液晶表示装置の表示部には、画素開口部のコントラストおよび表示品質を向上させるために、ガラス基板上に規則的な格子状などに形成された高い遮光性を有するブラックマトリクスと呼ばれる遮光膜が設けられている。
このような遮光膜の材料としては、融点が高く、かつ、抵抗が低いことから、例えば、タングステンが用いられている。タングステンからなる遮光膜の形成方法としては、例えば、石英基板上にタングステンシリサイドからなる遮光膜を形成する工程と、少なくとも遮光膜を覆うように無機絶縁膜を形成する工程と、遮光膜および無機絶縁膜が形成された基板を１０００℃より高く１２００℃以下の温度範囲で熱処理する工程と、を有する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３３８９０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、タングステンシリサイドからなる遮光膜と石英基板は、熱膨張係数が大きく異なるため、熱処理時の遮光膜の膨張量が、石英基板の膨張量よりも大きいので、熱処理後に遮光膜が収縮した際、遮光膜に亀裂が生じるという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、亀裂がなく、かつ、抵抗が低いタングステン遮光膜を得ることが可能なタングステン遮光膜の製造方法およびタングステン遮光膜を提供する。

本発明のタングステン遮光膜の製造方法は、窒素ガスの分圧比を５〜２０％とした不活性ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて、基板の一面に５ａｔ％以下の窒素を含む窒化タングステン膜をＰＶＤ法で成膜する成膜工程と、該窒化タングステン膜が形成された基板を５００℃以上の温度で１０〜６０分熱処理し、該窒化タングステン膜の窒素を脱離する熱処理工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

前記熱処理工程は、前記窒化タングステン膜のシート抵抗を低下させることを特徴とする。

前記成膜工程及び前記熱処理工程により、前記窒化タングステン膜のみからなる遮光膜を形成することを特徴とする。

本発明のタングステン遮光膜の製造方法によれば、基板の一面に窒化タングステン膜を成膜し、その窒化タングステン膜が形成された基板を熱処理することによって、基板の一面にタングステン膜を形成するので、窒化タングステン膜から窒素が脱離することによって、熱処理による窒化タングステン膜の熱膨張量が抑えられ、結果として、亀裂が生じることなく、緻密な構造のタングステン膜を形成することができる。したがって、得られるタングステン遮光膜は、遮光性に優れるとともに、シート抵抗が低くなる。

本発明のタングステン遮光膜の一実施形態を示す要部拡大断面図である。 本発明のタングステン遮光膜の製造方法の一実施形態を示した要部拡大断面図である。 本発明のタングステン遮光膜の製造方法の一実施形態を示した要部拡大断面図である。 実験例１〜４において、窒化タングステン膜のＸ線回折図形を示す図である。 実験例１〜４において、タングステン膜のＸ線回折図形を示す図である。 実験例１〜４において、窒化タングステン膜およびタングステン膜のシート抵抗を測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明に係るタングステン遮光膜の製造方法、タングステン遮光膜について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために、一例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（タングステン遮光膜）
図１は、本発明のタングステン遮光膜の一実施形態を示す要部拡大断面図である。
タングステン遮光膜１０は、基板１１の一面１１ａに形成され、窒素１２を含むタングステン膜１３から構成されてなるものである。

タングステン膜１３は、タングステン（Ｗ）を主成分としてなり、タングステンと結合して窒化タングステン（ＷＮ）を構成している窒素原子（Ｎ）１２を微量に含んでなる薄膜である。
タングステン膜１３は、後述する本発明のタングステン遮光膜の製造方法によって成膜されたものである。

タングステン膜１３における窒素１２の含有量は、５ａｔ％以下であることが好ましく、１ａｔ％以下であることがより好ましい。
タングステン膜１３における窒素１２の含有量が５ａｔ％を超えると、タングステン膜１３（タングステン遮光膜１０）のシート抵抗が増加する。

タングステン膜１３の厚さは、特に限定されるものではなく、タングステン遮光膜１０に必要とされる遮光性などに応じて適宜調整されるが、例えば、５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。

基板１１としては、ガラス基板、石英基板などが用いられるが、タングステン遮光膜１０が、液晶表示装置のＴＦＴアレイ基板に設けられる場合、基板１１としては、石英基板が用いられる。

このようなタングステン遮光膜１０は、亀裂がなく、緻密な構造をなしているので、シート抵抗が低く、かつ、遮光性に優れている。

（タングステン遮光膜の製造方法）
図２、図３は、本発明のタングステン遮光膜の製造方法の一実施形態を示した要部拡大断面図である。
例えば、上記のタングステン遮光膜１０を製造する際には、まず、基板１１を用意する（図２参照）。

次に、基板１１の一面１１ａに、所定の厚さの窒化タングステン膜２１を成膜する（図２参照：成膜工程）。
窒化タングステン膜２１は、例えば、タングステン（Ｗ）を含む材料と、窒素（Ｎ_２）ガスとを用いて形成する。
窒化タングステン膜２１を形成するには、例えば、ＰＶＤ法を用いることが好ましい。ＰＶＤ法を用いた窒化タングステン膜２１の成膜工程では、スパッタリングターゲットとしてタングステンを用い、不活性ガスと窒素ガスの混合ガスを導入してプラズマ放電させることで、基板１１の一面１１ａに、窒化タングステン膜２１を堆積する。
得られた窒化タングステン膜２１は、タングステンが窒素原子（Ｎ）２２と結合して、窒化タングステンを構成してなるものである。

ＰＶＤ法を用いた窒化タングステン膜２１の成膜工程において、窒素ガスの分圧比は、５％以上、２５％以下であることが好ましく、１０％以上、２０％以下であることがより好ましい。
窒素ガスの流量が５％未満では、得られる窒化タングステン膜２１に含まれる窒素の量が少な過ぎて、後述する熱処理工程において、窒化タングステン膜２１を熱処理して、タングステン膜を形成する際、熱処理による窒化タングステン膜２１の熱膨張量を抑えることができず、結果として、タングステン膜に亀裂が生じる。一方、窒素ガスの流量が２５％を超えると、後述する熱処理工程において、窒化タングステン膜２１を熱処理しても、窒素２２を十分に脱離させることができず、得られたタングステン膜のシート抵抗を低くすることができない。

また、窒化タングステン膜２１の厚さは、特に限定されるものではなく、最終的に得られるタングステン膜に必要とされる遮光性などに応じて適宜調整されるが、例えば、５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下とされる。

次に、窒化タングステン膜２１が形成された基板１１を、熱処理炉内に搬入して熱処理する（図３参照：熱処理工程）。
この熱処理工程は、窒化タングステン膜２１を構成する窒化タングステンを結晶化して、タングステンとし、基板１１の一面１１ａにタングステン膜を形成する工程である。すなわち、熱処理工程は、窒化タングステン膜２１から窒素２２を脱離させて、タングステン膜を形成する工程である。

熱処理工程において、熱処理が５００℃以上で行われることが好ましく、８００℃以上、１２００℃以下で行われることがより好ましい。
熱処理温度が５００℃未満では、窒化タングステン膜２１に含まれる窒素２２を十分に脱離させることができず、緻密な構造のタングステン膜を形成することができない。一方、熱処理温度が高過ぎると、基板１１が劣化するおそれがある。

また、熱処理の時間は、１０分以上、６０分以下とすることが好ましく、２０分以上、４０分以下とすることがより好ましい。
熱処理の時間が１０分未満では、熱処理温度を上記の温度に設定したとしても、窒化タングステン膜２１に含まれる窒素２２を十分に脱離させることができず、緻密な構造のタングステン膜を形成することができない。一方、熱処理の時間が６０分を超えると、基板１１が劣化するおそれがある。

この熱処理工程により、窒化タングステン膜２１から窒素２２が脱離することにより、窒化タングステン膜２１が収縮して、図１に示すような、微量の窒素１２を含むタングステン膜１３から構成されるタングステン遮光膜１０が得られる。

本発明のタングステン遮光膜の製造方法によれば、窒化タングステン膜２１が形成された基板１１を熱処理することによって、基板１１の一面１１ａにタングステン膜１３を形成するので、窒化タングステン膜２１から窒素２２が脱離することによって、熱処理による窒化タングステン膜２１の熱膨張量が抑えられ、結果として、亀裂が生じることなく、緻密な構造のタングステン膜１３を形成することができる。したがって、タングステン膜１３から構成されるタングステン遮光膜１０は、遮光性に優れるとともに、シート抵抗が低くなる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実験例１」
基板として厚み１ｍｍの石英基板を用意した。
次に、この基板の一面に、ＰＶＤ法により、厚みの１００ｎｍの窒化タングステン膜を形成した。このとき、窒素ガスの分圧比を５％とした。
得られた窒化タングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図４に示す。また、この窒化タングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。
次に、窒化タングステン膜が形成された基板を、５００℃で、３０分間、熱処理して、基板の一面にタングステン膜を形成した。
得られたタングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図５に示す。また、このタングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。

「実験例２」
窒素ガスの分圧比を１０％とした以外は実験例１と同様にして、窒化タングステン膜を形成した。
得られた窒化タングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図４に示す。また、この窒化タングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。
次に、実験例１と同様にして、タングステン膜を形成した。
得られたタングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図５に示す。また、このタングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。

「実験例３」
窒素ガスの分圧比を２０％とした以外は実験例１と同様にして、窒化タングステン膜を形成した。
得られた窒化タングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図４に示す。また、この窒化タングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。
次に、実験例１と同様にして、タングステン膜を形成した。
得られたタングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果は窒素ガスの分圧比１０％と同じＸ線回折スペクトルであるため図示しない。また、このタングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。

「実験例４」
窒素ガスの分圧比を４０％とした以外は実験例１と同様にして、窒化タングステン膜を形成した。
得られた窒化タングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図４に示す。また、この窒化タングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。
次に、実験例１と同様にして、タングステン膜を形成した。
得られたタングステン膜について、Ｘ線回折法により、結晶構造を分析した。結果を、図５に示す。また、このタングステン膜のシート抵抗（Ω／□）を測定した。結果を、図６に示す。

図４および図５の結果から、窒素ガスの分圧比を５％、１０％および２０％として、窒化タングステン膜を形成した場合、窒化タングステン膜を熱処理後のタングステン分布のピークが高くなっていることが確認された。これは、熱処理によって、窒化タングステンから窒素が脱離し、タングステンが形成されたことを示している。
また、図６の結果から、窒素ガスの分圧比を５％、１０％および２０％として、窒化タングステン膜を形成した場合、窒化タングステン膜を熱処理して得られたタングステン膜のシート抵抗が低下していることが確認された。これは、熱処理によって、窒化タングステンから窒素が脱離し、タングステンが形成されたことを示している。

１０ タングステン遮光膜
１１ 基板
１２ 窒素
１３ タングステン膜
２１ 窒化タングステン膜
２２ 窒素

Claims (3)

1. 窒素ガスの分圧比を５〜２０％とした不活性ガスと窒素ガスの混合ガスを用いて、基板の一面に５ａｔ％以下の窒素を含む窒化タングステン膜をＰＶＤ法で成膜する成膜工程と、
   該窒化タングステン膜が形成された基板を５００℃以上の温度で１０〜６０分熱処理し、該窒化タングステン膜の窒素を脱離する熱処理工程と、を少なくとも備えたことを特徴とするタングステン遮光膜の製造方法。
2. 前記熱処理工程は、前記窒化タングステン膜のシート抵抗を低下させることを特徴とする請求項１に記載のタングステン遮光膜の製造方法。
3. 前記成膜工程及び前記熱処理工程により、前記窒化タングステン膜のみからなる遮光膜を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のタングステン遮光膜の製造方法。