JP2005268740A - 積層基板及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線と絶縁膜間の応力均衡をなして，導電膜と絶縁膜との間の付着特性が良好な積層装置及び半導体装置を提供する。
【解決手段】 有機電界発光表示装置は，絶縁基板と，絶縁基板上に位置し，引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜からなる導電膜パターンと，導電膜パターン上に位置するシリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜とを含む。導電膜パターンの引張応力は，３００ＭＰａ以下であり，その膜厚さは，３０００〜７０００Åであることが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は，積層基板及び半導体装置に関する。

能動マトリックス型フラットパネルディスプレイ装置は，ゲートラインとデータラインにより定義され，マトリックス状に位置する複数の単位画素を含む。各単位画素は少なくとも一つの薄膜トランジスタと，この薄膜トランジスタにより制御される画素電極と，画素電極と対向する対向電極とを含む。このように，能動マトリックス型フラットパネルディスプレイ装置は，ゲートライン，データライン，画素電極，及びこれらの間に介在する絶縁膜などの薄膜を有する。このようなフラットパネルディスプレイ装置の製造において，薄膜間の応力の組み合わせを最適化することにより，製造工程が安定化し，結果的に高品質の製品が得られる。

ところが，ゲートラインやデータラインなどの導電膜（配線）と，これらに接している絶縁膜との間に応力不均衡が生じた場合，導電膜と絶縁膜間の付着不良や基板変形などが発生するおそれがある。

本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的は，導電膜と絶縁膜との間の応力を均衡させ，導電膜と絶縁膜との間の付着特性が良好な新規かつ改良された積層装置及び半導体装置を提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明の第１の観点によれば，積層基板が提供される。この積層基板は絶縁基板を含む。絶縁基板上には，引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜からなる導電膜パターンが位置する。導電膜パターン上には，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜が位置する。導電膜パターンは，すくなくともソース電極，ドレイン電極，及び配線を構成する。

また，上記課題を解決するために，本発明の第２の観点によれば，半導体装置が提供される。この半導体装置は絶縁基板を含む。絶縁基板上には所定領域に半導体層が位置する。引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜からなり，半導体層の両端部にそれぞれ接するソース電極及びドレイン電極を構成する導電膜パターンが位置する。シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜からなるパッシベーション絶縁膜が導電膜パターンを覆う。パッシベーション絶縁膜上には，ソース電極及びドレイン電極のいずれかに接する画素電極が位置する。導電膜パターンは，ソース電極及びドレイン電極を形成するとともに配線を形成し得る。半導体層は多結晶シリコンからなることが好ましい。一方，画素電極はＩＴＯ又はＩＺＯからなり得る。

導電膜パターンの引張応力は３００ＭＰａ以下であることが好ましい。また，導電膜パターンの厚さは３０００〜７０００Åであることが好ましい。

導電膜パターンを構成するモリブデン合金はモリブデン−タングステン合金であることが好ましい。モリブデン−タングステン合金は５〜２５重量％のタングステンを含有することが好ましい。

また，好ましくは，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜は２０原子％以下の水素を含有する。より好ましくは，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜は１０〜２０原子％の水素を含有する。

さらに，絶縁基板は熱処理されたガラス基板であることが好ましい。

本発明によれば，導電膜パターンと絶縁膜との間の応力が均衡をなして，導電膜パターンと絶縁膜間の付着特性が良好な積層基板及び半導体装置を得ることができる。さらに，導電膜パターンは３００ＭＰａ以下の応力を有するため，基板変形による基板破損などの不具合発生を抑制することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，本明細書及び図面において，特定の層が他の層又は基板の“上”にあると説明されている場合，これは，特定の層が他の層又は基板の上に直接形成されている状態のみならず，第三の層を介して形成されている状態を含む。

図１は本発明の実施の形態にかかる有機電界発光素子（積層基板，半導体装置）の単位画素を示すレイアウト図であり，図２は図１の有機電界発光素子のＩ−Ｉ’断面図である。この有機電界発光素子の構造について，その製造工程を追いながら説明する。

図１及び図２に示すように，まず基板１０を用意する。基板１０としては，ガラス又はプラスチックから形成されたものが採用され得る。ガラス基板又はプラスチック基板は，基板上に形成される薄膜の応力によって変形し易い特性を有する。したがって，基板１０としては，変形が比較的小さい熱処理されたガラス基板を使用することが好ましい。

基板１０上にバッファ層１５を形成する。このバッファ層１５は，基板１０から流出するおそれのあるアルカリイオンのような不純物から，後続工程で形成される薄膜トランジスタを保護するための層であって，シリコン酸化膜，シリコン窒化膜，又はこれらの多重層から構成される。

バッファ層１５上にはシリコン膜を積層し，これを結晶化して多結晶シリコン膜を形成することが好ましい。非晶質シリコン膜を結晶化するために，例えばＥＬＡ（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ），ＳＬＳ（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ），ＭＩＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ），又はＭＩＬＣ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｌａｔｅｒａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）の各手法が用いられる。

次に，多結晶シリコン膜をパターニングして，基板１０上に駆動ＴＦＴ半導体層２１及びスイッチングＴＦＴ半導体層２３を形成する。

続いて，半導体層２１，２３を含む基板全面にゲート絶縁膜２５を形成する。そして，ゲート絶縁膜２５上に第１導電膜を積層し，これをパターニングすることにより，第１導電膜パターンを形成する。

この第１導電膜パターンは，ゲートライン３７と，ゲートライン３７から突出し，スイッチングＴＦＴ半導体層２３を横切るスイッチングＴＦＴゲート電極３３と，ストレージキャパシタ下部電極３５と，駆動ＴＦＴ半導体層２１を横切る駆動ＴＦＴゲート電極３１とを含む。第１導電膜パターンは，アルミニウム，アルミニウム合金，モリブデン，又はモリブデン合金を使用して形成することが好ましい。より好ましくは，第１導電膜パターンは，化学的及び物理的に安定したモリブデン又はモリブデン合金から構成される。

次いで，第１導電膜パターンが形成された基板１０の全面に層間絶縁膜４５を形成する。層間絶縁膜４５はシリコン酸化膜で形成されることが好ましい。層間絶縁膜４５内には，半導体層２１，２３の両端部及びストレージキャパシタ下部電極３５の所定領域を露出させるコンタクトホールを形成し，ついでコンタクトホールを含む基板全面に第２導電膜を積層し，これをパターニングして第２導電膜パターンを形成する。第２導電膜パターンは，引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜によって形成される。モリブデン又はモリブデン合金は，アルミニウム又はアルミニウム合金に比べ，耐食性に優れ，融点が高い特性を有するなど，物理的，化学的に安定した特性を有する。

第２導電膜パターンは，ゲートライン３７を横切るデータライン５７と，データライン５７に平行な電源供給ライン５９と，データライン５７から突出し，スイッチングＴＦＴ半導体層２３に接するスイッチングＴＦＴソース電極５３ａと，スイッチングＴＦＴ半導体層２３及びストレージキャパシタ下部電極３５に接するスイッチングＴＦＴドレイン電極５３ｂと，電源供給ライン５９から突出したストレージキャパシタ上部電極５５と，電源供給ライン５９から突出した駆動ＴＦＴソース電極５１ａと，駆動ＴＦＴ半導体層２１の一側端部に接する駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂとを含む。

スイッチングＴＦＴソース電極５３ａ，スイッチングＴＦＴドレイン電極５３ｂ，スイッチングＴＦＴゲート電極５３，及びスイッチングＴＦＴ半導体層２３はスイッチング薄膜トランジスタＭ１を形成する。

駆動ＴＦＴソース電極５１ａ，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂ，スイッチングＴＦＴゲート電極３１，及びスイッチングＴＦＴ半導体層２１は駆動薄膜トランジスタＭ２を形成する。

ストレージキャパシタ下部電極３５及びストレージキャパシタ上部電極５５はストレージキャパシタを形成する。

また，ゲートライン３７，データライン５７，及び電源供給ライン５９は，薄膜トランジスタとキャパシタに所定の信号を印加する配線である。

次に，第２導電膜パターン上にパッシベーション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）絶縁膜６０を形成し，パッシベーション絶縁膜６０の形成された基板を熱処理する。パッシベーション絶縁膜６０は，水素を豊富に含有するシリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜で形成されている。パッシベーション絶縁膜６０内に含有された水素は，多結晶シリコンで形成された半導体層２１，２３に拡散し，多結晶シリコンの結晶粒子境界にあるダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）のような欠陥をパッシベーションすることができる。また，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜で形成されたパッシベーション絶縁膜６０は，薄膜トランジスタに水分及び不純物が浸透することを防ぐことができる。

しかし，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜で形成されたパッシベーション絶縁膜６０は，２００ＭＰａ〜４００ＭＰａの比較的大きい圧縮応力を有する。したがって，パッシベーション絶縁膜６０と接する第２導電膜パターンを，引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜を使用して形成することが好ましい。これにより，第２導電膜パターンとパッシベーション絶縁膜６０との間の応力均衡が図られ，第２導電膜パターンとパッシベーション絶縁膜６０との間の付着特性を向上させることができる。

第２導電膜パターンの引張応力は３００ＭＰａ以下であることが好ましい。第２導電膜パターンの引張応力が３００ＭＰａを超える場合，基板１０は，第２導電膜パターンの引張応力によりストレスを受け，基板中央部が上方に曲がる基板変形が発生し得る。基板の変形は，後続工程において様々な障害を発生させる可能性がある。例えば，露光機などの半導体製造装置が備える真空吸着板上に変形した基板が固定させると，この基板が破損してしまうおそれがある。また，基板の変形は，アライン（ａｌｉｇｎ）装置におけるプロセス不良を引き起こし得る。

モリブデン又はモリブデン合金から成る第２導電膜パターンの引張応力を３００ＭＰａ以下に調整するためには，７０℃以上の温度で第２導電膜パターンを形成することが好ましい。さらに，第２導電膜パターンは，３０００〜７０００Åの厚さを有するように形成することが好ましい。３０００〜７０００Åの厚さを有する第２導電膜パターンは，適切な面抵抗（Ｒｓ）を有し得る。

第２導電膜パターンの構成材料となるモリブデン合金は，モリブデン−タングステン合金が好ましい。モリブデン−タングステン合金は，５〜２５重量％のタングステンを含有することが好ましい。タングステン含有量が５重量％未満であると，粒子発生のおそれがあり，タングステン含有量が２５重量％を超えると，合金形成が難しくなる。

一方，パッシベーション絶縁膜６０を構成するシリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜は，過度な圧縮応力を有しないように，２０原子％以下の水素を含有することが好ましい。また，前述したように，多結晶シリコンの結晶粒子境界にあるダングリングボンドのような欠陥をパッシベーションするためには，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜は１０原子％以上の水素を含有することが好ましい。結果として，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜は１０〜２０原子％の水素を含有することが好ましい。

パッシベーション絶縁膜６０上には，平坦化絶縁膜６５が形成される。この平坦化絶縁膜６５は，下部パターンに起因するトポロジーを緩和し得る膜であって，ＢＣＢ（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）を使用して形成することが好ましい。しかし，場合によっては，平坦化絶縁膜６５を省略することもできる。

次に，平坦化絶縁膜６５及びパッシベーション絶縁膜６０内に，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂを露出させるビアホール６５ａを形成し，ビアホール６５ａを含む基板全面に第３導電膜を積層し，これをパターニングすることにより，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂに接する画素電極７０を形成する。画素電極７０は，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又はＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を使用して形成することができる。前述したように，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂをモリブデン又はモリブデン合金で形成することにより，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂをアルミニウム又はアルミニウム合金で形成した場合に比べ，駆動ＴＦＴドレイン電極５１ｂとＩＴＯ又はＩＺＯからなる画素電極７０が接する界面で良好な界面特性を確保することができる。

続いて，画素電極７０を備える基板上に，画素電極７０の所定領域を露出させる開口部７５ａを有する画素定義膜７５を形成する。そして，開口部７５ａを含む基板上に，露出した画素電極７０と接する有機機能膜８０を形成し，有機機能膜８０上に対向電極０を形成する。有機機能膜８０は少なくとも有機発光層を有する。画素電極７０，有機機能膜８０，及び対向電極９０は有機発光ダイオードを構成する。

ここまで有機電界発光表示装置を例として本発明の実施の形態を説明したが，本発明を液晶表示装置にも適用し得る。

図３は，モリブデン−タングステン合金膜の応力と故障確率（ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）との関係を示すグラフである。故障確率とは，基板変形による基板破損の発生確率，又はアライン装置などにおけるプロセス不良を発生させる基板の比率である。

図３を参照すると，基板上に形成されたモリブデン−タングステン合金膜の応力が３００ＭＰａを超える場合，故障確率が急激に増加することがわかる。反面，この応力が３００ＭＰａ以下である場合，故障確率は１０％以下，ひいては０．００１％以下に減少し得る。すなわち，モリブデン−タングステン合金膜の応力が３００ＭＰａ以下の場合，基板変形は殆ど起こらないといえる。

図４はモリブデン−タングステン合金膜の厚さと応力との関係を，蒸着温度ごとに示すグラフである。参照符号Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ２０℃，７０℃，１５０℃で形成したモリブデン−タングステン合金膜を示す。

図４を参照すると，モリブデン−タングステン合金膜を２０℃で蒸着した場合（Ａ），膜厚さと応力との間に顕著な依存関係がないことがわかる。一方，モリブデン−タングステン合金膜を７０℃以上で蒸着した場合（Ｂ，Ｃ），膜厚さが増加するにしたがい，マイナスの値を有する応力（圧縮応力）からプラスの値を有する応力（引張応力）に変化する応力特性を示す。

モリブデン−タングステン合金膜を７０℃以上で蒸着した場合（Ｂ，Ｃ）において，引張応力を有する膜厚さは３０００Å以上である。しかし，モリブデン−タングステン合金膜の引張応力は，基板の曲がりのような変形を防ぐため，３００ＭＰａ以下であることが好ましく，これを満足するモリブデン−タングステン合金膜の厚さは７０００Å以下である。

図５はモリブデン−タングステン合金膜の厚さと面抵抗との関係を，蒸着温度ごと示すグラフである。参照符号Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ２０℃，７０℃，１５０℃で形成したモリブデン−タングステン合金膜を示す。

図５を参照すると，モリブデン−タングステン合金膜の面抵抗は，蒸着温度によっては大きな違いを示さず，膜厚さに依存することがわかる。モリブデン−タングステン合金膜が３０００〜７０００Åの厚さを有する場合，モリブデン−タングステン合金は０．２〜０．５Ω／□の適切な面抵抗を有する。したがって，３０００〜７０００Åの厚さを有するモリブデン−タングステン合金膜を使用してフラットパネルディスプレイ装置の配線を形成すれば，電圧降下による信号遅延を抑制することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は，有機電界発光表示装置などのフラットパネルディスプレイ装置に適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる有機電界発光素子の単位画素を示すレイアウト図である。 図１のＩ−Ｉ’断面図である。 モリブデン−タングステン合金膜の応力と故障確率との関係を示すグラフである。 モリブデン−タングステン合金膜の厚さと応力との関係を蒸着温度ごとに示すグラフである。 モリブデン−タングステン合金膜の厚さと面抵抗との関係を蒸着温度ごとに示すグラフである。

符号の説明

１０ 基板
２１ 半導体層
３７ ゲートライン
５７ データライン
５９ 電源供給ライン
６０ パッシベーション絶縁膜

Claims (20)

1. 絶縁基板と，
   前記絶縁基板上に位置し，引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜からなる導電膜パターンと，
   前記導電膜パターン上に位置するシリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜と，
   を含むことを特徴とする，積層基板。
2. 前記導電膜パターンは，少なくともソース電極，ドレイン電極，及び配線を構成することを特徴とする，請求項１に記載の積層基板。
3. 前記導電膜パターンの引張応力は，３００ＭＰａ以下であることを特徴とする，請求項１または２に記載の積層基板。
4. 前記導電膜パターンは，３０００〜７０００Åの厚さを有することを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の積層基板。
5. 前記モリブデン合金は，モリブデン−タングステン合金であることを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の積層基板。
6. 前記モリブデン−タングステン合金は，５〜２５重量％のタングステンを含有することを特徴とする，請求項５に記載の積層基板。
7. 前記シリコン窒化膜又は前記シリコン酸窒化膜は，２０原子％以下の水素を含有することを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の積層基板。
8. 前記シリコン窒化膜又は前記シリコン酸窒化膜は，１０〜２０原子％の水素を含有することを特徴とする，請求項７に記載の積層基板。
9. 前記絶縁基板は，熱処理されたガラス基板であることを特徴とする，請求項１〜８のいずれかに記載の積層基板。
10. 絶縁基板と，
    前記絶縁基板上の所定領域に位置する半導体層と，
    引張応力を有するモリブデン膜又はモリブデン合金膜からなり，前記半導体層の両端部にそれぞれ接するソース電極及びドレイン電極を構成する導電膜パターンと，
    前記導電膜パターンを覆い，シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜からなるパッシベーション絶縁膜と，
    前記パッシベーション絶縁膜上に位置し，前記ソース電極及びドレイン電極のいずれかに接する画素電極と，
    を含むことを特徴とする，半導体装置。
11. 前記半導体層は，多結晶シリコンからなることを特徴とする，請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記画素電極は，ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又はＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）からなることを特徴とする，請求項１０または１１に記載の半導体装置。
13. 前記導電膜パターンの引張応力は，３００ＭＰａ以下であることを特徴とする，請求項１０〜１２のいずれかに記載の半導体装置。
14. 前記導電膜パターンは，３０００〜７０００Åの厚さを有することを特徴とする，請求項１０〜１３のいずれかに記載の半導体装置。
15. 前記モリブデン合金は，モリブデン−タングステン合金であることを特徴とする，請求項１０〜１４のいずれかに記載の半導体装置。
16. 前記モリブデン−タングステン合金は，５〜２５重量％のタングステンを含有することを特徴とする，請求項１５に記載の半導体装置。
17. 前記導電膜パターンは，配線を構成することを特徴とする，請求項１０〜１６のいずれかに記載の半導体装置。
18. 前記シリコン窒化膜又は前記シリコン酸窒化膜は，２０原子％以下の水素を含有することを特徴とする，請求項１０〜１７のいずれかに記載の半導体装置。
19. 前記シリコン窒化膜又は前記シリコン酸窒化膜は，１０〜２０原子％の水素を含有することを特徴とする，請求項１０〜１８のいずれかに記載の半導体装置。
20. 前記絶縁基板は，熱処理されたガラス基板であることを特徴とする，請求項１０〜１９のいずれかに記載の半導体装置。