JP2007139995A - Display device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、印刷やインクジェット法などを用い、インクペーストを描画することで薄膜トランジスタ等を絶縁性基板上に形成する表示装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a display device in which a thin film transistor or the like is formed on an insulating substrate by drawing an ink paste using printing, an inkjet method, or the like, and a manufacturing method thereof.
たとえば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等の製造において、薄膜トランジスタ等を含む回路を基板上に形成する場合、該基板面に、配線、絶縁層、半導体層を順次形成していくのが通常である。該薄膜トランジスタの構造が支配的となるからである。 For example, in the manufacture of a liquid crystal display, an organic EL display, etc., when a circuit including a thin film transistor is formed on a substrate, it is normal to sequentially form a wiring, an insulating layer, and a semiconductor layer on the substrate surface. This is because the structure of the thin film transistor becomes dominant.
その際の各層のパターンは、ホトリソグラフィ技術による選択エッチング法が用いられ、それぞれの層を構成する材料層の成膜、ホトレジスト膜の形成、その選択露光および現像残存したホトレジスト膜をマスクとする前記材料層のエッチング、該ホトレジスト膜の剥離の一連の工程を経る。 The pattern of each layer at that time is a selective etching method using a photolithography technique. The formation of a material layer constituting each layer, the formation of a photoresist film, the selective exposure, and the development remaining photoresist are used as a mask. A series of steps of etching the material layer and stripping the photoresist film are performed.
そして、これらの工程において、スパッタリング・CVD装置、露光・塗布現像装置、ドライエッチング・ウエットエッチング装置、剥離・酸素アッシング装置等が必要となる。 In these steps, a sputtering / CVD apparatus, an exposure / coating / developing apparatus, a dry etching / wet etching apparatus, a peeling / oxygen ashing apparatus, and the like are required.
これら装置を工程数分だけ揃えることで、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等の回路基板を製造することができる。 By arranging these devices for the number of steps, circuit boards such as liquid crystal displays and organic EL displays can be manufactured.
さらに大面積のパネルを製造する場合,効率良い生産のためには,多面取りが可能な大面積基板を用いて製造することになる。 Furthermore, when manufacturing a panel with a large area, for efficient production, it is manufactured using a large area substrate capable of multi-cavity.
これらの技術に関しては、たとえば以下の特許文献1、2等において開示されている。
These techniques are disclosed, for example, in
しかし、上述の一連のプロセスでは、まず基板全面に膜形成後、パターニングしたレジスト膜をマスクにエッチング加工するため、材料の大部分を捨てることとなり、効率的な使用方法ではなかった。また、環境的にも、エッチングした配線膜成分を含む廃ガスや廃液の処理が不可欠であり、環境に優しい製造方法とはいえなかった。 However, in the above-described series of processes, since a film is first formed on the entire surface of the substrate and then etched using the patterned resist film as a mask, most of the material is discarded, which is not an efficient usage method. Also, from an environmental point of view, it is indispensable to treat waste gas and waste liquid containing an etched wiring film component, which is not an environmentally friendly manufacturing method.
しかも、面積の大きな基板を取り扱えるような上記装置は価格が高価であり、量産ライン用に台数をそろえると、多額の装置コストを必要としていた。 In addition, the above-described apparatus capable of handling a substrate having a large area is expensive in price, and requires a large amount of apparatus cost when the number of units for a mass production line is prepared.
ここで、このような不都合を解消できる方法として、パターン化された導電層を形成する方法として、たとえばインクジェットで描画する方法がある。 Here, as a method of eliminating such inconvenience, there is a method of drawing with an inkjet, for example, as a method of forming a patterned conductive layer.
しかし、インク金属の微粒子インク例として、たとえば特開2002−324966号公報等に見られるが、デバイス構造を考慮した材料構成になっていないという問題点があった。特に、低抵抗材料のAgに関しては加熱時の表面拡散に起因してヒロックの発生が懸念され、これを如何に防止するかに関する記載がなかった。 However, as an example of the ink metal fine particle ink, it can be seen in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-324966, but there is a problem that the material structure is not considered in consideration of the device structure. In particular, regarding Ag of a low-resistance material, generation of hillocks is concerned due to surface diffusion during heating, and there is no description on how to prevent this.
また、たとえば特開平11−207959号公報等に見られるように、表面に濡れ性の違いを利用して導体配線を形成しても、デバイスの詳細に関しては論じられていなかった。 Further, as can be seen in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-207959, the details of the device have not been discussed even when the conductor wiring is formed on the surface using the difference in wettability.
さらに、薄膜トランジスタの配線に適用する場合、半導体層や電極とのコンタクトに関する考慮がなされていなかった。
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、デバイスに適用されるにおいて好適な表示装置およびその製造方法を提供することにある。
Furthermore, when applied to thin film transistor wiring, no consideration has been given to contact with semiconductor layers and electrodes.
The present invention has been made based on such circumstances, and an object thereof is to provide a display device suitable for application to a device and a method for manufacturing the same.
上記課題は、以下の手段により解決される。
(1)
本発明による表示装置は、たとえば、絶縁性基板上に導電性微粒子のインクを塗布して配線を形成した表示装置であって、焼結後の配線層は、 0.1vol%から10vol%の空孔を含むことを特徴とする。
(2)
本発明による表示装置は、たとえば、絶縁性基板上に導電性微粒子のインクを塗布して配線を形成した表示装置であって、低比抵抗の導伝性微粒子であるAg又はCuに対し、比重の重い元素の微粒子が添加されていることを特徴とする。
(3)
本発明による表示装置は、たとえば、比重の高い元素の微粒子が同時にシリサイド形成元素であることを特徴とする。
(4)
本発明による表示装置は、たとえば、添加した微粒子がロジウム、プラチナ、鉛、パラジウム、タンタル、タングステン、金、イリジウム、ネオジムの中の少なくとも1つであることを特徴とする。
(5)
本発明による表示装置は、たとえば、導電性微粒子インクを塗布して形成した配線とその下部に形成されているSi層とがコンタクトホールを介して接続しており、その界面においてロジウム、プラチナ、鉛、パラジウム、タンタル、タングステン、金、イリジウム、ネオジムのうち少なくとも1つがシリサイドを形成することを特徴とする。
(6)
本発明による表示装置の製造方法は、たとえば、Ag又はCuの微粒子中に添加したロジウム、プラチナ、鉛、パラジウム、タンタル、タングステン、金、イリジウム、ネオジムのうち少なくとも1つの高比重添加元素が、配線塗布の保持時間内に配線用微粒子インク層の下層側に偏析しており、その状態で焼成することにより、Si層との界面にコンタクト用シリサイド層を形成することを特徴とする。
The above problem is solved by the following means.
(1)
The display device according to the present invention is, for example, a display device in which a conductive fine particle ink is applied on an insulating substrate to form a wiring, and the sintered wiring layer has an empty space of 0.1 vol% to 10 vol%. It is characterized by including a hole.
(2)
The display device according to the present invention is, for example, a display device in which a conductive fine particle ink is applied on an insulating substrate to form a wiring, and has a specific gravity with respect to Ag or Cu which is a conductive fine particle having a low specific resistance. It is characterized in that fine particles of heavy elements are added.
(3)
The display device according to the present invention is characterized in that, for example, fine particles of an element having a high specific gravity are simultaneously a silicide-forming element.
(4)
In the display device according to the present invention, for example, the added fine particles are at least one of rhodium, platinum, lead, palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, and neodymium.
(5)
In the display device according to the present invention, for example, a wiring formed by applying conductive fine particle ink and a Si layer formed thereunder are connected via a contact hole, and rhodium, platinum, lead are connected at the interface. At least one of palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, and neodymium forms silicide.
(6)
In the method for manufacturing a display device according to the present invention, for example, at least one high specific gravity additive element selected from rhodium, platinum, lead, palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, and neodymium added in Ag or Cu fine particles is used for wiring. It is segregated in the lower layer side of the wiring fine particle ink layer within the coating holding time, and is baked in this state to form a contact silicide layer at the interface with the Si layer.
このようにして、微粒子を燒結して配線を形成する場合、焼成条件によっては、膜内に空孔が残留する。比抵抗の観点からすれば、空孔は無い方が望ましい。しかし、耐熱性の観点からすれば、逆に適当な割合の空孔があった方が望ましい。 When the wiring is formed by sintering the fine particles in this manner, vacancies remain in the film depending on the firing conditions. From the viewpoint of specific resistance, it is desirable that there are no holes. However, from the viewpoint of heat resistance, on the contrary, it is desirable to have an appropriate proportion of holes.
これは空孔の応力緩和効果によるヒロック抑制効果があるためである。すなわち、加熱時の熱膨張時に発生する圧縮応力により弱い結晶方位の結晶粒が押し出されることで発生するヒロックに対して、残留する空孔がその膨張分を吸収することで、圧縮応力の発生を防止することができるためである。そのため、材料の加熱温度における熱膨張量を相殺する程度の空孔量が良く、その体積比は0.1%から10%の範囲となる。過剰の空孔は、その成長によるボイドの発生と、これに起因した断線の可能性があるため、必要以上に空孔を導入しない方が望ましい。材料の比抵抗の観点からしても、必要不可欠の空孔を導入することが望ましい。 This is because there is a hillock suppression effect due to the stress relaxation effect of the holes. In other words, the remaining vacancies absorb the expansion of hillocks that are generated by extruding weakly oriented crystal grains due to the compressive stress that is generated during thermal expansion during heating. This is because it can be prevented. Therefore, the amount of pores is good enough to offset the amount of thermal expansion at the heating temperature of the material, and the volume ratio is in the range of 0.1% to 10%. Excess vacancies may cause voids due to their growth and disconnection due to this, so it is desirable not to introduce more vacancies than necessary. In view of the specific resistance of the material, it is desirable to introduce indispensable pores.
必要な空孔分率は、材料によって異なる。比較的耐熱性に乏しい材料であるAgやAlでは加熱時のヒロック発生をより抑制できるように、圧縮応力緩和効果が大きいように、比較的多めの空孔を導入した方が良い。一方、Cuのように耐熱性の高い材料の場合、ヒロックが発生しにくいため、加熱時の圧縮応力緩和量は小さくてよく、したがって空孔導入量は少なくて良い。 The required void fraction depends on the material. In Ag and Al, which are materials with relatively poor heat resistance, it is preferable to introduce relatively large holes so that the effect of reducing the compressive stress is large so that generation of hillocks during heating can be further suppressed. On the other hand, in the case of a material having high heat resistance such as Cu, hillocks are not easily generated. Therefore, the amount of compressive stress relaxation during heating may be small, and therefore the amount of introduction of holes may be small.
また、低比抵抗の導伝微粒子であるAg又はCuに対し、比重の重い元素の微粒子を添加することが、薄膜トランジスタを用いた何らかの回路を構成する場合に効果的である。溶剤にてAg又はCuの微粒子により高比重の微粒子を添加し混合した導電性インクペーストを基板上にインクジェット法を用いて描画した後、溶剤に溶かした状態ではその比重差によって、高比重の添加元素がペースト層の下方に移動し、下地近傍に偏析することになる。 In addition, it is effective to add fine particles of elements having a high specific gravity to Ag or Cu, which are conductive particles having a low specific resistance, in the case where any circuit using a thin film transistor is configured. After drawing a conductive ink paste mixed with fine particles of Ag or Cu in a solvent using fine particles of Ag or Cu on the substrate using the inkjet method, the high specific gravity is added due to the difference in specific gravity in the state of being dissolved in the solvent. The element moves below the paste layer and segregates near the base.
下地層がシリコン膜である場合,この添加元素がシリサイド形成元素であれば、焼成時にシリコンとの界面において優先的にシリサイド層を形成する。この層がAg又はCuがシリコン中へ拡散することを防止するバリア層をして作用する。 When the underlying layer is a silicon film, if this additive element is a silicide forming element, a silicide layer is preferentially formed at the interface with silicon during firing. This layer acts as a barrier layer that prevents Ag or Cu from diffusing into the silicon.
Ag又はCuより高比重であり、シリサイドを形成する元素の例として、ロジウム、プラチナ、鉛、パラジウム、タンタル、タングステン、金、イリジウム、ネオジムが有効である。これらは1種類でも良いが、2種類以上の元素の組み合わせでも有効であることは言うまでもない。 Rhodium, platinum, lead, palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, and neodymium are effective as examples of elements that have higher specific gravity than Ag or Cu and form silicide. One of these may be used, but it goes without saying that a combination of two or more elements is also effective.
上記の添加元素が配線描画後に配線下層の底面付近まで、偏析、又は沈降するには時間を要するので、配線をインクジェットで描画した後、すぐに焼成するのではなく、その後の数時間の保持時間の間に、偏析・沈降するように、インクの状態を調整することが重要である。 Since it takes time for the above additive elements to segregate or settle down to the vicinity of the bottom surface of the lower layer of the wiring after drawing the wiring, it is not immediately fired after drawing the wiring by inkjet, but the holding time for several hours thereafter In the meantime, it is important to adjust the ink state so that segregation and sedimentation occur.
シリコンとのコンタクトは、コンタクトホール部にて取るが、それ以外の領域では絶縁膜上に形成されることになる。その場合,下地界面ではシリサイドを形成しないが、Ag又はCuに比較して反応性が高いため、配線パターンの下地密着性を向上させることができるという効果がある。 Contact with silicon is made at the contact hole, but in other regions, it is formed on the insulating film. In that case, no silicide is formed at the base interface, but the reactivity is higher than that of Ag or Cu, so that the base adhesiveness of the wiring pattern can be improved.
この方法により、シリコン層とのコンタクトにおいて、バリア層を別途形成しなくても、1回のインクジェット描画でシリコンとのコンタクト特性の良好な配線構造を形成することができる。 With this method, it is possible to form a wiring structure having good contact characteristics with silicon by one ink-jet drawing without separately forming a barrier layer in contact with the silicon layer.
本発明では、インクジェット配線の下部にSi層が配置された薄膜トランジスタであれば、どのような構造にて適用できる。コプレナ構造を有するポリシリコンTFTでも、逆スタガ、又は正スタガ構造を取るアモルファスシリコンTFTでも同様に適用することが可能である。 The present invention can be applied to any structure as long as it is a thin film transistor in which a Si layer is disposed under an inkjet wiring. The present invention can be similarly applied to a polysilicon TFT having a coplanar structure or an amorphous silicon TFT having a reverse stagger structure or a normal stagger structure.
以下、本発明による表示装置およびその製造方法の実施例を図面を用いて説明をする。
図1は、表示装置のコンタクトホールの箇所における断面図を示している。コンタクトホールは、絶縁膜を介してその下層にある第1の導電層と上層にある第2の導電層を該コンタクトホールを通して電気的に接続させるための機能を有するものであり、画素の領域内に形成される場合、あるいは該画素の集合体で形成される表示部の外方に形成されて該各画素を駆動させるための回路内に形成される場合がある。
Hereinafter, embodiments of a display device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a contact hole of the display device. The contact hole has a function for electrically connecting the first conductive layer in the lower layer and the second conductive layer in the upper layer through the insulating film through the contact hole, and is in the pixel region. Or formed outside the display portion formed by the aggregate of pixels and formed in a circuit for driving the pixels.
この図1においては、それらの場合を共通に示した要部拡大図で、前記第1の導電層として半導体層2が用いられている。すなわち、絶縁体からなる基板1があり、この基板1の表面には半導体層2が選択的に形成されている。そして、該基板1の表面には該半導体層2をも被って絶縁膜3が形成され、この絶縁膜3には前記半導体層2の一部を露出させるようにしてコンタクトホール4が形成されている。また、該絶縁膜3の上面には該コンタクトホール4をも被って導電層5が形成され、この導電層5は該コンタクトホール4の箇所において前記半導体層2と電気的に接続されている。
In FIG. 1, a
なお、前記半導体層2はたとえばCVD方法により形成されたシリコン(Si)膜をホトエッチングによりパターン化されたものであり、絶縁膜3はたとえばCVD方法により形成された後にホトエッチングによりコンタクトホール4が形成されたものである。また、導電層5は該絶縁膜3に形成された配線層として機能し、該絶縁膜3上にインクジェットを用いて金属超微粒子からなるペーストを塗布描画したものとなっている。
The
この場合、導電層5はその大部分が絶縁層3上に形成されるが、コンタクトホール4の箇所ではその内部に埋め込まれ、該コンタクトホール4から露出された半導体層2の表面と接触して形成される。
In this case, most of the
導電層5の材料としては低比抵抗の金属ペーストが選択されている。たとえばAg、Cu、Al、Au等である。この場合、特にAgとCuは超微粒子としての形成が容易であり、これらを選択することは本発明の効果を大ならしめるのに適する。
A metal paste having a low specific resistance is selected as the material of the
上述した超微粒子が含有された金属ペーストは、それが配線層としてのパターンに描画された後に、それに含まれる溶剤を低温で加熱除去した後、さらに、300℃から400℃で加熱焼成して超微粒子の燒結を促進させることによって、導電層5として形成される。
After the metal paste containing the ultrafine particles described above is drawn in a pattern as a wiring layer, the solvent contained therein is removed by heating at a low temperature, and further heated and fired at 300 ° C. to 400 ° C. The
そして、この場合の焼結の後において、導電層5中に空孔6が残留するようにすることが重要になる。そのためには、超微粒子の粒径を10nmから50nmまでとし、かつ金属ペースト内において最適に分布させることと、焼成温度を必要以上に上げないことが肝心となる。該焼成温度としては、たとえばAgの超微粒子を用いた金属ペーストの場合は300℃で充分であり、Cuの超微粒子を用いた金属ペーストの場合は400℃が最適な焼成温度となる。
It is important that the holes 6 remain in the
このようにして超微粒子の粒径、焼成温度を制御することで、残留する空孔6の体積分率を0.1%から10%の間にすることができ、さらには0.5%から2%の範囲に絞ることも可能となる。 In this way, by controlling the particle size of the ultrafine particles and the firing temperature, the volume fraction of the remaining pores 6 can be between 0.1% and 10%, and further from 0.5% It is also possible to limit the range to 2%.
なお、AgとCuはそれらの耐熱性の程度が異なることから、最適な空孔体積分率も異なるように設定するのが好ましい。より耐熱性の低いAgの場合、空孔体積分率は高くしてより構造緩和が起こるようにする方がよく、1.0%〜10%、望ましくは2.0%〜5.0%が適する。一方、耐熱性の高いCuの場合、最適な空孔体積分率は少なくて済み、0.2%〜5.0%がよく、0.5%〜2%が適する。 In addition, since Ag and Cu differ in the degree of their heat resistance, it is preferable that the optimum pore volume fraction is set to be different. In the case of Ag having lower heat resistance, it is better to increase the void volume fraction so as to cause more structural relaxation, and 1.0% to 10%, preferably 2.0% to 5.0%. Suitable. On the other hand, in the case of Cu having high heat resistance, the optimum pore volume fraction is small, 0.2% to 5.0% is good, and 0.5% to 2% is suitable.
このようにして残留される導電層5中の空孔6は、該導電層5の形成時及びその後の加熱工程で発生する膜応力を充分に緩和できる効果を備えるようになる。図2は、その(a)において空孔がない場合、(b)において空孔が残留する場合、(c)において耐ヒロック性を有するスパッタ薄膜材料の場合を示す特性図で、それぞれ横軸に温度T(temperature)、縦軸に引張り力TS(tensile stress)および圧縮力CS(compressive stress)を示している。
Thus, the remaining holes 6 in the
すなわち、図2(a)に示すように導電層5中に空孔6がない場合、加熱に伴う材料自身の体積膨の膨張SWにより圧縮膜応力が増大し、これを緩和するため、弱い結晶粒がヒロックとして突起することにより、圧縮応力を緩和させる現象が生じる(図中PQの過程)。なお、図中符号RTは残留引張応力を示している。
That is, as shown in FIG. 2A, when there is no hole 6 in the
一方、図2(b)に示すように導電層5中に空孔6が残存する場合、膨張SWによりある圧縮応力CSに達すると、空孔6がつぶれるように結晶粒が変形することにより、応力を緩和するようになる。したがって、温度が上がっても圧縮応力が増加せず、ヒロックが発生することがなくなる。また、冷却時の体積減少時には、再度空孔が発生するように変形するため、応力の変化はない(図中PQの過程)。弾性変形領域では加熱時とは逆に引張方向に引張応力RTが変化していく。したがって、加熱、冷却時とも空孔を介した変形を利用することで、発生する膜応力に対応することができる。
On the other hand, when the vacancies 6 remain in the
さらに、Ag叉はCu超微粒子中にこれらと金属間化合物を形成させることで、体積減少によりヒロックに対処する場合を図2(c)に示している。添加元素としてNdを添加した場合、300℃付近でAgNd化合物として析出し、これに伴う体積減少によって、ヒロックが防止される。これは、スパッタリング法で形成される導電層の場合と同様に、化合物析出に伴う体積減少によって、圧縮応力を低減するものである。この場合もヒロック対策は十分可能であるが、化合物を形成した際の空孔が、冷却時の引張応力RTによってマイクロ断線につながる可能性がある。 Further, FIG. 2 (c) shows a case where hillocks are dealt with by reducing the volume by forming an intermetallic compound with these in Ag or Cu ultrafine particles. When Nd is added as an additional element, it precipitates as an AgNd compound at around 300 ° C., and hillocks are prevented by the volume reduction associated therewith. This is to reduce the compressive stress by reducing the volume accompanying the precipitation of the compound, as in the case of the conductive layer formed by the sputtering method. Even in this case, hillock countermeasures are sufficiently possible, but vacancies at the time of forming the compound may lead to micro disconnection due to tensile stress RT during cooling.
このことから、当初において予め空孔6が存在する状態にしていた場合、熱収縮時に空孔6が再形成するだけで、該空孔6が伝播し断線に至ることがないようにすることができることが判明する。 From this, when the holes 6 are initially present in advance, the holes 6 are only re-formed during heat shrinkage so that the holes 6 are not propagated and disconnected. It turns out that you can.
図3には、超微粒子として、Ag又はCuより高比重であり、かつシリサイドを形成する元素の例として、ロジウム、プラチナ、鉛、パラジウム、タンタル、タングステン、金、イリジウム、ネオジムを添加した例を示す。図3(a)に示すように、インクジェット描画直の直後では、導電層5中に高比重の添加微粒子7が均一に分散している。
FIG. 3 shows an example in which rhodium, platinum, lead, palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, or neodymium is added as an example of an element that has a higher specific gravity than Ag or Cu as an ultrafine particle and forms silicide. Show. As shown in FIG. 3A, immediately after the ink jet drawing, the additive particles 7 having a high specific gravity are uniformly dispersed in the
AgとCuの密度がそれぞれ、10.49、8.93なのに対し、ロジウムは12.44、プラチナは21.45、鉛は11.34、パラジウムは12.16、タンタルは16.6、タングステンは19.3、金は19.26、イリジウムは22.4である。母相であるAg又はCuの超微粒子に比べ、添加微粒子7の比重が重いため、描画後インクを静止させている間に、添加元素7は、図3(b)に示すように、重力によって導電層5の下方向へ沈降し、偏析した分布となる。この場合、コロイドの状態を制御して均一分散しにくい状態にしておくことが重要である。
The density of Ag and Cu is 10.49 and 8.93 respectively, whereas rhodium is 12.44, platinum is 21.45, lead is 11.34, palladium is 12.16, tantalum is 16.6, tungsten is 19.3, gold is 19.26 and iridium is 22.4. Since the specific gravity of the additive fine particles 7 is heavier than that of the ultrafine particles of Ag or Cu as the parent phase, the additive element 7 is caused by gravity as shown in FIG. The
そして、この後、焼成によって、導電層5を形成すると同時に下層に偏析した添加微粒子も焼結される。この場合、添加元素が母相であるAg及びCuよりシリサイド形成傾向が強ければ、図3(c)に示すように、下層のSi層との界面にそれぞれの添加元素のシリサイドを形成し、母相のAg又はCu配線との間にバリア層8を形成することができる。密度差が少ない場合には、下層への偏析は少ないが、その元素のシリサイド形成傾向が強ければ、界面に存在する添加元素だけでSi界面にシリサイドを形成し、バリア層8を形成することが可能となる。超微粒子の焼結時には、Ag又はCu粒子が結合し、一体構造となるが、この際、焼結密度を100%にするのではなく、0.5%〜1%の空孔6を残すように焼結することで、図1で説明した空孔による応力緩和効果を合せて持たせるようにできる。
After that, by firing, the
図4は、上述した発明を表示装置の薄膜トランジスタTFTの形成に適用した場合の一実施例を示す図である。該薄膜トランジスタTFTは、その半導体層としてアモルファスシリコンを用いており、いわゆるボトムゲート型と称されるものである。 FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which the above-described invention is applied to formation of a thin film transistor TFT of a display device. The thin film transistor TFT uses amorphous silicon as its semiconductor layer, and is called a so-called bottom gate type.
なお、表示装置における薄膜トランジスタTFTは、たとえばマトリックス状に配置された各画素にそれぞれ備えられ、一方向に並設された各画素からなる画素群を該薄膜トランジスタTFTのオンにより選択し、その選択のタイミングに応じて該画素群の各画素に映像信号を供給するためのスイッチング素子として用いられているものである。 Note that the thin film transistor TFT in the display device is provided in each pixel arranged in a matrix, for example, and a pixel group composed of pixels arranged in one direction is selected by turning on the thin film transistor TFT, and the timing of the selection is selected. Accordingly, it is used as a switching element for supplying a video signal to each pixel of the pixel group.
図4に示すように、ガラス基板11上に、まず、たとえばAg超微粒子ペースト中にロジウム超微粒子を2vol%添加したインクをインクジェットで塗布することによりゲート配線18がパターン化されている。このゲート配線18の一部は薄膜トランジスタTFTのゲート電極として機能するものである。
As shown in FIG. 4, the
ロジウムはAgより約2割高密度であるため、下層に沈降する。その後、300℃で焼成することでロジウムからなる高密度層と低抵抗のAgからなる配線層の順次2層構造が形成される。ゲート配線18はその下層の材料層とコンタクトする部分はないが、ガラス基板11上でAgよりも下地密着性の高い層を形成することで、ゲート配線18のガラス基板11に対する密着性を向上させる効果を奏するようになる。この場合において、ゲート配線18は、その膜中に1vol%の空孔が導入された状態で形成され、その効果は次に説明する絶縁膜19の形成において明らかとなる。
Since rhodium is about 20% denser than Ag, it settles in the lower layer. Thereafter, by firing at 300 ° C., a two-layer structure of a high-density layer made of rhodium and a wiring layer made of low-resistance Ag is sequentially formed. Although the
すなわち、シリコンナイトライド、アモルファスSi層、n+Si層を連続してCVD法によって形成された積層体のうち上記アモルファスSi層、n+Si層をパターン化し、そのまま残存されるシリコンナイトライドを前記絶縁膜19とするもので、この絶縁膜19は前記ゲート配線18をも被って形成されている。該絶縁膜19は薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜としての機能を有する。この絶縁膜19は他の材料としてSi−O−C系絶縁膜を塗布・焼成によって形成されたものであってもよい。
In other words, the amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer, and the n + Si layer are successively formed by the CVD method, and the amorphous silicon layer and the n + silicon layer are patterned, and the silicon nitride remaining as it is is connected to the insulating
いずれの場合においても、絶縁膜19の形成に必要となるプロセス温度は約300℃となり、この温度でAgの耐熱性を確保することができる。また、上述したようにゲート配線18は、その膜中に1vol%の空孔を導入してなるため、前記絶縁膜19の加熱時の圧縮応力をこの空孔がつぶれることにより緩和でき、Agのヒロック発生を防止することができるようになる。
In any case, the process temperature required for forming the insulating
空孔導入ため、焼成条件以外として、ネオジムを添加し加熱により高密度のAgNd金属間化合物を形成させ、その体積減少を利用して空孔を膜中に導入するようにしても同様の効果が得られる。これにより、より確実に空孔を膜中に導入することができる。ネオジムの密度は7.0であり、Ag、Cuと大差ないため、他の添加微粒子のように膜の下領域に沈降することなく、膜全体に均一に分散する状態を確保できる。したがって,これを加熱することで、膜全体で微小な金属間化合物を形成でき、全体に及んで空孔を導入させることができる。 The same effect can be obtained by introducing neodymium and forming a high-density AgNd intermetallic compound by heating and introducing the pores into the film by utilizing the volume reduction in addition to the firing conditions for introducing the pores. can get. Thereby, a void | hole can be introduce | transduced in a film | membrane more reliably. Since the density of neodymium is 7.0, which is not much different from Ag and Cu, it is possible to ensure a state in which the neodymium is uniformly dispersed throughout the film without being settled in the lower region of the film like other added fine particles. Therefore, by heating this, a minute intermetallic compound can be formed in the entire film, and vacancies can be introduced throughout the film.
絶縁膜19の上面には半導体層(Si層)12がゲート配線(ゲート電極)18を跨って形成され、このSi層12の該ゲート配線18を間にした両端のそれぞれにソース・ドレイン電極およびこれらに接続される配線21を形成することにより、薄膜トランジスタTFTが形成される。
A semiconductor layer (Si layer) 12 is formed on the upper surface of the insulating
ここで、前記ソース・ドレイン電極およびこれらに接続される配線21は、ロジウム微粒子が添加されたAg微粒子インクをインクジェット法で描画することによって形成される。この場合、一定時間保持でロジウムの沈降後、約300℃で焼成することにより、Si層界面でのロジウムシリサイド層形成と空孔の導入を同時に行う。
Here, the source / drain electrodes and the
この場合における効果は、図1ないし図3を用いて説明したと同様の効果を奏するようになる。なお、図1の説明ではスルーホールを通してSi層と導電層との接続を図っているのに対し、この実施例ではスルーホールが存在しないが、そのこと自体は本発明の効果に影響を及ぼすものではない。 The effect in this case is the same as described with reference to FIGS. In the description of FIG. 1, the connection between the Si layer and the conductive layer is made through the through hole, whereas in this embodiment, the through hole does not exist, but this influences the effect of the present invention. is not.
そして、ソース・ドレイン電極およびこれらに接続される配線21をも被ってパッシベーション膜22がたとえばCVD法によって形成されている。このパッシベーション膜22は前記薄膜トランジスタTFTを保護する機能を有する。
A
この実施例が適用される表示装置がたとえば液晶表示装置であるとするなら、該パッシベーション膜22は薄膜トランジスタTFTの液晶との直接の接触を回避させ、該薄膜トランジスタTFTの特性劣化が生じるのを回避させるようになっている。
If the display device to which this embodiment is applied is, for example, a liquid crystal display device, the
また、同様に液晶表示装置であるとするなら、該パッシベーション膜22の表面にはたとえばITO(Indium Tin Oxide)からなる画素電極23が形成され、この画素電極23の一部は、その下層のパッシベーション膜22に形成されたスルーホールを通して薄膜トランジスタTFTのソース電極に電気的に接続されている。ここで、画素電極23は液晶を介在させて設けられる他の電極との間に電界を発生させるもので、該電界の強さに応じて液晶の光変調を行うようになっている。
Similarly, if it is a liquid crystal display device, a
画素電極23の材料として用いられる前記ITOはAg膜とのコンタクト抵抗が低いため、別段コンタクト層を形成しなくても、直接コンタクトすることができるという効果を奏する。
Since the ITO used as the material of the
この実施例により、簡略な配線形成プロセスの採用により、低抵抗の配線を適用した表示装置を少ない工程数で製造することができる。 According to this embodiment, a display device to which low resistance wiring is applied can be manufactured with a small number of steps by adopting a simple wiring formation process.
図5は、上述した発明を表示装置の薄膜トランジスタTFTの形成に適用した場合の他の実施例を示す図である。該薄膜トランジスタTFTは、その半導体層としてポリシリコンを用いており、また、トップゲート型と称されるものである。 FIG. 5 is a diagram showing another embodiment when the above-described invention is applied to formation of a thin film transistor TFT of a display device. The thin film transistor TFT uses polysilicon as its semiconductor layer, and is also referred to as a top gate type.
図5において、まず、ガラス基板31上にSiN層34、SiO2層35が形成されている。これらの層はいわゆる下地層と称されるもので、ガラス基板31内のイオン性物質が後述の薄膜トランジスタTFTへ侵入するのを遮断する機能を有する。
In FIG. 5, first, a
前記SiO2層35の上面の一部にポリシリコンからなる半導体層46が形成されている。この半導体層46は、基板の全域にたとえばプラズマCVDにて成膜後、レーザアニールにて結晶化させ、さらにパターン化して形成される。この半導体層46は薄膜トランジスタTFTのそれとして機能するものである。
A
そして、この半導体層46をも被って第1絶縁膜35Aが形成されている。この第1絶縁膜35AはたとえばCVD法により形成されたSiO2膜からなり、薄膜トランジスタTFTのゲート絶縁膜として機能するものである。
A first insulating
この第1絶縁膜35Aの上面には前記半導体層46を跨ってゲート電極(ゲート信号線)38が形成されている。このゲート電極38は、インクジェットを用い、Cuからなる超微粒子のインクを描画してパターン化される。このインクの中には添加微粒子として、ロジウムが添加されている。このゲート電極38は、一定保持時間に密度差で添加微粒子が下層に沈降した後に、350℃〜400℃で焼成し,Cuの超微粒子を焼結することによって形成される。ゲート電極38はSiO2からなる第1絶縁膜35A上に形成されるが、Cuだけでは下地密着性が低いのに対し、沈降したロジウムの超微粒子が高下地密着層を形成し、高い密着性を確保することができる。
A gate electrode (gate signal line) 38 is formed on the upper surface of the first insulating
ゲート電極38をも被ってCVD法あるいは塗布型絶縁膜によって第2絶縁膜42が形成され、この第2絶縁膜42にはコンタクトホール44が形成され前記半導体層46のドレインおよびソース領域が露出されている。
A second insulating
そして、該第2絶縁膜42の上面には導電層41が形成され、この導電層41によって前記コンタクトホール44の箇所においてドレインおよびソース電極およびこれらに接続された配線層が形成されている。
A
この導電層41は、Cuからなる超微粒子ペーストをインクジェット法で描画することによってパターン化されている。この場合、一定保持時間に添加したロジウムの超微粒子39がたとえばコンタクトホールの底面に沈降している。しかる後、350℃〜400℃で焼成することで、Si界面にロジウムシリサイドを形成しつつ、該導電層41中に空孔を形成する。該導電層41の材料として耐熱性の高いCuを用いる場合、Agよりヒロック耐性が高いため、空孔の体積分率は少なくても良い。
The
前記超微粒子39の沈降の程度が少ない場合には、より密度差の大きいプラチナ、タンタル、タングステンを添加すれば良い。これらはすべてシリサイド形成傾向が高いため、Si界面にシリサイド層によるバリア層45を形成することができ、その後の400℃での水素化アニール工程でのCuのSi層への拡散を防止することができる。
When the degree of sedimentation of the
そして、ソース・ドレイン電極およびこれらに接続される導電層41をも被ってパッシベーション膜40が形成されている。このパッシベーション膜40はたとえばCVD法によって形成されたSiN膜40aと塗布により形成された有機材料層40bの順次積層体から構成されている。パッシベーション膜40全体として誘電率を低減させ、かつ表面を平坦化させることができるからである。このパッシベーション膜40は前記薄膜トランジスタTFTを保護する機能を有する。
A
また、該パッシベーション膜40の表面にはたとえばITO(Indium Tin Oxide)からなる画素電極43が形成され、この画素電極43の一部は、その下層のパッシベーション膜40に形成されたコンタクトホール47を通して薄膜トランジスタTFTのソース電極に電気的に接続されている。
Further, a
このような構成からなる表示装置は、層の異なる2つの配線において、それぞれインクジェット工程を適用しており、従来の製造工程である8工程を4工程にして半減させることができる。したがって、工程数を大幅に低減させて表示装置を製造することができる。 In the display device having such a configuration, an inkjet process is applied to each of two wirings having different layers, and the eight manufacturing processes, which are the conventional manufacturing processes, can be reduced to four by half. Therefore, the display device can be manufactured with a greatly reduced number of steps.
1……基板、2……半導体層、3……絶縁膜、4……コンタクトホール、5……導電層、6……空孔、7……添加微粒子、8……バリア層、11、31……ガラス基板、12……絶縁膜、18……ゲート配線、TFT……薄膜トランジスタ、19……絶縁膜、21……配線、22……パッシベーション膜、23……画素電極、35……第1絶縁膜、38……ゲート電極、40……パッシベーション膜、41……導電層、42……第2絶縁膜、44、47……コンタクトホール、46……半導体層。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
At least one high specific gravity additive element selected from rhodium, platinum, lead, palladium, tantalum, tungsten, gold, iridium, and neodymium added to the Ag or Cu fine particles is contained in the fine particle ink layer for wiring within the holding time of wiring application. A method for manufacturing a display device, characterized in that a contact silicide layer is formed at an interface with an Si layer by being segregated on a lower layer side and firing in that state.
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