JP2008270034A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置において配線の抵抗を下げるためにＡｌ配線を用いた場合のヒロックを防止する。
【解決手段】Ａｌ配線を多層構造とし、各層にはＡｌと全率固溶しない元素を添加する。元素としては、Ｎｄ等の希土類金属、Ｔａ当の高融点遷移金属、Ｐｄ等の貴金属化合物が良い。Ａｌとこれらの元素の金属間化合物５５が多層配線の界面１５１に析出し、Ａｌの結晶粒が肥大化してヒロックが形成されることを防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は表示装置に係り、特に低抵抗を維持し、かつ、ヒロックによる層間絶縁破壊の生じないＡｌ合金配線に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）には配線抵抗による信号遅延や消費電力の増大を避けるために、低抵抗の配線が必要である。

配線抵抗が低い材料としてＡｌ配線がよく用いられるが、Ａｌ配線は成膜時の基板加熱やパネルガラスの封着工程などの熱処理によりヒロックと呼ばれる突起物７０を形成し易い。図７はこの突起物の例である。このヒロック７０が例えば液晶ディスプレイにおけるＴＦＴやＦＥＤにおけるＭＩＭ陰極の下部電極に形成された場合、Au/Pt/Ir電極１０１との間に配置された絶縁層１０２を破壊し、短絡不良を引き起こすため、デバイスの信頼性を大きく損なうこととなる。

そのため、Ａｌ配線を画像表示装置に用いるためには、このヒロック７０の発生を防止しなければならない。このヒロック７０は配線にかかる熱が高く配線厚さが厚いほど成長し易く、ヒロック形成抑止方法としては一般的に図８に示すように高融点金属（Ｔａ等）や希土類金属（Ｎｄ等）などの添加元素５０を含有させたＡｌ合金を用いることが用いられ、特にＴＦＴ配線やＦＥＤのＭＩＭ陰極などに幅広く用いられている。

画像表示装置において表示面積を大画面化する際、消費電力の配線抵抗の上昇を回避する方法としてＡｌ合金配線の厚膜化がなされるが、配線厚が厚くなると、図７に示すように、熱処理により成長する結晶粒６０が大きくなりヒロック７０が成長し易くなる。そのため、表示面積の大型化に伴い添加元素５０を含有させる従来技術ではヒロック７０の形成が抑止出来なくなってきた。

図９は、ＭＩＭ電子源の下部電極１０３にＡｌ合金が用いられた例である。図９において、ヒロック７０が例えばガラス基板上１２１に形成したＭＩＭ陰極の電子源１００上に成長すると下部電極１０３とＡｕ／Ｐｔ／Ｉｒ電極１０１との間のトンネル絶縁層１０２を破壊し、短絡不良を引き起こす原因となる。さらにＦＥＤの場合、図１０に示すように、電子源１００により放出された高エネルギーの電子を蛍光面１３１に射突させ発光させるため、他の画像表示装置とは異なり真空中に配置された陰極板１２０と陽極板１３０の間に、高電圧（〜10kV）を印加する。そのため、Ａｌ合金で構成されたコンタクト電極１０８にヒロック７０が形成されると、図１０に示す陰極板１２０と陽極板１３０でヒロック７０を起点とした真空放電が発生し、画像表示装置そのものを破壊することとなる。

本発明の目的は、画像表示装置における表示面積の大面積化と信頼性の向上を実現するため配線上にヒロック７０が発生しない画像表示装置を提供することである。

本発明は上記問題点を解決するものであり、具体的な手段は以下のとおりである。

（１）画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線とでかこまれた部分に画素電極が形成される表示装置であって、前記走査線または前記データ信号線はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
（２）前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（３）前記複数のＡｌ合金層各層の膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（４）前記複数のＡｌ合金層は各層の膜厚が実質的に等しいことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（５）前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（６）前記複数のＡｌ合金層はＮｄ、またはその他の希土類元素を含むことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（７）前記複数のＡｌ合金層はＴａなどの高融点遷移金属や、Ｐｄなどの貴金属、その他ＣｕやＳｉを含むことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（８）前記複数のＡｌ合金層は配向方向が異なることを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（９）前記複数のＡｌ合金層のうちの第１のＡｌ合金層と第２のＡｌ合金層の界面における添加元素の濃度は前記第１または第２のＡｌ合金層内の添加元素の濃度よりも高いことを特徴とする（１）に記載の表示装置。
（１０）前記複数のＡｌ合金層のうちの第１のＡｌ合金層と第２のＡｌ合金層の界面には結晶粒界の不連続面が形成されていることを特徴とする（１）に記載の表示装置。

（１１）画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線とで囲まれた部分に画素電極およびＴＦＴが形成され、前記ＴＦＴのゲート電極は前記走査線と接続し、前記ＴＦＴのソース電極は前記信号線と接続し、前記ＴＦＴのドレイン電極は前記画素電極と接続される表示装置であって、前記ＴＦＴのゲート電極はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
（１２）前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする（１１）に記載の表示装置。
（１３）前記複数のＡｌ合金層は膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする（１１）に記載の表示装置。
（１４）前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする（１１）に記載の表示装置。

（１５）電子源がマトリクス状に形成された陰極板と蛍光面が形成された陽極板とが所定の間隔をもって配置された表示装置であって、前記電子源は複数のＡｌ合金層からなる下部電極と、トンネル絶縁層と、薄膜金属層からなる電極とで形成され、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
（１６）前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする（１５）に記載の表示装置。
（１７）前記複数のＡｌ合金層は膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする（１５）に記載の表示装置。
（１８）前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする（１５）に記載の表示装置。

（１９）画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線との交差部付近に電子源が形成された表示装置であって、前記電子源はＡｌ合金層からなる下部電極と、トンネル絶縁層と、薄膜金属層からなる電極とで形成され、前記データ信号線は前記下部電極と接続し、前記走査線はコンタクト電極を介して前記電子源を構成する前記薄膜金属層からなる電極と接続し、前記コンタクト電極は複数のＡｌ合金層で構成され、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。

（２０）画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されているおり、前記走査線と前記データ信号線とでかこまれた部分に画素電極が形成される表示装置であって、前記走査線もしくは前記データ信号線はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層はＡｌ合金ターゲットをスパッタリングすることによって形成され、前記複数のＡｌ合金層は特定の時間をおいてスパッタリングされることを特徴とする表示装置。
（２１）前記スパッタリングは容器内に複数のターゲットが設置され、表示装置の基板が前記容器内を移動し、前記ターゲットに対向するごとにスパッタリングされることによって前記複数のＡｌ合金層が形成されることを特徴とする（２０）に記載の表示装置。
（２２）前記スパッタリングは容器内に単一のターゲットが設置され、表示装置の基板が前記容器内を移動し、前記ターゲットに対向するごとにスパッタリングされることによって前記複数のＡｌ合金層が形成されることを特徴とする（２０）に記載の表示装置。
（２３）前記スパッタリングは１Ｐａ以下のＡｒガス分圧で行われることを特徴とする（２０）に記載の表示装置。

手段毎の効果は次のとおりである。

手段（１）によれば、同一の添加元素を含む複数のＡｌ合金層で配線を形成するので、配線抵抗を低く抑えることが出来るとともに、Ａｌ合金配線からのヒロックを防止することが出来る。

手段（２）によれば、複数のＡｌ合金層は同一の成分を有するので、複数のＡｌ合金配線層の製作が容易である。

手段（３）によれば、複数のＡｌ合金層の各々の膜厚が３００ｎｍ以下なので、ヒロックを効果的に抑制することが出来る。

手段（４）によれば、複数のＡｌ合金層の膜厚が実質的に等しいので、各Ａｌ合金層にかかる応力を均一化することができる。加えて製造工程を簡易化することができる。

手段（５）乃至（７）によれば、Ａｌ合金を形成するための添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であるため、金属間化合物の析出が生じ易く、Ａｌの結晶粒の成長を抑止することが出来る。

手段（８）によれば、複数のＡｌ合金層の配向方向が異なるために、界面におけるＡｌの拡散経路が分断されることによって、Ａｌ結晶粒の成長が阻害され、ヒロックを防止することが出来る。

手段（９）によれば、複数のＡｌ合金層の界面において添加元素の濃度が高いために、界面を越えてのＡｌ結晶粒の成長が阻止され、その結果ヒロックを防止することが出来る。

手段（１０）によれば、複数のＡｌ合金層の界面において結晶粒の粒界に不連続な面が形成されるので、Ａｌ結晶粒の成長を抑制し、ヒロックを防止することが出来る。

手段（１１）によれば、アクティブマトリクスの画像表示装置におけるＴＦＴのゲート電極を同一の添加元素を含む複数のＡｌ合金層で形成するので、ゲート配線抵抗を低く抑えることが出来るとともに、複数のＡｌ合金層で形成されたゲート電極からのヒロックを抑制して、ゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止することが出来る。

手段（１２）によれば、ゲート電極を構成する複数のＡｌ合金層は同一の成分を有するのでＴＦＴの製作が容易である。

手段（１３）によれば、ゲート電極を構成する複数のＡｌ合金層の各々は膜厚が３００ｎｍ以下であるので、ゲート電極からのヒロックを効果的に抑制することが出来る。

手段（１４）によれば、ゲート電極を構成する複数のＡｌ合金層はＡｌと全率固溶しない元素を含むため、金属間化合物の析出が生じ易く、Ａｌの結晶粒の成長を抑止することが出来、ゲート電極のヒロックを防止することが出来る。

手段（１５）によれば、ＦＥＤの電子源としてＭＩＭを用いた場合、下部電極を同一の添加元素を含む複数のＡｌ合金層で構成するので、下部電極と同一プロセスで形成されるデータ信号線の抵抗を小さく抑えることが出来るとともに、ＭＩＭ電子源における下部電極からのヒロックを防止してＭＩＭ電子源の破壊を防止することができる。

手段（１６）によれば、ＭＩＭの下部電極を構成する複数のＡｌ合金層は同一の成分を有するのでＦＥＤの製作が容易である。

手段（１７）によれば、ＭＩＭの下部電極を構成する複数のＡｌ合金層は各膜厚が３００ｎｍ以下であるために、Ａｌ合金層からのヒロックを効果的に抑制することが出来る。

手段（１８）によれば、ＭＩＭの下部電極を構成する複数のＡｌ合金層はＡｌと全率固溶しない元素を含むため、界面付近に金属間化合物の析出が生じ易く、Ａｌの結晶粒の成長を抑止することが出来、下部電極のヒロックを防止することが出来る。

手段（１９）によれば、ＭＩＭ電子源と走査線との接続を安定的に行うためのコンタクト電極を同一の添加元素を含む複数のＡｌ合金層で構成するので、全膜厚を大きくして接続の信頼性をあげた場合でも、コンタクト電極からのヒロックを防止することが出来、ＦＥＤの陰極板と陽極板の間の放電を防止することが出来る。

手段（２０）によれば、複数のＡｌ合金配線層はスパッタリングで形成され、同一成分のターゲットから時間をおいてスパッタリングすることによって形成されるので、複数のＡｌ合金配線層を容易に積層することが出来る。

手段（２１）によれば、真空容器内に複数のターゲットが設置され、基板はターゲットの前でスパッタリング膜を形成し、ターゲット間を移動するときには膜は形成されないため、Ａｌ合金層を界面とを効率的に形成することが出来る。

手段（２２）によれば、ターゲットは単一であるが、基板を移動することによって、手段（２１）と同様な効果を小規模の設備においても得ることができる。

手段（２３）によれば、スパッタリングは１Ｐａ以下のＡｒガス分圧で行われるために、Ａｒガスの巻き込みが少なく、良質のＡｌ合金層を形成することが出来る。

実施例にしたがって、本発明の詳細な内容を開示する。

図１は基板上に２層のＡｌ合金層からなる２層配線が形成されている状態を示している。上層１５０１と下層１５０２の境界には界面１５１が形成されている。上層１５０１と下層１５０２は同一の添加元素５０を含んでいる。図２に示すように、２層膜の界面１５１には添加元素とＡｌの金属間化合物５５が偏析している。また、図３に示すように、界面１５１には結晶粒界の不連続面１５２が形成されている。さらに、図４に示すように、この２層配線は界面１５１を挟んで上層１５０１と下層１５０２とは配向方向１５３が異なっている。

２層配線の上層１５０１と下層１５０２とは略同じ厚さであり、各々３００ｎｍ以下である。同一の添加元素５０を含む複数のＡｌ合金層で構成するので熱工程を経ても配線におけるヒロック７０の形成は抑えることが出来る。

添加元素５０はＡｌと全率固溶しない元素が有効である。全率固溶しない元素を用いる理由としては、添加元素５０の固溶度が低いほど析出し易く、スパッタ時のマイグレーションにより界面１５１に添加元素５０を偏析させるのに有効であるためである。具体的な添加元素５０としてはＮｄ,Ｃｅ等の希土類元素の他、Ｔａ等の高融点遷移金属、Ｐｄ等の貴金属、Ｃｕ、Ｓｉ等がよい。その中でもＮｄ等の希土類元素は、例えば高融点遷移金属のＴａでは４７５℃前後で析出するのに対し、Ｎｄでは３００℃前後で析出するなど、低温でＡｌと金属間化合物を形成し析出するため、特に有効である。また、図５に示すように、結晶粒６０の粒径は各層で実質的に同じとするとさらに良い。ヒロック７０は図７に示すように、Ａｌ結晶粒成長が原因と考えられるので、本実施例の構成によってＡｌ結晶粒子の成長を抑えることが出来たことが原因と考えられる。

本実施例の多層膜はスパッタリングによって形成する。すなわち、図６に示すように、Ａｌ合金のスパッタターゲット８０を複数用意する。スパッタリングは１Ｐａ以下の真空中で行う。スパッタ膜にＡｒ等を巻き込むことを防止するためである。そして、このスパッタターゲット８０の前を基板１２１を通過させる。スパッタターゲット８０の前では、基板上にスパッタ膜が形成され、次のスパッタターゲット８０までの時間は膜形成がなされない。そして、次のスパッタターゲット８０において、再びスパッタ膜が形成される。最初のスパッタ膜と次のスパッタ膜との境界に上記のような界面１５１が形成される。

本実施例の膜形成は上記のようなスパッタターゲット８０が複数設置されているような、比較的大型の連続膜形成装置でなくともよい。例えば、スパッタターゲット８０が一つで、最初の膜をスパッタしたあと、基板１２１をスパッタターゲット８０がある場所から移動し、一定時間後再び、基板１２１をスパッタターゲット８０の前に設置して膜を形成しても同様な膜を形成することが出来る。さらには、最初の膜を形成したあと、基板１２１を移動することなく、そのままの位置におき、一定時間経過後に再びスパッタリングを行っても同様な膜を形成することが出来る。

以上は２層膜を例にとって説明したが、３層以上の多層膜の場合も同様にして形成することが出来る。本実施例によって、電気抵抗が小さく、かつ、ヒロック７０の発生のない配線を形成することが出来る。

次に、下部電極１０３を多層膜化したＭＩＭ電子源１００を有するＦＥＤ画像表示装置の実施例を述べる。

図１１は本発明の実施例２の説明図であり、ＭＩＭ型薄膜電子源１００を用いた画像表示装置を例とした模式断面図である。ガラス基板１２１には信号線駆動回路に接続する信号線を構成する多層Ａｌ-Ｎｄ下部電極１０３、走査線駆動回路に接続し走査線となる上部電極１０７、電子を放出する電子源１００が形成されている。電子源１００は多層Ａｌ-Ｎｄ下部電極１０３（信号線）上に配置され、トンネル絶縁層１０２を介した多層Ａｌ-Ｎｄ下部電極１０３（信号線）と、上部電極１０７（走査線）とコンタクト電極１０８を経由し接続されたAu/Pt/Iｒ薄膜電極１０１に電圧をかけることにより、電子が放出される。

次に、本発明のＭＩＭ型薄膜電子源１００を用いた画像表示装置の製造方法の実施例について、図１２〜１８を用い説明する。先ず図１２に示したとおり、ガラス等の絶縁性の基板上に下部電極１０３となるＡｌ合金多層膜１５０を成膜する。この多層膜の成膜は複数のスパッタターゲット８０を備えたインライン方式のスパッタを用い、各ターゲット毎、同じ成膜条件（Ａｒガス圧、成膜パワー）を保ちつつ、基板ホルダーを複数のＡｌ-Ｎｄスパッタターゲット８０前を通過させることにより形成した。本発明においては全膜厚を同一としつつ多層膜の層数を1,2,3,５層として試作したが、各膜厚を同じとすることによって、膜にかかる応力の均一化、製造工程の管理の容易化を図ることが出来る。

スパッタターゲット８０はＡｌ-2at.%Ｎｄ合金とし、Ａｒガス圧はＡｒの巻き込みを抑制し緻密な膜を形成するため、1Ｐａ以下とする。図１９にＡｒガス圧とスパッタ成膜レートおよび成膜されたＡｌ-Ｎｄ膜の比抵抗を示す。Ａｒガス圧が1Ｐａ以下では成膜レート、比抵抗は殆ど同じであるが、1Ｐａ以上になるとＡｒガスによる散乱のため成膜レートが低下し比抵抗も上昇する。したがって緻密な膜を形成するには１Ｐａ以下のＡｒ分圧で成膜するのが好ましく、ここでは0.4Ｐａとした。パワー密度はＮｄのスプラッシュを防止するため、3.2W/cm²以下とした。このようにして形成されたＡｌ−Ｎｄ膜におけるＮｄの成分は２％±０．２％であった。

また、添加元素５０はＡｌと全率固溶しない元素が有効である。全率固溶しない元素を用いる理由としては、添加元素５０の固溶度が低いほど析出し易く、スパッタ時のマイグレーションにより界面１５１に添加元素５０を偏析させるのに有効であるためである。具体的な添加元素５０としてはＮｄ,Ｃｅ等の希土類元素の他、Ｔａ等の高融点遷移金属、Ｐｄ等の貴金属、Ｃｕ、Ｓｉ等がよい。その中でもＮｄ等の希土類元素は、例えば高融点遷移金属のＴａでは４７５℃前後で析出するのに対し、Ｎｄでは３００℃前後で析出するなど、低温でＡｌと金属間化合物を形成し析出するため、特に有効である。

成膜後はパターンニング工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１０３を形成した。本実施例の画像表示装置の場合、これは信号線となる。Ａｌ合金のエッチングには例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウエットエッチングを用いる。この電極を形成するためのレジストのパターンニングには露光器もしくは印刷法を用いる。

次に、この下部電極１０３上に陽極酸化膜のトンネル絶縁層１０２により形成された電子源１００と厚い陽極酸化膜のフィールド絶縁層１０４を形成する。まず、図１３に示した下部電極１０３の電子源１００となる部分をレジスト膜１４０でマスクし、それ以外の部分を選択的に厚く陽極酸化してフィールド絶縁層１０４とする。この陽極酸化の化成電圧は200V前後とし、それにより厚さ約270 ｎｍのフィールド絶縁層１０４が形成される。その後、レジスト膜１４０を除去し、その残りの部分に約６V前後の化成電圧で陽極酸化を施すことにより、厚さ10ｎｍ前後のトンネル絶縁層１０２を成長させる。この状況を図１４に示す。

次に、図１５に示すように、陽極酸化膜上に層間絶縁層１０５（ＳｉN）とＡｕ／Ｐｔ／Ｉｒ薄膜電極１０１を分離するＳｉ層１０６をスパッタリングにより成膜する。それぞれスパッタ法を用いて形成するが、この層間絶縁層１０５の成膜は、成膜ガスにＡｒとN₂を用いた反応性スパッタで成膜した。層間絶縁層１０５、Ｓｉ分離層１０６の厚さは共に200ｎｍである。次に図１６に示すように電子源１００の給電線、本実施例においては走査線となるＡｌ/Ａｌ-Ｎｄ層をスパッタ法を用い各4.0ｕｍ、600ｎｍの厚さで成膜する。

その後図１７に示すようにホト・エッチング工程により下部電極１０３とは直行した上部電極１０７を形成した。エッチングには、下部電極１０３と同様に例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液を用いた。続いて先ほどのＳｉ層１０６と層間絶縁層１０５（ＳｉN）をドライエッチを用い選択的にエッチングし、パターンニングする。エッチングガスには例えばCF₄やSF₆を主成分とする混合ガスを用いる。

続いて、Ａｌ-Ｎｄ層を600ｎｍの厚さで成膜しＡｌ/Ａｌ-Ｎｄ上部電極１０７と同様のホト・エッチング工程を経て、上部電極１０７とＡｕ／Ｐｔ／Ｉｒ電極１０１を接続するためのコンタクト電極１０８を作成する。最後に、図１８に示すように、層間絶縁膜１０５、Ｓｉ層１０６をドライエッチによりエッチングし電子放出部を開口させ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｉｒ薄膜電極１０１を合計約３ｎｍ前後で成膜し、電子源１００が完成となる。

以上の工程により、下部電極１０３上のヒロック７０の形成が抑止され、耐熱性が向上したＭＩＭ陰極ができる。本実施例において、下部電極１０３の全膜厚は６００ｎｍとして層数を１層の場合、２層の場合、３層の場合、５層の場合について試作した。この場合膜厚は１層であれば６００ｎｍ、２層であれば３００ｎｍ、３層であれば、２００ｎｍ、５層であれば１２０ｎｍとなる。これらの膜に対して熱処理を施したＭＩＭ陰極の電子源１００の下部電極１０３におけるヒロック数密度の１層あたりの膜厚依存性を図２０示す。熱処理は４５０℃の温度で30分加熱した。

1層あたりの膜厚が600ｎｍでは、ヒロック数密度が高かったのに対し、膜厚300 ｎｍ以下ではヒロック７０の数密度が低下し、実用上問題のない値となっている。また、図２１に示すように、抵抗率は1層あたりの膜厚が減少しても下部電極１０３の抵抗率は殆ど変化しないことを確認した。この結果、下部電極１０３の多層膜化により低抵抗率を維持しながら、ヒロック７０の形成が抑止された画像表示装置を提供できることが実証された。

本発明の実施例よりヒロック７０の形成が抑制できた理由を説明する。Ａｌヒロック７０とは融点の低い金属を熱処理することにより形成される析出物であり、その構造は図７で示したとおり純Ａｌ結晶粒６０の集まりである。このことから、ヒロック７０の形成を防止するためには、Ａｌ結晶粒６０が膜内部に分散し巨大化しないようにする構造をとればよい。

そこで本発明の有効性を示すため、まず、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による添加元素Ｎｄの深さ方向対する分布の測定結果を図２２に示した。単層膜では膜内部ではほぼ一様にＮｄが分布していたのに対し、2層膜では界面付近でＮｄ密度が高くなっている。これは、母体金属Ａｌに対し全率固溶しないＮｄが自己拡散し、ポテンシャルの低い界面付近で捕捉され偏析したためである。その結果、ヒロック形成要因である純Ａｌ結晶粒６０の成長を阻害し、熱処理後のヒロック形成は防止できる。

次に、Ｘ線回折による多層膜の配向性について図２３に示す。図２３において、実線は単層膜６００ｎｍであり、点線は２００ｎｍの層を３層形成した多層膜である。単層膜では、Ｘ線入射角約17°付近で回折されたのに対し、３層膜では約１７°と約19°の２方向に回折されている。これはガラス基板上に直接成膜した単層膜と、1度成膜を止め、さらにＡｌ-Ｎｄ膜上に成膜した３層膜では結晶の成長方位（配向性）が異なるためである。その結果、界面１５１でＡｌの拡散経路が分断され、熱処理後のヒロック形成は防止できる。

次に、電子顕微鏡による多層膜の界面形状の模式図を図２４に示す。その断面はＡｌ-Ｎｄ金属間化合物の偏析物が表面とガラス面付近の他、成膜境界面を中心に分布しており、その界面１５１は不連続な結晶粒で構成されている。この結果から、ヒロック形成要因である純Ａｌ結晶粒の成長が阻害されていることが確認できる。また、多層膜における膜厚を揃えることにより、結晶粒のサイズは異なるものの、平均的にはほぼ同じとなり、ヒロック形成の要因となる応力が膜内部で均一化される構造となっている。結晶粒のサイズは次のようにして評価することができる。すなわち、膜表面の法線方向に平行な集束イオンビーム（ＦＩＢ）をＡｌ−Ｎｄ多層膜に照射し、露出させた断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、その粒径を評価した。

液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等の画像表示装置は画面の横方向に延在して縦方向に配設された多数の走査線と画面縦方向に延在して横方向に配設された多数のデータ信号線を有し、走査線と信号線で囲まれた部分に画素が形成される。画素は画素電極と画素電極への画像信号の供給を制御する薄膜トランジスタ（以後ＴＦＴという）を含む。

本実施例はＴＦＴに本発明を適用した場合の例である。本発明の下部電極１０３を多層膜化したＴＦＴ素子を用いた画像表示装置の実施例について、製造方法を図２５〜３０を用い説明する。先ず図２５に示したとおり、ガラス等の絶縁性の基板１２１上に下部電極１０３となるＡｌ合金多層膜１５０を成膜する。この多層膜の成膜は複数のターゲットを備えたインライン方式のスパッタを用い、同じ成膜条件（Ａｒガス圧、成膜パワー）を保ちつつ、基板ホルダーを複数のＡｌ-Ｎｄターゲット前を通過させることにより形成する。

本発明においては多層膜の層数を1,2,3,５層として試作したが、膜にかかる応力の緩和と製造工程の簡易化から、各層の膜厚はほぼ同じ膜厚とした。スパッタターゲット８０はＡｌ-2at.%Ｎｄ合金とし、Ａｒガス圧はＡｒの巻き込みを抑制し緻密な膜を形成するために、１Ｐａ以下とする。ここでは０．４Ｐａとした。パワー密度はＮｄのスプラッシュを防止するため、3.2W/cm²以下とした。このようにして形成されたＡｌ−Ｎｄ膜におけるＮｄの平均濃度は２％±０．２％であった。

成膜後は図２６に示すように、パターンニング工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１０３を形成した。本実施例の画像表示装置の場合、これはゲート電極２０１となる。Ａｌ合金のエッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウエットエッチングを用いる。この電極を形成するためのレジストのパターンニングにはフォトリソグラフィもしくは印刷法が用いられる。

次に、図２７に示すように、この下部電極（ゲート電極２０１）上にゲート絶縁層２０２となる窒化シリコン膜２０４をプラズマCVDにより成膜する。厚さは300ｎｍ程度とした。次に、ａ−Ｓｉ：Ｈ層２０３とチャンネル保護層となるＳｉN膜を成膜し、パターニング工程、ドライエッチ工程を経てチャンネル２０５を形成した。この状況を図２８に示す。ドライエッチのエッチングガスには例えばCF₄やSF₆を主成分とする混合ガスを用いる。

さらに、燐をドーピングしたＮ＋型の水素化アモルファスＳｉ（Ｎ＋ a-Ｓｉ:H）２０６を成膜し、図２９に示すように、パターンニングすることによりＮ＋型の水素化アモルファスＳｉ（Ｎ＋ a-Ｓｉ:H）層２０６と水素化アモルファスＳｉ（a-Ｓｉ:H）層２０３を形成する。最後に、図３０に示すように、ゲート電極２０１と同様インライン方式のスパッタを用いた膜厚約300ｎｍのＡｌ-Ｎｄ合金膜を成膜し、そのＡｌ-Ｎｄ合金膜をフォトリソグラフィのパターニングにより分離させ、ソース電極２０７とドレイン電極２０８を形成した。

以上の工程により、下部電極（ゲート電極２０１）上のヒロック７０の形成が抑止され、耐熱性が向上したＴＦＴ素子ができる。本実施例において、下部電極（ゲート電極２０１）の全膜厚は６００ｎｍとして層数を１層の場合、２層の場合、３層の場合、５層の場合について試作した。この場合膜厚は１層であれば６００ｎｍ、２層であれば３００ｎｍ、３層であれば、２００ｎｍ、５層であれば１２０ｎｍとなる。

熱処理を施したＴＦＴ素子のゲート電極２０１におけるヒロック数密度の１層あたりの膜厚依存性を図３１示す。熱処理は実施例１と同様、４５０℃の温度で30分加熱した。1層あたりの膜厚が600ｎｍではヒロック数密度が高かったのに対し、膜厚300 ｎｍ以下ではヒロック７０の数密度が低下し、実用上問題のない値となっている。また、抵抗率も図１９で確認したとおり１層あたりの膜厚が減少しても下部電極１０３の抵抗率は殆ど変化しない。以上のことからＴＦＴ素子の下部電極１０３を多層膜化することにより低抵抗率を維持しながらヒロック７０の形成が抑止された画像表示装置を提供できることが実証された。

本実施例は、コンタクト電極１０８を多層膜化したＭＩＭ型陰極を有す画像表示装置における実施例である。図３２は本発明の実施例４の説明図であり、ＭＩＭ型薄膜電子源１００を用いた画像表示装置を例とした模式断面図である。ガラス基板１２１には信号線駆動回路に接続する信号線を構成する下部電極１０３、走査線駆動回路に接続し走査線となる上部電極１０７、電子を放出する電子源１００が形成されている。電子源１００は下部電極１０３（信号線）上に配置され、トンネル絶縁層１０２を介した下部電極１０３（信号線）と、上部電極１０７（走査線）と多層コンタクト電極１０８を経由し接続されたAu/Pt/Iｒ薄膜電極１０１に電圧をかけることにより、電子が放出される。

次に、本発明のＭＩＭ型薄膜電子源１００を用いた画像表示装置の製造方法の実施例について、図３３〜３９を用い説明する。先ず図３３に示したとおり、ガラス等の絶縁性の基板１２１上に下部電極１０３となるＡｌ合金膜を成膜する。この膜の成膜はインライン方式のスパッタを用いた。本実施例における下部電極１０３の層数は、実施例１と異なり1層とし、ターゲットはＡｌ-2at.%Ｎｄ合金とした。

Ａｒガス圧は実施例１と同様にＡｒの巻き込みを抑制し緻密な膜を形成するために、１Ｐａ以下とする。ここでは０．４Ｐａとした。パワー密度はＮｄのスプラッシュを防止するため、3.2W/cm²以下とした。このようにして形成されたＡｌ−Ｎｄ膜におけるＮｄの平均濃度は２％±０．２％であった。

添加元素５０も実施例１と同様にＡｌと全率固溶しない元素が有効である。全率固溶しない元素を用いる理由としては、添加元素５０の固溶度が低いほど析出し易く、スパッタ時のマイグレーションにより界面１５１に添加元素５０を偏析させるのに有効であるためである。具体的な添加元素５０としてはＮｄ,Ｃｅ等の希土類元素の他、Ｔａ等の高融点遷移金属、Ｐｄ等の貴金属、Ｃｕ，Ｓｉ等がよい。その中でもＮｄ等の希土類元素は、例えば高融点遷移金属のＴａでは４７５℃前後で析出するのに対し、Ｎｄでは３００℃前後で析出するなど、低温でＡｌと金属間化合物を形成し析出するため、特に有効である。

成膜後はパターンニング工程、エッチング工程によりストライプ形状の下部電極１０３を形成した。本実施例の画像表示装置の場合、これは信号線となる。Ａｌ合金のエッチングは例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液でのウエットエッチングを用いる。この電極を形成するためのレジストのパターンニングには露光器もしくは印刷法により形成できる。

次に、この下部電極１０３上に陽極酸化膜のトンネル絶縁層１０２により形成された電子源１００と厚い陽極酸化膜のフィールド絶縁層１０４を形成する。まず、図３４に示すように、下部電極１０３の電子源１００となる部分をレジスト１４０でマスクし、それ以外の部分を選択的に厚く陽極酸化してフィールド絶縁層１０４とする。この陽極酸化の化成電圧は200V前後とし、それにより厚さ約270 ｎｍのフィールド絶縁層１０４が形成される。その後、レジスト膜１４０を除去し、その残りの部分に約６V前後の化成電圧で陽極酸化を施すことにより、厚さ10ｎｍ前後のトンネル絶縁層１０２を成長させる。この状況を図３５に示す。

次に、図３６に示すように、その上に層間絶縁層１０５（ＳｉN）とＡｕ／Ｐｔ／Ｉｒ薄膜電極を分離するためのＳｉ層１０６をスパッタにより成膜する。それぞれスパッタ法を用い、この層間絶縁層１０５の成膜は、成膜ガスにＡｒとN₂を用いた反応性スパッタで成膜した。層間絶縁層１０５、Ｓｉ分離層１０６の厚さは共に200ｎｍである。続いて、ドライエッチを用い、先ほどのＳｉ層１０６と層間絶縁層（ＳｉN）１０５を選択的にエッチングし、パターンニングする。エッチングガスには例えばCF₄やSF₆を主成分とする混合ガスを用いる。

次に、図３７に示すように、電子源１００の給電線、本実施例においては走査線となるＡｌ/Ａｌ-Ｎｄ層をスパッタを用い各4.0ｕｍ 、600ｎｍの厚さで成膜し、ホト・エッチング工程により下部電極１０３とは直行した上部電極１０７を形成した。エッチングには、下部電極１０３と同様に例えば燐酸、酢酸、硝酸の混合水溶液を用いた。続いて先ほどのＳｉ層１０６と層間絶縁層（ＳｉN）１０５をドライエッチを用い選択的にエッチングし、パターンニングする。エッチングガスには例えばCF₄やSF₆を主成分とする混合ガスを用いる。

続いて、Ａｌ-Ｎｄ層を600ｎｍの厚さで成膜し、Ａｌ/Ａｌ-Ｎｄ上部電極１０７と同様のホト・エッチング工程を経て、上部電極１０７とＡｕ／Ｐｔ／Ｉｒ電極１０１を接続するためのコンタクト電極１０８を作成する。この状況を図３８に示す。ただし、本実施例では実施例１とは異なり、コンタクト電極上のヒロック形成を抑止するため、コンタクト電極１０８となるＡｌ-Ｎｄ膜を多層膜とした。その層数は実施例１と同様に1,2,3,５層、各膜厚はほぼ同じとなるようにした。その他、成膜条件も実施例１の下部電極１０３と同様に、複数のスパッタターゲット８０を備えたインライン方式のスパッタを用い、各ターゲット毎に同じ成膜条件（ガス圧、成膜パワー）を保ちつつ、基板ホルダーを複数のＡｌ-Ｎｄターゲット前を通過させることにより形成する。

ターゲットはＡｌ-2at.%Ｎｄ合金、ガス圧は0.4Ｐａ以下、パワー密度は3.2W/cm²とした。続いて、層間絶縁膜１０５、Ｓｉ層１０６をドライエッチにより加工し、電子放出部を開口する。最後に図３９に示すように、Ａｕ／Ｐｔ／Ｉｒ薄膜電極１０１を合計約３ｎｍ前後で成膜し、電子源１００が完成となる。このようにして形成されたコンタクト電極１０８におけるＮｄの平均濃度は２％±０．２％であった。

以上の工程により、上部電極上のヒロック７０の形成が抑止され、耐熱性が向上したＭＩＭ陰極が製造できる。ＭＩＭ-ＦＥＤにおけるコンタクト電極１０８と陽極板１３０の放電回数の膜厚依存性を図４０に示す。図４０はコンタクト電極１０８のトータルの膜厚は６００ｎｍとして層数を１層の場合、２層の場合、３層の場合、５層の場合について試作した。この場合、各膜厚は１層であれば６００ｎｍ、２層であれば３００ｎｍ、３層であれば、２００ｎｍ、５層であれば１２０ｎｍとなる。1層あたりの膜厚が600ｎｍでは10時間で12回放電していたのに対し、膜厚が300ｎｍ以下では放電回数が減少し、本発明の有効性が実証できた。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、実施例１〜４の図１１〜40を基に詳細に説明した。なお、以上では実施例にＭＩＭ型電子源を備えたＦＥＤとＴＦＴ素子を用いたが、本発明はＡｌ合金を用いる他の配線や画像表示装置にも適用可能であり、これに限定したものではない。

本発明に係る多層Ａｌ合金配線の模式断面図である。 本発明に係る多層Ａｌ合金配線における界面例の模式断面図である。 本発明に係る多層Ａｌ合金配線における界面例の模式断面図である。 本発明に係る多層Ａｌ合金配線における界面例の模式断面図である。 本発明に係る多層Ａｌ合金配線における界面例の模式断面図である。 本発明に係る多層Ａｌ合金配線の製造手法の例を説明する図である。 Ａｌヒロックの断面形状の模式図である。 ヒロック形成抑止の従来技術を説明する模式断面図である。 下部電極にヒロックが形成された場合に発生する問題点の説明図である。 コンタクト電極にヒロックが形成された場合に発生する問題点の説明図である。 実施例２の断面図である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の製造工程である。 実施例２によるＭＩＭ電子源の最終製造工程である。 スパッタ法により作成したＡｌ-Ｎｄ膜の抵抗率に対する成膜ガス圧依存性を説明する図である。 本発明における熱処理によりＡｌ-Ｎｄ膜上に形成されたヒロック数密度の1層あたりの膜厚依存性を示す図である。 本発明の熱処理前後におけるＡｌ-Ｎｄ膜の抵抗率に対する1層あたりの膜厚依存性を示す図である。 本発明における添加元素Ｎｄの深さ方向の分布を示す図である。 本発明における熱処理後のＡｌ-Ｎｄ膜の配向性に対する1層あたりの膜厚依存性を示す図である。 本発明におけるＡｌ-Ｎｄ2層膜の電子顕微鏡による界面形状の模式図である。 本発明によるＴＦＴの製造工程である。 本発明によるＴＦＴの製造工程である。 本発明によるＴＦＴの製造工程である。 本発明によるＴＦＴの製造工程である。 本発明によるＴＦＴの製造工程である。 本発明によるＴＦＴの最終製造工程である。 本発明において、熱処理によりＴＦＴゲート配線上に形成されたヒロック密度の層数依存性を示す図である。 実施例４の断面図である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの製造工程である。 実施例４によるＦＥＤの最終製造工程である。 本発明実施例４における画像表示装置の放電回数に対する1層あたりの膜厚依存性を示す図である。

符号の説明

５０・・・添加元素、５５・・・ＡＬの金属間化合物、６０・・・結晶粒、６１・・・結晶粒界、７０・・・ヒロック、８０・・・スパッタターゲット、１００・・・電子源、１０１・・・Ａｕ/Ｐｔ/Ｉｒ電極、１０２・・・トンネル絶縁膜、１０３・・・下部電極、１０４・・・フィールド絶縁膜、１０５・・・層間絶縁膜、１０６・・・Ｓｉ層、１０７・・・上部電極、１０８・・・コンタクト電極、１２０・・・陰極板、１２１・・・ガラス基板、１３０・・・陽極板、１３１・・・蛍光面、１４０・・・レジスト、１５０・・・Ａｌ合金多層膜、１５１・・・界面、１５２・・・結晶粒界の不連続面１５３・・・配向方向、２０１・・・ゲート電極、２０２・・・ゲート絶縁膜、２０３・・・ａ−Ｓｉ：Ｈ、２０４・・・窒化シリコン膜、２０５・・・チャンネル保護膜、２０６・・・Ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈ、２０７・・・ソース電極、２０８・・・ドレイン電極、１５０１・・・上層、１５０２・・・下層

Claims (23)

1. 画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線とでかこまれた部分に画素電極が形成される表示装置であって、
   前記走査線または前記データ信号線はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
2. 前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記複数のＡｌ合金層は各層の膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記複数のＡｌ合金層は各層の膜厚が実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
6. 前記複数のＡｌ合金層はＮｄ、またはその他の希土類元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
7. 前記複数のＡｌ合金層はＴａなどの高融点遷移金属や、Ｐｄなどの貴金属、その他ＣｕやＳｉを含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
8. 前記複数のＡｌ合金層は配向方向が異なることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
9. 前記複数のＡｌ合金層のうちの第１のＡｌ合金層と第２のＡｌ合金層の界面における添加元素の濃度は前記第１または第２のＡｌ合金層内の添加元素の濃度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
10. 前記複数のＡｌ合金層のうちの第１のＡｌ合金層と第２のＡｌ合金層の界面には結晶粒界の不連続面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
11. 画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線とで囲まれた部分に画素電極およびＴＦＴが形成され、前記ＴＦＴのゲート電極は前記走査線と接続し、前記ＴＦＴのソース電極は前記信号線と接続し、前記ＴＦＴのドレイン電極は前記画素電極と接続される表示装置であって、
    前記ＴＦＴのゲート電極はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
12. 前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記複数のＡｌ合金層は膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
14. 前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
15. 電子源がマトリクス状に形成された陰極板と蛍光面が形成された陽極板とが所定の間隔をもって配置された表示装置であって、
    前記電子源は複数のＡｌ合金層からなる下部電極と、トンネル絶縁層と、薄膜金属層からなる電極とで形成され、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
16. 前記複数のＡｌ合金層は同一の成分を有することを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記複数のＡｌ合金層は膜厚が３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
18. 前記複数のＡｌ合金層に添加された添加元素はＡｌと全率固溶しない元素であることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
19. 画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されており、前記走査線と前記データ信号線との交差部付近に電子源が形成された表示装置であって、 前記電子源はＡｌ合金層からなる下部電極と、トンネル絶縁層と、薄膜金属層からなる電極とで形成され、
    前記データ信号線は前記下部電極と接続し、前記走査線はコンタクト電極を介して前記電子源を構成する前記薄膜金属層からなる電極と接続し、前記コンタクト電極は複数のＡｌ合金層で構成され、前記複数のＡｌ合金層は同一の添加元素を有することを特徴とする表示装置。
20. 画面第１の方向に延在し、第１の方向と直角の第２の方向に配設された走査線と、画面第２の方向に延在して第１の方向に配設されたデータ信号線を有し、前記走査線と前記データ線との間には絶縁膜が形成されているおり、前記走査線と前記データ信号線とでかこまれた部分に画素電極が形成される表示装置であって、
    前記走査線もしくは前記データ信号線はＡｌ合金層を複数含み、前記複数のＡｌ合金層はＡｌ合金ターゲットをスパッタリングすることによって形成され、前記複数のＡｌ合金層は特定の時間をおいてスパッタリングされることを特徴とする表示装置。
21. 前記スパッタリングは容器内に複数のターゲットが設置され、表示装置の基板が前記容器内を移動し、前記ターゲットに対向するごとにスパッタリングされることによって前記複数のＡｌ合金層が形成されることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
22. 前記スパッタリングは容器内に単一のターゲットが設置され、表示装置の基板が前記容器内を移動し、前記ターゲットに対向するごとにスパッタリングされることによって前記複数のＡｌ合金層が形成されることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
23. 前記スパッタリングは１Ｐａ以下のＡｒガス分圧で行われることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。

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