JP2009088239A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可撓性を有し、且つ、信頼性および量産性に優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置は、互いに対向する第１および第２主面を有する可撓性基板１２と、可撓性基板の第１主面上に形成された島状の第１無機絶縁膜１３と、第１無機絶縁膜上に形成された島状の積層体であって、無機半導体材料からなる半導体層１４と半導体層と接する絶縁層１５とを含む積層体と、積層体を覆う第２無機絶縁膜１６と、半導体層に電気的に接続されたソース電極３４ａおよびドレイン電極３４ｂと、半導体層の少なくとも一部の導電性を制御するゲート電極１８とを有し、半導体層の法線方向からみたとき、半導体層および半導体層と絶縁層との界面の外周は、第１無機絶縁膜および第２無機絶縁膜によって包囲されており、且つ、第２無機絶縁膜は少なくとも１つ方向において可撓性基板上に端を有していることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、可撓性を備える半導体装置（例えばフレキシブルディスプレイ）およびその製造方法に関する。

近年、表示装置の高付加価値化の１つとして可撓性を有する表示装置（フレキシブルディスプレイ）の開発が進められている。例えば、特許文献１には金属基板に単結晶シリコンを転写することによってフレキシブルディスプレイを製造する技術が記載されている。また、例えば特許文献２には有機のＴＦＴを用いるフレキシブルディスプレイも検討されている。
特開２００３−２１８３３０号公報 特開２００７−０１２８１５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載されている技術は、従来と異なるプロセスを採用する結果、量産性に劣る、あるいは大面積化が困難であるという問題がある。また、特許文献２に記載されているように、有機のＴＦＴを用いると、従来の無機半導体材料（典型的にはＳｉ）を用いたＴＦＴに比べ、電気特性や信頼性が劣るという問題がある。

本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、可撓性を有し、信頼性および量産性に優れ、且つ大面積化が容易な半導体装置（特にフレキシブルディスプレイ）を提供することにある。

本発明の半導体装置は、互いに対向する第１および第２主面を有する可撓性基板と、前記可撓性基板の前記第１主面上に形成された島状の第１無機絶縁膜と、前記第１無機絶縁膜上に形成された島状の積層体であって、無機半導体材料からなる半導体層と前記半導体層と接する絶縁層とを含む積層体と、前記積層体を覆う第２無機絶縁膜と、前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、前記半導体層の少なくとも一部の導電性を制御するゲート電極とを有し、前記半導体層の法線方向からみたとき、前記半導体層および前記半導体層と前記絶縁層との界面の外周は、前記第１無機絶縁膜および前記第２無機絶縁膜によって包囲されており、且つ、前記第２無機絶縁膜は少なくとも１つの方向において前記可撓性基板上に端を有していることを特徴としている。

ある実施形態において、前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は前記第１無機絶縁膜の外側に前記端を有している。

ある実施形態において、前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は前記第１無機絶縁膜上に前記端を有している。

ある実施形態において、前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は島状に形成されている。

ある実施形態において、前記可撓性基板と前記第１無機絶縁膜との間に緩衝用無機絶縁膜をさらに有する。

ある実施形態において、前記第２無機絶縁膜を覆う有機絶縁膜をさらに有する。

ある実施形態において、前記ゲート電極は第２無機絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように設けられている。

ある実施形態において、前記ゲート電極は第１無機絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように設けられている。

ある実施形態において、前記ゲート電極は前記絶縁層を介して前記半導体層に対向するように設けられており、前記第２無機絶縁膜は前記積層体とともに前記ゲート電極をも覆う。

ある実施形態において、前記有機絶縁膜上に設けられた表示媒体層をさらに有する。

ある実施形態において、前記第１および第２主面に設けられた保護フィルムとラミネートされている。

ある実施形態において、前記保護フィルムの表面に導電層をさらに有する。前記導電層は透明導電層であってもよいし、金属層であってもよい。

ある実施形態において、前記可撓性基板は高分子フィルムであることが好ましい。前記高分子フィルムとしてはポリイミド（ＰＩ）フィルムが好ましい。前記可撓性基板としてステンレス鋼ホイルを用いてもよい。

本発明によると、可撓性基板とシリコン等の無機半導体材料を用いたＴＦＴとを利用するので、可撓性を有し、信頼性および量産性に優れ、且つ大面積化が容易な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明による実施形態の半導体装置およびその製造方法を説明する。ここでは、半導体表示装置として、フレキシブルディスプレイおよびそれに用いられるアクティブマトリクス基板を例示する。また、無機半導体材料として典型的なシリコン（Ｓｉ）を用いる場合を例示する。なお、本発明はここで例示する実施形態に限定されるものではない。

図１に、本発明による実施形態の半導体装置の模式的な断面図を示す。この半導体装置は、少なくとも１つの薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）１００Ｔを備えている。

ＴＦＴ１００Ｔは、互いに対向する第１および第２主面を有する可撓性の可撓性基板１２と、可撓性基板１２の第１主面上に形成された島状の第１無機絶縁膜１３（ここでは無機絶縁膜１３ａおよび１３ｂからなる２層膜）と、第１無機絶縁膜１３ａおよび１３ｂ上に形成された島状の積層体であって、無機半導体材料からなる半導体層１４と半導体層１４と接する絶縁層１５とを含む積層体と、積層体を覆う第２無機絶縁膜１６とを有している。ここでは、絶縁層１５は、絶縁層１５ａおよび１５ｂの２層構造を有しているが、もちろん単層であってもよい。さらに、ＴＦＴ１００Ｔは、半導体層１４に電気的に接続されたソース電極３４ａおよびドレイン電極３４ｂと、半導体層１４の少なくとも一部の導電性を制御するゲート電極１８とを有している。ゲート電極１８は有機層間絶縁膜２２によって覆われている。ソース電極３４ａおよびドレイン電極３４ｂは、これらと半導体層１４との間に存在する絶縁層１５ａ、１５ｂ、第２無機絶縁膜１６および有機層間絶縁膜２２に形成されたコンタクトホール内に形成されたコンタクト部３２ａおよび３２ｂを介して、それぞれ半導体層１４のソース領域およびドレイン領域（いずれも不図示）に電気的に接続されている。ゲート電極１８は、絶縁層１５ａ、１５ｂおよび第２無機絶縁膜１６を介して半導体層１４のチャネル領域（不図示）に対向するように配置されている。すなわち、絶縁層１５ａ、１５ｂおよび第２無機絶縁膜１６がゲート絶縁膜として機能する。

半導体層１４および半導体層１４と絶縁層１５ａとの界面の外周は、半導体層１４の法線方向からみたとき、第１無機絶縁膜１３ａおよび１３ｂおよび第２無機絶縁膜１６によって包囲されており、且つ、第２無機絶縁膜１６は少なくとも１つの方向において可撓性基板１２上に端を有している。第２無機絶縁膜１６が可撓性基板１２上に端を有するとは、第２無機絶縁膜１６の全面を覆うことは無く、可撓性基板１２の第１主面を露出していることを意味する。従って、可撓性基板１２の内、第１無機絶縁物膜１３が形成されていない領域は、可撓性を維持している。また、半導体層１４および半導体層１４と絶縁層１５ａとの界面は第１無機絶縁膜１３と第２無機絶縁膜１６とによって密閉されている。従って、ＴＦＴの特性および信頼性に最も影響を与える半導体層１４および半導体層１４と絶縁層１５ａとの界面は、可撓性基板１２や他の部材から隔離されており、水分などの不純物の侵入から保護されている。

本明細書において、第１無機絶縁膜１３および第２無機絶縁膜１６によって密閉された構造を「密閉構造」という。ＴＦＴ１００Ｔは密閉構造１００ａを有している。また、逆に、第１無機絶縁膜１３および第２無機絶縁膜１６によって密閉される、半導体層１４およびそれに接する絶縁層１５ａを必ず含む対象を「積層体」ということがある。なお、図１に示したように、複数の絶縁層１５ａ、１５ｂおよび１６がゲート絶縁層を構成する場合、半導体層１４および少なくとも半導体層１４に接する絶縁層１５ａが密閉されていればよく、第２無機絶縁膜１６がゲート絶縁膜の一部となってもよい。

図１に示した半導体装置は、シリコン等の無機半導体材料を用いたＴＦＴを備えるので、これまでに培われた技術を利用することができる。従って、信頼性および量産性に優れ、且つ大面積化が容易である。また、密閉構造１００ａは可撓性基板１２の一部を露出するように形成されるので、可撓性基板１２の可撓性を有している。

例えば、図２に模式的に示すアクティブマトリクス基板において、上記構造を採用した場合について説明する。

図２のアクティブマトリクス基板は、可撓性基板１２上に、ＴＦＴ１００、ゲートバスライン１８Ｂおよびソースバスライン３４Ｂを有している。ゲートバスライン１８ＢはＴＦＴ１００のゲート電極１８と同一の層で形成されており、Ｘ方向（通常は液晶表示装置の行方向、横方向）に延設されている。ソースバスライン３４ＢはＴＦＴ１００のソース電極３４ａに接続されており、Ｙ方向（通常は液晶表示装置の列方向、縦方向）に延設されている。

第１および第２無機絶縁膜１３および１６を、半導体層１４および半導体島１４’を密閉するように、これらよりもわずかに大きく選択的にその領域だけに形成すると、他の領域では可撓性基板１２を曲げることができる。ゲートバスライン１８Ｂおよびソースバスライン３４Ｂを金属材料で形成しておけば、これらは、無機材料からなる半導体層や無機絶縁膜よりも延性に富むので、可撓性を阻害することがない。なお、半導体島１４’は補助容量（ＣＳ容量）を形成するために用いられる。

なお、半導体層１４および半導体島１４’とともにゲートバスライン１８Ｂを密閉するように形成しても、ゲートバスライン１８Ｂに平行なＸ方向に延びる谷又は山を作る方向においては可撓性を有している。すなわち、第１および第２無機絶縁膜１３および１６が形成されていない領域が、可撓性基板１２上を縦断または横断していれば、第１および第２無機絶縁膜１３および１６が形成されていない領域の可撓性が発現される。

次に、図３を参照して、密閉構造１００ａを有するＴＦＴ１００Ｔの作製方法を説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、可撓性基板１２上に、第１無機絶縁膜１３を形成し、第１無機絶縁膜１３上に、アモルファスシリコン層（以下、「ａ−Ｓｉ層」という。）１４ａ（厚さ４５ｎｍ）を形成する。

可撓性基板１２は例えばポリイミドフィルム（ＰＩフィルム）やステンレス鋼ホイル（ＳＵＳホイル）である。必要に応じてステンレス鋼ホイルの表面に液相塗布ＳｉＯ₂を形成してもよい。液相塗布ＳｉＯ₂は、シロキサン系の有機成分を含むＳｉＯ₂である。

なお、可撓性基板としてＰＩフィルムを用いる場合には、耐熱性、機械的強度や寸法安定性等の観点から、ガラス基板上に形成されたＰＩフィルム上にＴＦＴを作製し、その後で、ガラス基板からＰＩフィルムを剥離するというプロセスを採用することが好ましい。ＰＩフィルムは、例えば、ガラス基板上にＰＩの前駆体であるポリアミック酸（ポリアミド酸）の溶液を塗布し、窒素雰囲気下で加熱処理（例えば４００℃、１時間）を行うことによって得られる。なお、ＰＩフィルムをガラス基板から剥離する方法には公知の種々の方法を採用することが出来る。

第１無機絶縁膜１３として、ここでは、ＳｉＮ_x層１３ｂ（厚さ４０ｎｍ）／ＳｉＯ₂層１３ａ（厚さ５０ｎｍ）の２層膜を用いる。２層膜に代えて単層膜を用いてもよいし、あるいは、３層以上の多層膜（例えばＳｉＯ₂層／ＳｉＮ_x層／ＳｉＯ₂層）を用いても良い。ＳｉＯ₂層１３ａ、ＳｉＮ_x層１３ｂおよびａ−Ｓｉ層１４ａは、３００℃〜３５０℃の温度で、ＣＶＤ等公知の薄膜堆積技術を用いて形成することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、ａ−Ｓｉ層１４ａにレーザ光を照射することによって、脱水素処理を行うとともに、非晶質シリコンを結晶化することによって多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）層１４ａ’を得る。通常、１回のレーザ照射では、十分な結晶性を有するｐ−Ｓｉ層が得られないので、レーザ照射工程を２回行うことによって、例えば平均結晶粒径が１００ｎｍ以上の結晶粒からならｐ−Ｓｉ層１４を得る。このように、結晶性の高いｐ−Ｓｉ層１４を用いて作製されるＴＦＴは、表示装置の駆動回路用のＴＦＴとして利用できる。もちろん、必要に応じて、結晶性を制御すればよい。ｐ−Ｓｉ層１４はＴＦＴを作製すべき領域（活性領域）に対応するようにパターニングされる。パターニングは、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いた公知の方法で行うことができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、パターニングされたｐ−Ｓｉ層１４を水素ガスに暴露する。また、水素ガスに暴露する前に、ｐ−Ｓｉ層１４等の表面に付着した不純物等を除去するために、ＵＶ照射、オゾン洗浄、ＨＦ洗浄、水洗浄、アルカリ洗浄等の清浄化処理を行うことが好ましい。

次に、図３（ｄ）に示すように、水素ガスに暴露されたｐ−Ｓｉ層１４を覆うように絶縁層１５ａおよび１５ｂを形成する。ここで例示する構成においては、ここでは、ＳｉＯ₂層１５ａ（厚さ５０ｎｍ）およびＳｉＮ_x層１５ｂ（厚さ２０ｎｍ）を形成する。これらはゲート絶縁膜として機能する。ゲート絶縁膜は、ゲート電極と半導体層のチャネル領域との間に設けられ、半導体層側の面は半導体層に接する。ここでは、ＳｉＯ₂層１５ａがｐ−Ｓｉ層１４に接するように形成されている。ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂは公知の薄膜堆積技術によって２００℃〜３００℃の温度範囲で堆積することができる。もちろん、ゲート絶縁膜は単層（例えばＳｉＯ₂層１５ａ）であっても良いが、ＳｉＮ_x層１５ｂを積層することによって、水分やＮａ等の侵入に対する耐性が向上し、ＴＦＴのしきい値電圧が安定するという利点が得られる。

次に、図３（ｅ）に示すように、ＰＩ基板１２上に形成された積層構造（下から順にＳｉＯ₂層１３ａおよびＳｉＮ_x層１３ｂ、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂ）を所定の形状にパターニングする。このパターニングは例えばウエットまたはドライエッチングによって行うことができる。その結果、この積層構造はＰＩ基板１２上に端を有する島状となる。

次に、図３（ｆ）に示すように、島状の積層構造を覆うように、第２無機絶縁膜となるＳｉＮ_x膜１６（厚さ２０ｎｍ）を堆積する。ＳｉＮ_x膜１６は、ゲート絶縁膜の３層目となる。図３（ｆ）から明らかなように、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂは、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜１６（ＳｉＮ_x膜１６）によって３次元的に密閉されている。すなわち、ｐ−Ｓｉ層１４の法線方向からみたとき、ｐ−Ｓｉ層１４およびｐ−Ｓｉ層１４とＳｉＯ₂層１５ａとの界面の外周は、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６とによって包囲されている。この様にして密閉構造１００ａが得られる。

次に、図３（ｇ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６を所定のパターンにエッチングする。ここではＳｉＮ_x膜１６の端がＰＩ基板１２の表面上に形成される。すなわち、ＳｉＮ_x膜１６の端を含む外周部分はＰＩ基板１２の表面に直接接触している。不要な領域に形成されたＳｉＮ_x膜１６を除去することによってＰＩ基板１２の表面の一部が露出され、その結果、露出された領域のＰＩ基板１２の可撓性を利用できるようになる。

この後、図３（ｈ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６の上にゲート電極１８を形成する。ここでは、Ｔｉ層（厚さ５０ｎｍ）１８ａとＡｌ層（またはＡｌ合金層）（厚さ２５０ｎｍ）１８ｂとの積層構造とする。ゲート電極１８の構成はこれに限られず、単層あるいは３層以上の多層構造など公知の構成を適用できる。ゲート電極１８を形成する材料としては、Ｗ／ＴａＮ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ等を例示することが出来る。

ゲート電極１８を形成した後、ゲート電極１８をマスクとして、不純物を注入することによって、自己整合的に、ソース領域およびドレイン領域（いずれも不図示）をｐ−Ｓｉ層１４内に形成する。

この後、不純物の活性化処理を行う。活性化処理には、（ａ）短波長レーザを用いる方法と、（ｂ）長波長レーザまたはランプを用いる方法とがある。いずれの方法を採用する場合も、３００℃〜４１０℃、約１時間、電気炉を用いて、活性化アニール処理を更に行うことが好ましい。この活性化アニール処理はｐ−Ｓｉの水素化処理（ダングリングボンドをターミネートさせるための処理）を兼ねることができる。水素化の為の水素は、ＳｉＮ_x層１３ｂまたは１５ｂ中に含まれる水素を利用することができる。

ゲート電極１８は、上記方法（ａ）および（ｂ）のいずれを採用するかに応じて選択することが好ましい。

ソース領域／ドレイン領域のｐ−Ｓｉを優先的に加熱する場合には、上記方法（ａ）を採用する。例えば、エキシマレーザ、または固体レーザの第２高調波を利用する。このとき、ゲート電極１８の最上層には、ＡｌやＡｌ合金等の高反射率材料を使用することが好ましい。

一方、ゲート電極１８の下のチャネル領域のｐ−Ｓｉを優先的に加熱する場合には、上記方法（ｂ）を採用する。例えば、固体レーザの第１高調波またはハロゲンランプの光など、波長が１μｍよりも長い光を用いてゲート電極１８を加熱する。このとき、ゲート電極１８の最上層は光の吸収率の高い材料（例えば、Ｍｏ、Ｔｉ、ＴａおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の金属またはこれらの金属を含む合金）を使用することが好ましい（後に示す図４（ｄ）参照）。

これらを覆う有機層間絶縁膜２２（厚さ１μｍ）を形成し、ＳｉＯ₂層１５ａ、ＳｉＮ_X層１５ｂ、ＳｉＮ_x膜１６および有機層間絶縁膜２２にｐ−Ｓｉ層１４に至るコンタクトホールを形成し、コンタクト部３２ａおよび３２ｂならびにソース電極３４ａおよびドレイン電極３４ｂを形成することよって、図１に示したＴＦＴ１００Ｔが得られる。なお、有機層間絶縁膜２２は例えば、フッ素樹脂またはＰＩを用いて形成することができる。有機樹脂を用いて有機層間絶縁膜２２を形成すれば、ＰＩ基板１２の全面を覆うように有機層間絶縁膜２２を形成しても、可撓性（柔軟性）を維持することができる。

次に、本発明による実施形態の他の半導体装置の構造およびその製造方法を説明する。以下では実施形態の半導体装置が備える密閉構造およびその製造方法を説明する。なお、実施形態の半導体装置の中には、図１〜３を参照して説明したＴＦＴ１００Ｔのように密閉構造１００ａの上にゲート電極１８を有するタイプ（図３〜図７）だけでなく、密閉構造内にゲート電極を有するタイプ（図８〜図１５）もあるので、ゲート電極を含む構造を説明する。有機層間絶縁膜２２、ソース電極３４ａ、ドレイン電極３４ｂ等については、図１に示したのと同様の構造を採用することによってＴＦＴを構成できるので、以下では説明を省略する。

図４（ａ）〜（ｄ）を参照して密閉構造１００ｂおよびその作製方法を説明する。

まず、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したプロセスを経た後、ＰＩ基板１２上に形成された積層構造の内、最下層のＳｉＯ₂層１３ａを残し、ＳｉＮ_x層１３ｂ、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂを所定の形状にパターニングする。このパターニングは例えばウエットまたはドライエッチングによって行うことができる。その結果、図４（ａ）に示すような積層構造が得られる。

次に、図４（ｂ）に示すように、積層構造を覆うように全面に、第２無機絶縁膜となるＳｉＮ_x膜１６を堆積する。ＳｉＮ_x膜１６は、ゲート絶縁膜の３層目となる。図４（ｂ）から明らかなように、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂは、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜１６（ＳｉＮ_x膜１６）によって３次元的に密閉されている。すなわち、ｐ−Ｓｉ層１４の法線方向からみたとき、ｐ−Ｓｉ層１４およびｐ−Ｓｉ層１４とＳｉＯ₂層１５ａとの界面の外周は、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６とによって包囲されている。この様にして密閉構造１００ｂが得られる。密閉構造１００ｂは、外周において、第２無機絶縁膜であるＳｉＮ_x膜１６が第１無機絶縁膜のＳｉＯ₂層１３ａに接している点において、先の密閉構造１００ａと異なっている。

次に、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６とＳｉＯ₂層１３ａとを所定のパターンにエッチングする。ここではＳｉＮ_x膜１６の端がＳｉＯ₂層１３ａの表面上に形成される。すなわち、ＳｉＮ_x膜１６の端を含む外周部分はＳｉＯ₂層１３ａの表面に直接接触している。不要な領域に形成されたＳｉＮ_x膜１６およびＳｉＯ₂層１３ａを除去することによってＰＩ基板１２の表面の一部が露出され、その結果、露出された領域のＰＩ基板１２の可撓性を利用できるようになる。

この後、図４（ｄ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６の上にゲート電極１８を形成する。ここでは、Ｔｉ層１８ａとＡｌ層（またはＡｌ合金層）１８ｂとＴｉ層１８ｃとの積層構造とする。上述したように、最上層をＴｉなどの光の吸収率の高い材料で形成することによって、ゲート電極１８の下のチャネル領域のｐ−Ｓｉを優先的に加熱することができる。Ｔｉに代えて、Ｍｏ、ＴａまたはＷを利用しても良い。

ゲート電極１８を形成した後、図３（ｆ）を参照して上述したのと同様に、ゲート電極１８をマスクとして、不純物を注入することによって、自己整合的に、ソース領域およびドレイン領域（いずれも不図示）をｐ−Ｓｉ層１４内に形成する。その後、方法（ｂ）によって不純物の活性化処理を行った後、電気炉を用いて追加的な活性化処理および水素化処理を行う。

上述した密閉構造１００ａおよび１００ｂはいずれも、第２無機絶縁膜であるＳｉＮ_x膜１６もｐ−Ｓｉ層１４に対応させて島状にパターニングされている。すなわち、ｐ−Ｓｉ層１４の法線方向からみたとき、ＳｉＮ_x膜１６は、島状のｐ−Ｓｉ層１４の外周を囲むように端を有しており、ｐ−Ｓｉ層１４を中心にいずれの方向においてもＰＩ基板１２の表面が露出された領域が存在する。したがって、このような密閉構造を有するアクティブマトリクス基板は、いずれの方向においても可撓性を有する。しかしながら、アクティブマトリクス基板は必ずしも全ての方向に可撓性を有する必要はない。例えば、図２を参照して上述したように、第２無機絶縁膜１６をゲートバスライン１８Ｂを密閉するように形成しても、ゲートバスライン１８Ｂに平行なＸ方向に延びる谷又は山を作る方向においては可撓性を有するアクティブマトリクス基板を得ることができる。このような場合には、図５（ａ）に示す密閉構造１００ａ’や図５（ｂ）に示す密閉構造１００ｂ’を採用することができる。密閉構造１００ａ’および１００ｂ’は、それぞれ、図３および図４を参照して説明した密閉構造１００ａおよび１００ｂの作製方法において、ＳｉＮ_x膜１６のパターンを変更することによって得ることができる。

また、上述した密閉構造１００ａおよび１００ｂは、半導体層（ｐ−Ｓｉ層）１４と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６との間に、２つの絶縁層（ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂ）を有しているが、それぞれ、図６（ａ）および（ｂ）に示す密閉構造１００ａ”および１００ｂ”のように、単層の絶縁層（ＳｉＯ₂層）１５としてもよい。

さらに、図７（ａ）に示す密閉構造１００ａ’’’や図７（ｂ）に示す密閉構造１００ｂ’’’のように、第１無機絶縁膜（ＳｉＯ₂層１３ａ）のさらに下に緩衝用無機絶縁膜（無機バッファ膜）１１を形成してもよい。緩衝用無機絶縁膜１１は、例えば、ＣＶＤ法を用いて堆積したＳｉＯ₂膜（厚さ５０ｎｍ）を用いることが出来る。緩衝用無機絶縁膜１１は第１無機絶縁膜１３と一緒にパターニングすることが好ましい。

次に、図８から図１５を参照して、密閉構造内にゲート電極を有するタイプの構造と作製方法を説明する。

まず、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したプロセスを経た後、図８（ａ）に示すように、ＳｉＮ_x層１５ｂの上にゲート電極１８を形成する。ゲート電極１８は上述したように、単層でも、多層構造であってもよい。このとき、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂがゲート絶縁層として機能することになる。

次に、図８（ｂ）に示すように、ＰＩ基板１２上に形成された積層構造（下から順にＳｉＯ₂層１３ａおよびＳｉＮ_x層１３ｂ、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂ）を所定の形状にパターニングする。このパターニングは例えばウエットまたはドライエッチングによって行うことができる。その結果、この積層構造はＰＩ基板１２上に端を有する島状となる。

次に、図８（ｃ）に示すように、島状の積層構造およびゲート電極１８を覆うように全面に、第２無機絶縁膜となるＳｉＮ_x膜１６を堆積する。図８（ｃ）から明らかなように、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂとともにゲート電極１８も、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜１６（ＳｉＮ_x膜１６）によって３次元的に密閉されている。すなわち、ｐ−Ｓｉ層１４の法線方向からみたとき、ｐ−Ｓｉ層１４およびｐ−Ｓｉ層１４とＳｉＯ₂層１５ａとの界面の外周は、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６とによって包囲されている。この様にして密閉構造２００ａ’が得られる。ここで、第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６をゲート電極１８およびゲートバスライン（図２中の参照符号１８Ｂ）を密閉するために必要な部分だけ残し、その他の部分を除去すれば、ゲートバスライン１８Ｂに平行なＸ方向に延びる谷又は山を作る方向において可撓性を有するアクティブマトリクス基板を得ることができる。もちろん、必要に応じて、図８（ｄ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６を島状にエッチングすることによって、全ての方向において可撓性を有する密閉構造２００ａとしてもよい。

次に、図９（ａ）〜（ｄ）を参照して、密閉構造２００ｂ’および２００ｂの作製方法を説明する。

先と同様に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明したプロセスを経た後、図９（ａ）に示すように、ＳｉＮ_x層１５ｂの上にゲート電極１８を形成する。このとき、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂがゲート絶縁層として機能することになる。

次に、図９（ｂ）に示すように、ＰＩ基板１２上に形成された積層構造の内、最下層のＳｉＯ₂層１３ａを残し、ＳｉＮ_x層１３ｂ、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂを島状にパターニングする。その結果、この積層構造はＰＩ基板１２上に端を有する島状となる。

次に、図９（ｃ）に示すように、島状の積層構造とゲート電極１８を覆うように全面に、第２無機絶縁膜となるＳｉＮ_x膜１６を堆積する。図９（ｃ）から明らかなように、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂとともにゲート電極１８も、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜１６（ＳｉＮ_x膜１６）によって３次元的に密閉されている。すなわち、ｐ−Ｓｉ層１４の法線方向からみたとき、ｐ−Ｓｉ層１４およびｐ−Ｓｉ層１４とＳｉＯ₂層１５ａとの界面の外周は、第１無機絶縁膜１３（ＳｉＮ_x層１３ｂ／ＳｉＯ₂層１３ａ）と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６とによって包囲されている。この様にして密閉構造２００ｂ’が得られる。ここで、第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６をゲート電極１８およびゲートバスライン（図２中の参照符号１８Ｂ）を密閉するために必要な部分だけ残し、その他の部分を除去すれば、ゲートバスライン１８Ｂに平行なＸ方向に延びる谷又は山を作る方向において可撓性を有するアクティブマトリクス基板を得ることができる。もちろん、必要に応じて、図９（ｄ）に示すように、ＳｉＮ_x膜１６を島状にエッチングすることによって、全ての方向において可撓性を有する密閉構造２００ｂとしてもよい。

また、上述した密閉構造２００ａおよび２００ｂは、半導体層（ｐ−Ｓｉ層）１４と第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６との間に、２つの絶縁層（ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_x層１５ｂ）を有しているが、それぞれ、図１０（ａ）および（ｂ）に示す密閉構造２００ａ”および２００ｂ”のように、単層の絶縁層（ＳｉＯ₂層）１５としてもよい。このとき、絶縁層１５がゲート絶縁層として機能することになる。

また、上述した密閉構造２００ａ’、２００ａおよび２００ａ’’においては、第２無機絶縁膜としてＳｉＮ_x膜１６（厚さ５０ｎｍ）を用いたが、これに代えて、ＳｉＮ_x膜１６’（厚さ２５０ｎｍ）を用いて、それぞれ図１１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す密閉構構造３００ａ’、３００ａおよび３００ａ’’としてもよい。これらの密閉構造は密閉構造２００ａ’、２００ａおよび２００ａ’’に比べて水素化効率が良いという利点が得られる。

また、同様に、上述した密閉構造２００ｂ’、２００ｂおよび２００ｂ’’においては、第２無機絶縁膜としてＳｉＮ_x膜１６（厚さ５０ｎｍ）を用いたが、これに代えて、ＳｉＮ_x膜１６’（厚さ２５０ｎｍ）を用いて、それぞれ図１２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す密閉構構造３００ｂ’、３００ｂおよび３００ｂ’’としてもよい。これらの密閉構造は密閉構造２００ｂ’、２００ｂおよび２００ｂ’’に比べて水素化効率が良いという利点が得られる。

次に、図１３を参照する。

まず、図８（ａ）に示した構図を作製した後、図１３（ａ）に示すように、ゲート電極１８を覆うように、絶縁層（ＳｉＮ_x層）１７（厚さ５０ｎｍ）を形成する。

次に、図１３（ｂ）に示すように、絶縁層１７を含む積層構造を島状にパターニングする。

次に、図１３（ｃ）に示すように、島状の積層構造体を覆うように全面に、第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６（厚さ２５０ｎｍ）を堆積することによって、密閉構造４００ａ’を得ることができる。第２無機絶縁膜１６は、ゲートバスライン１８Ｂ（図２参照）を密閉するようにパターニングしても良いし、さらには、図１３（ｄ）に示すように、島状にパターニングすることによって密閉構造４００ａを得ても良い。

もちろん、図１３（ｅ）に示す４００ａ”のように、密閉構造４００ａの２つの絶縁層（ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂ）に代えて単層の絶縁層（ＳｉＯ₂層）１５としてもよい。また、図１３（ｆ）に示す密閉構造４００ａ’’’のように、密閉構造４００ａにおける第２無機絶縁膜１６を島状にパターニングするのではなく、ゲートバスライン１８Ｂ（図２参照）を密閉するようにパターニングしても良い。

上述した密閉構造４００ａ、４００ａ’、４００ａ”および４００ａ’’’では、ＰＩ基板１２の表面上に第２無機絶縁膜１６の端が形成されている。

次に、図１４を参照する。

まず、図９（ａ）に示した構図を作製した後、図１４（ａ）に示すように、ゲート電極１８を覆うように、絶縁層（ＳｉＮ_x層）１７（厚さ５０ｎｍ）を形成する。

次に、図１４（ｂ）に示すように、最下層のＳｉＯ₂層１３ａを残し、ＳｉＮ_x層１３ｂ、ｐ−Ｓｉ層１４、ＳｉＯ₂層１５ａ、ＳｉＮ_x層１５ｂおよび絶縁層１７を島状にパターニングする。

次に、図１４（ｃ）に示すように、島状の積層構造体を覆うように全面に、第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）１６（厚さ２５０ｎｍ）を堆積することによって、密閉構造４００ｂ’を得ることができる。第２無機絶縁膜１６は、ゲートバスライン１８Ｂ（図２参照）を密閉するようにパターニングしても良いし、さらには、図１４（ｄ）に示すように、島状にパターニングすることによって密閉構造４００ｂを得ても良い。

もちろん、図１４（ｅ）に示す４００ｂ”のように、密閉構造４００ｂの２つの絶縁層（ＳｉＯ₂層１５ａおよびＳｉＮ_X層１５ｂ）に代えて単層の絶縁層（ＳｉＯ₂層）１５としてもよい。また、密閉構造４００ｂにおける第２無機絶縁膜１６を島状にパターニングするのではなく、ゲートバスライン１８Ｂ（図２参照）を密閉するようにパターニングしても良い。

上述した密閉構造４００ｂ、４００ｂ’および４００ｂ”では、第１無機絶縁膜ＳｉＯ₂層１３ａの表面上に第２無機絶縁膜１６の端が形成されている。

さらに、図１５（ａ）に示す密閉構造２００ａ’’’’や図１５（ｂ）に示す密閉構造２００ｂ’’’’のように、第１無機絶縁膜（ＳｉＯ₂層１３ａ）のさらに下（ＰＩ基板１２側）に緩衝用無機絶縁膜（無機バッファ膜）１１を形成してもよい。緩衝用無機絶縁膜１１は、例えば、ＣＶＤ法を用いて堆積したＳｉＯ₂膜（厚さ５０ｎｍ）を用いることが出来る。緩衝用無機絶縁膜１１は第１無機絶縁膜１３と一緒にパターニングすることが好ましい。緩衝用無機絶縁膜１１を設けることによって不純物拡散防止という利点が得られる。もちろん、緩衝用無機絶縁膜１１は、上述した密閉構造のいずれに適用しても良い。

上記の密閉構造はいずれもトップゲート型のＴＦＴに用いられる密閉構造であったが、本発明による実施形態はこれに限られず、図１６（ａ）に示すデュアルゲート型の密閉構造５００ａまたは図１６（ｂ）に示すボトムゲート型の密閉構図６００ａとすることもできる。

例えば、図１６（ａ）のデュアルゲート型の密閉構造５００ａは、図３（ｈ）に示した密閉構造１００ａにおいて第１無機絶縁膜（ＳｉＯ₂層１３ａ）のさらに下（ＰＩ基板１２側）に下部ゲート電極１８Ｌを追加したものと等価であり、図３（ｈ）中のゲート電極１８が上部ゲート電極１８Ｕとなる。

また、図１６（ｂ）に示すボトムゲート型の密閉構造６００ａは、図１６（ａ）の密閉構造５００ａの上部ゲート電極１８Ｕを省略したものと等価である。

これらの対応関係から容易に理解されるように、上述したトップゲート型の密閉構造を改変することによって、デュアルゲート型またはボトムゲート型の密閉構造を得ることができる。

次に、図１７（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置の構造を説明する。図１７（ａ）は有機ＥＬ表示装置の模式的な断面図であり、図１７（ｂ）は模式的な平面図である。この有機ＥＬ表示装置は有機ＥＬ層４５から図１７（ａ）中の矢印で示す方向に光を出射し、表示を行う。画素ごとに異なる色を出射する有機ＥＬ層を設けることによってカラー表示を行うことが出来る。なお、有機ＥＬ層４５は単一の層である必要は必ずしもなく、電荷注入層と発光層とに分けても良い。

図１７に示す有機ＥＬ表示装置は、図１に示したＴＦＴ１００Ｔと同様に、密閉構造１００ａを有している。同じ構成要素は共通の参照符号で示し、ここでは説明を省略する。

密閉構造１００ａを覆う有機層間絶縁膜（ＰＩ膜）２２上に形成されたドレイン電極３４ｂ（図１７ではソース電極等は省略）は平坦化樹脂層４２によって覆われている。平坦化樹脂層４２は、例えば、ポリイミド樹脂で形成される（厚さ３μｍ）。

平坦化樹脂層４２上に、金属電極４４、有機ＥＬ層４５および透明電極４６が形成されており、これらが、図１７（ｂ）に示すように画素を構成している。また、隣接する２つの画素に属する金属電極４４の間には、画素間無機絶縁層４８が形成されている。画素間無機絶縁層４８は、例えば、ＳｉＮ_xや、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）または、Ｓｉを含有するアルミナなどを用いて形成され得る。画素間無機絶縁層４８を設ければ、平坦化樹脂層４２の表面が、金属電極４４および画素間無機絶縁層４８によって覆われるので、平坦化樹脂層４２を介して水分等（平坦化樹脂層４２だけでなく有機層間絶縁膜２２およびＰＩ基板１２からの）が有機ＥＬ層４５に侵入することを防止することができる。なお、画素間無機絶縁層４８で金属電極４４の間を完全に覆うと、可撓性が損なわれるので、例えば、ゲートバスライン１８Ｂに平行な部分だけを完全に覆い、ソースバスラインに平行な部分は一部を露出するように設けることが好ましい。また、図１７（ｂ）に示すように、金属電極４４の周囲全体に亘って露出部分が形成されるようにしても良い。

透明電極４６を覆うように透明有機保護層５２が形成されている。透明有機保護層５２は、例えばアクリル樹脂、透明ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂を用いて形成される。厚さは例えば２０〜３０μｍである。

さらに、ＰＩ基板１２と透明有機保護層５２とを間に挟んで、保護フィルム６２ａおよび６２ｂとでラミネートすることが好ましい。保護フィルム６２ａおよび６２ｂとしては例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（厚さ５０μｍ）を用いることができる。ラミネートは加熱溶融することによって行える。このようなラミネート構造を採用することによって、耐湿性などの信頼性をさらに向上させることが出来る。

保護フィルム６２ａおよび６２ｂの表面に、さらに導電層６４ａおよび６４ｂを設けることが好ましい。少なくとも観察者側に設けられる導電層６４ａは透明導電層（例えばＩＴＯ）である必要があるが、導電層６４ｂは金属層であってもよい。金属層６４ｂとしてステンレス鋼のホイルを用いても良い。導電層６４ａおよび６４ｂを設けることによって静電気に対する耐性を向上させることができる。

ここでは、有機ＥＬ表示装置を例示したが、表示媒体層として、有機ＥＬ層に代えて液晶層や電気泳動層などを用いることによって他の表示装置を構成することができる。

もちろん、本発明による実施形態の半導体装置は、表示装置に限られず、駆動回路やセンサー、メモリーなど種々の半導体装置を構成することが出来る。

本発明は、モバイル用途のフレキシブルディスプレイ等に好適に用いられる。

本発明による実施形態の半導体装置の模式的な断面図である。 本発明による実施形態のアクティブマトリクス基板の平面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、密閉構造１００ａを有するＴＦＴの作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、密閉構造１００ｂおよびその作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、密閉構造１００ａ’および１００ｂ’を示す模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、密閉構造１００ａ”および１００ｂ”を示す模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、密閉構造１００ａ’’’および１００ｂ’’’を示す模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、密閉構造２００ａ、２００ａ’およびその作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、密閉構造２００ｂ、２００ｂ’およびその作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、密閉構造２００ａ”および２００ｂ”を示す模式的な断面図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、密閉構造３００ａ’、３００ａおよび３００ａ’’を示す模式的な断面図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、密閉構造３００ｂ’、３００ｂおよび３００ｂ’’を示す模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、密閉構造４００ａ’、４００ａ、４００ａ”、４００ａ’’’およびその作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、密閉構造４００ｂ’、４００ｂ、４００ｂ’’およびその作製方法を説明するための模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は密閉構造２００ａ’’’’および２００ｂ’’’’を示す模式的な断面図である。 （ａ）は、デュアルゲート型の密閉構造５００ａを示す模式的な断面図であり、（ｂ）はボトムゲート型の密閉構造６００ａを示す模式的な断面図である。 （ａ）は有機ＥＬ表示装置の模式的な断面図であり、（ｂ）は模式的な平面図である。

符号の説明

１２ 可撓性基板（ＰＩ基板）
１３ 第１無機絶縁膜
１３ａ ＳｉＯ₂層
１３ｂ ＳｉＮ_x層
１４ 半導体層（ｐ−Ｓｉ層）
１４’ 半導体島
１５ 絶縁層
１５ａ ＳｉＯ₂層
１５ｂ ＳｉＮ_x層
１６ 第２無機絶縁膜（ＳｉＮ_x膜）
１８ ゲート電極
１８Ｂ ゲートバスライン
２２ 有機層間絶縁膜
３２ａ、３２ｂ コンタクト部
３４ａ ソース電極
３４ｂ ドレイン電極
３４Ｂ ソースバスライン
１００ａ 密閉構造
１００、１００Ｔ ＴＦＴ

Claims (13)

1. 互いに対向する第１および第２主面を有する可撓性基板と、
   前記可撓性基板の前記第１主面上に形成された島状の第１無機絶縁膜と、
   前記第１無機絶縁膜上に形成された島状の積層体であって、無機半導体材料からなる半導体層と前記半導体層と接する絶縁層とを含む積層体と、
   前記積層体を覆う第２無機絶縁膜と、
   前記半導体層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
   前記半導体層の少なくとも一部の導電性を制御するゲート電極と
   を有し、
   前記半導体層の法線方向からみたとき、前記半導体層および前記半導体層と前記絶縁層との界面の外周は、前記第１無機絶縁膜および前記第２無機絶縁膜によって包囲されており、且つ、前記第２無機絶縁膜は少なくとも１つの方向において前記可撓性基板上に端を有している、半導体装置。
2. 前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は前記第１無機絶縁膜の外側に前記端を有している、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は前記第１無機絶縁膜上に前記端を有している、請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記半導体層の法線方向からみたとき、前記第２無機絶縁膜は島状に形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記可撓性基板と前記第１無機絶縁膜との間に緩衝用無機絶縁膜をさらに有する、請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 前記第２無機絶縁膜を覆う有機絶縁膜をさらに有する、請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記ゲート電極は第２無機絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 前記ゲート電極は第１無機絶縁膜を介して前記半導体層に対向するように設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の半導体装置。
9. 前記ゲート電極は前記絶縁層を介して前記半導体層に対向するように設けられており、前記第２無機絶縁膜は前記積層体とともに前記ゲート電極をも覆う、請求項１から８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 前記有機絶縁膜上に設けられた表示媒体層をさらに有する、請求項１から９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 前記第１および第２主面に設けられた保護フィルムとラミネートされている、請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記保護フィルムの表面に導電層をさらに有する、請求項７に記載の半導体装置。
13. 前記可撓性基板は高分子フィルムである、請求項１から１２のいずれかに記載の半導体装置。

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