JP5255793B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に絶縁膜を介して半導体素子を有する半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element over a substrate with an insulating film interposed therebetween.
従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタ等の薄膜デバイスに用いられる多結晶半導体の作製方法として、レーザアニール法を用いたものがある。(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、ガラス基板上に下地保護膜である酸化珪素膜を成膜し、酸化珪素膜上に非晶質シリコン膜を成膜した後、非晶質シリコン膜に含まれる水素の濃度を低減するため加熱アニールを行い、当該非晶質シリコン膜にKrFエキシマレーザビームを照射して、非晶質シリコン膜を結晶化して多結晶シリコン膜を形成する。
しかしながら、上記で示すレーザアニール法を用いる場合、レーザビームのパワーが高いと、基板、下地保護膜、または結晶性珪素膜に亀裂が入るという問題がある。このため、薄膜デバイスを有する半導体装置の歩留まりが低くなる。 However, when the laser annealing method described above is used, there is a problem that if the power of the laser beam is high, the substrate, the base protective film, or the crystalline silicon film is cracked. For this reason, the yield of the semiconductor device which has a thin film device becomes low.
そこで本発明は、基板、下地保護膜、または結晶性珪素膜に亀裂が入ることを抑制することが可能な結晶性珪素膜の作製方法、及び半導体装置の作製方法を提案することを課題とする。 In view of the above, an object of the present invention is to propose a method for manufacturing a crystalline silicon film and a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing cracks in a substrate, a base protective film, or a crystalline silicon film. .
本発明は、熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板上に、半導体膜を含む層を形成し、当該層を加熱する。次に、加熱された層にレーザビームを照射して、半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成する。基板上に形成する半導体膜を含む層は、成膜後での応力は引っ張り応力または圧縮応力を適宜有してよいが、上記加熱後においては、半導体膜を含む層の全応力(膜厚方向に積分した応力)が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下となるような層を形成する。 The present invention provides a substrate having a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. Then, a layer including a semiconductor film is formed and the layer is heated. Next, the heated layer is irradiated with a laser beam to crystallize the semiconductor film to form a crystalline semiconductor film. The layer including the semiconductor film formed over the substrate may have a tensile stress or a compressive stress as appropriate after the film formation. However, after the heating, the total stress of the layer including the semiconductor film (thickness direction) The layer is formed such that the stress integrated in the range of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m.
熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板上に形成された層にレーザビームを照射すると、当該層に照射されたレーザビームのエネルギーが基板表面にまで伝わり、レーザビームの照射部及び近傍に位置する基板表面も加熱される。レーザビームの照射部の直下では、レーザビームのエネルギーの伝達率が高く基板表面が軟化する。また、レーザビームの照射部の近傍では、加熱され体積が膨張するため圧縮応力が生じる。一方、圧縮応力が生じた領域の外側では、該圧縮応力の反作用で引っ張り応力が生じる。 Formed on a substrate having a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. When a layer is irradiated with a laser beam, the energy of the laser beam irradiated on the layer is transmitted to the substrate surface, and the substrate surface located in the vicinity of the laser beam irradiation portion and the vicinity thereof is also heated. Immediately below the laser beam irradiation part, the laser beam energy transfer rate is high and the substrate surface is softened. Further, in the vicinity of the laser beam irradiated portion, the volume is heated and the volume is expanded, so that a compressive stress is generated. On the other hand, outside the region where the compressive stress is generated, tensile stress is generated by the reaction of the compressive stress.
レーザビームが移動すると、軟化していた基板表面も徐々に冷却され、体積が収縮し、引っ張り応力が生じる。一方、レーザビームの照射部の近傍では、加熱された基板表面が室温まで冷却されるが、圧縮応力が残存する。上記引っ張り応力及び圧縮応力の差から、基板に熱歪みが残存する。この熱歪みが基板の破断応力より大きくなると、基板に亀裂が入り、基板表面に形成される層にもクラックが入る。しかしながら、基板上に加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下となる半導体膜を含む層を形成することで、基板表面に生じる熱歪みを緩和することが可能である。この結果、基板乃至その上に形成される層のクラックを低減することができる。 When the laser beam moves, the softened substrate surface is gradually cooled, the volume contracts, and tensile stress is generated. On the other hand, in the vicinity of the irradiated portion of the laser beam, the heated substrate surface is cooled to room temperature, but compressive stress remains. Due to the difference between the tensile stress and the compressive stress, thermal strain remains on the substrate. When this thermal strain becomes larger than the breaking stress of the substrate, the substrate cracks, and the layer formed on the substrate surface also cracks. However, the heat generated on the surface of the substrate is formed by forming a layer including a semiconductor film on the substrate having a total stress after heating of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m. It is possible to reduce the distortion. As a result, cracks in the substrate or a layer formed thereon can be reduced.
基板表面に形成される半導体膜を含む層としては、加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下の範囲を満たす膜厚及び膜応力を有する層を形成する。 As the layer including the semiconductor film formed on the substrate surface, the film thickness and the film stress satisfying the total stress after heating of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m. Forming a layer having
ここで、全応力に対して半導体膜を含む層を構成する各層の膜応力が線型に寄与していると仮定すると、各層の応力をσ、各層の膜厚をdとすると、全応力Sは下式より近似的に計算される。このため、半導体膜を含む層を構成する層において、引っ張り応力が生じている層があっても、他の層において圧縮応力が生じていれば、加熱された後の半導体膜を含む層の全応力は−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下の範囲を満たすことができる。 Here, assuming that the film stress of each layer constituting the layer including the semiconductor film contributes linearly to the total stress, assuming that the stress of each layer is σ and the film thickness of each layer is d, the total stress S is It is calculated approximately from the following formula. For this reason, even if there is a layer in which a tensile stress is generated in a layer constituting a layer including a semiconductor film, if a compressive stress is generated in another layer, the entire layer including the semiconductor film after being heated The stress can be in the range of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m.
熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板上に、加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下となる層を形成することにより、基板上に形成された当該層に、連続発振または10MHz以上の周波数を有するパルス発振のレーザビームを照射したとき、基板乃至基板上に形成された当該層に亀裂が入ることを抑制することができる。即ち、当該層にレーザビームを照射したときに、レーザビームのエネルギーが基板に伝わり、熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板の一部ではレーザビームの照射による加熱及び冷却の結果熱歪が生じ、当該熱歪により基板表面の一部において引っ張り応力が生じる。しかしながら、基板上には圧縮応力を有する層が形成されているため、基板表面の引っ張り応力を緩和することができる。このため、基板及び層に亀裂が入ることを抑制することができる。この結果、半導体装置の不良品を削減することが可能であり、歩留まりを高くすることができる。 After heating on a substrate having a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. By forming a layer having a total stress of −500 N / m or more and +50 N / m or less, preferably −150 N / m or more and 0 N / m or less, continuous oscillation or 10 MHz or more is applied to the layer formed on the substrate. When a pulsed laser beam having a frequency is irradiated, cracks can be suppressed in the substrate or the layer formed over the substrate. That is, when the layer is irradiated with a laser beam, the energy of the laser beam is transmitted to the substrate, and the coefficient of thermal expansion is greater than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably 6 × 10 − A part of the substrate that is larger than 7 / ° C. and 31.8 × 10 −7 / ° C. or lower causes thermal strain as a result of heating and cooling by laser beam irradiation, and tensile stress occurs in part of the substrate surface due to the thermal strain. . However, since a layer having a compressive stress is formed on the substrate, the tensile stress on the substrate surface can be relaxed. For this reason, it can suppress that a board | substrate and a layer crack. As a result, defective products of the semiconductor device can be reduced and the yield can be increased.
以下に本発明の実施の様態を、図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode.
(実施の形態1)
図1(A)に示すように、絶縁表面を有する基板100の片面に、下地保護膜として機能する絶縁膜101、102を形成し、絶縁膜102上に非晶質半導体膜103を形成する。次に、非晶質半導体膜の水素を除去するため、非晶質半導体膜を加熱する。このとき、基板及び下地保護膜として機能する絶縁膜も加熱される。当該加熱後の下地保護膜として機能する絶縁膜101、102及び非晶質半導体膜103の全応力が、−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下となるように、絶縁膜101、102、及び非晶質半導体膜103を形成する。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1A,
絶縁表面を有する基板100としては、熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板を用いる。熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板の代表例としては、AN100(旭ガラス社製)、EAGLE2000(コーニング社製)等がある。また、絶縁表面を有する基板100としては、厚さが0.5mm以上1.2mm以下の基板をもちいることができる。ここでは、例えば、厚さ0.7mmのAN100ガラス基板を用いる。
The
基板の片面に絶縁膜101、102、及び非晶質半導体膜103を形成した後の加熱処理としては、非晶質半導体膜に含まれる水素を除去することが可能な温度で加熱すればよい。また、当該加熱処理において下地保護膜として機能する絶縁膜101、102に含まれる水素が除去されることもある。非晶質半導体膜に含まれる水素を除去することで、後に非晶質半導体膜にレーザビームを照射するとき、非晶質半導体膜から水素が放出されることを回避することが可能であり、レーザビームの照射による膜の耐性を向上させることができる。このような加熱条件としては、ファーネスアニール炉を用い500℃以上550℃以下の温度で1時間以上10時間以下、好ましくは1時間以上5時間以下加熱することができる。また、瞬間熱アニール法(RTA法)を用いて550℃以上750℃以下、好ましくは600℃以上650℃以下で1秒から10分、好ましくは3分から8分加熱することができる。
As the heat treatment after the
また、上記の加熱処理の他に、非晶質半導体膜を結晶化させる加熱処理を行っても良い。この場合、非晶質半導体膜に、結晶化を促進させる金属元素等を添加した後に、加熱処理をおこなってもよい。代表的には、非晶質半導体膜に、ニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金等の金属元素を微量に添加し、その後加熱処理を施すことによって結晶性半導体膜を形成することができる。 In addition to the above heat treatment, heat treatment for crystallizing the amorphous semiconductor film may be performed. In this case, heat treatment may be performed after adding a metal element or the like that promotes crystallization to the amorphous semiconductor film. Typically, the amorphous semiconductor film is crystallized by adding a trace amount of a metal element such as nickel, palladium, germanium, iron, tin, lead, cobalt, platinum, copper, or gold, followed by heat treatment. A semiconductor film can be formed.
ここでは、非晶質半導体膜に含まれる水素、及び下地保護膜として機能する絶縁膜101、102に含まれる水素を除去するために、650℃6分の加熱を行う。
Here, heating is performed at 650 ° C. for 6 minutes in order to remove hydrogen contained in the amorphous semiconductor film and hydrogen contained in the
下地保護膜として機能する絶縁膜101、102としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、アルミナ膜等の化合物、さらには、当該化合物に水素が含まれたもの等を用いることができる。
As the
なお、ここでは酸化窒化珪素膜は、珪素の1.8〜2.3倍、好ましくは1.92〜2.16倍の酸素を含む膜をいう。さらには、珪素の0.001〜0.05倍、好ましくは0.001〜0.01倍の窒素を含んでもよい。さらには、珪素の0.01〜0.3倍、好ましくは0.04〜0.24倍の水素を含んでも良い。さらには珪素の0〜0.001倍、好ましくは0〜0.003倍の炭素を含んでも良い。このような膜をSiONと示す場合もある。また、窒化酸化珪素膜は、珪素の0.1〜0.3倍、好ましくは0.13〜0.42倍の酸素、1〜2倍、好ましくは1.1〜1.6倍の窒素を含む膜をいう。さらには、珪素の0.3〜1.2倍、好ましくは0.51〜0.91倍の水素を含んでも良い。このような膜をSiNOと示す場合もある。 Note that here, a silicon oxynitride film refers to a film containing oxygen that is 1.8 to 2.3 times, preferably 1.92 to 2.16 times, that of silicon. Further, it may contain nitrogen 0.001 to 0.05 times, preferably 0.001 to 0.01 times that of silicon. Furthermore, it may contain hydrogen 0.01 to 0.3 times, preferably 0.04 to 0.24 times that of silicon. Furthermore, 0 to 0.001 times, preferably 0 to 0.003 times as much carbon as silicon may be contained. Such a film may be indicated as SiON. In addition, the silicon nitride oxide film contains 0.1 to 0.3 times, preferably 0.13 to 0.42 times oxygen, and 1 to 2 times, preferably 1.1 to 1.6 times, nitrogen of silicon. A membrane containing. Further, it may contain hydrogen 0.3 to 1.2 times, preferably 0.51 to 0.91 times that of silicon. Such a film may be referred to as SiNO.
非晶質半導体膜103としては、珪素、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム(Si1−xGex(0<x<0.1))等を用いることができる。
As the
下地保護膜として機能する絶縁膜101、102及び非晶質半導体膜103は、プラズマCVD法、スパッタリング法、蒸着法等を適宜用いることができる。なお、成膜時、即ち加熱前の下地保護膜として機能する絶縁膜101、102及び非晶質半導体膜103の応力は、引っ張り応力でも圧縮応力でもよい。
For the insulating
基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後の全応力は、−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下である。 The total stress after heating of the layer including the semiconductor film formed on the substrate is −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m.
ここでは、基板上に形成される層として、絶縁膜101、102、及び非晶質半導体膜103を形成しており、0〜100nmの窒化酸化珪素膜、30〜120nmの酸化窒化珪素膜、30〜200nmの非晶質半導体膜を形成する。
Here, the insulating
さらには、下地保護膜として機能する絶縁膜として、2つの絶縁膜が積層された構造に限定されず、1層でもよい。即ち、半導体膜を含む層として、下地保護膜として30〜120nmの酸化窒化珪素膜を形成し、その上に30〜200nmの非晶質半導体膜を形成することもできる。更には酸化窒化珪素膜の代わりに、30〜120nmの窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜またはアルミナ膜を用いることもできる。この場合においても、絶縁膜及び非晶質半導体膜の加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下である。即ち、加熱後の絶縁膜の膜厚及び膜応力の積は、加熱後の全応力から非晶質半導体膜の膜厚及び加熱後の非晶質半導体膜の膜応力の積を引いた値となる。 Furthermore, the insulating film functioning as a base protective film is not limited to a structure in which two insulating films are stacked, and may be a single layer. That is, as a layer including a semiconductor film, a silicon oxynitride film with a thickness of 30 to 120 nm can be formed as a base protective film, and an amorphous semiconductor film with a thickness of 30 to 200 nm can be formed thereon. Further, instead of the silicon oxynitride film, an aluminum nitride film, an aluminum oxynitride film, or an alumina film having a thickness of 30 to 120 nm can be used. Also in this case, the total stress after heating of the insulating film and the amorphous semiconductor film is −500 N / m or more and +50 N / m or less, preferably −150 N / m or more and 0 N / m or less. That is, the product of the thickness of the insulating film after heating and the film stress is obtained by subtracting the product of the film thickness of the amorphous semiconductor film after heating and the film stress of the amorphous semiconductor film after heating from the total stress after heating. Become.
さらには、下地保護膜として機能する絶縁膜として、3層以上としてもよい。即ち、半導体膜を含む層として、下地保護膜として30〜120nmの窒化アルミニウム膜、0〜100nmの窒化酸化珪素膜、及び30〜120nmの酸化窒化珪素膜を形成し、その上に30〜200nmの非晶質半導体膜を形成こともできる。なお、このときの下地保護膜の積層順は基板側から窒化アルミニウム膜、窒化酸化珪素膜、及び酸化窒化珪素膜の組み合わせや、基板側から窒化酸化珪素膜、窒化アルミニウム膜、及び酸化窒化珪素膜の組み合わせや、基板側から窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、及び窒化アルミニウム膜の組み合わせ等を適宜用いることができる。更には上記3層構造において、窒化アルミニウム膜の代わりに酸化窒化アルミニウム膜またはアルミナ膜を用いることもできる。この場合においても、絶縁膜及び非晶質半導体膜の加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下である。 Further, the insulating film functioning as a base protective film may have three or more layers. That is, as a layer including a semiconductor film, an aluminum nitride film of 30 to 120 nm, a silicon nitride oxide film of 0 to 100 nm, and a silicon oxynitride film of 30 to 120 nm are formed as a base protective film, and a film of 30 to 200 nm is formed thereon. An amorphous semiconductor film can also be formed. Note that the order of lamination of the base protective film at this time is a combination of an aluminum nitride film, a silicon nitride oxide film, and a silicon oxynitride film from the substrate side, or a silicon nitride oxide film, an aluminum nitride film, and a silicon oxynitride film from the substrate side. Or a combination of a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film, and an aluminum nitride film from the substrate side can be used as appropriate. Further, in the above three-layer structure, an aluminum oxynitride film or an alumina film can be used instead of the aluminum nitride film. Also in this case, the total stress after heating of the insulating film and the amorphous semiconductor film is −500 N / m or more and +50 N / m or less, preferably −150 N / m or more and 0 N / m or less.
次に、図1(B)に示すように、非晶質半導体膜103にレーザビームを照射する。図1(B)は、レーザビームを照射している様子の模式図であり、レーザビーム104が照射された非晶質半導体膜は結晶性半導体膜105となる。
Next, as shown in FIG. 1B, the
非晶質半導体膜103にレーザビームを照射すると、レーザビームは非晶質半導体膜103で吸収され、非晶質半導体膜103が加熱されるとともに、当該熱が基板に伝導し基板100も加熱される。このときの基板表面の温度及び応力について、図2(A)〜(C)を用いて示す。図2(A)はレーザビームが照射された領域近傍の基板100の上面図を示す。ここでは、レーザビームは基板上を矢印の方向110に走査される形態で示す。また、結晶性半導体膜105は既にレーザビームが走査され、非晶質半導体膜が結晶化した領域である。また、非晶質半導体膜103は次にレーザビームが走査される非晶質半導体膜の領域である。また、領域111、112はレーザビームが照射されている領域である。
When the
レーザビームが非晶質半導体膜に照射されると、非晶質半導体膜に照射されたレーザビームは非晶質半導体膜で吸収され、非晶質半導体膜が加熱されるとともに、当該熱が基板に伝達し、基板100も加熱され、基板100の表面が局部的に加熱され、基板の表面の一部が軟化する。また、軟化した基板の領域111の両脇には加熱された基板の領域112を有する。
When the amorphous semiconductor film is irradiated with the laser beam, the laser beam irradiated to the amorphous semiconductor film is absorbed by the amorphous semiconductor film, the amorphous semiconductor film is heated, and the heat is applied to the substrate. The
また、図2(B)のレーザビームが照射されたときの基板表面の温度曲線113で示すように、基板が軟化した領域111では温度が軟化点を超えており、軟化した領域111の両脇の加熱された基板の領域112では、室温(RT)より高く軟化点より低い温度である。さらに、既に結晶化された結晶性半導体膜105及びまだレーザビームが照射されていない非晶質半導体膜103の温度は室温である。
Further, as shown by the
ここで、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜及び厚さ50nmの窒化酸化珪素膜の積層膜が形成された基板にレーザビームを照射したときの基板の温度上昇について、熱伝導シミュレーションを行った結果を図26に示す。ここでは、室温に保たれている基板の表面を、時間t=0で瞬間的にシリコンの融点(1685K)まで上昇させ、その後の経過時間t=tにおける温度分布を差分法により計算した。 Here, the result of conducting a heat conduction simulation on the temperature rise of the substrate when a laser beam is applied to the substrate on which the laminated film of the silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm and the silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm is formed. It shows in FIG. Here, the surface of the substrate kept at room temperature was instantaneously raised to the melting point of silicon (1685 K) at time t = 0, and the temperature distribution at the subsequent elapsed time t = t was calculated by the difference method.
図26では、横軸に100nmの酸化窒化珪素膜及び50nmの窒化酸化珪素膜の積層が形成されたガラス基板における表面からの深さを表し、縦軸には熱伝導方程式を元に差分法で計算した各領域の温度を示す。 In FIG. 26, the horizontal axis represents the depth from the surface of the glass substrate on which a 100 nm silicon oxynitride film and a 50 nm silicon nitride oxide film are formed, and the vertical axis represents the difference method based on the heat conduction equation. The calculated temperature of each region is shown.
連続発振レーザ、または繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザが照射されたときの非晶質珪素膜の溶融時間は10μ秒程度であり、非晶質珪素膜が溶融している間においては、当該領域は高い温度となり、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜及び厚さ50nmの窒化酸化珪素膜の積層膜並びに基板に当該熱が伝導する。このため、実線は、連続発振レーザ、または繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザが照射された後の経過時間t=10μ秒の各領域の温度をあらわす。なお、破線はそれぞれシリコンの溶融温度(1685K)、及びガラスの溶融温度(1223K)を示す。 The melting time of the amorphous silicon film when irradiated with a continuous wave laser or a pulse laser having a repetition rate of 10 MHz or more is about 10 μsec. Becomes a high temperature, and the heat is conducted to the laminated film of the silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm and the silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm and the substrate. For this reason, the solid line represents the temperature of each region at the elapsed time t = 10 μsec after irradiation with a continuous wave laser or a pulse laser having a repetition frequency of 10 MHz or more. The broken lines indicate the melting temperature of silicon (1585K) and the melting temperature of glass (1223K), respectively.
図26より、連続発振レーザ、または繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザの照射後の経過時間が10μ秒程度のとき、ガラス基板の表面から1μm前後までの領域の温度は、ガラスの軟化点以上であるという結果となった。 From FIG. 26, when the elapsed time after irradiation with a continuous wave laser or a pulse laser with a repetition frequency of 10 MHz or more is about 10 μs, the temperature in the region from the surface of the glass substrate to around 1 μm is above the softening point of the glass. It was a result.
つまり、連続発振レーザ、または繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザビームを、半導体膜を含む層に照射すると、半導体膜を含む層だけでなく、ガラス基板表面へも熱が伝導し、ガラス基板の表面が軟化することが分かる。 In other words, when a layer including a semiconductor film is irradiated with a continuous wave laser or a pulsed laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more, heat is transmitted not only to the layer including the semiconductor film but also to the surface of the glass substrate. Can be seen to soften.
また、このときの基板表面の応力を図2(C)の応力曲線114で示す。基板が軟化した領域111は粘度が低く応力が発生せず応力は0である。一方、軟化した領域111の両脇の加熱された領域112は、室温より高く軟化点より低い温度での加熱状態となり体積が膨張するため、基板表面に圧縮応力が生じる。また、圧縮応力が生じた基板表面の周辺、即ち結晶化された結晶性半導体膜105及びまだレーザビームが照射されていない非晶質半導体膜103には、引っ張り応力が生じる。
Further, the stress on the substrate surface at this time is shown by a
レーザビームが走査されるとレーザビームの照射領域は移動し、レーザビーム照射領域の直下の基板において、軟化した領域及びその両脇の加熱された領域は冷却が始まる。図2(D)はこのときのレーザビームが照射された領域近傍の基板の上面図を示す。また、基板表面の温度及び応力について、図2(E)及び(F)を用いて示す。基板の軟化した領域が固化する。図2(D)において固化した領域を121で示す。また、その両脇には加熱された領域122が形成される。また、レーザビームが走査された基板表面の温度を図2(E)の温度曲線123で示すように、固化した領域121及びその両脇の加熱された領域122の基板表面の温度は、室温(RT)より高く軟化点より低い温度である。このときの基板表面の応力を図2(F)の応力曲線124で示す。レーザビームの照射により基板の温度が軟化点以上となり軟化していた領域121は冷却により固化し収縮するため引っ張り応力が生じる。収縮を始めた部分は隣接部分から収縮するのを妨げるような力が加えられるため、圧縮応力が発生する。
When the laser beam is scanned, the irradiation region of the laser beam moves, and cooling of the softened region and the heated regions on both sides of the substrate immediately below the laser beam irradiation region starts. FIG. 2D shows a top view of the substrate in the vicinity of the region irradiated with the laser beam at this time. In addition, the temperature and stress on the surface of the substrate will be described with reference to FIGS. The softened area of the substrate is solidified. The solidified region is indicated by 121 in FIG. Moreover, the heated area |
さらなる冷却により基板表面が室温になる。図2(G)はこのときのレーザビームが照射された領域近傍の基板の上面図を示す。冷却により固化した領域及び加熱された領域は室温まで冷却され結晶性半導体膜131、132となる。このときの基板表面の温度及び応力について、図2(G)〜(I)を用いて示す。レーザビームが走査された基板表面の温度曲線133で示すように、固化した結晶性半導体膜131及びその両脇の加熱された領域132の基板表面の温度は、図2(H)の温度曲線133で示すように室温(RT)である。このときの基板表面の応力を図2(I)の応力曲線134で示す。基板の温度が室温になるとともに、軟化した領域はさらに収縮する。しかし、隣接部分から収縮するのを妨げられるため、引っ張り応力が更に高まる。
Further cooling brings the substrate surface to room temperature. FIG. 2G shows a top view of the substrate in the vicinity of the region irradiated with the laser beam at this time. The region solidified by cooling and the heated region are cooled to room temperature and become
レーザビームの照射は、基板全面に同時に照射するわけではなく、部分的に照射しながら基板全体にレーザビームを走査して、基板全体に照射する。このため、基板表面において、レーザビームの照射により加熱されている領域と加熱されていない領域とを有する。さらに、レーザビームが照射されていた領域からレーザビームが移動すると、レーザビームが照射されていた領域は、徐々に室温に冷却される。このため、基板の表面の一部において、部分的に引っ張り応力と圧縮応力が生じる。これを熱歪みという。基板の熱膨張率が大きい方が、さらには基板の軟化点が低い方が、加熱、軟化、及び冷却に伴って発生する熱歪みが大きくなり、クラックが発生しやすくなる。具体的には、レーザービームが照射された領域において、レーザビームの走査方向または基板の移動方向と垂直な方向に大きな引っ張り応力が生じる。 The irradiation of the laser beam is not performed on the entire surface of the substrate at the same time, but the entire surface of the substrate is irradiated with the laser beam while being partially irradiated. For this reason, the substrate surface has a region heated by laser beam irradiation and a region not heated. Further, when the laser beam moves from the region irradiated with the laser beam, the region irradiated with the laser beam is gradually cooled to room temperature. For this reason, a tensile stress and a compressive stress are partially generated on a part of the surface of the substrate. This is called thermal distortion. The larger the coefficient of thermal expansion of the substrate, and the lower the softening point of the substrate, the greater the thermal distortion that occurs with heating, softening, and cooling, and cracks are more likely to occur. Specifically, in the region irradiated with the laser beam, a large tensile stress is generated in a direction perpendicular to the scanning direction of the laser beam or the moving direction of the substrate.
レーザビームが照射された領域の基板表面における熱歪み、即ち引っ張り応力が、基板の破断応力より大きくなると、基板に亀裂が生じる。いったん亀裂が生じると、亀裂部分に応力が集中するため、亀裂は進行する。その進行方向はひっぱり応力の分布と垂直、即ちレーザビームのスキャン方向と平行となる。 When the thermal strain, that is, the tensile stress, on the substrate surface in the region irradiated with the laser beam becomes larger than the breaking stress of the substrate, the substrate is cracked. Once a crack occurs, the crack progresses because stress concentrates on the crack. The traveling direction is perpendicular to the stress distribution, that is, parallel to the laser beam scanning direction.
しかしながら、基板の表面に加熱後の圧縮応力を有する層が形成されていると、基板表面における引っ張り応力を低減することが可能である。以上のことから、熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板上に半導体膜を含む層を形成し、当該半導体膜を含む層を加熱した後、非晶質半導体膜にレーザビームを照射して結晶性半導体膜を形成する場合、基板及び半導体膜を含む層に亀裂が入ることを低減することが可能である。 However, if a layer having a compressive stress after heating is formed on the surface of the substrate, the tensile stress on the substrate surface can be reduced. From the above, the substrate having a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. When a crystalline semiconductor film is formed by irradiating a laser beam to an amorphous semiconductor film after a layer including a semiconductor film is formed thereon and the layer including the semiconductor film is heated, the layer including the substrate and the semiconductor film It is possible to reduce the occurrence of cracks.
ここで、結晶化に用いるレーザ発振器及びビームスポットを形成する光学系に関して説明する。図3に示すように、レーザ発振器11a、11bとして、非晶質半導体膜103に数十%以上吸収される波長のレーザを用いる。代表的には、基本波乃至第4高調波を用いることができる。ここでは、合計の最大出力が20Wである、LD励起(レーザーダイオード励起)の連続発振レーザ(YVO4、第2高調波(波長532nm))を用意する。特に第2高調波に限定する必要はないが、第2高調波はエネルギー効率の点で、さらに高次の高調波より優れている。
Here, a laser oscillator used for crystallization and an optical system for forming a beam spot will be described. As shown in FIG. 3, lasers having a wavelength that is absorbed by several tens of percent or more by the
連続発振レーザを非晶質半導体膜103に照射すると、連続的に非晶質半導体膜103にエネルギーが与えられるため、一旦半導体膜を溶融状態にすると、溶融状態を継続させることができる。さらに、連続発振レーザを走査することによって半導体膜の固液界面を移動させ、この移動の方向に沿って一方向に長い結晶粒を形成することができる。また、固体レーザを用いるのは、気体レーザ等と比較して、出力の安定性が高く、安定した処理が見込まれるためである。なお、連続発振レーザに限らず、繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザを用いることも可能である。繰り返し周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜が溶融してから固化するまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、常に半導体膜を溶融状態にとどめることができ、固液界面の移動により一方向に長い結晶粒で構成される半導体膜を形成することができる。なお、図3の場合ではレーザ発振器を2台用意したが、出力が十分であれば1台でよい。
When the
例えば、気体レーザとしては、Arレーザ、Krレーザ、CO2レーザ等がある。固体レーザとして、YAGレーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、GdVO4レーザ、KGWレーザ、KYWレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、Y2O3レーザ、YVO4レーザ等がある。また、YAGレーザ、Y2O3レーザ、GdVO4レーザ、YVO4レーザなどのセラミックスレーザがある。金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。 For example, examples of the gas laser include an Ar laser, a Kr laser, and a CO 2 laser. Examples of the solid-state laser include a YAG laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a GdVO 4 laser, a KGW laser, a KYW laser, an alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, a Y 2 O 3 laser, and a YVO 4 laser. Further, there are ceramic lasers such as YAG laser, Y 2 O 3 laser, GdVO 4 laser, and YVO 4 laser. Examples of the metal vapor laser include a helium cadmium laser.
また、レーザ発振器11a、11bとしては、レーザビームをTEM00(シングル横モード)で発振して射出すると、被照射面において得られる線状のビームスポットの集光性が高く、エネルギー密度を高くすることができるので好ましい。
Further, as the
レーザ照射の概要は以下の通りである。レーザ発振器11a、11bからレーザビーム12a、12bをそれぞれ同じエネルギーで射出する。レーザ発振器11bから射出されたレーザビーム12bは、波長板13を通して偏光方向を変える。レーザビーム12bの偏光方向を変えるのは、偏光子14によって互いに偏光方向が異なる2つのレーザビームを合成するためである。波長板13にレーザビーム12bを通した後、ミラー22で反射させ、偏光子14にレーザビーム12bを入射させる。そして、偏光子14でレーザビーム12aとレーザビーム12bを合成し、レーザビーム12とする。波長板13および偏光子14を透過した光が適当なエネルギーとなるように波長板13と偏光子14を調整する。なお、本実施の形態では、レーザビームの合成に偏光子14を用いているが、偏光ビームスプリッターなどの他の光学素子を用いてもよい。
The outline of laser irradiation is as follows.
偏光子14によって合成されたレーザビーム12は、ミラー15によって反射され、焦点距離が、例えば150mmのシリンドリカルレンズ16および焦点距離が、例えば20mmのシリンドリカルレンズ17によって、レーザビームの断面形状を被照射面18において線状に整形する。ミラー15はレーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。シリンドリカルレンズ16は、被照射面18で形成されるビームスポットの長さ方向に作用し、シリンドリカルレンズ17は、その幅方向に作用する。これにより、被照射面18において、例えば長さ500μm、幅20μm程度の線状のビームスポットが形成される。なお、本実施の形態では、線状に成形するためにシリンドリカルレンズを用いているが、これには限らず、球面レンズなどのその他の光学素子を用いてもよい。また、シリンドリカルレンズの焦点距離は上記の値に限らず、自由に設定することができる。
The
また、本実施の形態では、レーザビームの整形を、シリンドリカルレンズ16、17を用いて行っているが、レーザビームを線状に引き伸ばすための光学系と、被照射面に細く集光するための光学系を別に設けてもよい。例えば、レーザビームの断面を線状にするためにはシリンドリカルレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることができる。また、レーザの媒質の形状が矩形状のものを用いれば射出段階でレーザビームの断面形状を線状にすることも可能である。セラミックレーザは、レーザの媒質の形状を比較的自由に整形することが可能であるため、そのようなレーザの作製に適している。なお、線状に形成されたレーザビームの断面形状は出来るだけ細い方が好ましく、これにより半導体膜におけるレーザビームのエネルギー密度が上がるため、工程時間を短縮できる。
Further, in this embodiment, the laser beam is shaped using the
次にレーザビームの照射方法について説明する。非晶質半導体膜103が形成された被照射面18を比較的高速で動作させるため、吸着ステージ19に固定する。吸着ステージ19は、X軸用の一軸ロボット20とY軸用の一軸ロボット21により、被照射面18に平行な面上をXY方向に動作できる。線状のビームスポットの長さ方向とY軸を一致させて配置する。次に、ビームスポットの幅方向、つまりX軸に沿って被照射面18を動作させ、レーザビームを被照射面18に照射する。ここで、X軸用の一軸ロボット20の走査速度を35cm/sec、また、2台のレーザ発振器からそれぞれ7.0Wのエネルギーでレーザを射出している。合成後のレーザの出力は14Wとなる。
Next, a laser beam irradiation method will be described. In order to operate the
レーザビームが照射されることによって半導体膜が完全溶融した領域が形成される。固化される過程で結晶が成長し、結晶性半導体膜を形成することができる。なお、TEM00モードのレーザ発振器から射出されるレーザビームのエネルギー分布は、一般にガウシアン分布となる。なお、レーザビームの照射に用いる光学系によって、レーザビームの強度を均一化することができる。例えば、シリンドリカルレンズアレイやフライアイレンズなどのレンズアレイ、回折光学素子、光導波路などを用いることによって、レーザビームの強度を均一化することができる。X軸用の一軸ロボット20の走査速度は、数10〜数100cm/sec程度が適当であり、レーザ発振器の出力に合わせて作業者が適宜決定すればよい。
By irradiation with the laser beam, a region where the semiconductor film is completely melted is formed. Crystals grow in the process of solidification, and a crystalline semiconductor film can be formed. The energy distribution of the laser beam emitted from the TEM 00 mode laser oscillator is generally a Gaussian distribution. Note that the intensity of the laser beam can be made uniform by an optical system used for laser beam irradiation. For example, the intensity of the laser beam can be made uniform by using a lens array such as a cylindrical lens array or a fly-eye lens, a diffractive optical element, an optical waveguide, or the like. The scanning speed of the
なお、本実施の形態では、X軸用の一軸ロボット20およびY軸用の一軸ロボット21を用いて、被照射面18である非晶質半導体膜103を移動させる方式を用いている。これに限らず、レーザビームの走査は、被照射面18を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して被照射面18を移動させる被照射面移動型、または上記2つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。
In this embodiment, a method is used in which the
なお、上述したように、上記した光学系によって形成されるビームスポットの長軸方向のエネルギー分布はガウシアン分布であるため、その両端のエネルギー密度の低い箇所では小粒径結晶が形成される。そこで、大粒径結晶を形成するに充分なエネルギーのみが被照射面18に照射されるよう、被照射面18の手前にスリット等を設けレーザビームの一部を切り取る構成としてもよい。また、レーザ発振器11a及び11bから射出されるレーザビームをより効率的に使用するために、レンズアレイや回折光学素子等のビームホモジナイザを用いて、ビームスポットの長さ方向のエネルギーを一様な分布としてもよい。
As described above, since the energy distribution in the major axis direction of the beam spot formed by the optical system described above is a Gaussian distribution, small-sized crystals are formed at locations where the energy density is low at both ends. Therefore, a configuration may be adopted in which a part of the laser beam is cut off by providing a slit or the like in front of the
さらに、形成された結晶性半導体膜の幅の分だけ、Y軸用の一軸ロボット21を移動させ、再度X軸用の一軸ロボット20を所定の速度、ここでは35cm/secで走査させる。このような一連の動作を繰り返すことにより、半導体膜全面を効率よく結晶化することができる。
Further, the Y-axis
以上の工程により、図1(C)に示すように、非晶質半導体膜全体にレーザビームを照射して結晶性半導体膜105を形成する。
Through the above steps, a
この後、結晶性半導体膜を選択的にエッチングして、半導体膜を形成し、当該半導体膜を用いて半導体素子を形成する。半導体素子としては、薄膜トランジスタ、フローティングゲートや電荷蓄積層を有する不揮発性記憶素子、ダイオード、容量素子、抵抗素子等を形成することができる。ここでは、図1(D)に示すように薄膜トランジスタ150を形成する。
After that, the crystalline semiconductor film is selectively etched to form a semiconductor film, and a semiconductor element is formed using the semiconductor film. As the semiconductor element, a thin film transistor, a nonvolatile memory element having a floating gate or a charge storage layer, a diode, a capacitor element, a resistance element, or the like can be formed. Here, a
また、半導体素子を用いて半導体装置を作製することができる。 In addition, a semiconductor device can be manufactured using a semiconductor element.
なお、本実施の形態においては、絶縁膜101と基板100との間に剥離膜を設け、工程終了後に基板100から絶縁膜101上に形成される半導体素子を剥離してもよい。この後、可撓性を有する基板に半導体素子を貼り付けることで、薄型で軽量な半導体装置を作製することができる。
Note that in this embodiment, a separation film may be provided between the insulating
ここで、本明細書で用いる応力の測定方法に関して、以下に述べる。本明細書で示す応力はTencor FLX−2320(KLAテンコール社製)を用いて測定する。Tencor FLX−2320はストレスのかかった薄膜を有する基板の曲率半径の変化を測定する。薄膜の応力は数式2を用いて求める。
Here, the stress measurement method used in this specification will be described below. The stress shown in this specification is measured using Tencor FLX-2320 (manufactured by KLA Tencor). Tencor FLX-2320 measures the change in radius of curvature of a substrate having a stressed thin film. The stress of the thin film is obtained using
数式2において、E/(1−v)は基板のニ軸弾性係数を示し、Eは基板のヤング率を示し、vは基板のポアソン比を示す。また、図25に示すように、hは基板600の厚さ(m)を示し、tは薄膜601の厚さ(m)を示し、Rは基板600の曲率半径(m)を示しσは基板600上に成膜された薄膜601の応力(Pa)を示す。
In
なお、本明細書で基板として用いるAN100基板のポアソン比は0.22、ヤング率は77GPaのためニ軸弾性係数98.7GPaであり、EAGLE2000基板のポアソン比は0.23、ヤング率は70.9GPaのためニ軸弾性係数92.07GPaである。
Note that the AN100 substrate used as the substrate in this specification has a Poisson's ratio of 0.22 and a Young's modulus of 77 GPa, so that the biaxial elastic modulus is 98.7 GPa, and the
また、一般的に応力には引っ張り応力と圧縮応力とがある。図25(B)に示すように、基板600に対して薄膜601が収縮しようとするときには、基板600はそれを妨げる方向に引っ張る。このため基板600は薄膜601を内側にして変形する。このように薄膜601が収縮しようとするときに生じる応力を引っ張り応力と呼んでいる。一方、図25(C)に示すように、薄膜601が膨張しようとするときには、基板600は薄膜601の内側に押し縮められる。このように薄膜601が膨張しようとするときに生じる応力を圧縮応力と呼んでいる。一般に、引っ張り応力を+(プラス)で示し、圧縮応力を−(マイナス)で示すことが多い。
In general, the stress includes a tensile stress and a compressive stress. As shown in FIG. 25B, when the
(実施の形態2)
本実施の形態では、半導体装置の一例である液晶表示装置について図4、及び図5を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a liquid crystal display device which is an example of a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
図4(A)に示すように、実施の形態1と同様に熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板100上に絶縁膜101を形成し、絶縁膜101上に非晶質半導体膜103を形成する。ここでは、基板100として、熱膨張率が38×10−7/℃で厚さ0.7cmのAN100を用いる。また、絶縁膜101としては、厚さ40〜60nmの酸素を含む窒化珪素膜及び厚さ80〜120nmの窒素を含む酸化珪素膜をそれぞれプラズマCVD法により形成する。また、非晶質半導体膜103としてプラズマCVD法により厚さ20〜80nmの非晶質半導体膜を形成する。
Figure 4 (A), the same thermal expansion coefficient 6 × 10 -7 / ℃ greater than 38 × 10 -7 / ℃ or less as in
次に、基板100を加熱する。ここでは、基板100上に形成された非晶質半導体膜の水素を除去するための加熱を行う。当該加熱のほかに、非晶質半導体膜を結晶化させるための加熱を行ってもよい。基板100を加熱することにより、基板上の層の全応力は、−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下となる。このような層に後にレーザビーム104を照射しても、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することができる。ここでは、基板100を500℃で1時間加熱した後、550℃で4時間加熱する。
Next, the
次に、図4(B)に示すように、非晶質半導体膜103にレーザビーム104を照射する。このときのレーザビーム104は、非晶質半導体膜103を溶融することが可能なエネルギーを選択する。また、非晶質半導体膜103が吸収することが可能なレーザビーム104の波長を選択する。この結果、絶縁膜101上に結晶性半導体膜105を形成することができる。ここでは、レーザビーム104としてYVO4の第2高調波(波長532nm)を用いる。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(C)に示すように結晶性半導体膜105を選択的にエッチングして半導体膜201〜203を形成する。ここでは、結晶性半導体膜105のエッチング方法としては、ドライエッチング、ウエットエッチング等を用いることができる。ここでは、結晶性半導体膜105上にレジストを塗布した後、露光及び現像を行ってレジストマスクを形成する。次に、レジストマスクを用いてSF6:O2の流量比を4:15としたドライエッチング法により、結晶性半導体膜105を選択的にエッチングする。この後、レジストマスクを除去する。
Next, as illustrated in FIG. 4C, the
次に、図4(D)に示すように、半導体膜201〜203上にゲート絶縁膜204を形成する。ゲート絶縁膜は、窒化珪素、酸素を含む窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等の単層又は積層構造で形成する。ここでは、厚さ115nmの窒素を含む酸化珪素をプラズマCVD法により形成する。
Next, as illustrated in FIG. 4D, the
次にゲート電極205〜208を形成する。ゲート電極205〜208は、金属又は一導電型の不純物を添加した多結晶半導体で形成することができる。金属を用いる場合は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)などを用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第1の層と当該金属から成る第2の層とを積層させた構造としても良い。また、液滴吐出法を用いて微粒子を含むペーストをゲート絶縁膜上に吐出し、乾燥・焼成して形成することができる。また、ゲート絶縁膜上に、微粒子を含むペーストを印刷法により印刷し、乾燥・焼成して形成することができる。微粒子の代表例としては、金、銅、金と銀の合金、金と銅の合金、銀と銅の合金、金と銀と銅の合金のいずれかを主成分とする微粒子でもよい。ここでは、ゲート絶縁膜204上に、膜厚30nmの窒化タンタル膜及び、膜厚370nmのタングステン膜をスパッタリング法により形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて窒化タンタル膜、及びタングステン膜を選択的にエッチングして、窒化タンタル膜の端部がタングステン膜の端部より外側に突き出した形状のゲート電極205〜208を形成する。
Next,
次に、ゲート電極205〜208をマスクとして、半導体膜201〜203にそれぞれn型を付与する不純物元素及びp型を付与する不純物元素を添加して、ソース領域及びドレイン領域209〜214及び高濃度不純物領域215を形成する。また、ゲート電極205〜208の一部に重複する低濃度不純物領域216〜223を形成する。ここでは、ソース領域及びドレイン領域209、210、213〜215、及び低濃度不純物領域216、217、220〜223に、p型を付与する不純物元素であるボロンをドーピングする。また、ソース領域及びドレイン領域211、212、及び低濃度不純物領域218、219に、n型を付与する不純物元素であるリンをドーピングする。
Next, an impurity element imparting n-type conductivity and an impurity element imparting p-type conductivity are added to the
この後、半導体膜に添加した不純物元素を活性化するために加熱処理を行う。ここでは、窒素雰囲気で550度4時間の加熱を行う。以上の工程により、薄膜トランジスタ225〜227を形成する。なお、薄膜トランジスタ225、227としてはpチャネル型の薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタ226としてはnチャネル型の薄膜トランジスタを形成する。また、pチャネル型の薄膜トランジスタ225及びnチャネル型の薄膜トランジスタ226により駆動回路を構成する。また、pチャネル型の薄膜トランジスタ227は、画素電極に電圧を印加する素子として機能する。
Thereafter, heat treatment is performed to activate the impurity element added to the semiconductor film. Here, heating is performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. Through the above steps,
次に、図5(A)に示すように、薄膜トランジスタ225〜227のゲート電極及び配線を絶縁化する第1の層間絶縁膜を形成する。ここでは、第1の層間絶縁膜として酸化珪素膜231、窒化珪素膜232、及び酸化珪素膜233を積層して形成する。また、第1の層間絶縁膜の一部である酸化珪素膜233上に薄膜トランジスタ225〜227のソース領域及びドレイン領域に接続する配線234〜239、及び接続端子240を形成する。ここでは、スパッタリング法により、Ti膜100nm、Al膜333nm、Ti膜100nmを連続した後、フォトリソグラフィー工程によって形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして、配線234〜239、及び接続端子240を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
Next, as shown in FIG. 5A, a first interlayer insulating film for insulating the gate electrodes and wirings of the
次いで、第1の層間絶縁膜、配線234〜239、及び接続端子240上に、第2の層間絶縁膜241を形成する。第2の層間絶縁膜241としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの無機絶縁膜を用いることができ、これらの絶縁膜を単層又は2以上の複数層で形成すればよい。また、無機絶縁膜を形成する方法としてはスパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等を用いればよい。ここでは、プラズマCVD法を用い、膜厚100nm〜150nmの酸素を含む窒化珪素膜を形成した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて酸素を含む窒化珪素膜を選択的にエッチングして、薄膜トランジスタ227の配線239、及び接続端子240に達するコンタクトホールを形成するとともに、第2の層間絶縁膜241を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
Next, a second
本実施の形態のように、第2の層間絶縁膜241を形成することで、駆動回路部のTFTや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からTFTを保護することができる。
By forming the second
次に、薄膜トランジスタ227の配線239に接続する第1の画素電極242、及び接続端子240と接続する導電膜244を形成する。液晶表示装置が透光型液晶表示装置の場合は、第1の画素電極242を透光性を有する導電膜で形成する。また、液晶表示装置が反射型液晶表示装置の場合は、第1の画素電極242を反射性を有する導電膜で形成する。ここでは、第1の画素電極242及び導電膜244は、スパッタリング法により膜厚125nmの酸化珪素を含むITOを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
Next, a
次に、配向膜として機能する絶縁膜243を形成する。絶縁膜243は、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法、ロールコート法等で形成した後、ラビングすることにより形成することができる。また、SiOを基板に対して斜めから蒸着して形成することができる。また、光反応型の高分子化合物に偏光したUV光を照射し光反応型の高分子化合物を重合させて形成することができる。ここでは、ポリイミドやポリビニルアルコール等の高分子化合物膜を印刷法により印刷し、焼成した後、ラビングすることで形成する。
Next, an insulating
次に、図5(B)に示すように、対向基板251に第2の画素電極253を形成し、第2の画素電極253上に配向膜として機能する絶縁膜254を形成する。なお、対向基板251及び第2の画素電極253の間に着色膜252を設けても良い。
Next, as illustrated in FIG. 5B, the
対向基板251としては、基板100と同様の材料を適宜選択することができる。また、第2の画素電極253は第1の画素電極242と同様の方法で形成することができる。また、配向膜として機能する絶縁膜254は、絶縁膜243と同様に形成することができる。着色膜252としては、カラー表示を行う場合に必要な膜であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した染料や顔料が分散された着色膜を各画素に対応して形成する。
As the
次に、基板100及び対向基板251をシール材257で貼り合わせる。また、基板100及び対向基板251の間に液晶層255を形成する。また、液晶層255は、毛細管現象を利用した真空注入法により、配向膜として機能する絶縁膜243、254、及びシール材257で囲まれた領域に液晶材料を注入することにより形成することができる。また、対向基板251の一方の表面にシール材257を形成し、シール材に囲まれる領域に液晶材料を滴下した後、対向基板251及び基板100を減圧下においてシール材で圧着することで液晶層255を形成することができる。
Next, the
シール材257としては、熱硬化型のエポキシ樹脂、UV硬化型のアクリル樹脂、熱可塑型のナイロン、ポリエステル等を、ディスペンサ法、印刷法、熱圧着法等を用いて形成することができる。なお、シール材257にフィラーを散布することにより、基板100及び対向基板251の間隔を保つことができる。ここでは、シール材257として熱硬化型のエポキシ樹脂を用いて形成する。
As the
また、基板100及び対向基板251の間隔を保つために、配向膜として機能する絶縁膜243、254の間にスペーサ256を設けてもよい。スペーサとしては、有機樹脂を塗布し、該有機樹脂を所望の形状、代表的には柱状又は円柱状にエッチングして形成することができる。また、スペーサとしてビーズスペーサを用いてもよい。ここでは、スペーサ256としてビーズスペーサを用いる。
Further, a
また、図示しないが、基板100、対向基板251の一方又は両方に偏光板を設ける。
Although not illustrated, a polarizing plate is provided on one or both of the
次に、図5(C)に示すように、端子部263においては、薄膜トランジスタのゲート配線、ソース配線に接続される接続端子(図5(C)においては、ソース配線またはドレイン配線に接続される接続端子240を示す。)が形成されている。接続端子240に、導電膜244及び異方性導電膜261を介して外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリント配線)262を接続する。接続端子240は導電膜244及び異方性導電膜261を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
Next, as shown in FIG. 5C, in the
駆動回路部264においては、ソースドライバやゲートドライバ等の画素を駆動する回路が形成される。ここでは、nチャネル型の薄膜トランジスタ226、pチャネル型の薄膜トランジスタ225が配置されている。なお、nチャネル型の薄膜トランジスタ226及びpチャネル型の薄膜トランジスタ225によりCMOS回路が形成されている。
In the
画素部265には、複数の画素が形成されており、各画素には液晶素子258が形成されている。液晶素子258は、第1の画素電極242、第2の画素電極253及びその間に充填されている液晶層255が重なっている部分である。液晶素子258が有する第1の画素電極242は、薄膜トランジスタ227と電気的に接続されている。
A plurality of pixels are formed in the
以上の工程により液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態で示す液晶表示装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く液晶表示装置を作製することが可能である。 Through the above process, a liquid crystal display device can be manufactured. In the liquid crystal display device described in this embodiment, cracks can be reduced in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Thus, a liquid crystal display device can be manufactured with high yield.
(実施の形態3)
本実施の形態では、半導体装置の一例である発光素子を有する発光装置の作製工程について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a manufacturing process of a light-emitting device having a light-emitting element which is an example of a semiconductor device will be described.
図6(A)に示すように、実施の形態2と同様の工程により、基板100上に絶縁膜101を介して薄膜トランジスタ225〜227を形成する。また、薄膜トランジスタ225〜227のゲート電極及び配線を絶縁化する第1の層間絶縁膜として、酸化珪素膜231、窒化珪素膜232、及び酸化珪素膜233を積層して形成する。また、第1の層間絶縁膜の一部の酸化珪素膜233上に薄膜トランジスタ225〜227の半導体膜に接続する配線308〜313、及び接続端子314を形成する。
As shown in FIG. 6A,
次に、第1の層間絶縁膜、配線308〜313、及び接続端子314上に、第2の層間絶縁膜315を形成する。次に、薄膜トランジスタ227の配線313に接続する第1の電極316、及び接続端子314と接続する導電膜320を形成する。第1の電極316及び導電膜320は、スパッタリング法により膜厚125nmの酸化珪素を含むITOを成膜した後、フォトリソグラフィー工程により形成したレジストマスクを用いて選択的にエッチングして形成する。
Next, a second
本実施の形態のように、第2の層間絶縁膜315を形成することで、駆動回路部のTFTや配線等の露出を防ぎ、汚染物質からTFTを保護することができる。
By forming the second
次に、第1の電極316の端部を覆う有機絶縁物膜317を形成する。ここでは、感光性ポリイミドを塗布し焼成した後、露光及び現像を行って駆動回路、画素領域の第1の電極316、及び画素領域の周辺部における第2の層間絶縁膜315が露出されるように有機絶縁物膜317を形成する。
Next, an organic
次に、第1の電極316及び有機絶縁物膜317の一部上に蒸着法により発光物質を含む層318を形成する。発光物質を含む層318は、発光性を有する有機化合物、または発光性を有する無機化合物で形成する。また、発光物質を含む層318を、発光性を有する有機化合物及び発光性を有する無機化合物で形成してもよい。また、発光物質を含む層318を赤色の発光性の発光物質、青色の発光性の発光物質、及び緑色の発光性の発光物質を用いて、それぞれ赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素を形成することができる。
Next, a
ここでは、赤色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(アセチルアセトナト)(略称:Ir(Fdpq)2(acac))が添加されたNPBを30nm、Alq3を60nm、及びLiFを1nm積層して形成する。 Here, as a layer including a red light-emitting substance, DNTPD is 50 nm, NPB is 10 nm, bis [2,3-bis (4-fluorophenyl) quinoxalinato] iridium (acetylacetonato) (abbreviation: Ir (Fdpq ) 2 (acac)) is added to 30 nm, Alq 3 to 60 nm, and LiF to 1 nm.
また、緑色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、クマリン545T(C545T)が添加されたAlq3を40nm、Alq3を60nm、及びLiFを1nm積層して形成する。
Further, a layer containing a green light-emitting substance is formed by stacking DNTPD 50 nm,
また、青色の発光性の発光物質を含む層として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)が添加された、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA:)を30nm、Alq3を60nm、及びLiFを1nm積層して形成する。 Further, as a layer containing a blue light-emitting substance, DNTPD is added to 50 nm, NPB is added to 10 nm, 2,5,8,11-tetra (tert-butyl) perylene (abbreviation: TBP) is added, and 9- [ It is formed by stacking 4- (N-carbazolyl)] phenyl-10-phenylanthracene (abbreviation: CzPA :) at 30 nm, Alq 3 at 60 nm, and LiF at 1 nm.
さらには、赤色の発光性の画素、青色の発光性の画素、及び緑色の発光性の画素のほかに、白色の発光性の発光物質を用いて発光物質を含む層を形成することで、白色の発光性の画素を形成してもよい。白色の発光性の画素を設けることにより、消費電力を削減することが可能である。 Furthermore, in addition to the red light emitting pixel, the blue light emitting pixel, and the green light emitting pixel, a white light emitting light emitting material is used to form a layer containing a light emitting material, thereby producing a white Alternatively, a light emitting pixel may be formed. By providing white light-emitting pixels, power consumption can be reduced.
次に、発光物質を含む層318、及び有機絶縁物膜317上に第2の電極319を形成する。ここでは、膜厚200nmのAl膜を蒸着法により形成する。この結果第1の電極316、発光物質を含む層318、及び第2の電極319により発光素子321を構成する。
Next, a
ここで、発光素子321の構造について説明する。
Here, the structure of the light-emitting
発光物質を含む層318に、有機化合物を用いた発光機能を担う層(以下、発光層343と示す。)を形成することで、発光素子321は有機EL素子として機能する。
By forming a layer having a light emitting function using an organic compound (hereinafter, referred to as a light emitting layer 343) in the
発光性の有機化合物としては、例えば、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、クマリン30、クマリン6、クマリン545、クマリン545T、ペリレン、ルブレン、ペリフランテン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、5,12−ジフェニルテトラセン、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−[2−(ジュロリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン(略称:DCM2)、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:BisDCM)等が挙げられる。また、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’](ピコリナト)イリジウム(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}(ピコリナト)イリジウム(略称:Ir(CF3ppy)2(pic))、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(ppy)3)、(アセチルアセトナト)ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(ppy)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2−(2’−チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(略称:Ir(thp)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(略称:Ir(pq)2(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(略称:Ir(btp)2(acac))などの燐光を放出できる化合物を用いることもできる。
Examples of the light-emitting organic compound include 9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: DNA) and 2-tert-butyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene (abbreviation: t-BuDNA). ), 4,4′-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (abbreviation: DPVBi),
また、図7(A)に示すように、第1の電極316上に正孔注入性材料で形成される正孔注入層341、正孔輸送性材料で形成される正孔輸送層342、発光性の有機化合物で形成される発光層343、電子輸送性材料で形成される電子輸送層344、電子注入性材料で形成される電子注入層345により形成された発光物質を含む層318、及び第2の電極319で発光素子321を形成してもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 7A, a
正孔輸送性材料は、フタロシアニン(略称:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)の他、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、1,3,5−トリス[N,N−ジ(m−トリル)アミノ]ベンゼン(略称:m−MTDAB)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、4,4’−ビス{N−[4−ジ(m−トリル)アミノ]フェニル−N−フェニルアミノ}ビフェニル(略称:DNTPD)、4,4’−ビス[N−(4−ビフェニリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BBPB)、4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)などが挙げられるが、これらに限定されることはない。また、上述した化合物の中でも、TDATA、MTDATA、m−MTDAB、TPD、NPB、DNTPD、BBPB、TCTAなどに代表される芳香族アミン化合物は、正孔を発生しやすく、有機化合物として好適な化合物群である。ここに述べた物質は、主に10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。 The hole transporting material includes phthalocyanine (abbreviation: H 2 Pc), copper phthalocyanine (abbreviation: CuPc), vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc), and 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl). Amino) triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenylamino] triphenylamine (abbreviation: MTDATA), 1,3,5 -Tris [N, N-di (m-tolyl) amino] benzene (abbreviation: m-MTDAB), N, N'-diphenyl-N, N'-bis (3-methylphenyl) -1,1'-biphenyl -4,4'-diamine (abbreviation: TPD), 4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: NPB), 4,4'-bis {N- [ 4-di (m-tolyl) amino Phenyl-N-phenylamino} biphenyl (abbreviation: DNTPD), 4,4′-bis [N- (4-biphenylyl) -N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: BBPB), 4,4 ′, 4 ″- Examples include tri (N-carbazolyl) triphenylamine (abbreviation: TCTA), but are not limited thereto. Among the compounds described above, aromatic amine compounds typified by TDATA, MTDATA, m-MTDAB, TPD, NPB, DNTPD, BBPB, TCTA, and the like are prone to generate holes and are a group of compounds suitable as organic compounds. It is. The substances described here are mainly substances having a hole mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.
正孔注入性材料は、上記正孔輸送性材料の他、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(略称:PSS)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(略称:PEDOT)やポリアニリン(略称:PAni)などを用いることもできる。また、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニッケルなどの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウムなどの無機絶縁体の超薄膜も有効である。 As the hole injecting material, there is a material obtained by chemically doping a conductive polymer compound in addition to the above hole transporting material. Polyethylenedioxythiophene (abbreviation: PEDOT) doped with polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PSS). ) And polyaniline (abbreviation: PAni) can also be used. In addition, an inorganic semiconductor thin film such as molybdenum oxide, vanadium oxide, or nickel oxide, or an ultrathin film of an inorganic insulator such as aluminum oxide is also effective.
ここで、電子輸送性材料は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)−4−フェニルフェノラト−アルミニウム(略称:BAlq)等キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる材料を用いることができる。また、この他、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などの材料も用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm2/Vs以上の電子移動度を有する物質である。 Here, the electron transporting materials are tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3 ), tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Almq 3 ), bis (10-hydroxybenzo [h]. -Quinolinato) Beryllium (abbreviation: BeBq 2 ), bis (2-methyl-8-quinolinolato) -4-phenylphenolato-aluminum (abbreviation: BAlq), etc. Can be used. In addition, bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ), bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) A material such as a metal complex having an oxazole-based or thiazole-based ligand such as 2 ) can also be used. In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- (P-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4-phenyl-5- ( 4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) -1,2, 4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ), bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), bathocuproin (abbreviation: BCP), and the like can be used. The substances mentioned here are mainly substances having an electron mobility of 10 −6 cm 2 / Vs or higher.
電子注入材料としては、上述した電子輸送性材料の他に、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、フッ化カルシウムのようなアルカリ土類ハロゲン化物、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(略称:Li(acac))や8−キノリノラト−リチウム(略称:Liq)などのアルカリ金属錯体も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Mg、Li、Cs等の仕事関数の小さい金属とを共蒸着等により混合した材料を使用することもできる。 As the electron injection material, in addition to the above-described electron transporting materials, alkali metal halides such as lithium fluoride and cesium fluoride, alkaline earth halides such as calcium fluoride, and alkali metal oxides such as lithium oxide. Insulator-like thin films such as objects are often used. Alkali metal complexes such as lithium acetylacetonate (abbreviation: Li (acac)) and 8-quinolinolato-lithium (abbreviation: Liq) are also effective. Furthermore, the material which mixed the electron transport material mentioned above and metals with small work functions, such as Mg, Li, and Cs by co-evaporation etc. can also be used.
また、図7(B)に示すように、第1の電極316、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層346、発光性の有機化合物で形成される発光層343、発光性の有機化合物及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層347により形成された発光物質を含む層318、並びに第2の電極319で発光素子321を形成してもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 7B, the
発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子受容性を有する無機化合物で形成される正孔輸送層346は、有機化合物として、上記した正孔輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物から電子を受け取りやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、周期表第4族乃至第12族のいずれかの遷移金属酸化物が電子受容性を示しやすく好適である。具体的には、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化ルテニウム、酸化亜鉛などが挙げられる。また、上述した金属酸化物の中でも、周期表第4族乃至第8族のいずれかの遷移金属酸化物は電子受容性の高いものが多く、好ましい一群である。特に酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化レニウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
The hole-
発光性の有機化合物、及び発光性の有機化合物に対して電子供与性を有する無機化合物で形成される電子輸送層347は、有機化合物として上記した電子輸送性の有機化合物を適宜用いて形成する。また、無機化合物として、有機化合物に電子を与えやすいものであれば何であってもよく、種々の金属酸化物または金属窒化物が可能であるが、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ金属窒化物、アルカリ土類金属窒化物、希土類金属窒化物が電子供与性を示しやすく好適である。具体的には、酸化リチウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化エルビウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどが挙げられる。特に酸化リチウム、酸化バリウム、窒化リチウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウムは真空蒸着が可能で扱いやすいため、好適である。
The electron-
発光性の有機化合物及び無機化合物で形成される電子輸送層347又は正孔輸送層346は、電子注入・輸送特性が優れているため、第1の電極316、第2の電極319共に、ほとんど仕事関数の制限を受けることなく、種々の材料を用いることができる。また駆動電圧を低減することが可能である。
Since the
また、発光物質を含む層318として、無機化合物を用いた発光機能を担う層(以下、発光層349という。)を有することで、発光素子321は無機EL素子として機能する。無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光物質を含む層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光物質を含む層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。分散型無機ELではドナー−アクセプター再結合型発光、薄膜型無機EL素子では局在型発光である場合が多い。以下に、無機EL素子の構造について示す。
In addition, the light-emitting
本実施の形態で用いることのできる発光材料は、母体材料と発光中心となる不純物元素とで構成される。含有させる不純物元素を変化させることで、様々な色の発光を得ることができる。発光材料の作製方法としては、固相法や液相法(共沈法)などの様々な方法を用いることができる。また、噴霧熱分解法、複分解法、プレカーサーの熱分解反応による方法、逆ミセル法やこれらの方法と高温焼成を組み合わせた方法、凍結乾燥法などの液相法なども用いることができる。 A light-emitting material that can be used in this embodiment mode includes a base material and an impurity element that serves as a light-emission center. By changing the impurity element to be contained, light emission of various colors can be obtained. As a method for manufacturing the light-emitting material, various methods such as a solid phase method and a liquid phase method (coprecipitation method) can be used. Also, spray pyrolysis method, metathesis method, precursor thermal decomposition method, reverse micelle method, method combining these methods with high temperature firing, liquid phase method such as freeze-drying method, etc. can be used.
固相法は、母体材料と、不純物元素又はその化合物を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱、焼成を行い反応させ、母体材料に不純物元素を含有させる方法である。焼成温度は、700〜1500℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。比較的高温での焼成を必要とするが、簡単な方法であるため、生産性がよく大量生産に適している。 The solid phase method is a method in which a base material and an impurity element or a compound thereof are weighed, mixed in a mortar, heated and fired in an electric furnace, reacted, and the base material contains the impurity element. The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state. Although firing at a relatively high temperature is required, it is a simple method, so it has high productivity and is suitable for mass production.
液相法(共沈法)は、母体材料又はその化合物と、不純物元素又はその化合物を溶液中で反応させ、乾燥させた後、焼成を行う方法である。発光材料の粒子が均一に分布し、粒径が小さく低い焼成温度でも反応が進むことができる。 The liquid phase method (coprecipitation method) is a method in which a base material or a compound thereof and an impurity element or a compound thereof are reacted in a solution, dried, and then fired. The particles of the luminescent material are uniformly distributed, and the reaction can proceed even at a low firing temperature with a small particle size.
無機EL素子の発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化カルシウム、硫化イットリウム、硫化ガリウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、酸化イットリウム等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム、硫化ストロンチウム−ガリウム、硫化バリウム−ガリウム等の3元系の混晶であってもよい。 As a base material used for a light-emitting material of an inorganic EL element, sulfide, oxide, or nitride can be used. Examples of sulfides that can be used include zinc sulfide, cadmium sulfide, calcium sulfide, yttrium sulfide, gallium sulfide, strontium sulfide, and barium sulfide. As the oxide, for example, zinc oxide, yttrium oxide, or the like can be used. As the nitride, for example, aluminum nitride, gallium nitride, indium nitride, or the like can be used. Furthermore, zinc selenide, zinc telluride, and the like can also be used, and may be a ternary mixed crystal such as calcium sulfide-gallium sulfide, strontium sulfide-gallium, barium sulfide-gallium.
局在型発光の発光中心として、マンガン(Mn)、銅(Cu)、サマリウム(Sm)、テルビウム(Tb)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ユーロピウム(Eu)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素(F)、塩素(Cl)などのハロゲン元素が添加されていてもよい。 As emission centers of localized emission, manganese (Mn), copper (Cu), samarium (Sm), terbium (Tb), erbium (Er), thulium (Tm), europium (Eu), cerium (Ce), praseodymium (Pr) or the like can be used. Note that a halogen element such as fluorine (F) or chlorine (Cl) may be added as charge compensation.
一方、ドナー−アクセプター再結合型発光の発光中心として、ドナー準位を形成する第1の不純物元素及びアクセプター準位を形成する第2の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。第1の不純物元素は、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)、アルミニウム(Al)等を用いることができる。第2の不純物元素としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)等を用いることができる。 On the other hand, a light-emitting material containing a first impurity element that forms a donor level and a second impurity element that forms an acceptor level can be used as the emission center of donor-acceptor recombination light emission. As the first impurity element, for example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum (Al), or the like can be used. For example, copper (Cu), silver (Ag), or the like can be used as the second impurity element.
ドナー−アクセプター再結合型発光の発光材料を固相法を用いて合成する場合、母体材料と、第1の不純物元素又はその化合物と、第2の不純物元素又はその化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。母体材料としては、上述した母体材料を用いることができ、第1の不純物元素又はその化合物としては、例えば、フッ素(F)、塩素(Cl)、硫化アルミニウム等を用いることができる。また、第2の不純物元素又はその化合物としては、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、硫化銅、硫化銀等を用いることができる。焼成温度は、700〜1500℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固相反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。 When a light-emitting material for donor-acceptor recombination light emission is synthesized using a solid-phase method, the base material, the first impurity element or compound thereof, and the second impurity element or compound thereof are weighed, respectively, After mixing, heating and baking are performed in an electric furnace. As the base material, the above-described base material can be used, and as the first impurity element or a compound thereof, for example, fluorine (F), chlorine (Cl), aluminum sulfide, or the like can be used. As the second impurity element or a compound thereof, for example, copper (Cu), silver (Ag), copper sulfide, silver sulfide, or the like can be used. The firing temperature is preferably 700 to 1500 ° C. This is because the solid phase reaction does not proceed when the temperature is too low, and the base material is decomposed when the temperature is too high. In addition, although baking may be performed in a powder state, it is preferable to perform baking in a pellet state.
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第1の不純物元素と第2の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第1の不純物元素と第2の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、塩化銅、塩化銀等を用いることができる。 In addition, as an impurity element in the case of using a solid phase reaction, a compound including a first impurity element and a second impurity element may be used in combination. In this case, since the impurity element is easily diffused and the solid-phase reaction easily proceeds, a uniform light emitting material can be obtained. Further, since no extra impurity element is contained, a light-emitting material with high purity can be obtained. As the compound constituted by the first impurity element and the second impurity element, for example, copper chloride, silver chloride, or the like can be used.
なお、これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して0.01〜10atom%であればよく、好ましくは0.05〜5atom%の範囲である。 Note that the concentration of these impurity elements may be 0.01 to 10 atom% with respect to the base material, and is preferably in the range of 0.05 to 5 atom%.
図7(C)は、発光物質を含む層318が第1の絶縁層348、発光層349、及び第2の絶縁層350で構成される無機EL素子の断面を示す。
FIG. 7C illustrates a cross section of an inorganic EL element in which a
薄膜型無機ELの場合、発光層349は、上記発光材料を含む層であり、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着(EB蒸着)法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法(PVD)、有機金属CVD法、ハイドライド輸送減圧CVD法等の化学気相成長法(CVD)、原子層エピタキシ法(ALE)等を用いて形成することができる。
In the case of a thin-film inorganic EL, the
第1の絶縁層348及び第2の絶縁層350は、特に限定されることはないが、絶縁性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、窒化シリコン、酸化ジルコニウム等やこれらの混合膜又は2種以上の積層を用いることができる。第1の絶縁層348及び第2の絶縁層350は、スパッタリング、蒸着、CVD等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは10〜1000nmの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、500nm以下の膜厚、より好ましくは100nm以下の膜厚であることが好ましい。
The first insulating
なお、図示しないが、発光層349と絶縁層348、350、又は発光層349と電極316、319の間にバッファー層を設けても良い。このバッファー層はキャリアの注入を容易にし、かつ両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料である硫化亜鉛、硫化セレン、硫化カドミウム、硫化ストロンチウム、硫化バリウム、硫化銅、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、またはフッ化マグネシウム等を用いることができる。
Note that although not illustrated, a buffer layer may be provided between the light-emitting
また、図7(D)に示すように、発光物質を含む層318が発光層349及び第1の絶縁層348で構成されてもよい。この場合、図7(D)においては、第1の絶縁層348は第2の電極319及び発光層349の間に設けられている形態を示す。なお、第1の絶縁層348は第1の電極316及び発光層349の間に設けられていてもよい。
Further, as illustrated in FIG. 7D, the
さらには、発光物質を含む層318が、発光層349のみで構成されてもよい。即ち、第1の電極316、発光層349、第2の電極319で発光素子321を構成してもよい。
Further, the
分散型無機ELの場合、粒子状の発光材料をバインダ中に分散させ膜状の発光物質を含む層を形成する。発光材料の作製方法によって、十分に所望の大きさの粒子が得られない場合は、乳鉢等で粉砕などによって粒子状に加工すればよい。バインダとは、粒状の発光材料を分散した状態で固定し、発光物質を含む層としての形状に保持するための物質である。発光材料は、バインダによって発光物質を含む層中に均一に分散し固定される。 In the case of a dispersion type inorganic EL, a particulate luminescent material is dispersed in a binder to form a layer containing a film-like luminescent substance. When particles having a desired size cannot be obtained sufficiently by the method for manufacturing a light emitting material, the particles may be processed into particles by pulverization or the like in a mortar or the like. The binder is a substance for fixing a granular light emitting material in a dispersed state and holding it in a shape as a layer containing a light emitting substance. The light emitting material is uniformly dispersed and fixed in the layer containing the light emitting substance by the binder.
分散型無機ELの場合、発光物質を含む層の形成方法は、選択的に発光物質を含む層を形成できる液滴吐出法や、印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷など)、スピンコート法などの塗布法、ディッピング法、ディスペンサ法などを用いることもできる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、10〜1000nmの範囲である。また、発光材料及びバインダを含む発光物質を含む層において、発光材料の割合は50wt%以上80wt%以下とするよい。 In the case of a dispersion-type inorganic EL, a method for forming a layer containing a light-emitting substance includes a droplet discharge method that can selectively form a layer containing a light-emitting substance, a printing method (such as screen printing or offset printing), and a spin coating method. An application method, a dipping method, a dispenser method, or the like can also be used. The film thickness is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 1000 nm. In the layer including a light-emitting material and a light-emitting substance including a binder, the ratio of the light-emitting material may be 50 wt% or more and 80 wt% or less.
図7(E)における素子は、第1の電極316、発光物質を含む層318、第2の電極319を有し、発光物質を含む層318が、発光材料352がバインダ351に分散された発光層及び絶縁層348で構成される。なお、絶縁層348は、図7(E)においては、第2の電極319に接する構造となっているが、第1の電極316に接する構造でもよい。また、素子は、第1の電極316及び第2の電極319それぞれに接する絶縁層を有してもよい。さらには、素子は、第1の電極316及び第2の電極319に接する絶縁層を有さなくてもよい。
7E includes a
本実施の形態に用いることのできるバインダとしては、有機材料や無機材料を用いることができる。また、有機材料及び無機材料の混合材料を用いてもよい。有機絶縁材料としては、シアノエチルセルロース系樹脂のように、比較的誘電率の高いポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ化ビニリデンなどの樹脂を用いることができる。また、芳香族ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール(polybenzimidazole)などの耐熱性高分子材料、又はシロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、アリール基)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、オキサゾール樹脂(ポリベンゾオキサゾール)等の樹脂材料を用いてもよい。また光硬化型などを用いることができる。これらの樹脂に、チタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムなどの高誘電率の微粒子を適度に混合して誘電率を調整することもできる。 As a binder that can be used in this embodiment mode, an organic material or an inorganic material can be used. Further, a mixed material of an organic material and an inorganic material may be used. As the organic insulating material, a polymer having a relatively high dielectric constant such as a cyanoethyl cellulose resin, or a resin such as polyethylene, polypropylene, polystyrene resin, silicone resin, epoxy resin, or vinylidene fluoride can be used. Alternatively, a heat-resistant polymer material such as aromatic polyamide, polybenzimidazole, or a siloxane resin may be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aryl group) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, resin materials such as vinyl resins such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, phenol resins, novolac resins, acrylic resins, melamine resins, urethane resins, and oxazole resins (polybenzoxazole) may be used. Moreover, a photocuring type etc. can be used. The dielectric constant can be adjusted by appropriately mixing fine particles having a high dielectric constant such as barium titanate or strontium titanate with these resins.
また、バインダに用いる無機材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸素及び窒素を含む珪素、窒化アルミニウム、酸素及び窒素を含むアルミニウムまたは酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸鉛、酸化タンタル、タンタル酸バリウム、タンタル酸リチウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛その他の無機材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。有機材料に、誘電率の高い無機材料を含ませる(添加等によって)ことによって、発光材料及びバインダよりなる発光物質を含む層の誘電率をより制御することができ、より誘電率を大きくすることができる。 Inorganic materials used for the binder include silicon oxide, silicon nitride, silicon containing oxygen and nitrogen, aluminum nitride, aluminum or aluminum oxide containing oxygen and nitrogen, titanium oxide, barium titanate, strontium titanate, lead titanate , Potassium niobate, lead niobate, tantalum oxide, barium tantalate, lithium tantalate, yttrium oxide, zirconium oxide, zinc sulfide, and other materials including inorganic materials. By including an inorganic material having a high dielectric constant in the organic material (by addition or the like), the dielectric constant of the layer containing the light emitting material including the light emitting material and the binder can be further controlled, and the dielectric constant can be further increased. Can do.
作製工程において、発光材料はバインダを含む溶液中に分散されるが本実施の形態に用いることのできるバインダを含む溶液の溶媒としては、バインダ材料が溶解し、発光層を形成する方法(各種ウエットプロセス)及び所望の膜厚に適した粘度の溶液を作製できるような溶媒を適宜選択すればよい。有機溶媒等を用いることができ、例えばバインダとしてシロキサン樹脂を用いる場合は、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEAともいう)、3−メトシキ−3メチル−1−ブタノール(MMBともいう)などを用いることができる。 In the manufacturing process, the light-emitting material is dispersed in a solution containing a binder, but as a solvent for the solution containing the binder that can be used in this embodiment mode, a method of forming a light-emitting layer by dissolving the binder material (various wet types) A solvent capable of producing a solution having a viscosity suitable for the process) and a desired film thickness may be appropriately selected. For example, when a siloxane resin is used as a binder, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether acetate (also referred to as PGMEA), 3-methoxy-3-methyl-1-butanol (also referred to as MMB) can be used. Etc. can be used.
無機EL発光素子は、発光物質を含む層を挟持する一対の電極間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。 Inorganic EL light-emitting elements can emit light by applying a voltage between a pair of electrodes sandwiching a layer containing a light-emitting substance, but can operate in either DC driving or AC driving.
次に、図6(B)に示すように、第2の電極319上に保護膜322を形成する。保護膜322は、発光素子321や保護膜322に水分や酸素等が侵入することを防ぐためのものである。保護膜322は、プラズマCVD法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素、その他の絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。
Next, as illustrated in FIG. 6B, a
さらにシール材323で封止基板324を基板100上に形成される第2の層間絶縁膜315と貼り合わせることにより、基板100、封止基板324、およびシール材323で囲まれた空間325に発光素子321が備えられた構造になっている。なお、空間325には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材323で充填される場合もある。
Further, the sealing
なお、シール材323にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板324に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルフィルム、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
Note that an epoxy-based resin is preferably used for the
次に、図6(C)に示すように、実施の形態3と同様に異方性導電膜326を用いてFPC327を接続端子314に接する導電膜320と貼りつける。
Next, as illustrated in FIG. 6C, the
以上の工程により、アクティブマトリクス型発光素子を有する半導体装置を形成することが出来る。 Through the above steps, a semiconductor device having an active matrix light-emitting element can be formed.
ここで本実施の形態において、フルカラー表示する場合の画素における等価回路図を図8に示す。図8において、破線で囲まれる薄膜トランジスタ331が図6(A)の駆動用の薄膜トランジスタ227をスイッチングする薄膜トランジスタに対応しており、破線で囲まれる薄膜トランジスタ332が発光素子を駆動する薄膜トランジスタ227に対応している。なお、発光素子としては、発光物質を含む層を発光性の有機化合物を含む層で形成した有機EL素子(以下、OLEDと示す。)を用いた形態を説明する。
Here, in this embodiment mode, an equivalent circuit diagram of a pixel in the case of full color display is shown in FIG. In FIG. 8, a
赤色を表示する画素は、薄膜トランジスタ332のドレイン領域に赤色を発光するOLED334Rが接続され、ソース領域にはアノード側電源線337Rが設けられている。また、OLED334Rには、カソード側電源線333が設けられている。また、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、アノード側電源線337Rに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying red, an
また、緑色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ332のドレイン領域に緑色を発光するOLED334Gが接続され、ソース領域にはアノード側電源線337Gが設けられている。また、OLED334Gには、カソード側電源線333が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、アノード側電源線337Gに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying green, an
また、青色を表示する画素は、駆動用の薄膜トランジスタ332のドレイン領域に青色を発光するOLED334Bが接続され、ソース領域にはアノード側電源線337Bが設けられている。また、OLED334Bには、カソード側電源線333が設けられており、スイッチング用の薄膜トランジスタ331はゲート配線336に接続され、駆動用の薄膜トランジスタ332のゲート電極は、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域に接続される。なお、スイッチング用の薄膜トランジスタ331のドレイン領域は、アノード側電源線337Bに接続された容量素子338と接続している。
In the pixel displaying blue, an
それぞれ色の異なる画素には発光物質を含む層の材料に応じて異なる電圧をそれぞれ印加する。 Different voltages are applied to the pixels of different colors depending on the material of the layer containing the light-emitting substance.
なお、ここでは、ソース配線335とアノード側電源線337R、337G、337Bとを平行に形成しているが、これに限られず、ゲート配線336とアノード側電源線337R、337G、337Bとを平行に形成してもよい。更には、駆動用の薄膜トランジスタ332をマルチゲート電極構造としてもよい。
Here, the source wiring 335 and the anode side power supply lines 337R, 337G, and 337B are formed in parallel. However, the present invention is not limited to this, and the gate wiring 336 and the anode side power supply lines 337R, 337G, and 337B are parallel. It may be formed. Further, the driving
また、発光装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、発光装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。 In the light emitting device, a driving method for screen display is not particularly limited, and for example, a dot sequential driving method, a line sequential driving method, a surface sequential driving method, or the like may be used. Typically, a line sequential driving method is used, and a time-division gray scale driving method or an area gray scale driving method may be used as appropriate. The video signal input to the source line of the light-emitting device may be an analog signal or a digital signal, and a drive circuit or the like may be designed in accordance with the video signal as appropriate.
さらに、ビデオ信号がデジタルの発光装置において、画素に入力されるビデオ信号が定電圧(CV)のものと、定電流(CC)のものとがある。ビデオ信号が定電圧のもの(CV)には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの(CVCV)と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの(CVCC)とがある。また、ビデオ信号が定電流のもの(CC)には、発光素子に印加される信号の電圧が一定のもの(CCCV)と、発光素子に印加される信号の電流が一定のもの(CCCC)とがある。 Further, in a light emitting device in which a video signal is digital, there are a video signal input to a pixel having a constant voltage (CV) and a constant current (CC). A video signal having a constant voltage (CV) includes a signal having a constant voltage applied to the light emitting element (CVCV) and a signal having a constant current applied to the light emitting element (CVCC). . In addition, when the video signal has a constant current (CC), the signal voltage applied to the light emitting element is constant (CCCV), and the signal applied to the light emitting element has a constant current (CCCC). There is.
また、発光装置において、静電破壊防止のための保護回路(保護ダイオードなど)を設けてもよい。 In the light emitting device, a protection circuit (such as a protection diode) for preventing electrostatic breakdown may be provided.
以上の工程によりアクティブマトリクス型発光素子を有する発光装置を作製することが出来る。本実施の形態で示す発光装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く発光装置を作製することが可能である。 Through the above process, a light-emitting device having an active matrix light-emitting element can be manufactured. In the light-emitting device described in this embodiment, cracks can be reduced in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Therefore, a light-emitting device can be manufactured with high yield.
(実施の形態4)
本実施の形態では、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の作製工程を図9〜12を用いて説明する。また半導体装置の構成について図13を用いて説明する。また、本実施の形態で示す半導体装置の用途を図14を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a manufacturing process of a semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS. A structure of the semiconductor device will be described with reference to FIG. The use of the semiconductor device described in this embodiment will be described with reference to FIGS.
図9(A)に示すように、基板401上に剥離膜402を形成する。次に、剥離膜402上に絶縁膜403を形成し、絶縁膜403上に薄膜トランジスタ404を形成する。次に、薄膜トランジスタ404を構成する導電膜を絶縁する層間絶縁膜405を形成し、薄膜トランジスタ404の半導体膜に接続するソース電極及びドレイン電極406を形成する。次に、薄膜トランジスタ404、層間絶縁膜405、ソース電極及びドレイン電極406を覆う絶縁膜407を形成し、絶縁膜407を介してソース電極またはドレイン電極406に接続する導電膜408を形成する。
As shown in FIG. 9A, a
基板401としては、基板100と同様のものを用いることができる。また、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板、セラミック基板等を用いることができる。ここでは、基板401としてガラス基板を用いる。
As the
剥離膜402は、スパッタリング法やプラズマCVD法、塗布法、印刷法等により、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、珪素(Si)から選択された元素、又は元素を主成分とする合金材料、又は元素を主成分とする化合物材料からなる層を、単層又は積層して形成する。珪素を含む剥離膜の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれの場合でもよい。
The
剥離膜402が単層構造の場合、好ましくは、タングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成する。又は、タングステンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層若しくは酸化窒化物を含む層を形成する。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
In the case where the
剥離膜402が積層構造の場合、好ましくは、1層目としてタングステン、モリブデン、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成し、2層目として、タングステン、モリブデン又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物を含む層、窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、又は窒化酸化物を含む層を形成する。
In the case where the
剥離膜402として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。さらには、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、N2Oプラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理、水素が添加された水での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。これは、タングステンの窒化物を含む層、酸化窒化物を含む層、または窒化酸化物を含む層を形成する場合も同様であり、タングステンを含む層を形成後、その上層に窒化珪素層、酸化窒化珪素層、窒化酸化珪素層を形成するとよい。
In the case where a stacked structure of a layer containing tungsten and a layer containing tungsten oxide is formed as the
タングステンの酸化物は、WOxで表される。xは、2≦x≦3の範囲内にあり、xが2の場合(WO2)、xが2.5の場合(W2O5)、xが2.75の場合(W4O11)、xが3の場合(WO3)などがある。 The oxide of tungsten is represented by WOx. x is in the range of 2 ≦ x ≦ 3, when x is 2 (WO 2 ), when x is 2.5 (W 2 O 5 ), when x is 2.75 (W 4 O 11) ), And x is 3 (WO 3 ).
ここでは、スパッタリング法により厚さ20〜100nm、好ましくは40〜80nmのタングステン膜を形成する。 Here, a tungsten film having a thickness of 20 to 100 nm, preferably 40 to 80 nm, is formed by a sputtering method.
なお、上記の工程によると、基板401に接するように剥離膜402を形成しているが、本発明はこの工程に制約されない。基板401に接するように下地となる絶縁膜を形成し、その絶縁膜に接するように剥離膜402を設けてもよい。
Note that although the
絶縁膜403は、絶縁膜101と同様に形成することができる。ここでは、N2Oガスを流しながらプラズマを発生させて剥離膜402表面に酸化タングステン膜を形成した後、プラズマCVD法により、窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
The insulating
薄膜トランジスタ404は、実施の形態2に示す薄膜トランジスタ225〜227と同様に形成することができる。ソース電極及びドレイン電極406は、実施の形態2に示す配線234〜239と同様に形成することができる。
The
層間絶縁膜405及び絶縁膜407は、ポリイミド、アクリル、またはシロキサンポリマーを塗布し焼成して形成することができる。また、スパッタリング法やプラズマCVD法、塗布法、印刷法等により、無機化合物を用いて単層又は積層で形成してもよい。無機化合物の代表例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素がある。
The
次に、図9(B)に示すように、導電膜408上に導電膜411を形成する。ここでは、印刷法により金粒子を有する組成物を印刷し、200℃で30分加熱して組成物を焼成して導電膜411を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 9B, a
次に、図9(C)に示すように、絶縁膜407及び導電膜411の端部を覆う絶縁膜412を形成する。ここでは、絶縁膜407及び導電膜411の端部を覆う絶縁膜412を、エポキシ樹脂を用いて形成する。エポキシ樹脂の組成物をスピンコート法により塗布し、160℃で30分加熱した後、導電膜411を覆う部分の絶縁膜を除去して、導電膜411を露出すると共に、厚さ1〜20μm、好ましくは5〜10μmの絶縁膜412を形成する。ここでは、絶縁膜403から絶縁膜412までの積層体を素子形成層410とする。
Next, as illustrated in FIG. 9C, an insulating
次に、図9(D)に示すように、後の剥離工程を容易に行うために、レーザビーム413を絶縁膜403、405、407、及び絶縁膜412に照射して、図9(E)に示すような開口部414を形成する。次に、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせる。開口部414を形成するために照射するレーザビームとしては、絶縁膜403、405、407、または絶縁膜412が吸収する波長を有するレーザビームが好ましい。代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。
Next, as illustrated in FIG. 9D, the insulating
このようなレーザビームを発振することが可能なレーザ発振器としては、ArF、KrF、XeCl等のエキシマレーザ発振器、実施の形態1で示すレーザ発振器11a、11bと同様のものを適宜用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波〜第5高調波を適宜適用するのが好ましい。この結果、絶縁膜403、405、407、412がレーザビームを吸収し溶融して開口部が形成される。
As a laser oscillator capable of oscillating such a laser beam, an excimer laser oscillator such as ArF, KrF, or XeCl, or the same one as the
なお、レーザビームを絶縁膜403、405、407、412に照射する工程を削除することで、スループットを向上させることが可能である。
Note that throughput can be improved by eliminating the step of irradiating the insulating
次に、図10(A)に示すように、剥離膜402及び絶縁膜403の界面に形成される金属酸化物膜において、剥離膜を有する基板401及び素子形成層の一部421を物理的手段により剥離する。物理的手段とは、力学的手段または機械的手段を指し、何らかの力学的エネルギー(機械的エネルギー)を変化させる手段を指している。物理的手段は、代表的には機械的な力を加えること(例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを支点としてローラーを回転させながら分離する処理)である。
Next, as illustrated in FIG. 10A, in the metal oxide film formed at the interface between the
本実施形態においては、剥離膜と絶縁膜の間に金属酸化膜を形成し、当該金属酸化膜において物理的手段により、素子形成層の一部421を剥離する方法を用いたがこれに限られない。基板に透光性を有する基板を用い、剥離膜に水素を含む非晶質珪素層を用い、図9(E)の工程の後、基板側からのレーザビームを照射して非晶質半導体膜に含まれる水素を気化させて、基板と剥離膜との間で剥離する方法を用いることができる。
In this embodiment, a method is used in which a metal oxide film is formed between the peeling film and the insulating film, and a
また、図9(E)の工程の後、基板を機械的に研磨し除去する方法や、基板をHF等の基板を溶解する溶液を用いて基板を除去する方法を用いることができる。この場合、剥離膜を用いなくともよい。 Further, after the step of FIG. 9E, a method of mechanically polishing and removing the substrate or a method of removing the substrate using a solution that dissolves the substrate such as HF can be used. In this case, it is not necessary to use a release film.
また、図9(E)において、粘着部材415を絶縁膜412に貼りあわせる前に、開口部414にNF3、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスを導入し、剥離膜をフッ化ハロゲンガスでエッチングし除去した後、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部421を剥離する方法を用いることができる。
In FIG. 9E, before bonding the
また、図9(E)において、粘着部材415を絶縁膜412に貼りあわせる前に、開口部414にNF3、BrF3、ClF3等のフッ化ハロゲンガスを導入し、剥離膜の一部をフッ化ハロゲンガスでエッチングし除去した後、絶縁膜412に粘着部材415を貼りあわせて、基板から素子形成層の一部421を物理的手段により剥離する方法を用いることができる。
In FIG. 9E, before adhering the
次に、図10(B)に示すように、素子形成層の一部421の絶縁膜403に、可撓性基板422を貼り付ける。次に、粘着部材415を素子形成層の一部421から剥す。ここでは、可撓性基板422として、キャスト法によりポリアニリンで形成されたフィルムを用いる。
Next, as illustrated in FIG. 10B, a
次に、図10(C)に示すように、可撓性基板422をダイシングフレーム432のUVシート431に貼り付ける。UVシート431は粘着性を有するため、UVシート431上に可撓性基板422が固定される。この後、導電膜411にレーザビームを照射して、導電膜411と導電膜408の間の密着性を高めてもよい。
Next, as illustrated in FIG. 10C, the
次に、図10(D)に示すように、導電膜411上に接続端子433を形成する。接続端子433を形成することで、後にアンテナとして機能する導電膜との位置合わせ及び接着を容易に行うことが可能である。
Next, as illustrated in FIG. 10D, the
次に、図11(A)に示すように、素子形成層の一部421を分断する。ここでは、素子形成層の一部421及び可撓性基板422にレーザビーム434を照射して、図11(B)に示すように、素子形成層の一部421を複数に分断する。レーザビーム434は、レーザビーム413に記載のレーザビームを適宜選択して適用することができる。ここでは、絶縁膜403、405、407、及び絶縁膜412、並びに可撓性基板422が吸収可能なレーザビームを選択することが好ましい。なお、ここでは、レーザカット法を用いて素子形成層の一部を複数に分断したが、この方法の代わりにダイシング法、スクライビング法等を適宜用いることができる。この結果、分断された素子形成層を薄膜集積回路442a、442bと示す。
Next, as illustrated in FIG. 11A, a
次に、図11(C)に示すように、ダイシングフレーム432のUVシートにUV光を照射して、UVシート431の粘着力を低下させた後、UVシート431をエキスパンダ枠444で支持する。このとき、UVシート431を伸ばしながらエキスパンダ枠444で支持することで、薄膜集積回路442a、442bの間に形成された溝441の幅を拡大することができる。なお、拡大された溝446は、後に薄膜集積回路442a、442bに貼りあわせられるアンテナ基板の大きさにあわせることが好ましい。
Next, as illustrated in FIG. 11C, the UV sheet of the
次に、図12(A)に示すように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456と、薄膜集積回路442a、442bとを異方性導電接着剤455a、455bを用いて貼りあわせる。なお、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456には、導電膜452a、452bの一部が露出するように、開口部が設けられている。このため、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと薄膜集積回路442a、442bの接続端子とが、異方性導電接着剤455a、455bに含まれる導電性粒子454a、454bとで接続されるように、位置合わせしながら貼りあわせる。
Next, as shown in FIG. 12A, a
ここでは、アンテナとして機能する導電膜452aと薄膜集積回路442aとが、異方性導電接着剤455a中の導電性粒子454aによって接続され、アンテナとして機能する導電膜452bと薄膜集積回路442bとが、異方性導電接着剤455b中の導電性粒子454bによって接続される。
Here, the
次に、図12(B)に示すように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと、薄膜集積回路442a、442bとが形成されない領域において、可撓性基板456、絶縁膜453を分断する。ここでは、絶縁膜453及び可撓性基板456にレーザビーム461を照射するレーザカット法により分断を行う。
Next, as illustrated in FIG. 12B, the
以上の工程により、図12(C)に示すように、非接触でデータの伝送が可能な半導体装置462a、462bを作製することができる。
Through the above steps, as illustrated in FIG. 12C,
なお、図12(A)において、アンテナとして機能する導電膜452a、452bを有する可撓性基板456と、薄膜集積回路442a、442bとを異方性導電接着剤455a、455bを用いて貼りあわせた後、可撓性基板456と薄膜集積回路442a、442bとを封止するように可撓性基板463を設け、図12(B)のように、アンテナとして機能する導電膜452a、452bと、薄膜集積回路442a、442bとが形成されない領域において、レーザビーム461を照射して、図12(D)に示すような半導体装置464を作製してもよい。この場合、分断された可撓性基板456、463によって、薄膜集積回路が封止されるため、薄膜集積回路の劣化を抑制することが可能である。
Note that in FIG. 12A, a
以上の工程により、薄型化で軽量な半導体装置を歩留まり高く作製することが可能である。本実施の形態の半導体装置は、作製工程において、基板乃至基板上の層にクラックが入ることを低減することが可能である。このため、歩留まり高く半導体装置を作製することが可能である。 Through the above process, a thin and lightweight semiconductor device can be manufactured with high yield. The semiconductor device of this embodiment can reduce occurrence of cracks in a substrate or a layer over the substrate in a manufacturing process. Thus, a semiconductor device can be manufactured with high yield.
次に上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の構成について、図13を参照して説明する。 Next, a structure of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIG.
本実施形態の半導体装置は、大別して、アンテナ部2001、電源部2002、ロジック部2003から構成される。
The semiconductor device of this embodiment is roughly composed of an
アンテナ部2001は、外部信号の受信とデータの送信を行うためのアンテナ2011からなる。また、半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
The
電源部2002は、アンテナ2011を介して外部から受信した信号により電源を作る整流回路2021と、作りだした電源を保持するための保持容量2022からなる。
The
ロジック部2003は、受信した信号を復調する復調回路2031と、クロック信号を生成するクロック生成・補正回路2032と、各コード認識及び判定回路2033と、メモリからデータを読み出すための信号を受信信号により作り出すメモリコントローラ2034と、符号化した信号を受信信号にのせるための変調回路2035と、読み出したデータを符号化する符号化回路2037と、データを保持するマスクROM2038とを有する。なお、変調回路2035は変調用抵抗2036を有する。
The
各コード認識及び判定回路2033が認識・判定するコードは、フレーム終了信号(EOF、end of frame)、フレーム開始信号(SOF、start of frame)、フラグ、コマンドコード、マスク長(mask length)、マスク値(mask value)等である。また、各コード認識及び判定回路2033は、送信エラーを識別する巡回冗長検査(CRC、cyclic redundancy check)機能も含む。
The codes recognized and determined by each code recognition and
次に、上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途について図14を用いて示す。上記非接触でデータの伝送が可能な半導体装置の用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図14(A)参照)、包装用容器類(包装紙やボトル等、図14(C)参照)、記録媒体(DVDソフトやビデオテープ等、図14(B)参照)、乗物類(自転車等、図14(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、植物類、動物類、衣類、生活用品類、電子機器等の商品や荷物の荷札(図14(E)、図14(F)参照)等の物品に設けて使用することができる。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(単にテレビ、テレビ受像機、テレビジョン受像機とも呼ぶ)及び携帯電話等を指す。 Next, an application of the semiconductor device capable of transmitting data without contact will be described with reference to FIGS. The semiconductor device capable of transmitting data without contact is widely used. For example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificate documents (driver's license, resident's card, etc., see FIG. 14A). ), Packaging containers (wrapping paper, bottles, etc., see FIG. 14C), recording media (DVD software, videotapes, etc., see FIG. 14B), vehicles (bicycles, etc., FIG. 14D) See), personal items (such as bags and glasses), foods, plants, animals, clothing, daily necessities, electronic goods, etc. and luggage tags (see FIGS. 14E and 14F) It can be used by being provided on an article such as. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (also simply referred to as televisions, television receivers, television receivers), mobile phones, and the like.
本実施の形態の半導体装置9210は、プリント基板への実装、表面への貼着、埋め込み等により、物品に固定される。例えば、本なら紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりして、各物品に固定される。本実施形態の半導体装置9210は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後も、その物品自体のデザイン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書類等に本実施形態の半導体装置9210を設けることにより、認証機能を設けることができ、この認証機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に本実施の形態の半導体装置を設けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図ることができる。
The
(実施の形態5)
上記実施の形態に示される半導体装置を有する電子機器として、テレビジョン装置(単にテレビ、又はテレビジョン受信機ともよぶ)、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、携帯電話装置(単に携帯電話機、携帯電話ともよぶ)、PDA等の携帯情報端末、携帯型ゲーム機、コンピュータ用のモニター、コンピュータ、カーオーディオ等の音響再生装置、家庭用ゲーム機等の記録媒体を備えた画像再生装置等が挙げられる。その具体例について、図15を参照して説明する。
(Embodiment 5)
As electronic devices including the semiconductor device described in any of the above embodiments, a television device (also simply referred to as a television or a television receiver), a camera such as a digital camera or a digital video camera, or a mobile phone device (simply a mobile phone or a mobile phone) (Also called a telephone), portable information terminals such as PDAs, portable game machines, computer monitors, computers, sound reproduction apparatuses such as car audio, and image reproduction apparatuses equipped with recording media such as home game machines. . A specific example thereof will be described with reference to FIG.
図15(A)に示す携帯情報端末は、本体9201、表示部9202等を含んでいる。表示部9202に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯情報端末を安価に提供することができる。
A portable information terminal illustrated in FIG. 15A includes a
図15(B)に示すデジタルビデオカメラは、表示部9701、表示部9702等を含んでいる。表示部9701に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なデジタルビデオカメラを安価に提供することができる。
A digital video camera shown in FIG. 15B includes a
図15(C)に示す携帯端末は、本体9101、表示部9102等を含んでいる。表示部9102に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、信頼性の高い携帯端末を安価に提供することができる。
A portable terminal illustrated in FIG. 15C includes a
図15(D)に示す携帯型のテレビジョン装置は、本体9301、表示部9302等を含んでいる。表示部9302に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能な携帯型のテレビジョン装置を安価に提供することができる。このようなテレビジョン装置は携帯電話などの携帯端末に搭載する小型のものから、持ち運びをすることができる中型のもの、また、大型のもの(例えば40インチ以上)まで、幅広く適用することができる。
A portable television device illustrated in FIG. 15D includes a
図15(E)に示す携帯型のコンピュータは、本体9401、表示部9402等を含んでいる。表示部9402に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高画質な表示が可能な携帯型のコンピュータを安価に提供することができる。
A portable computer shown in FIG. 15E includes a
図15(F)に示すテレビジョン装置は、本体9501、表示部9502等を含んでいる。表示部9502に、上記実施の形態に示すものを適用することにより、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を安価に提供することができる。
A television device illustrated in FIG. 15F includes a
ここで、テレビジョン装置の構成について、図16を用いて説明する。 Here, a configuration of the television device will be described with reference to FIG.
図16は、テレビジョン装置の主要な構成を示すブロック図である。チューナ9511は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像検波回路9512と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路9513と、その映像信号をドライバICの入力仕様に変換するためのコントロール回路9514により処理される。コントロール回路9514は、表示パネル9515の走査線駆動回路9516と信号線駆動回路9517にそれぞれ信号を出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路9518を設け、入力デジタル信号をm個に分割して供給する構成としても良い。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a main configuration of a television device. A
チューナ9511で受信した信号のうち、音声信号は音声検波回路9521に送られ、その出力は音声信号処理回路9522を経てスピーカー9523に供給される。制御回路9524は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部9525から受け、チューナ9511や音声信号処理回路9522に信号を送出する。
Of the signals received by the
このテレビジョン装置は、表示パネル9515を含んで構成されることにより、テレビジョン装置の低消費電力を図ることが可能である。また、高精細な表示が可能なテレビジョン装置を作製することが可能である。
This television device includes the
なお、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニターをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。 Note that the present invention is not limited to a television receiver, and is applicable to various uses as a display medium of a particularly large area such as a monitor of a personal computer, an information display board in a railway station or airport, an advertisement display board in a street, etc. can do.
次に、本発明の半導体装置を実装した電子機器の一態様として、携帯電話機を図17を用いて説明する。携帯電話機は、筐体2700、2706、表示パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703、操作ボタン2704、バッテリ2705を有する(図17参照)。表示パネル2701はハウジング2702に脱着自在に組み込まれ、ハウジング2702はプリント配線基板2703に嵌着される。ハウジング2702は表示パネル2701が組み込まれる電子機器に合わせて、形状や寸法が適宜変更される。プリント配線基板2703には、パッケージングされた複数の半導体装置が実装されており、このうちの1つとして、本発明の半導体装置を用いることができる。プリント配線基板2703に実装される複数の半導体装置は、コントローラ、中央処理ユニット(CPU、Central Processing Unit)、メモリ、電源回路、音声処理回路、送受信回路等のいずれかの機能を有する。
Next, a cellular phone will be described with reference to FIG. 17 as one embodiment of an electronic device on which the semiconductor device of the present invention is mounted. The cellular phone includes
表示パネル2701は、接続フィルム2708を介して、プリント配線基板2703が接続される。上記の表示パネル2701、ハウジング2702、プリント配線基板2703は、操作ボタン2704やバッテリ2705と共に、筐体2700、2706の内部に収納される。表示パネル2701が含む画素領域2709は、筐体2700に設けられた開口窓から視認できるように配置されている。
A printed
表示パネル2701は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成してもよい。そのICチップをCOG(Chip On Glass)で表示パネル2701に実装してもよい。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Automated Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した表示パネルの構成の一例を図18(A)に示す。なお、図18(A)の表示パネルは、基板3900、信号線駆動回路3901、画素部3902、走査線駆動回路3903、走査線駆動回路3904、FPC3905、ICチップ3906、ICチップ3907、封止基板3908、シール材3909を有する。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
In the
また、さらに消費電力の低減を図るため、図18(B)に示すように基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネルに実装してもよい。なお、図18(B)の表示パネルは、基板3910、信号線駆動回路3911、画素部3912、走査線駆動回路3913、走査線駆動回路3914、FPC3915、ICチップ3916、ICチップ3917、封止基板3918、シール材3919を有する。
In order to further reduce power consumption, a pixel portion is formed on a substrate using TFTs as shown in FIG. 18B, and all peripheral driver circuits are formed on an IC chip. You may mount in a display panel by COG (Chip On Glass). Note that the display panel in FIG. 18B includes a
上記の通り、本発明の半導体装置は、小型、薄型、軽量であることを特徴としており、上記特徴により、電子機器の筐体2700、2706内部の限られた空間を有効に利用することができる。また、コスト削減が可能であり、信頼性高い半導体装置を有する電子機器を作製することができる。
As described above, the semiconductor device of the present invention is characterized in that it is small, thin, and lightweight, and the limited space inside the
本実施例では、レーザビームを照射したときにクラックが発生しやすい基板、及び当該基板において、基板上に形成される半導体膜を含む層が加熱された後の全応力(計算値)とクラックの発生の有無について示す。 In this embodiment, the total stress (calculated value) and cracks after the substrate that is prone to crack when irradiated with a laser beam and the layer including the semiconductor film formed on the substrate are heated. The presence or absence of occurrence is shown.
はじめに、基板上に半導体膜を含む層を形成した後、半導体膜を含む層にレーザビームを照射したときのクラックの発生の様子と、基板の種類について、図19を用いて説明する。 First, after a layer including a semiconductor film is formed over a substrate and a layer including the semiconductor film is irradiated with a laser beam, generation of cracks and the type of the substrate will be described with reference to FIGS.
基板1乃至3に、半導体膜を含む層を形成した。ここでは、半導体膜を含む層として、厚さ50nmの窒化酸化珪素膜、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜、厚さ66nmの非晶質珪素膜をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜して形成した。
A layer including a semiconductor film was formed over the
ここでは、基板1として厚さ0.7mmのEAGLE2000(コーニング社製)を用い、基板2としては厚さ0.7mmのAN100(旭ガラス社製)を用い、基板3としては厚さ0.7mmのAQ(石英)基板(旭ガラス社製)を用いた。
Here, EAGLE 2000 (manufactured by Corning) having a thickness of 0.7 mm is used as the
ここで、各基板の熱膨張率を表1及び図19に示す。
窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、及び非晶質珪素膜それぞれの成膜条件を表2に示す。 Table 2 shows deposition conditions of the silicon nitride oxide film, the silicon oxynitride film, and the amorphous silicon film.
次に、基板1乃至3を炉で500℃1時間加熱した後、550℃4時間で加熱した。
Next, the
次に、基板1乃至3にレーザビームを照射した。このときのレーザビームの照射条件は、レーザ発振器としてNd:YVO4の第2高調波を用い、スキャン速度を35cm/sec、パワーを18W、スキャン回数を10回とした。
Next, the laser beam was irradiated to the
基板1乃至3におけるクラックの有無及び平均クラック数を表3に示す。このとき、平均クラック数としては、基板端部、及び基板端部から1cm内側それぞれにおいて、1スキャンあたりの平均クラック数を示した。
Table 3 shows the presence or absence of cracks in the
次に、熱膨張率が6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の基板において、半導体膜を含む層を形成し加熱した後レーザビームを照射しても、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが生じない半導体膜を含む層の条件について調べた。この結果を図20乃至図22を用いて以下に示す。 Next, in a substrate having a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. The conditions of the layer including the semiconductor film in which the substrate or the layer including the semiconductor film was not cracked even when the layer including the semiconductor film was formed and heated and then irradiated with the laser beam were examined. The results are shown below with reference to FIGS.
図21には、基板として熱膨張率が38×10−7/℃で厚さが0.7mmのAN100(旭ガラス社製)を用い、基板上に半導体膜を含む層を形成し加熱した後レーザビームを照射したとき、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが発生するか否かと、半導体膜を含む層を構成する膜の膜応力及び膜厚から計算した半導体膜を含む層の全応力との関係を示す。 In FIG. 21, after using AN100 (Asahi Glass Co., Ltd.) having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm as a substrate, a layer including a semiconductor film is formed on the substrate and heated. Whether or not a crack occurs in the substrate or the layer including the semiconductor film when irradiated with the laser beam, and the total stress of the layer including the semiconductor film calculated from the film stress of the film constituting the layer including the semiconductor film and the film thickness The relationship is shown.
図21において、サンプル1は、図20(A)の510の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ140nmの窒化酸化珪素膜502、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
In FIG. 21,
サンプル2〜サンプル9は、図20(B)の520の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ50nmの窒化酸化珪素膜512、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
サンプル10は、図20(C)の530の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
The
サンプル1乃至10の成膜条件を表4に示す。
Table 4 shows the film forming conditions of
また、シリコン基板上にサンプル1乃至サンプル10の半導体膜を含む層を構成する各膜それぞれの成膜後の膜応力、650℃6分加熱処理した後の膜応力、成膜後の膜応力及び膜厚から半導体膜を含む層の全応力を計算した値、650℃6分加熱した後の膜応力及び膜厚から基板上に形成される半導体膜を含む層の全応力を計算した値を表5に示す。さらに、シリコン基板上にサンプル1乃至サンプル10の半導体膜を含む層を構成する各膜をそれぞれ成膜した後の膜応力及び膜厚から半導体膜を含む層の全応力を計算した値を図21の三角印で示す。また、サンプル1乃至10を650℃6分加熱した後の膜応力及び膜厚から基板上に形成される半導体膜を含む層の全応力を計算した値を図21の黒丸で示す。なお、半導体膜を含む層の全応力Sは上記式1を用いて計算した。
In addition, film stress after each film forming the layers including the semiconductor films of
表5に示すような加熱後の半導体膜を含む層の全応力の変化は、主に窒化酸化珪素膜502、512の成膜条件及び膜の密度が起因している。窒化酸化珪素膜502、512を密な膜となるような条件で成膜すると、加熱後の窒化酸化珪素膜502、512の膜応力は圧縮応力になりやすい。また、酸化窒化珪素及び非晶質珪素膜の膜応力は加熱前後でそれほど変化しないため、窒化酸化珪素膜の膜応力が圧縮応力になることで、加熱後の半導体膜を含む層の全応力は、0N/m未満、好ましくは−16N/m以下となり、圧縮応力となる。
The change in the total stress of the layer including the semiconductor film after heating as shown in Table 5 is mainly caused by the film formation conditions and the film density of the silicon
図21に示すように、サンプル1乃至7において、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが生じた。一方、サンプル8乃至10においては、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが生じなかった。
As shown in FIG. 21, in
図21及び表5より、熱膨張率が38×10−7/℃で厚さが0.7mmのAN100(旭ガラス社製)基板上に、加熱後の全応力が0N/m未満、好ましくは−16N/m以下の半導体膜を含む層を形成することで、これらの半導体膜を含む層にレーザビームを照射しても、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが生じないことが分かる。 From FIG. 21 and Table 5, the total stress after heating is less than 0 N / m on an AN100 (Asahi Glass Co., Ltd.) substrate having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm, preferably It can be seen that by forming a layer including a semiconductor film of −16 N / m or less, no crack is generated in the substrate or the layer including the semiconductor film even when the layer including the semiconductor film is irradiated with a laser beam.
また、基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後の全応力が−150N/m、さらには−500N/mより小さいと、基板から半導体膜を含む層が剥れるという問題が生じる。このため、基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後剥離しない全応力は、−500N/m以上、好ましくは−150N/m以上であることが望ましい。 In addition, when the total stress after heating of the layer including the semiconductor film formed on the substrate is less than −150 N / m, and further −500 N / m, there is a problem that the layer including the semiconductor film is peeled from the substrate. For this reason, the total stress that does not peel off after heating the layer including the semiconductor film formed on the substrate is −500 N / m or more, preferably −150 N / m or more.
次に、基板として熱膨張率が31.8×10−7/℃で厚さが0.7mmのEAGLE2000(コーニング社製)を用い、基板上に形成される半導レーザビームを照射したときの基板乃至半導体膜を含む層にクラックの発生の有無と、半導体膜を含む層を構成する膜の膜応力及び膜厚から計算した全応力との関係を図22に示す。 Next, when using EAGLE 2000 (manufactured by Corning) having a thermal expansion coefficient of 31.8 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm as the substrate, a semiconductor laser beam formed on the substrate was irradiated. FIG. 22 shows the relationship between the presence or absence of occurrence of cracks in the substrate or the layer including the semiconductor film and the total stress calculated from the film stress and the film thickness of the film constituting the layer including the semiconductor film.
サンプル11は、図20(A)の510の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ140nmの窒化酸化珪素膜502、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
The
サンプル12〜サンプル15は、図20(B)の520の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ50nmの窒化酸化珪素膜512、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
サンプル16は、図20(C)の530の構造であり、基板501上に半導体膜を含む層として厚さ100nmの酸化窒化珪素膜503、及び厚さ66nmの非晶質珪素膜504をそれぞれプラズマCVD法により順に成膜した。
The
サンプル11乃至16の成膜条件を上記表4に示す。
The film formation conditions for
また、シリコン基板上にサンプル11乃至サンプル16の半導体膜を含む層を構成する各膜それぞれの成膜後の膜応力、650℃6分加熱処理した後の膜応力、成膜後の膜応力及び膜厚から半導体膜を含む層の全応力を計算した値、650℃6分加熱した後の膜応力及び膜厚から基板上に形成される半導体膜を含む層の全応力を計算した値を表6に示す。さらに、シリコン基板上に各サンプルの各膜をそれぞれ成膜した後の膜応力及び膜厚から半導体膜を含む層の全応力を計算した値を図22の三角で示す。また、サンプル11乃至16を650℃6分加熱した後の膜応力及び膜厚から基板上に形成される半導体膜を含む層の全応力を計算した値を図22の黒丸で示す。
Further, film stress after each film forming the layers including the semiconductor films of
表6に示すような加熱後の半導体膜を含む層の全応力の変化は、主に窒化酸化珪素膜502、512の成膜条件及び膜の密度が起因している。窒化酸化珪素膜502、512を、たとえば成膜速度を遅くする、高温で成膜等の条件で成膜すると、密な膜となる。この結果、加熱後に半導体膜を含む層が剥離しない全応力の値は+50N/m未満、好ましくは+28N/m以下となる。
The change in the total stress of the layer including the semiconductor film after heating as shown in Table 6 is mainly caused by the film formation conditions and the film density of the silicon
図22に示すように、サンプル11及びサンプル12において、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが発生した。一方、サンプル13乃至サンプル16においては、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが発生しなかった。
As shown in FIG. 22, in
図22及び表6により、熱膨張率が31.8×10−7/℃で厚さが0.7mmのEAGLE2000(コーニング社製)基板上に、加熱後の全応力が+50N/m未満、好ましくは+28N/m以下の半導体膜を含む層を形成することで、半導体膜を含む層にレーザビームを照射しても、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが発生しないことが分かる。 According to FIG. 22 and Table 6, the total stress after heating is less than +50 N / m on an EAGLE 2000 (made by Corning) substrate having a thermal expansion coefficient of 31.8 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm, preferably It can be seen that by forming a layer including a semiconductor film of +28 N / m or less, no crack is generated in the layer including the substrate or the semiconductor film even when the layer including the semiconductor film is irradiated with a laser beam.
また、基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後の全応力が−150N/m、さらには−500N/mより小さいと、基板から半導体膜を含む層が剥れるという問題が生じる。このため、基板上に形成される半導体膜を含む層の加熱後の全応力は、−500N/m以上、好ましくは−150N/m以上であることが望ましい。 In addition, when the total stress after heating of the layer including the semiconductor film formed on the substrate is less than −150 N / m, and further −500 N / m, there is a problem that the layer including the semiconductor film is peeled from the substrate. For this reason, it is desirable that the total stress after heating of the layer including the semiconductor film formed on the substrate is −500 N / m or more, preferably −150 N / m or more.
熱膨張率が38×10−7/℃で厚さが0.7mmのAN100(旭ガラス社製)基板上に、加熱後の全応力が−500N/m以上0N/m未満、好ましくは−150N/m以上−16N/m以下の半導体膜を含む層を形成した後、当該層にレーザビームを照射することにより、基板乃至半導体膜を含む層において生じるクラックの数を低減することができる。 On an AN100 (Asahi Glass Co., Ltd.) substrate having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm, the total stress after heating is −500 N / m or more and less than 0 N / m, preferably −150 N After the formation of the layer including the semiconductor film of / m to -16 N / m, the number of cracks generated in the layer including the substrate or the semiconductor film can be reduced by irradiating the layer with a laser beam.
また、熱膨張率が31.8×10−7/℃で厚さが0.7mmのEAGLE2000(コーニング社製)基板上に、加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m未満、好ましくは−150N/m以上+28N/m以下の半導体膜を含む層を形成することで、半導体膜を含む層にレーザビームを照射しても、基板乃至半導体膜を含む層にクラックが発生しないことが分かる。 Further, on the EAGLE 2000 (manufactured by Corning) substrate having a coefficient of thermal expansion of 31.8 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm, the total stress after heating is −500 N / m or more and less than +50 N / m, preferably When a layer including a semiconductor film of −150 N / m or more and +28 N / m or less is formed, cracks are not generated in the substrate or the layer including the semiconductor film even when the layer including the semiconductor film is irradiated with a laser beam. I understand.
以上のことから、6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の熱膨張率を有する基板においては、加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下の半導体膜を含む層を形成した後、当該層にレーザビームを照射することにより、基板乃至半導体膜を含む層において生じるクラックの数を低減することができる。 From the above, it has a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. In the substrate, a layer including a semiconductor film having a total stress after heating of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m is formed, and then the layer is irradiated with a laser beam. Accordingly, the number of cracks generated in the layer including the substrate or the semiconductor film can be reduced.
本実施例では、基板上に形成される非晶質半導体膜を含む層が加熱された後の応力(実験値)と、当該非晶質半導体膜にレーザビームを照射したときに生じたクラック数について、図23を用いて示す。 In this embodiment, the stress (experimental value) after the layer including the amorphous semiconductor film formed on the substrate is heated and the number of cracks generated when the amorphous semiconductor film is irradiated with the laser beam. Is shown using FIG.
基板上に非晶質半導体膜を含む層を形成した。ここでは基板として熱膨張率が38×10−7/℃で厚さが0.7mmのAN100基板を用いた。 A layer including an amorphous semiconductor film was formed over the substrate. Here, an AN100 substrate having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.7 mm was used as the substrate.
サンプル21−1〜サンプル21−3は、基板上に半導体膜を含む層として厚さ50nmの窒化酸化珪素膜、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜、厚さ66nmの非晶質珪素膜を順に成膜した。 In Sample 21-1 to Sample 21-3, a silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm, and an amorphous silicon film having a thickness of 66 nm are sequentially formed as a layer including a semiconductor film over a substrate. Filmed.
サンプル22−1〜サンプル22−3は、基板上に半導体膜を含む層として厚さ50nmの窒化酸化珪素膜、厚さ100nmの酸化窒化珪素膜、厚さ66nmの非晶質珪素膜を順に成膜した。 In Samples 22-1 to 22-3, a silicon nitride oxide film having a thickness of 50 nm, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm, and an amorphous silicon film having a thickness of 66 nm are sequentially formed as a layer including a semiconductor film over a substrate. Filmed.
サンプル23−1〜サンプル23−3は、基板上に半導体膜を含む層として厚さ100nmの酸化窒化珪素膜、厚さ66nmの非晶質珪素膜を順に成膜した。 In Samples 23-1 to 23-3, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm and an amorphous silicon film having a thickness of 66 nm were sequentially formed as a layer including a semiconductor film over a substrate.
サンプル21−1〜サンプル21−3、サンプル22−1〜サンプル22−3、及びサンプル23−1〜サンプル23−3の半導体膜を含む層を構成する各膜の成膜条件を表7に示す。 Table 7 shows the film formation conditions of the films constituting the layers including the semiconductor films of Sample 21-1 to Sample 21-3, Sample 22-1 to Sample 22-3, and Sample 23-1 to Sample 23-3. .
次に、サンプル21−1〜サンプル21−3を炉で500℃1時間加熱した後、550℃4時間で加熱し、非晶質半導体膜の水素出しを行った。 Next, Sample 21-1 to Sample 21-3 were heated in a furnace at 500 ° C. for 1 hour, and then heated at 550 ° C. for 4 hours to dehydrogenate the amorphous semiconductor film.
次に、サンプル21−1、サンプル22−1、及びサンプル23−1にレーザビームを照射した後の、クラック数を図24に示す。このとき、基板上端部、基板中央部、基板下端部、基板上端から1cm内側、基板下端から1cm内側それぞれのクラック数を示した。 Next, FIG. 24 shows the number of cracks after irradiating the sample 21-1, the sample 22-1, and the sample 23-1 with the laser beam. At this time, the numbers of cracks at the upper end of the substrate, the center of the substrate, the lower end of the substrate, 1 cm inside from the upper end of the substrate, and 1 cm inside from the lower end of the substrate are shown.
このときのレーザビームの照射条件は、Nd:YVO4の第2高調波、スキャン速度は35cm/sec、パワーは18Wである。 The irradiation conditions of the laser beam at this time are the second harmonic of Nd: YVO 4 , the scanning speed is 35 cm / sec, and the power is 18 W.
図23から、サンプル21−1〜サンプル21−3は、加熱後の半導体膜を含む層の全応力が引っ張り応力となっている。尚、サンプル21−1の全応力は100より大きい引っ張り応力であるため、図23にはプロットされていない。サンプル22−1〜サンプル22−3は、加熱後の半導体膜を含む層の全応力がおよそ0となっている。サンプル23−1〜サンプル23−3は、加熱後全応力が0より低い圧縮応力となっている。 From FIG. 23, in Sample 21-1 to Sample 21-3, the total stress of the layer including the semiconductor film after heating is tensile stress. Since the total stress of sample 21-1 is a tensile stress greater than 100, it is not plotted in FIG. In Sample 22-1 to Sample 22-3, the total stress of the layer including the semiconductor film after heating is approximately zero. Samples 23-1 to 23-3 have a compressive stress in which the total stress after heating is lower than zero.
なお、本実施例においては、基板としてAN100基板を用いている。また、サンプル21−1〜サンプル21−3は実施例1のサンプル2と同様の成膜条件を用いており、サンプル22−1〜サンプル22−3は実施例1のサンプル3と同様の成膜条件を用いており、サンプル23−1〜サンプル23−3は実施例1のサンプル10と同様の成膜条件を用いている。
In this embodiment, an AN100 substrate is used as the substrate. Sample 21-1 to Sample 21-3 use the same film formation conditions as
実施例1のサンプル2、サンプル3、及びサンプル10は、基板上に形成される半導体膜を含む層の各膜をそれぞれ、異なるシリコン基板に成膜し加熱したときの膜応力及び膜厚の積の総和から、半導体膜を含む層の全応力を計算している。一方、本実施例の各サンプルにおいては、基板としてAN100基板を用いている。AN100基板は、550℃の加熱により若干圧縮応力が生じる。このため、実施例2のサンプルは、実施例1の対応するサンプルと比較して、基板上に形成された層の全応力も圧縮応力側へ若干シフトしている。
図24から、サンプル21−1即ち加熱後の半導体膜を含む層の全応力が引っ張り応力であるサンプルと比較して、サンプル22−1即ち加熱後の半導体膜を含む層の全応力がおよそ0であるサンプルのほうが、クラック数が低減していることが分かる。 FIG. 24 shows that the total stress of the sample 22-1, that is, the layer including the semiconductor film after heating is approximately 0, compared with the sample 21-1, that is, the sample in which the total stress of the layer including the semiconductor film after heating is tensile stress. It can be seen that the number of cracks is reduced in the sample.
また、サンプル22−1即ち加熱後の半導体膜を含む層の全応力がおよそ0であるサンプルと比較して、サンプル23−1、即ち加熱後の半導体膜を含む層の全応力がおよそ0より低い圧縮応力であるサンプルのほうが、クラック数が低減していることが分かる。 Further, the total stress of the sample 23-1, that is, the layer including the semiconductor film after heating, is approximately zero as compared with the sample 22-1 that is, the sample whose layer including the semiconductor film after heating is approximately zero. It can be seen that the number of cracks is reduced in the sample having a lower compressive stress.
即ち、基板上に形成される非晶質珪素膜を含む層が加熱された後の全応力が0N/m以下のとき、基板のクラックを低減することができる。また、基板の中央においては、クラックの発生を抑制することが可能であることが分かる。即ち、基板上に形成される非晶質珪素膜を含む層が加熱された後の全応力が50N/m以下、好ましくは0N/m以下のとき、基板中央のクラック発生を抑制することができる。 That is, when the total stress after heating the layer including the amorphous silicon film formed on the substrate is 0 N / m or less, cracks in the substrate can be reduced. Moreover, it turns out that it is possible to suppress generation | occurrence | production of a crack in the center of a board | substrate. That is, when the total stress after heating the layer including the amorphous silicon film formed on the substrate is 50 N / m or less, preferably 0 N / m or less, the generation of cracks at the center of the substrate can be suppressed. .
なお、図24において、基板中央部及び基板上端または下端から1cm内側の領域のクラック数と比較して、基板上端部及び下端部のクラックが多いのは、基板の端の傷に引っ張り応力が集中してクラックが進行しやすいからである。
In FIG. 24, the number of cracks in the upper and lower ends of the substrate is larger than the number of cracks in the
以上のことから、6×10−7/℃より大きく38×10−7/℃以下、好ましくは6×10−7/℃より大きく31.8×10−7/℃以下の熱膨張率を有する基板においては、加熱後の全応力が−500N/m以上+50N/m以下、好ましくは−150N/m以上0N/m以下の半導体膜を含む層を形成した後、当該層にレーザビームを照射することにより、基板乃至半導体膜を含む層において生じるクラックの数を低減することができる。さらには基板中央においては、クラックの発生を抑制することが可能である。 From the above, it has a coefficient of thermal expansion of more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 38 × 10 −7 / ° C., preferably more than 6 × 10 −7 / ° C. and not more than 31.8 × 10 −7 / ° C. In the substrate, a layer including a semiconductor film having a total stress after heating of −500 N / m to +50 N / m, preferably −150 N / m to 0 N / m is formed, and then the layer is irradiated with a laser beam. Accordingly, the number of cracks generated in the layer including the substrate or the semiconductor film can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of cracks at the center of the substrate.
Claims (2)
500℃以上650℃以下で加熱し、前記窒化酸化珪素膜、前記酸化窒化珪素膜、及び前記非晶質珪素膜の全応力を−500N/m以上−16N/m以下とし、
連続発振または繰り返し周波数が10MHz以上のレーザビームを照射し、前記非晶質珪素膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。 A silicon nitride oxide film having a thermal expansion coefficient of 38 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.5 mm to 1.2 mm, a silicon nitride oxide film having a thickness of 40 nm to 60 nm, and a silicon oxynitride having a thickness of 80 nm to 120 nm A film and an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm to 80 nm in sequence,
Heating at 500 ° C. or more and 650 ° C. or less, and setting the total stress of the silicon nitride oxide film, the silicon oxynitride film, and the amorphous silicon film to −500 N / m to −16 N / m,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the amorphous silicon film is crystallized by irradiating a continuous oscillation or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more.
500℃以上650℃以下で加熱し、前記窒化酸化珪素膜、前記酸化窒化珪素膜、及び前記非晶質珪素膜の全応力を−500N/m以上+28N/m以下とし、
連続発振または繰り返し周波数が10MHz以上のレーザビームを照射し、前記非晶質珪素膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A glass substrate having a thermal expansion coefficient of 31.8 × 10 −7 / ° C. and a thickness of 0.5 mm to 1.2 mm, a silicon nitride oxide film having a thickness of 40 nm to 60 nm, and an oxidation of 80 nm to 120 nm A silicon nitride film and an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm to 80 nm are sequentially formed,
Heating at 500 ° C. or more and 650 ° C. or less, and setting the total stress of the silicon nitride oxide film, the silicon oxynitride film, and the amorphous silicon film to −500 N / m to +28 N / m,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the amorphous silicon film is crystallized by irradiating a continuous oscillation or a laser beam having a repetition frequency of 10 MHz or more.
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