JP6175676B2 - 電子デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子デバイスおよびその製造方法に関し、特に、アルミニウムまたはその合金を含む導電層を有する電子デバイスおよびその製造方法に関する。
表示パネルなどをはじめとする電子デバイスでは、アルミニウムまたはアルミニウム合金(以下、「Al等」と記載する。)からなる導電層が多く用いられている。Al等からなる導電層を有する電子デバイスの一例である有機EL(Electro Luminescence)パネルの構成について、図16を用い説明する。
図16に示すように、従来技術に係る有機ELパネルは、基板900上にTFT(Thin Film Transistor)が形成されている(図16では、TFTの構成の内、ドレイン電極901およびバリア層902だけを図示)。ドレイン電極901は、Al等からなり、バリア層902は、例えば、Al23などからなる。そして、バリア層902におけるドレイン電極901上の一部領域は開口されている。なお、バリア層902は、後工程で形成される平坦化膜904の形成プロセスでのダメージを防ぐ役割を担う。
バリア層902の上には、平坦化層904が堆積されており、平坦化層904には、バリア層902の開口に合わせてコンタクト孔が設けられている。平坦化層904上には、アノード905およびホール注入層906が順に積層形成されている。アノード905は、画素単位で区切られており、また、コンタクト孔の底部でTFTのドレイン電極901と接続されている。なお、トップエミッション型のパネルの場合には、アノード905は、例えば、Al等から構成されており、光反射性を有する。
ホール注入層906上には、画素単位で開口を規定するバンク907が形成されている。バンク907は、ホール注入層906上におけるコンタクト孔上方に相当する箇所も埋め込むように形成されている。バンク907で規定された開口には、有機材料からなる発光層908が形成されている。
発光層908上およびバンク907の頂上には、パネルで一続きのカソード909が形成され、カソード909上は、封止層910で被覆されている。カソード909は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)あるいはIZO(Indium Zinc Oxide)を用い形成されている。
図16に示す従来技術に係る有機ELパネルでは、各画素での発光輝度に応じて、TFTのドレイン電極901からカソード905を介して発光層908に対してホールが注入され、カソード909から電子を注入する。そして、注入されたホールと電子が発光層908の層中で再結合することにより発光する。
特開2011−243605号公報 特開2008−311586号公報
しかしながら、図17に示すように、従来技術に係るドレイン電極901とアノード905との接続領域では、Al等を含むドレイン電極901を採用することに起因して、その表層部分に酸化アルミニウム(AlOX)膜911が形成されてしまう。このように、ドレイン電極901とアノード905との間に、導電性が低いAlOX膜911が介挿されてしまい、TFTにおけるドレイン電極901とアノード905との間での接触抵抗が増大する。このため、従来技術の構造では、TFTにおけるドレイン電極901とアノード905との間での給電が乏しくなり、デバイス性能(発光性能)の低下をもたらすという問題がある。
なお、TFTにおいては、ドレイン電極901およびドレイン電極をAl等から形成する場合、モリブデン(Mo)などで、これらの表面が被覆されることが多いが、これらの膜厚が薄膜の場合に、コンタクトのための開口をあける際に消失してしまうことがある。
また、上記のような問題については、TFTに限らず、Al等からなる導電体と、他の導電体の接続に際して同様に生じることが考えられる。
本発明は、上記のような問題の解決を図るべくなされたものであって、Al等からなる導電層を一方に有するコンタクトにおいて、電気抵抗の低抵抗化を図ることができる構成の電子デバイスとその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、基板と、第1導電層と、第2導電層と、中間層と、を備える。第1導電層は、基板上に配設され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。第2導電層は、第1導電層に対して間隔をあけて配設されている。
中間層は、第1導電層と第2導電層との間に介挿され、第1導電層および第2導電層の双方と接しているとともに、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)の各元素を含み構成されている。
上記態様に係る電子デバイスでは、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)の各元素を含み構成された中間層が、第1導電層と第2導電層との間に介挿され、且つ、第1導電層および第2導電層の双方と接するので、第1導電層がAl等から構成されていながら、第2導電層との間でのコンタクトについての低抵抗化を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る表示装置1の構成を示す模式ブロック図である。 表示パネル10の一部構成を抜き出して示す模式平面図である。 表示パネル10の一部構成(図2のA−A断面の構成)を抜き出して示す模式断面図である。 表示パネル10におけるドレイン電極101とアノード105との接続部分(図3における矢印B部分)を拡大して示す模式断面図である。 表示パネル10の製造工程の概略を示す工程図である。 ドレイン電極101とアノード105との接続に係る工程を順に示す模式断面図である。 ドレイン電極101とアノード105との接続に係る工程を順に示す模式断面図である。 接続前処理とコンタクト抵抗との関係を示す特性グラフである。 (a)は、D/E後の洗浄なしプロセスでの各元素の比率を示す特性グラフであり、(b)は、D/E後の洗浄ありプロセスでの各元素の比率を示す特性グラフであり、(c)は、未処理での各元素の比率を示す特性グラフである。 (a)は、各サンプルのD/E条件および洗浄の有無とコンタクト抵抗との関係を示す表であり、(b)は、各サンプルのコンタクト抵抗を示す特性グラフである。 (a)は、仕事関数データサンプルを示すグラフであり、(b)は、各サンプルにおけるWFとBaselineとの関係を示す特性グラフである。 D/E後の洗浄の有無を変えた2サンプルと、未処理のサンプルとの3サンプルでの、AES積分強度比を示す表である。 (a)は、3サンプルでのWFとAES(F)との関係を示す特性グラフであり、(b)は、3サンプルでのBaselineとAES(O)の関係を示す特性グラフである。 (a)は、未処理のAl合金と比較した場合における、F,O元素比率を示す特性グラフであり、(b)は、その矢印C部分を拡大して示すグラフである。 (a)は、変形例1に係る電子デバイスでのコンタクト構造を示す模式断面図であり、(b)は、変形例2に係る電子デバイスでのコンタクト構造を示す模式断面図である。 従来技術に係る表示パネルの一部構成を示す断面図である。 表示パネルにおけるドレイン電極901とアノード905との間に、AlOX膜911が介挿された状態を示す断面図である。
[本発明の態様]
本発明の一態様に係る電子デバイスは、基板と、第1導電層と、第2導電層と、中間層と、を備える。第1導電層は、基板上に配設され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。第2導電層は、第1導電層に対して間隔をあけて配設されている。
中間層は、第1導電層と第2導電層との間に介挿され、第1導電層および第2導電層の双方と接しているとともに、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)の各元素を含み構成されている。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、中間層の構成中には、さらに酸素元素(O)を含み、また、基板上に、上記第1導電層と同じ組成を有する第3導電膜を形成する工程と、第3導電膜を、フッ素を含むガスを用いてパターニングして第4導電層を形成する工程と、第4導電層の表面を酸化して、フッ素を構成中に含む酸化皮膜を形成する工程と、を経て、比較デバイスを形成すると仮定した場合に、次の関係を満足する。
本態様の電子デバイスでは、中間層における酸素(O)の含有比率が、化学量論比において、比較デバイスの酸化皮膜に対して0.25以下であり、中間層におけるフッ素(F)の含有比率が、化学量論比において、比較デバイスの酸化皮膜に対して3.2以上である。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、中間層の層厚が5nm以下である。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、第1導電層の表面が、中間層が接する領域を除き、バリア層で覆われている。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、バリア層上に、中間層が形成された領域を囲繞するように絶縁層が堆積されており、第2導電層が、絶縁層の囲繞により形成された中間層上の開口を通して、中間層と接している。
本発明の一態様に係る電子デバイスは、第2導電層もアルミニウムを含む。
本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、次の(a)から(h)を実行する。
(a) 基板上に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第1導電層を形成する。
(b) 第1導電層の表層に、バリア層を形成する。
(c) バリア層の一部を除去する。
(d) バリア層上、および上記一部が除去された領域上に対し、絶縁層を形成する。
(e) 絶縁層における上記一部が除去された領域上を開口する。
(f) バリア層における一部の除去(上記(c))の開始から、絶縁層における該当領域の開口(上記(e))の終了までの間に、バリア層が除去された領域における第1導電層の表面に形成された酸化アルミニウムの皮膜を除去する。
(g) 皮膜が除去された領域に対してフッ素をドープして、当該領域に中間層を形成する。
(h) 中間層上に、第2導電層を形成する。
そして、本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法では、中間層がアルミニウムおよびフッ素の各元素を含み構成されている。
上記のような特徴を有する電子デバイスの製造方法では、アルミニウムおよびフッ素の各元素を含み構成された中間層が、第1導電層と第2導電層との間に介挿され、且つ、第1導電層および第2導電層の双方と接する電子デバイスを製造することができる。よって、第1導電層と第2導電層とが低抵抗に接続された電子デバイスを製造することができる。
本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法では、上記(c)から(e)を同一の工程で実行することを特徴とする。
本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法では、中間層が、さらに酸素(O)を含むことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る電子デバイスの製造方法は、さらに、次の(i)を実行することを特徴とする。
(i) 中間層に対して、ウェット処理により、層厚を5nm以下まで薄膜化する。
[実施の形態]
1.表示装置の概略構成
本発明の実施の形態に係る表示装置1の概略構成について、図1および図2を用い説明する。
図1に示すように、表示装置1は、表示パネル10と、これに接続された駆動・制御部20とを備えている。表示パネル10は、有機材料の電界発光現象を利用した有機ELパネルであり、複数の画素部を有する。図2に示すように、各画素部は、赤色(R)発光部10aと、緑色(G)発光部10bと、青色(B)発光部10cとから構成されている。図2に示すように、表示パネル10においては、R,G,Bの発光部10a,10b,10cからなる画素部がマトリクス状に配置されている。
駆動・制御部20は、4つの駆動回路21〜24と制御回路25とから構成されている。
なお、表示装置1における表示パネル10と駆動・制御部20との配置関係については、図1の形態には限定されない。
また、画素部の構成については、図2に示すようなR,G,Bの3色の発光部からなる形態に限定されず、4色以上から一の画素部が構成されることとしてもよい。
2.表示パネルの構成
表示パネル10の構成について、図3および図4を用い説明する。本実施の形態に係る表示パネル10としては、トップエミッション型の有機ELパネルを一例に採用している。
図3に示すように、表示パネル10は、基板100のZ軸方向の上面に、TFT(Thin Film Transistor)が形成されている。図3では、TFTの構成の内、ドレイン電極101とバリア層102とだけを模式的に図示している。バリア層102は、ドレイン電極101の上面の一部が露出するように開口されている。
バリア層102の上には、絶縁材料からなる平坦化層104が堆積形成されており、バリア層102の開口された部分に対応して、コンタクト孔が形成されている。平坦化層104の表面上には、アノード105およびホール注入層106が順に積層形成されている。
アノード105は、コンタクト孔の底部において、バリア層102の開口を通してTFTのドレイン電極101と接続されている。アノード105は、各発光部10a,10b,10cごとに分離するためパターニングされている。対して、ホール注入層106が、発光部10a,10b,10cにわたって連続して設けられている。
なお、図4に示すように、表示パネル10においては、アノード105とドレイン電極101との間に、中間層103が介挿されている。中間層103は、アノード105およびドレイン電極101の双方に接しており、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含み構成されている。そして、中間層103の層厚t103は、本実施の形態においては5nm以下に設定されている。
ホール注入層106上には、絶縁材料からなるバンク107が立設されている。バンク107は、発光部10a,10b,10cの相互間を仕切るように設けられており、各発光部10a,10b,10cに相当する箇所が開口されている。
バンク107の囲繞により構成された各開口内には、有機材料からなる発光層108が形成され、その上には、カソード109および封止層110が積層形成されている。カソード109および封止層110は、発光部10a,10b,10cごとに分離されておらず、連続している。
3.各構成要素
表示パネル10における各構成要素については、例えば、次のような材料を用い形成されている。
《基板100》
基板100は、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料をベースとして形成されている。
《ドレイン電極101》
ドレイン電極101は、アルミニウム(Al)またはアルミニウム合金(Al合金)から構成されている。Al合金として、例えば、Al−Co(アルミニウム・コバルト)系合金を採用することができる。
《バリア層102》
バリア層102は、例えば、酸化アルミニウム(Al23)や窒化シリコン(SiN)や酸化シリコン(SiOX)などから構成されている。
《中間層103》
中間層103は、上述のように、アルミニウム(Al)とフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含み構成されている。
《平坦化層104》
平坦化層104は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル系樹脂材料などの有機化合物を用い形成されている。
《アノード105》
アノード105は、導電性材料からなる単層、あるいは複数の層が積層されてなる積層体から構成されており、例えば、アルミニウム(Al)やこれを含む合金、銀(Ag)、APC(銀、パラジウム、銅の合金)、ARA(銀、ルビジウム、金の合金)、MoCr(モリブデンとクロムの合金)、NiCr(ニッケルとクロムの合金)などを用い形成されている。なお、本実施の形態のように、トップエミッション型の場合には、高反射性の材料で形成されていることが好ましい。
アノード105には、上層部分に、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)を用い形成された透明被覆層が含まれることもある。
《ホール注入層106》
ホール注入層106は、例えば、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、イリジウム(Ir)などの酸化物、あるいは、PEDOT(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物)などの導電性ポリマー材料からなる層である。上記の内、酸化金属からなるホール注入層104は、ホールを安定的に、またはホールの生成を補助して、発光層108に対しホールを注入および輸送する機能を有し、大きな仕事関数を有する。
ここで、ホール注入層106を遷移金属の酸化物から構成する場合には、複数の酸化数をとるためこれにより複数の準位をとることができ、その結果、ホール注入が容易になり駆動電圧を低減することができる。
《バンク107》
バンク107は、樹脂等の有機材料で形成されており絶縁性を有する。バンク107の形成に用いる有機材料の例としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等があげられる。そして、バンク107は、有機溶剤耐性を有することが好ましい。
さらに、バンク107の形成においては、エッチング処理およびベーク処理などが施されるので、それらの処理に対して過度に変形、変質などをしないような耐性の高い材料で形成されることが好ましい。また、撥水性をもたせるために、側面部をフッ素処理することもできる。
なお、バンク107の形成に用いる絶縁材料については、上記の各材料をはじめ、特に抵抗率が105[Ω・cm]以上であって、撥液性を有する材料を用いることができる。これは、抵抗率が105[Ω・cm]以下の材料を用いた場合には、アノード105とカソード109との間でのリーク電流、あるいは隣接する発光部10a,10b,10cの相互間でのリーク電流の発生の原因となり、消費電力の増加などの種々の問題を生じることになるためである。
また、バンク107を親液性の材料を用い形成した場合には、バンク107の側面部とホール注入層106の表面との親液性/撥液性の差異が小さくなり、発光層108を形成するために有機物質を含んだインクを、バンク107の開口部に選択的に保持させることが困難となってしまうためである。
さらに、バンク107の構造については、図3に示すような一層構造だけでなく、二層以上の多層構造を採用することもできる。この場合には、層毎に上記材料を組み合わせることもできるし、層毎に無機材料と有機材料とを用いることもできる。
《発光層108》
発光層108は、アノード105から注入されたホールと、カソード109から注入された電子とが再結合されることにより励起状態が生成され発光する機能を有する。発光層108の形成に用いる材料は、湿式印刷法を用い製膜できる発光性の有機材料を用いることが必要である。
具体的には、例えば、特許公開公報(特開平5−163488号公報)に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、8−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、2−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とIII族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体などの蛍光物質で形成されることが好ましい。
《カソード109》
カソード109は、例えば、ITO、IZO(酸化インジウム亜鉛)などで形成される。トップエミッション型の表示パネル10の場合においては、光透過性の材料で形成されることが好ましい。光透過性については、透過率が80[%]以上とすることが好ましい。
なお、発光層108とカソード109との間に、電子注入層を介挿させた構成とすることもできる。
電子注入層は、カソード109から注入された電子を発光層108へ輸送する機能を有し、例えば、バリウム、フタロシアニン、フッ化リチウム、あるいはこれらの組み合わせで形成されることが好ましい。
《封止層110》
封止層110は、発光層108などが水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有し、例えば、SiN(窒化シリコン)、SiON(酸窒化シリコン)などの材料を用い形成される。トップエミッション型の表示パネル10の場合においては、光透過性の材料で形成されることが好ましい。
4.効果
上述のように、本実施の形態に係る表示パネル10では、Al等からなるドレイン101に対して、アノード105が間に中間層103を挟んで接続されている。そして、中間層103は、Al、F、Oを含み構成されており、図17に示す従来技術のように、間にAlOX膜911が介挿されている構成に比べて、コンタクト抵抗の低抵抗化を図ることができる。なお、中間層103の層厚については、本実施の形態では、5nm以下としたが、必ずしもこれに限定されるものではない。ただし、コンタクト抵抗の低抵抗化のためには、層厚が薄い方が望ましい。例えば、10nmよりも8nm、7nm、6nmというように薄くなるに従って、低抵抗化のために望ましい。
また、本実施の形態に係る表示パネル10が備える中間層103は、図17に示すAlOX膜911との比較において、酸素(O)の含有比率が、化学量論比において0.25以下であり、フッ素(F)の含有比率が、化学量論比において3.2以上である。
ここで、図17に示すAlOX膜911についても、構成中にフッ素が少量ながら含まれている前提であるが、これは、ドライエッチングの実行に際し、開口部分において、フッ素(F)がバリア層102に含有されてしまうことに起因するものであると考えられる。
5.製造方法
本実施の形態に係る表示パネル10の製造方法について、図3に加えて図5を用い説明する。
先ず、図3に示す基板100を準備する(図5のステップS101)。そして、基板100のZ軸方向上面にTFTを形成する(図5のステップS102)。なお、図3では、TFTの構成の内、ドレイン電極101およびバリア層102だけを図示している。
バリア層102の一部(コンタクト領域)を開口した後、その上にアクリル樹脂、ポリイミド系樹脂等の有機材料膜を塗布形成する。その後、フォトリソグラフィ法等の方法に基づき、バリア層102の開口に対応した箇所にコンタクト孔をあけ、平坦化層104を形成する(図5のステップS103、ステップS104)。
次に、平坦化層104の表面に、アノード材料膜を形成する。アノード材料膜の形成には、例えば、反応性スパッタリング法などを用いることができる。アノード材料膜は、例えば、アルミニウム(Al)またはアルミニウム合金(Al合金)からなる膜である。そして、アノード材料膜上に、所定のパターンを有するレジスト膜を形成し、公知のフォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、アノード105を形成する(図5のステップS105)。パターニングに際しては、例えば、燐酸と酢酸の混合液をエッチャントとするウェットエッチングを用いることができる。
次に、アノード105の表面上に、反応性スパッタリング法を用い、例えば、酸化タングステンからなるホール注入層106を形成する(図5のステップS106)。そして、ホール注入層106の上に、例えば、感光性の樹脂材料(フッ素系樹脂材料など)を堆積させ、プリベークすることでバンク材料層を形成する。
次に、バンク材料層に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを重ね、一部を感光(例えば、UV感光)した後、エッチングを行うことでバンク107を形成できる(図5のステップS107)。バンク107の形成に係るエッチングには、例えば、テトラメチルアンモニウムハイドロキシオキサイド(TMAH)溶液などを用いることができる。
次に、バンク107で規定された各開口に対して、有機発光材料を含む組成物インクを滴下・塗布し、溶媒を揮発除去することにより、発光層108を形成する(図5のステップS108)。
発光層108の表面、およびバンク107の露出面に対して、例えば、真空蒸着法によりITOあるいはIZOを蒸着する。これにより、カソード109が形成できる(図5のステップS109)。そして、カソード109の表面に対し、例えば、SiNあるいはSiONからなる封止層110を形成する(図5のステップS110)。
以上の工程を経ることにより、表示パネル10の製造ができる。
なお、ホール注入層106と発光層107との間に、ホール輸送層を介挿させることもできるし、発光層107とカソード109との間に、電子輸送層などを介挿させることもできる。ホール輸送層は、例えば、インクジェット法やグラビア印刷法などのウェットプロセスにより、アミン系有機分子材料を含む組成物インクを滴下・塗布し、溶媒を揮発除去することで形成することができる。
また、電子輸送層は、例えば、真空蒸着法等を用い、バリウム(Ba)、フタロシアニン、フッ化リチウムなどの材料からなる膜を成膜することで形成できる。
以下では、TFTの形成(ステップS102)からアノード105の形成(ステップS105)までの各工程について、図6および図7を用い詳細説明をする。
図6の(a)部分に示すように、基板100のZ軸方向上側の主面にドレイン電極1010を形成し、さらにその上を覆うようにバリア層1020を形成する。ドレイン電極1010はAl合金からなり、バリア層1020は、例えば、Al23やSiNやSiOXなどからなる。なお、バリア層1020の被覆形成前に、ドレイン電極1010は、パターニングされている。ドレイン電極1010のパターニングは、例えば、ウェットエッチングやドライエッチングなどを用いて行われる。
次に、図6の(b)部分に示すように、バリア層1020におけるドレイン電極1010の上方部分を開口する。これにより、一部が開口された(開口部102aを有する)バリア層102が形成できる。ここで、図6の(b)部分に示すように、開口102aから露出するドレイン電極1011の表層部分には、AlOX膜111が形成される。
次に、図6の(c)部分に示すように、基板100の上全体を覆うように、平坦化層1040を堆積形成する。そして、図6の(d)部分に示すように、平坦化層1040におけるドレイン電極1011の上方に相当する箇所にコンタクト孔104aを形成する。これにより、平坦化層104のコンタクト孔104aの底部分には、AlOX膜111が露出した状態となる。
なお、バリア層1020の開口(開口部102aを有するバリア層102の形成)については、平坦化層1040へのコンタクト孔104aの開口の後とすることもできる。
次に、図6の(a)部分に示す工程から(d)部分に示す工程までの工程を実行したワークを、チャンバー内に収納する。そして、図7の(a)部分に示すように、ドライエッチングによりAlOX膜111を除去する。これにより、平坦化層104の開口104aの底部には、AlOX膜111が除去されたドレイン電極1012が露出する。なお、ドライエッチングの際に用いるガス種としては、希ガスもしくはフッ素系ガス(例えば、CF4/O2)を採用することができる。
続いて、ワークがチャンバー内に収納された状態を維持し、フッ素系ガスをチャンバー内に導入し、図7の(b)部分に示すように、ドレイン電極101の表層に中間層1030を形成する。中間層1030は、アルミニウム(Al)とフッ素(F)と酸素(O)の各元素を含み構成され、層厚t1030が略10nmである。
中間層1030を形成した後のワークをチャンバーから取り出し、図7の(c)部分に示すように、ウェットプロセス(例えば、水洗工程)を実行することにより、層厚t103が5nm以下まで薄膜化された中間層103を形成する。なお、この状態では、ドレイン電極101の表層に中間層103が形成され、ドレイン電極101自体は外部露出していないので、大気雰囲気下であっても酸化の進行を抑えることができる。
この後、図7の(d)部分に示すように、アノード105を形成する。これにより、中間層103を介して、アノード105とドレイン電極101との間のコンタクト抵抗を低く抑えることができ、良好な電気接続をなすことができる。
[考察]
1.接続前処理とコンタクト抵抗
接続前処理とコンタクト抵抗との関係についての実験結果について、図8を用い背追銘する。
図8の“未処理”とは、図6の(d)部分に示す状態でアノードを形成したサンプルを示す。また、“Ar”および“N2”は、ドライエッチングの際のガス種として、それぞれAr、N2を用いたサンプルを示す。
また、“処理後水洗無し”とは、図7の(b)部分に示す状態でアノードを形成したサンプルであり、“処理後水洗有り”とは、図7の(d)部分に示す上記実施の形態と同様の形態を有するサンプルである。さらに、“48時間放置”とは、図7の(c)部分に示す状態で48時間放置した後にアノードを形成したサンプルである。
図8に示すように、未処理のサンプルに比べて、処理後水洗無しのサンプルでは、コンタクト抵抗の値が略半分まで低下している。また、処理後水洗有りのサンプルでは、1/108まで減少している。
さらに、48時間放置のサンプルにおいても、処理後水洗有りのサンプルよりは若干コンタクト抵抗は上昇しているが、未処理などの他のサンプルに比べて、非常に低い値を示している。
なお、ドライエッチングのガス主としてArを用いたサンプルでは、データ上では、低いコンタクト抵抗を示しているが、大気中に放置することで新たにAlOX膜が形成されてしまい、再びコンタクト抵抗が大きくなることが予想される。
以上より、ドレイン電極の表層にAlとOとFを含む中間層を形成することにより、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。特に、水洗を行って中間層の層厚を5nm以下とすることにより、顕著なコンタクト抵抗の低下がみられる。
2.接続前処理毎の中間層の構成
処理を行わず、図6の(d)部分に示す状態のサンプルを基準とし(図9(c))、接続前処理毎の中間層の構成について、図9(a)、(b)を用い説明する。
図9(a)に示すように、処理後水洗無しのサンプルでは、図9(c)に示す未処理のサンプルに比べて、表層における酸素(O)が減少し、フッ素(F)が増加している。フッ素(F)は、特に、最表面が2nmまでの範囲で多くなっている。また、表層においては、酸素(O)も少し残った状態となっている。
図9(b)に示すように、処理後水洗有りのサンプルでは、表層におけるフッ素(F)が図9(a)のサンプルよりは少ないものの、多く存在する。また、表層における酸素(O)は、水洗無しのサンプルよりも若干増えている。
3.ドライエッチング条件および水洗の有無とコンタクト抵抗
ドライエッチング条件および水洗の有無とコンタクト抵抗との関係について、図10(a)、(b)を用い説明する。
図10(a)に示すように、ドライエッチング条件として、パワー;3水準、圧力;2水準、処理時間;3水準とし、また、水洗の有無についても加味して、10種類のサンプルを作製し、それぞれのコンタクト抵抗を測定した。その結果を図10(b)にグラフ化して示す。
(1)処理時間依存性
図10(a)、(b)に示すように、処理時間を除き、ドライエッチング条件が同じS01〜S03の各コンタクト抵抗は、処理時間が5sec.と短いS01については、S02およびS03に比べてコンタクト抵抗が2桁以上大きい。同様に、処理時間を除き、ドライエッチング条件が同じS04とS05とを比較しても、処理時間が5sec.と短いS04のコンタクト抵抗は、S05に比べて大きい。
以上の結果より、ドライエッチングの処理時間が5sec.と短い場合には、ドレイン電極の表層におけるALOX膜を除去しきれず、ドレイン電極とアノードとの間にコンタクト抵抗が大きくなったものと考えられる。
(2)パワー依存性
図10(a)、(b)に示すように、パワーを除き、ドライエッチング条件が同じS03、S05、S06の各コンタクト抵抗は、パワーが強いS03とS06のコンタクト抵抗が、パワーがソース250W、バイアス200Wと弱いS05に比べて低い。これより、ドライエッチングのパワーについては、強いほどコンタクト抵抗を低くできることが分かる。ただし、パワーが低くても、処理時間を長くすることによりコンタクト抵抗を低くすることができるものと考えられる。
(3)圧力依存性
図10(a)、(b)に示すように、圧力を除き、ドライエッチング条件が同じS03とS10の各コンタクト抵抗は、圧力が30mTorrと高いS10のコンタクト抵抗が、S03に比べて高くなっている。これは、圧力が高いプロセスを用いた場合には、フッ素系プラズマが基板表面近くで発生させることができないためであると考えられる。よって、反応促進のためには、ドライエッチングの圧力について、低い方が好ましい。
(4)水洗の有無
図10(a)、(b)に示すように、水洗を実施しなかったS07〜S09の各コンタクト抵抗は、S03、S05を含む他のサンプルと比較して、大きい結果を示す。よって、コンタクト抵抗を低く抑えるためには、水洗などにより中間層の薄膜化を行うことが非常に望ましい。
4.仕事関数データからのAl/F/O比率
図11(a)の仕事関数データサンプルに示すように、光電子がフェルミ準位以下である“Baseline“では、表面材質に応じて数値が変動することが分かる。
図11(b)に示すように、水洗無しのS07とS08では、“WF”が高くなっている。
一方、処理時間が短いS01とS04では、“Baseline“が高くなっている。
なお、図11(b)では、S01〜S08の各データをプロットし、S09とS10については省略している。
図11(b)に示す結果より、S02、S03、S05、S06の条件がコンタクト抵抗を低く抑えるという観点から望ましい。
次に、図12に、AES(Auger Electron Spectroscopy)を用い、未処理のNo.3の化学量論比データを基準としたときの、洗浄の有無を変えたNo.1,2のサンプルの化学量論比データを示す。
図12に示すように、洗浄(水洗)無しのNo.1のサンプルでは、未処理のNo.3のサンプルに対して、フッ素(F)が“3.3“であり、酸素(O)が”0.1“である。
一方、洗浄(水洗)有りのNo.2のサンプルでは、未処理のNo.3のサンプルに対して、フッ素(F)が“2.8”であり、酸素(O)が“0.3”である。
次に、図11で示したデータと図12で示したデータとを考慮して、「WF−AES(F)」および「Baseline−AES(O)」の各関係について、図13(a)、(b)にそれぞれ示す。
先ず、図13(a)に示すように、WFを横軸にとり、AES(F)を縦軸にとったとき、次の近似直線を引くことができる。
[数1] AES(F)=3.3685×WF−11.525
次に、図13(b)に示すように、Baselineを横軸にとり、AES(O)を縦軸にとったとき、次の近似直線を引くことができる。
[数2] AES(O)=0.2128×Baseline−0.3098
図13(a)、(b)に示すデータ、および上記[数1]、[数2]をもとの、未処理のAl合金(例えば、Al−Co系合金)と比較した場合の、中間層におけるフッ素(F)および酸素(O)の各元素比率を図14(a)に示す。
図14(a)に示すように、未処理のAl合金、即ち、表層に酸化膜(AlOX膜)が形成されたサンプルに対し、処理を行ったサンプルは、AES(F)が2.5〜3.4、AES(O)が0.1〜0.4の範囲内に存在する(矢印C部分)。なお、図14(a)におけるAES(F)およびAES(O)の各値は、未処理のAl合金における値をそれぞれ“1.0”としたときの相対値である。
図14(b)は、図14(a)の矢印C部分を抜き出して示したグラフであるが、処理方法によってAES(F)およびAES(O)にバラツキを有する。例えば、コンタクト抵抗を103Ω以下に抑えようとする場合、AES(O)は“0.25“以下、AES(F)は”3.2“以下の範囲が規定される。例えば、AES(O)が0.25を超える場合には、AlOX膜が強固となるためにコンタクト抵抗を低く抑えることが困難である、また、AES(F)が3.2を超える場合には、AlF3膜が強固となり、コンタクト抵抗を低く抑えることが困難である。
ただし、TFTのドレイン電極とアノードとの間のコンタクト抵抗については、カソードから発光層への電子注入と、アノードから発光層へのホール注入とのバランスを採ることが必要であるので、デバイス毎に望ましいコンタクト抵抗を規定することができる。よって、製造しようとするデバイスの最適なコンタクト抵抗の値から、中間層におけるAES(F)とAES(O)の範囲を規定することができる。
[変形例1]
変形例1に係る電子デバイスの一部構成について、図15(a)を用い説明する。
図15(a)に示す電子デバイスは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのバイポーラトランジスタ、およびMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor−Field Effect Transistor)など(図示を省略)が内部に形成された基板200を備える。基板200の上面には、絶縁層201が積層され、その上の一部に配線層202が形成されている。
配線層202は、アルミニウム(Al)あるいはその合金から形成されており、絶縁層201上にスパッタリング法あるいは真空蒸着法を用い成膜した後、例えば、ドライエッチングによりパターニングされてなる。
配線層202の表面の一部は、保護層203で被覆されている。保護層203は、Al23やSiNやSiOXなどからなり、配線層202を形成する前段階において、その表層を酸化させることにより形成される。なお、保護層203は、一部が開口されており、当該開口された部分が、中間層204で被覆されている。
中間層204は、上記実施の形態における中間層103と同様に、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含み構成されている。厚みや層中におけるフッ素および酸素の元素比率についても、上記実施の形態と同様である。
絶縁層201上、保護層203上、および中間層204上の一部には、平坦化層205が堆積形成されている。そして、平坦化層205における中間層204上の一部に相当する部分にはコンタクト孔が開口されており、導電性材料(AlやAl合金、あるいはWなどの金属材料からなるプラグ206が埋め込み形成されている。
また、平坦化層205の上面の一部は凹入しており、当該凹入した部分に配線層207が形成されている。配線層207は、例えば、ダマシン法を用い形成されており、AlやAl合金、あるいはAuやCuなどの金属材料などを用い形成されている。
本変形例1においても、中間層204を形成することにより、AlまたはAl合金からなる配線層202と、プラグ206との間のコンタクト抵抗を低減することができ、優れたデバイス性能を確保することができる。
[変形例2]
変形例2に係る電子デバイスの一部構成について、図15(b)を用い説明する。
図15(b)に示す電子デバイスにおいても、バイポーラトランジスタおよびMOS−FETなど(図示を省略)が内部に形成された基板300を備える。基板300の上面には、絶縁層301が積層されている構成も、上記変形例1と同様である。
本変形例に係る電子デバイスでは、絶縁層301の上の一部領域に、パッド302が形成されている。パッド302は、アルミニウム(Al)あるいはその合金から形成されており、上記変形例1における配線層202と同様の方法を用い形成されている。パッド302の表面の外縁部分は、保護層303で被覆されており、本変形例においても、保護層303はAl23やSiNやSiOXなどからなる。パッド302における保護層303で被覆されていない領域には、中間層304が積層形成されている。
中間層304は、上記実施の形態および上記変形例1と同様に、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含み構成されている。層厚や層中におけるフッ素および酸素の元素比率についても、上記同様である。
絶縁層301および保護層303の一部の各上には、カバー層305が堆積されている。カバー層305には、パッド302の上方に相当する領域は、開口されている(開口305a)。開口305aの底部分に露出する中間層304に対しては、ボンディングワイヤ306が接続されている。
ボンディングワイヤ306は、例えば、金(Au)からなり、中間層304を介してパッド302に対して電気接続されている。本変形例においても、アルミニウム(Al)およびフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含んでなる構成の中間層304を介挿することにより、AlまたはAl合金からなるパッド302とボンディングワイヤ306との間のコンタクト抵抗を低減することができ、優れたデバイス性能を確保することができる。
[その他の事項]
上記実施の形態では、有機ELパネルにおけるTFTドレイン電極とアノードとの接続領域に中間層を介挿し、また、変形例1,2では、他の電子デバイスにおける導電層同士の接続領域に中間層を介挿した形態を例に、構成の説明を行った。
しかし、本発明は、上記実施の形態および上記変形例1,2の各形態に限定されるものではなく、2つの導電層同士の間の接続であって、一方の導電層がAl等からなる形態であれば種々の形態に対して採用が可能である。例えば、基板上において、基板主面に沿った方向に2つの導電層が並設され、2つの導電層同士を接続する場合においても上記構成を採用することにより、コンタクト抵抗の抑制を図ることが可能である。即ち、2つの導電層については、基板の厚み方向に積層された形態に限定されず、基板の厚み方向に対して交差する方向に間隔をあけて配置されたものでもよい。そして、その間にアルミニウム(Al)およびフッ素(F)、さらには酸素(O)の各元素を含んでなる構成の中間層を介挿させることにより、上記効果を得ることができる。
また、上記実施の形態に係る表示パネルでは、基板側にアノードを配し、上方側にカソードを配した構成としたが、アノードとカソードの配置形態を逆にすることもできる。この場合には、TFTのSD(ソース電極またはドレイン電極)とカソードとの接続領域に、上記構成の中間層を介挿させれば同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態に係る表示パネルでは、カソードに対する給電経路を特に図示しなかったが、例えば、1画素毎あるいは数画素毎に、所謂バスバーを配し、バスバーとカソードとを接続することでパネル内におけるカソードでの電圧降下などを抑制することもできる。この場合においては、例えば、バスバーをAl等から構成する場合には、カソードとの間に上記構成の中間層を介挿させることにより、上記同様の効果を得ることができる。
また、上記実施の形態では、中間層の薄膜化を図るために水洗工程を実施したが、中間層の薄膜化を図る方法はこれに限定されない。例えば、水以外の水溶液をエッチャントとして用いたエッチングを用いてもよい。あるいは、ガスによるドライエッチングを行って薄膜化を図ってもよい。
また、Al等からなる導電層に対して、中間層が間に何も介挿せずに接触している形態に限らず、間に島状に残存するAlOX膜が一部に介挿した形態でも、従来技術のように間にAlOX膜が完全に介在する場合よりはコンタクト抵抗を低く抑えることが可能となる。
また、中間層の構成元素としては、少なくともアルミニウム(Al)とフッ素(F)の各元素が含まれた構成であればよく、酸素(O)については、必須の構成元素ではない。即ち、中間層は、AlFX(例えば、AlF3)であってもよい。
また、中間層の層厚については、上記のように5nm以下にすることが望ましいが、必ずしも薄膜化を実施しなくても、未処理のもの(表面にAlOX膜が形成されたもの)に比べて、コンタクト抵抗を低減することはできる(図8を参照)。
本発明は、Al等からなる導電層を有する電子デバイスにおいて、当該導電層と他の導電層とのコンタクト抵抗を低抵抗化することで高いデバイス性能を実現するのに有用である。
1.表示装置
10.表示パネル
20.駆動・制御部
21〜24.駆動回路
25.制御回路
100,200,300.基板
101,1010,1011.ドレイン電極
102,1020.バリア層
103,204,1030.中間層
104,205,1040.平坦化層
105.アノード
106.ホール注入層
107.バンク
108.発光層
109.カソード
110.封止層
111.AlOX
201,301.絶縁層
202,207.配線層
203,303.保護層
206.プラグ
302.パッド
305.カバー層
306.ボンディングワイヤ

Claims (9)

  1. 基板上に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第1導電層を形成し、
    前記第1導電層の表層に、バリア層を形成し、
    前記バリア層の一部を除去し、
    前記バリア層上、および前記一部が除去された領域上に対し、絶縁層を形成し、
    前記絶縁層における前記一部が除去された領域上を開口し、
    前記バリア層の一部を除去する工程の開始から、前記絶縁層の該当領域を開口する工程の終了までの間に、前記バリア層が除去された領域における前記第1導電層の表面に形成された酸化アルミニウムの皮膜を除去し、
    前記皮膜が除去された領域に対してフッ素をドープして、当該領域に中間層を形成し、
    前記中間層上に、第2導電層を形成し、
    前記中間層は、アルミニウムおよびフッ素の各元素を含み構成されている
    ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
  2. 前記バリア層の一部の除去と、前記バリア層上、および前記一部が除去された領域上に対する絶縁層の形成と、前記絶縁層上における前記一部が除去された領域上の開口とは、同一の工程で実行される
    請求項1記載の電子デバイスの製造方法。
  3. 前記中間層の構成中には、さらに酸素元素を含む
    請求項1記載の電子デバイスの製造方法。
  4. さらに、
    前記中間層に対して、ウェット処理により、層厚を5nm以下まで薄膜化する
    請求項1記載の電子デバイスの製造方法。
  5. 基板と、
    前記基板上に配設され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる第1導電層と、
    前記第1導電層に対して間隔をあけて配設された第2導電層と、
    前記第1導電層と前記第2導電層との間に介挿され、前記第1導電層および前記第2導電層の双方と接する中間層と、
    を備え、
    前記中間層は、アルミニウムおよびフッ素の各元素を含み構成され、
    前記中間層の構成中には、さらに酸素元素を含み、
    基板上に、前記第1導電層と同じ組成を有する第3導電膜を形成する工程と、
    前記第3導電膜を、フッ素を含むガスを用いてパターニングして第4導電層を形成する工程と、
    前記第4導電層の表面を酸化して、フッ素を含む酸化皮膜を形成する工程と、
    を経て、比較デバイスを形成すると仮定した場合に、
    前記中間層における酸素の含有比率は、化学量論比において、前記比較デバイスの前記酸化皮膜に対して0.25以下であり、
    前記中間層におけるフッ素の含有比率は、化学量論比において、前記比較デバイスの前記酸化皮膜に対して3.2以上である
    ことを特徴とする電子デバイス。
  6. 前記中間層の層厚は、5nm以下である
    請求項5記載の電子デバイス。
  7. 前記第1導電層の表面は、前記中間層が接する領域を除き、バリア層で覆われている
    請求項5記載の電子デバイス。
  8. 前記バリア層上には、前記中間層が形成された領域を囲繞するように絶縁層が堆積されており、
    前記第2導電層は、前記絶縁層の囲繞により形成された前記中間層上の開口を通して、前記中間層と接している
    請求項7記載の電子デバイス。
  9. 前記第2導電層も、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる
    請求項5記載の電子デバイス。
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