專利名稱：配線結構、其制造方法、以及光學設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分層的配線結構、其制造方法、以及光學設備。
(2)背景技術有機EL(OLED有機發(fā)光二極管)器件具有類似于發(fā)光二極管的作用，采用電流驅動有機EL(OLED有機發(fā)光二極管)器件的顯示器用于替代CRT或LCD已經引起了人們的關注。
在有機EL顯示器的光學元件中，用作電源線的配線必須具有非常高的可靠性；特別是，它必須是低電阻的以及能防止毛刺/小丘、電遷移和應力遷移。為了能降低電阻，使用諸如鋁之類的低電阻金屬作為配線的材料。
在諸如鋁之類的低電阻金屬制成的配線上可以形成一層由諸如鉬之類的耐熔性金屬制成的保護層，以提高防止毛刺/小丘的能力。此外，采用含有至少一種鑭系元素(例如，釹)的鋁合金作為配線材料，可以改善防止電遷移。
用于有機EL中的配線必須具有非常低的電阻，以避免電壓降。然而，當使用含有釹的鋁合金作為配線材料時，配線會呈現(xiàn)出比單純的鋁所制成的配線高的電阻率。此外，形成由鉬制成的保護層也會導致較高的電阻率。
此外，當采用耐熔-溫度金屬制成的保護層來覆蓋低電阻金屬制成的配線時，在這些層之間的粘附度將變差，且接觸電阻也會不希望地增加。特別是，當耐熔性金屬的晶格類型不同于低電阻金屬的晶格類型時，這些層就不能相互匹配，從而引起分層。當在非晶形基片上形成配線時，各層都呈現(xiàn)出無規(guī)則的晶體取向，使得可更嚴重地降低層間的粘附度。
(3)發(fā)明內容本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種具有降低電阻的高可靠性配線。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有提高電遷移阻力的配線。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有提高的應力遷移阻力的配線。本發(fā)明還有一個目的是提供一種具有改善的耐用性的配線。本發(fā)明還有一個目的是提高在制造配線的方法中的成品率。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種采用含有釹的鋁合金制成的分層的配線結構，在該結構中，合金的晶體的平均顆粒尺寸為16.9nm或稍大些。這里的晶體的平均顆粒尺寸是通過合金中各個晶粒的總的尺寸除以晶粒的總數(shù)而計算出的數(shù)值平均顆粒尺寸。
晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸可以約為16.9nm或稍大些，該尺寸是鋁中的電子的平均自由程，以降低晶粒邊界中的電子擴散概率，并因此降低配線的電阻率。
晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸可以為30nm或稍大些。具有三倍程或更多倍程的電子平均自由程的晶體的數(shù)值平均晶粒尺寸可以進一步降低配線的電阻率。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種采用含有釹的鋁合金制成的分層的配線結構，在該結構中，合金中總的晶體的90％是晶粒尺寸為30nm或稍大些的晶體。晶體的顆粒尺寸可以大于電子平均自由程，以降低配線的電阻率。
鑭系元素可以是釹(Nd)。合金中的釹的含量推薦為1％原子百分數(shù)或更多，最好是2％原子百分數(shù)或更多，以提高電遷移阻力。另一方面，所推薦的上限為10％原子百分數(shù)，最好是5％原子百分數(shù)，以提高電遷移阻力而同時保持配線的低電阻率。于是，配線的結構就變得非常可靠。
根據(jù)本發(fā)明，提供了包括一電路和連接至該電路的上述分層的配線結構的光學設備，所述電路包括電流驅動光學元件。這里，光學元件可以是有機EL元件。包括光學元件的電路可以是有機EL元件本身，或除了有機EL元件以外另外還包括薄膜晶體管(TFT)，用于驅動有機EL元件。當電路包括TFT時，分層的配線結構可以與TFT相連接。
光學設備可以具有多個電路，并且分層的配線結構可以與多個電路相連接，使之作為電源線使用，用于向各個電路供電。這里，光學設備可以是有源矩陣型顯示器。大的電流會流過用于向各個電路供電的電源線，這將特別在接點處易于引起遷移。根據(jù)本發(fā)明的分層的配線結構具有較高的遷移阻力和較高的可靠性。因此，它可以用作光學設備的電源線，以從一接點向各個電路持續(xù)地和均勻地供電。于是，可以防止提供給各個電路電壓的泄漏，允許帶有減少亮度非均勻性的穩(wěn)定顯示器。
分層的配線結構可以與電流驅動光學元件相連接。當把如上述配置的分層的配線結構應用于電流驅動光學元件時，該分層的配線結構是有用的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造分層的配線結構的方法。該方法包括通過采用鋁合金作為目標進行噴鍍，把含有釹的鋁合金沉積在加熱到50℃至150℃(兩者都包括在內)的基片的上表面，其中噴鍍處理是在將基片和目標保持在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓壓力下進行的，其中M是目標金屬的原子重量以及d是基片和目標之間的距離。這里所采用的術語“原子重量”是指在目標金屬為合金時在主要成分金屬中的平均原子重量或最小原子重量。該方法允許晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸可大于電子的平均自由程，從而提供具有減少電阻的分層的配線結構。在基片和分層的配線結構之間可以存在介入層。
在沉積了分層的配線結構之后，分層的配線結構可以從噴鍍處理期間基片的加熱溫度加熱到450℃(兩者都包括在內)。這種加熱可以進一步減少分層的配線結構的電阻。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括含有釹的鋁合金制成的分層的配線結構的顯示設備，其中合金晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸為16.9nm或更大。晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸可至少是電子的自由平均行程，以減少電子在晶粒邊界的擴散概率，并因此以減少配線的電阻率。
顯示裝置可包括光學元件和光學元件的驅動晶體管。分層的配線結構可以與光學元件或驅動晶體管相連接。當將如上配置的分層的配線結構應用于向例如顯示設備中的光學元件或驅動晶體管提供電流的配線時，采用上述方法配置的分層的配線結構就非常有用。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種分層的配線結構，它包括含有鋁、銅或銀的金屬制成的配線層以及含有構成配線層的金屬和與配線層相鄰的耐熔性金屬的中間相制成的合金層。構成配線層的金屬可以是諸如鋁、銅或銀之類的金屬元素，或含有1％至99％的鋁、銅或銀的合金。構成配線層的金屬可具有比耐熔性金屬低的電阻率。在下文中，將構成配線層的金屬稱為“低電阻金屬”。
當兩種具有不同晶體結構的金屬可以形成固溶體時，對于這些晶體結構的優(yōu)先區(qū)域取決于特定的合金。在這些金屬中，有時會產生合成區(qū)域，該區(qū)域被認為是呈現(xiàn)不同于任一種成份金屬的晶體結構的中間相。呈現(xiàn)出特別低的金屬性的中間相稱為金屬間化合物，而呈現(xiàn)出明顯的金屬性的中間相就稱為次固溶體。在金屬間化合物中，金屬成分的原子數(shù)的比率是一個相對簡單的整數(shù)，并且晶體晶格的原子位置是固定的。
中間相可以是金屬間化合物。一般來說，金屬間化合物呈現(xiàn)出共價鍵特性，從而由脆度和小擴散系數(shù)表征，而同時又具有大的電阻。由于金屬間化合物是硬的，因此分層的配線結構可以采用合金層作為覆蓋著配線層和/或在配線層下的金屬間化合物，以使配線層免受外部應力的影響，從而提高應力遷移阻力。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括由含有鋁、銅或銀的低電阻金屬制成的配線層；耐熔性金屬制成的保護層；以及由在鄰近配線層和保護層之間含有低電阻金屬和耐熔性金屬的中間相制成的合金層的分層的配線結構。在配線層和保護層之間所形成的合金層可以防止配線層的金屬擴散到保護層，從而對減小遷移十分有效。另外，在配線和保護層之間形成的合金層可以提高這些層間的粘附度。配線層和保護層之間的粘附度的提高也就減小了層間的接觸電阻。此外，由于金屬間化合物能夠防止擴散，所以當中間相是金屬間化合物時，可避免在耐熔性金屬和低電阻金屬之間的合金層的形成。從而，可以形成薄的以及均勻的合金層。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種由含有鋁、銅或銀的低電阻金屬制成的配線層；耐熔性金屬制成的保護層；以及在鄰近配線層和保護層之間且低電阻金屬和耐熔性金屬的成份是逐漸變化的合金層構成的分層的配線結構。這類在配線層和保護層之間的合金層可以提高這些層間的粘附度。合金層并不局限于上述低電阻金屬和耐熔性金屬的成份是逐漸變化的合金層，但合金層的金屬成份可以是非連續(xù)變化的。
耐熔性金屬的例子包括那些6A族的元素，例如，鉬(Mo)、鉻(Cr)、和鎢(W)；或者5A族的元素，例如，鈦(Ta)、釩(V)、和鈮(Nb)。這類保護層可以提高分層的配線結構防毛刺和小丘的能力。特別是，6A族的元素具有降低的對低電阻金屬中擴散的特征。
耐熔性金屬的例子包括那些包括諸如鉬、鉻、鎢、鈦、釩、或鈮之類的金屬，這些金屬的晶格類型是體心立方結構(bcc)。低電阻金屬的例子包括那些包括諸如鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、銠(Rh)、銥(Ir)、鎳(Ni)，鉑(Pt)和鈀(Pd)之類的金屬，這些金屬的晶格類型是面心立方結構(fcc)。如上所述，可以在具有不同晶格類型的金屬之間形成合金層，以提高在這些金屬層間的粘附度，進而提高在制造分層的配線結構的方法中的成品率。上述所提及的晶格圖形就是在教科書中以室溫來普遍闡明討論的晶格圖形。
耐熔性金屬最好含有鉬。因為鉬能呈現(xiàn)出與基片良好的粘附度，它可以提高配線的整體粘附度，因此有利于成品率的提高。此外，鉬具有在制造過程中容易處理的特征。
低電阻金屬可以含有鋁。鋁是高活性金屬。因此，當配線采用含有鋁的低電阻金屬制成時，在配線層和耐熔性金屬之間就容易形成中間相。
配線層還可以含有釹，中間相還可以含有釹。此外，配線層和中間相可以含有鑭系元素。在配線層中釹的含量推薦是1％原子百分數(shù)或更多，最佳是2％原子百分數(shù)或更多，以提高電遷移阻力。另一方面，上限推薦是10％原子百分數(shù)，最好是5％百分數(shù)，以提高電遷移的阻力，同時保持配線層的低電阻率。呈現(xiàn)出基本等效于釹化學特性的其它鑭系元素也同樣有效。
合金層的厚度推薦為1nm或以上，最好是10nm或以上，以提高配線層和保護層之間的粘附度。另一方面，上限推薦為50nm，最好是15nm。金屬間化合物具有差的導電性。因此，當該層較厚時，垂直電阻，即接觸電阻就增加了。當通過界面反應形成金屬間化合物時，減小了低電阻金屬的薄膜厚度，導致配線電阻中的增加。此外，當脆性的金屬間化合物形成較厚的厚度時，配線就會有裂紋，從而會引起斷裂。必須在耐熔性金屬和低電阻金屬之間以薄膜方式形成金屬間化合物。合金層所形成的薄膜厚度推薦為1nm或以上，最好是10nm，以及推薦是50nm或以下，最好是15nm或以下，以解決上述問題，用于有利地提高應力遷移阻力、電遷移阻力以及粘附度。從而，可以提高分層的配線結構的可靠性。
分層的配線結構可以與電流驅動的光學元件相連接。當應用于電流驅動光學元件時，如上述配置的分層的配線結構是有用的。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括含有電流驅動光學元件的電路和與該電路相連接的上述分層的配線結構的光學設備。這里，光學元件可以是有機EL元件。包括光學元件的電路可以是有機EL元件本身，或可以包括，除了有機EL元件以外，用于驅動有機EL元件的薄膜晶體管(TFT)。當電路包括TFT時，分層的配線結構可以與TFT相連接。
光學設備可以包括多個電路，并且分層的配線結構可以與多個電路相連接，使得其用作為向各個電路供電的電源線。這里，光學設備可以是有源矩陣型顯示器。根據(jù)本發(fā)明的分層的配線結構具有較低的接觸電阻和較高的可靠性。因此，它可以用作顯示器的電源線，以避免提供給各個電路的電壓的泄漏，允許具有減小亮度中的非均勻性的穩(wěn)定顯示。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造分層的配線結構的方法，它包括通過利用含有鉬的耐熔性金屬作為目標進行噴鍍，在加熱到50℃至150℃(兩者都包括在內)的基片的上表面形成保護層，以及在將基片加熱到50℃至150℃(兩者都包括在內)的同時通過利用含有鋁、銅或銀的低電阻金屬作為目標進行噴鍍，在保護層上形成配線層，其中，保護層的形成和配線層的形成是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中M是目標金屬的原子重量，或者當目標金屬是合金時，M是化合物金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，而d是指基片和目標之間的距離；并且配線層的形成是在基片未暴露于空氣的條件下進行的。根據(jù)該方法，中間相可以在保護層和配線層之間形成，以便始終一致地產生分層的配線結構。此外，在保護層和配線層之間的粘附度可以得到提高，并且采用該制造分層的配線結構方法的成品率可以得到提高。這里可以在基片和保護層之間設置一介入層。
該方法還包括在形成了配線層之后，將分層的配線結構的溫度從噴鍍過程期間的基片的加熱溫度加熱到450℃。這樣的加熱可以減小分層的配線結構的電阻。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造分層的配線結構的方法，它包括通過利用含有鋁、銅或銀的低電阻金屬作為目標進行噴鍍，在加熱到50℃至150℃的基片的上表面形成配線層，以及在將基片加熱到50℃至150℃的同時，通過利用含有鉬的耐熔性金屬作為目標進行噴鍍，在配線層上形成保護層，其中，保護層的形成和配線層的形成是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中的M是目標金屬的原子重量，當目標金屬是合金時，它是化合物金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，而d是指基片和目標之間的距離；并且配線層的形成是在基片未暴露于空氣的條件下進行的。根據(jù)該方法，中間相可以在保護層和配線層之間形成，以便始終一致地產生分層的配線結構。此外，在保護層和配線層之間的粘附度可以得到提高，并且采用該制造分層的配線結構方法的成品率可以得到提高。這里可以在基片和保護層之間設置一介入層。
該方法還包括在形成了保護層之后，將分層的配線結構的溫度從噴鍍過程中的基片的加熱溫度加熱到450℃。這樣的加熱可以減小分層的配線結構的電阻。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種制造分層的配線結構的方法，它包括通過利用含有鋁、銅或銀的低電阻金屬作為目標進行噴鍍，在基片的上表面形成配線層，以及通過利用含有鉬的耐熔性金屬作為目標進行噴鍍，在配線層上形成保護層，使得所形成的保護層能與配線層相接觸，其中，保護層的形成和配線層的形成是在基本等效的由P×M1/2表示的顆粒碰撞參數(shù)的條件下進行的，其中P是噴鍍壓力，M是指目標金屬的原子重量，或當目標金屬為合金時，則是化合物金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，而d是指基片和目標之間的距離。這里所使用的術語“原子重量”是指當目標金屬是合金時在主要成份金屬中的平均原子重量或最小原子重量。基本等效的條件是，例如，顆粒碰撞參數(shù)比為0.9至1.1的那些條件。
從而，配線層和保護層可以在基本等效的顆粒碰撞參數(shù)的條件下采用噴鍍的方法來制成，以便始終一致地產生介入層。
本發(fā)明還涉及了上述元件的任何適當組合，作為有效方面，并且在本發(fā)明中所描述的方法和/或裝置是可以變化的。
(4)


圖1是說明有機EL顯示器中一個象素的平面圖。
圖2A顯示了圖1所說明的象素沿線A-A的剖面圖。
圖2B顯示了圖1所說明的象素沿線B-B的剖面圖。
圖3是具有多層結構的配線的剖面圖。
圖4顯示了驅動電源線的剖面圖(透射電子顯微鏡(TEM)照片)。
圖5顯示了在圖4所示剖面中的各個晶體顆粒的邊界。
圖6A顯示了近似于圖5所說明邊界的橢圓。
圖6B顯示了放大近似于圖6A所說明的橢圓。
圖7A顯示了在圖4的剖面中所說明的晶體的顆粒尺寸。
圖7B顯示了在圖4的剖面中所說明的晶體的顆粒尺寸。
圖8A顯示了分層的配線結構的剖面(TEM照片)。
圖8B顯示了圖8A的TEM照片，它指示了在第一合金層和配線層之間的邊界以及在第二合金層和有著斷續(xù)線的配線層之間的邊界。
圖9A是顯示在第二合金層附近區(qū)域的剖面。
圖9B顯示了采用能量分散型X射線分光儀測量合金層中金屬成份的結果。
圖10顯示了鋁和鉬的二元相圖。
(5)具體實施方式
現(xiàn)在將基于較佳的實施例來描述本發(fā)明，這些實施例并不是用于限制本發(fā)明的范圍而只是用于解釋本發(fā)明。在實施例中所討論的所有的特征和這些特征的組合對于本發(fā)明并不是必要的。
根據(jù)本實施例的一種分層的配線結構用于有源矩陣型有機EL顯示器。圖1是說明在該顯示器中象素之一的配置結構的平面圖。在圖1中，僅僅顯示了一個象素的結構，但有源矩陣型顯示器可具有大量相同的如矩陣所說明的象素，在矩陣中，每個象素都具有一個開關元件。
象素形成在由柵極信號線51和漏極信號線52所環(huán)繞的區(qū)域內。象素具有作為開關元件的第一TFT 30，和用于驅動有機EL元件的第二TFT 40，以及電容器90。
第一TFT 30包括連接著柵極信號線51的柵極電極11且將柵極信號饋送至該電極，連接著漏極信號線52的漏極電極13d且將漏極信號饋送至該電極，以及通過電容器90的一個電極55連接著第二TFT 40的源極電極13s。
電容器90中的一個電極55是與第一TFT中的源極電極13s集成制型的。電容器90中的另一個電極54是由，例如，鉻，所制成的且通過柵極的絕緣薄膜在該電極和電極55之間存儲電荷。電容器90保持著施加在第二TFT 40中的柵極電極42上的電壓。
第二TFT 40包括連接著第一TFT 30中的源極電極的柵極電極42，連接著有機EL元件60的陽極61的漏極電極43d，以及連接著驅動電源線53的源極電極43s。
圖2A顯示了沿著圖1中A-A線的剖面部分，而圖2B則顯示了沿著圖1中B-B線的剖面部分。如圖2A所示，在絕緣的基片10上形成有源層13。絕緣基片10可以由，例如，石英玻璃或無堿玻璃來制成。有源層13可以由多晶硅(p-Si)薄膜制成，多晶硅薄膜是采用激光束照射非晶硅(a-Si)薄膜多晶化產生的。在該圖中，說明了上層的柵極結構，但本發(fā)明并不局限于特定的結構。有源層13包括在兩個溝道13c兩邊的源極電極13s和漏極電極13d。在該實施例中，源極電極13s和漏極電極13d是采用n類雜質的離子摻雜的，而第一TFT 30是n溝道型器件。
在有源層13的上面形成柵極絕緣薄膜12，隨后在該薄膜上形成柵極電極11以及電容器90的一個電極。柵極電極11可以采用耐熔性金屬，例如，鉻和鉬，來制成，且構成如圖1所示的柵極信號線51的一部分。
在柵極電極11和柵極絕緣薄膜12的整個表面上形成一個層間絕緣薄膜15，它是由SiN薄膜和SiO2薄膜構成的。在與漏極電極13d相關所形成的接觸孔可采用金屬(例如，鋁)來填充，以形成構成漏極信號線51的一部分的漏極提取電極16。
如圖2B所示，在絕緣基片10上形成有源層43。有源層43可以采用與有源層13相同的材料制成。在有源層43中形成溝道43c，且在其兩邊形成源極電極43s和漏極電極43d。在本實施例中，源極電極43s和漏極電極43d是采用p類雜質離子摻雜的，而第二TFT 40是p溝道型器件。
在有源層43上形成柵極絕緣薄膜12，隨后在該薄膜上形成柵極電極42。柵極電極42是由諸如鉻和鉬之類的耐熔性金屬構成。柵極電極42與第一TFT 30中的源極電極13s相連。在有源層43中，通道43c形成在柵極電極42的下面。
在柵極絕緣薄膜12和柵極電極42的整個表面上形成了層間絕緣薄膜15。與源極電極43s相關的接觸孔由諸如鋁之類的金屬填充，以形成驅動電源線53。形成驅動電源線53的方法將在后面描述。
在層間絕緣薄膜15，漏極提取電極16(如圖2A所示)和驅動電源線53的整個表面上形成了一個由有機樹脂制成的平面化絕緣薄膜17。在平面化絕緣薄膜17上形成有機EL元件60。有機EL元件60具有陽極61、光發(fā)射元件層66和陰極67依次沉積的結構。陽極61通過在相對平面化絕緣膜17中的漏極電極43d形成的接觸孔與漏極43d連接。在陽極61上形成絕緣薄膜68。絕緣薄膜68的形成是為了防止由于陽極61的厚度產生的臺階使光發(fā)射元件層66斷裂而導致陰極67與陽極61之間的短路。
陽極61采用的材料的例子包括銦-錫-氧化物(ITO)、二氧化錫(SnO2)和氧化銦(In2O3)。通常，ITO由于它的空穴注入效應和低的表面電阻而被使用。陰極67采用的材料的例子包括含有微量鋰的鋁合金、鎂-銦合金以及鎂-銀合金。光發(fā)射元件層66結構由孔傳輸層62、光發(fā)射層64和電子傳輸層65依次沉積而成。孔傳輸層62采用的材料的例子包括4，4’，4”-三氨基甲烷鹽酸緩沖液(3-甲基苯基苯基氨基)三苯氨(MTDATA)、N，N’-Di(萘-1-yl)-N、N’-二苯基-對二氨基聯(lián)苯(NPB)以及N，N’-二苯基-N、N’-di(3-甲基苯基)-1，1’-聯(lián)二苯-4、4’-二胺(TPD)。光發(fā)射層64的材料的例子包括雙(苯并喹啉并)(benzoquinolinolato)鈹合成物，含有一種喹吖(二)酮(quinacridone)衍生物(雙(10-羥基苯[h]喹啉并)鈹(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinolato)beryllium)Bebq2)和鋁-喹啉(quinolene)合成物(Alq3)。電極傳輸層65的材料的例子包括Bebq2和Alq3。
形成空穴傳輸層62、電子傳輸層65和陰極67，使它們可以被每個象素中的多個有機EL元件60所共享。響應于陽極61把光發(fā)射層64形成為島。
對一個象素，以上結構和材料僅僅是說明性的，而并不限制本發(fā)明的范圍。例如，第一TFT 30和第二TFT 40可以是n溝道型、p溝道型或者甚至是n溝道和p溝道的組合型。在第一TFT 30中，由漏極電極13d和源極電極13s構成的部分可以分別用響應于施加的電壓的源極電極和漏極電極替代。有機EL元件60可具有這樣的結構，即其中陽極61、光發(fā)射層66和陰極67依次反過來沉積。在層與層之間可以形成介入層。
這里將描述這樣配置的一個象素中的有機EL元件光發(fā)射的操作。當從柵極信號線51向柵極電極11施加一個柵極信號時，第一TFT 30開啟。這樣從第一TFT30中的源極電極13s施加的電荷被存貯到電容器90，同時也施加到第二TFT 40的柵極電極42。對有機EL元件60，響應于施加在第二TFT 40中的柵極電極42上的電壓的電流是從驅動電源線53饋入的。
在有機EL元件60中，為了產生激發(fā)，從陽極61注入的空穴和從陰極67注入的電子在光發(fā)射層64的內部重新結合，使構成光發(fā)射層64的有機分子激發(fā)。在能量發(fā)射激發(fā)的失活過程中，光發(fā)射層64發(fā)出光，它通過傳輸陽極61放電并被認為是有機EL元件60的光發(fā)射。
將根據(jù)上述說明的有機EL顯示器的象素結構來描述本發(fā)明的特征。在本發(fā)明的一個實施例中，連接到有機EL顯示器的每個象素中的TFT的配線，如信號線、掃描線和驅動電源線，是采用低電阻金屬制成的并具有多層結構，其中低電阻金屬合金的晶體顆粒尺寸大于電子的平均自由程。
圖3是具有上述多層結構的配線的截面圖。在圖中，將使用驅動電源線53作為例子進行描述。驅動電源線53包括在層間絕緣層15上的第一保護層110；在第一保護層110上的配線層112；以及在配線層112上的第二保護層114。在驅動電源線53中，第一合金層116和第二合金層118分別形成在第一保護層110和配線層112之間以及配線層112和第二保護層114之間。
第一保護層110和第二保護層114可以由體心立方(bcc)晶格類型的金屬構成。第一保護層110和第二保護層114最好由6A族或5A族元素如鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)構成。在這個實施例中，第一保護層110和第二保護層114是用鉬制成的。
配線層112可以由具有不同于第一保護層110或第二保護層114的晶格結構的金屬構成。例如，配線112可以由晶體結構為面心立方(fcc)的金屬構成。配線層112最好是由鋁，或電阻低于鋁的銅或銀構成。在這個實施例中，配線層112是由鋁構成的。
另外，配線層112可以包含一個鑭系金屬，例如，釹。為了提高配線電遷移阻力，鑭系金屬可以加入到諸如鋁之類的低電阻金屬中。在本實施例中，配線層112是由鋁-釹合金(Nd-Al)制成的。在本實施例中，釹在鋁-釹合金中的含量為2％原子百分數(shù)。
第一合金層116和第二合金層118可以由構成耐熔性金屬層的金屬和構成低電阻金屬層的金屬的金屬間化合物構成。在這個實施例中，第一合金層116和第二合金層118是由鋁-釹合金和鉬的金屬間化合物構成。實例本發(fā)明將用具體的例子作為參考進行解釋。
在形成SiO2膜作為層間絕緣膜以成為基底之后，在層間絕緣膜中形成接觸孔。然后，采用負載-鎖(load-lock)(LL)型多腔室沉積裝置將分層的配線結構沉積在層間絕緣膜上。該沉積裝置含有LL腔室、處理腔室、放置鉬目標的第一噴鍍腔室和放置鋁-釹合金目標的第二噴鍍腔室。在鋁-釹合金中的釹含量為2％原子百分數(shù)。
首先，LL腔室、處理腔室、第一噴鍍腔室和第二噴鍍腔室被預抽真空至10-3Pa，然后基片從LL腔室輸送到處理腔室。打開在處理腔室和第一噴鍍腔室間的門閥，基片被傳送到第一噴鍍腔室，然后加熱到100℃。接著，氬氣輸送到第一噴鍍腔室，氬氣壓力控制為0.23Pa。噴鍍中采用以下條件，即功率6.2KW，氬氣流率100sccm；來沉積達50nm的由鉬制成的第一保護層。TEM(透射電子顯微鏡)觀察結果可作如下解釋，結果表明采用這樣的沉積，第一保護層和層間絕緣膜有非常好的粘附度。
接著，第一噴鍍腔室被抽真空至10-3Pa，然后基片通過處理腔室被傳送到第二噴鍍腔室。因為處理腔室、第一噴鍍腔室和第二噴鍍腔室是保持在真空環(huán)境中，不用從減壓空氣環(huán)境中移去基片就可沉積下一層。因此，第一保護層的表面可以保持干凈和足夠活性。
在第二噴鍍腔室中，基片被加熱到100℃。然后，氬氣輸送到第二噴鍍腔室，氬氣壓力控制為0.41Pa。噴鍍中采用以下條件，功率6.5KW，氬氣流率100sccm；來沉積達400nm的由鋁-釹合金制成配線層。
再次，第二噴鍍腔室被抽真空至10-3Pa，基片通過處理腔室被傳送到第一噴鍍腔室。在第一噴鍍腔室中，基片被加熱到100℃。然后，氬氣輸送到第一噴鍍腔室，氬氣壓力控制為0.23Pa。噴鍍中采用以下條件，功率6.2KW，氬氣流率100sccm；來沉積達50nm的由鉬制成的第二保護層。在本實施例中，第一和第二噴鍍腔室中的基片和目標的距離是0.05m。
在形成多層結構后，在350℃加熱基片達30分鐘。
在上面的例子中，第一和第二噴鍍腔室的壓力分別是0.23Pa和0.41Pa。在這些噴鍍腔室內的壓力可以由以下決定。較佳的是，通過增加晶粒尺寸，把諸如高能原子或離子之類的粒子噴鍍到基片上，形成穩(wěn)定的分層的配線結構，并且進一步一致地形成中間相。因此需要噴鍍粒子從目標噴鍍出來后，不受其它粒子如氬氣的碰撞直接到達基片。更具體地說，較好的方法是盡可能的減少由d/λ表示的顆粒碰撞參數(shù)，這里d(以“米”表示)是基片和目標之間的距離，λ是粒子的平均自由程。
碰撞的概率是正比于粒子的截面面積和噴鍍腔室內的壓力P。平均自由程正比于粒子的速度v而反比于碰撞概率。這樣，關系可以表示為λ∝v/(P×S)。每個粒子的速度v表示為E＝1/2×mv2，其中m是粒子重量。這里m可以表示為m∝M，其中M是目標金屬的原子重量(雖然在目標金屬為合金時M可以是合金中主要金屬的平均原子重量或最小原子重量)，并且從目標釋放的粒子的平均能量與原子或目標的類型無關，恒定為5至10eV。因此，存在這樣的關系v∝(1/M)1/2。于是，平均自由程λ可以由λ∝1/(M1/2×P×S)來表示。換句話說，當基片和目標之間的距離d是恒定的時，最好能盡可能地減小在噴鍍腔室中的壓力。顆粒的截面積可以近似為πr2，其中r是原子的半徑。由于在本實施例中所推薦使用金屬的原子半徑是約為1.25至1.45的常數(shù)，所以S也可以表示為常數(shù)。
如上所述，平均自由程可以采用λ∝1/(M1/2×P×S)來表示，且可以通過變化各個顆粒的分子量M和噴鍍腔室的壓力P來控制。換句話說，噴鍍腔室的壓力最好能低些，且對具有較大分子量M的顆粒來說，噴鍍腔室的壓力應該低些。
由于上述的顆粒碰撞的參數(shù)可以由P×M1/2×d來表示，所以在基片和目標之間距離d的減小可以同樣有效。在本實施例中，在基片和目標之間距離d可為0.1m或更小。
在本實施例中，可以選擇噴鍍腔室中的壓力P，使得顆粒碰撞參數(shù)P×M1/2×d為0.18或更小。因此，在噴鍍腔室中的壓力P可以為0.18/(M1/2×d)或更小。于是，具有大的晶體尺寸的分層的配線結構可以始終如一地形成，并且此外，中間相也可以始終如一地形成。在噴鍍腔室中的壓力P的下限最好為0.1Pa，使得各層都可以始終如一地來沉積。
基片在噴鍍過程中的溫度可以為50℃至150℃(兩者都包括在內)。另外，加熱也可以從噴鍍過程中的基片溫度加熱到450℃(兩者都包括在內)。
圖4顯示了上述討論的驅動電源線53的橫截面(TEM照片)。正如在該圖中所示，鋁-釹合金的晶體顆粒在配線層中形成。
圖5顯示了在圖4所示的截面中的晶體顆粒(晶粒)的邊界。參照該圖，晶體顆粒接近于橢圓，如圖6A所示。在圖6B中，近似的橢圓被放大了。圖7A和7B顯示了在圖4所示的截面中的晶體顆粒的尺寸。圖7A顯示了在顆粒尺寸和它們數(shù)量之間的關系，而圖7B則采用圖形顯示了這種關系。每個顆粒的尺寸可以通過計算對應于在圖6B中的橢圓的長軸和短軸的平均來確定。在圖4的截面中可以觀察到少量尺寸小于25nm的顆粒，因此在評估中可以忽略。
正如在圖7A和7B中所顯示的，大多數(shù)的顆粒具有60nm至70nm的尺寸。在這些圖中，總共118個放大的橢圓中有112個具有大于30nm的顆粒尺寸，約為95％(112/118×100)。類似地，74個橢圓具有大于60nm地顆粒尺寸，約為62％(74/118×100)。晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸為69.55nm，這是通過將圖6B中所示的橢圓的總的顆粒尺寸(8207.9nm)除以上述所討論的總的顆粒個數(shù)(118)計算得到的。此外，形成了少量小于25nm尺寸的顆粒。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的制造分層的配線結構的方法提供了一種由鋁-釹合金的晶體顆粒所構成的分層的配線結構，鋁-釹合金具有大于16.9nm的顆粒尺寸，該尺寸是鋁中電子的平均自由程。
因此這樣形成的分層的配線結構在沉積之后立即具有15μΩcm的電阻率，且在350℃加熱達30分鐘后為4.8μΩcm。
作為一個參考的例子，采用釹含量為2％原子百分數(shù)的鋁-釹合金作為目標，在基片溫度為100℃、第二噴鍍腔室的壓力為0.70Pa和氬氣的流率為200sccm的條件下形成配線。在這種情況下，分層的配線結構在沉積之后立即具有21.5μΩcm的電阻率。該參考例子也指出根據(jù)在上述例子中的過程所制成的分層的配線結構中電阻減小了。此外，上述結果也指示出在噴鍍腔室的壓力P小于0.18/(M1/2×d)的條件下，分層的配線結構中的電阻可以顯著地下降，從而意味著在這樣的條件下晶體可以具有大的顆粒尺寸。
在上述的實施例中，分層的配線結構具有多層結構，在低電阻金屬制成的配線層112上沉積第一合金層116、第一保護層110、第二合金層118和第二保護層114。根據(jù)增加晶體尺寸，第一合金層116、第一保護層110、第二合金層118或第二保護層114都不是必需的。
圖8A和8B顯示了上述的驅動電源線53的另一截面(TEM照片)。如圖8A所示，第一和第二合金層基本上均勻地分別形成在第一保護層和配線層之間以及在配線層和第二保護層之間。在圖8B中，在第一保護層和配線層之間的邊界以及在配線層和第二保護層之間的邊界是由虛線指出的。
圖9A和9B顯示了采用能量分散X射線分光儀(EDS)測量第二合金層中金屬成份的結果。圖9A顯示了接近第二合金層的截面圖而圖9B顯示了在圖9A所示的每個位置的金屬成份。正如圖9B所示，第二合金層區(qū)域有80-90％原子百分數(shù)的鋁含量、7-15％原子百分數(shù)的鉬含量和1-4％原子百分數(shù)的釹含量。
在圖8A的TEM照片中，在第一和第二合金層之間有一個清晰的反差。因此，它有力的表示分別在第一和第二合金層中，形成了具有與在合金層上下形成的第一保護層、配線層和第二保護層不同晶體結構的中間相。如果沒有形成這樣的中間相，與這些合金層中的金屬晶體結構相同的晶體結構混合在層與層界面間，就不可能在TEM照片中獲得這樣好的反差。它也證實了中間相的形成。EDS測量結果表明在中間相區(qū)域中，鋁、鉬和釹同時存在，從而它表明形成了這些金屬的中間相的形成，即一種金屬間化合物。
圖10是一個鋁和鉬的二元相圖(“二元相圖第一卷”Thaddeus B.Massalski，美國金屬學會)。正如該圖所示，鋁和鋁的金屬間化合物可以是，例如，Mo3Al，MoAl，Mo37Al63，Mo3Al8，MoAl4，Mo4Al17，Mo5Al12、Mo5Al5，MoAl6或MoAl12等等。這些結果意味著這些金屬間化合物之一在第一合金層116和第二合金層118中形成。此外，在本實施例中，由于配線層112是由鋁-釹合金構成的，所以可以形成含有釹的金屬間化合物。
這樣形成的驅動電源線53在以后用于提高對毛刺/小丘，電遷移和應力遷移的抗力的工藝中顯示出好的粘附度。
作為參考的例子，分層的配線結構由上述描述的方法形成，除了在室溫(大約23℃)進行沉積而不用加熱基底。TEM中的截面觀察結果指出分層的配線結構在后續(xù)工藝中得到了提高。
作為另一個參考例子，沉積是在第一噴鍍腔室的壓力約為0.40Pa和第二噴鍍腔室的壓力約為0.70Pa的條件下進行的。同樣地，TEM中的截面觀察結果指示出分層的配線結構在后續(xù)工藝中得到提高。這些參考例子的結果也證實了根據(jù)本實施例形成的分層的配線結構，提高了配線層和保護層之間的粘附度。這些結果也表明當噴鍍腔室的壓力P為0.18/(M1/2×d)或更低時，中間相可以一致地形成。
雖然本發(fā)明已經通過示例性實施例進行描述，但應該理解到本領域的技術人員可以不脫離由所附權利要求定義的本發(fā)明的范圍而進一步作出很多變化和替代。
權利要求
1.一種分層的配線結構，其特征在于包括配線層，由含有鋁、銅和銀中的至少一種金屬制成；以及，合金層，由含有構成所述配線層的金屬和接近配線層的耐熔性金屬的中間相所制成。
2.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于還包括保護層，由耐熔性金屬所制成，其中，合金層形成于所述配線層和所述保護層之間，使得所述合金層接近于所述配線層和所述保護層。
3.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于耐熔性金屬含有5A族或6A族的元素。
4.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于耐熔性金屬含有其晶格類型為體心立方(bcc)的金屬。
5.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于耐熔性金屬含有鉬。
6.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于所述配線層含有釹，以及所述中間相也含有釹。
7.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于所述合金層的厚度為1nm至50nm。
8.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于所述配線層是由含有鑭系元素的鋁合金制成的，其中合金晶體的平均顆粒尺寸為16.9nm或以上。
9.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于所述配線層是由含有鑭系元素的鋁合金制成的，其中合金晶體的平均顆粒的尺寸為60nm或以上。
10.如權利要求1所述的分層的配線結構，其特征在于所述配線層是由含有鑭系元素的鋁合金制成的，其中總的合金晶體的90％或以上具有30nm或以上的顆粒尺寸。
11.如權利要求8所述的分層的配線結構，其特征在于所述鑭系元素是釹。
12.一種由含有鑭系元素的鋁合金制成的配線層，其特征在于合金晶體的平均顆粒尺寸為16.9nm或以上。
13.如權利要求12所述的分層的配線結構，其特征在于所述平均顆粒尺寸為60nm或以上。
14.如權利要求12所述的分層的配線結構，其特征在于構成所述配線層的總的合金晶體的90％或以上具有30nm或以上的顆粒尺寸。
15.如權利要求12所述分層的配線結構，其特征在于所述鑭系元素是釹。
16.一種光學設備，包括包含電流驅動光學元件的電路，以及，連接至所述電路的分層的配線結構，其特征在于，所述分層的配線結構包括由含有鋁、銅和銀中的至少一種金屬制成的配線層，以及，由含有構成所述配線層的金屬和接近于所述配線層的耐熔性金屬的中間相制成的合金層。
17.如權利要求16所述的光學設備，其特征在于在所述分層的配線結構中的所述配線層是由含有鑭系元素的鋁合金制成的，且合金晶體的平均顆粒尺寸為16.9nm或以上。
18.如權利要求16所述的光學設備，其特征在于包括多個所述電路，其中，所述分層的配線結構連接所述多個電路，作為向每個所述電路供電的電源線。
19.一種光學設備，包括包含電流驅動光學元件的電路，以及，連接至所述電路的分層的配線結構，其特征在于，所述分層的配線結構是由含有鑭系元素的鋁合金制成，其中，合金晶體的平均顆粒尺寸為16.9nm或以上。
20.如權利要求19所述的光學設備，其特征在于包括多個所述電路，其中，所述分層的配線結構連接所述多個電路，作為向每個所述電路供電的電源線。
21.一種制造分層的配線結構的方法，其特征在于該方法包括通過采用含有鋁、銅和銀中至少一種金屬作為目標進行噴鍍，在加熱到50℃至150℃的基片的上表面形成配線層，其中，噴鍍是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中，M是目標金屬的原子重量，d是在基片和目標之間的距離。
22.如權利要求21所述的制造分層的配線結構的方法，其特征在于所述配線層是采用含有所述金屬和鑭系元素的合金作為目標通過噴鍍形成的，并且所述噴鍍是在噴鍍是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中，M是合金的成份金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，以及d是在基片和目標之間的距離。
23.如權利要求21所述的制造分層的配線結構的方法，其特征在于還包括在形成所述配線層之前，采用含有鉬的金屬作為目標通過噴鍍在加熱到50℃至150℃的基片的上表面形成保護層，其中，在形成所述配線層的過程中，所述配線層形成在所述保護層上；所述形成所述保護層和所述形成所述配線層是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中，M是目標金屬的原子重量，或當目標金屬是合金時，則是合金的成份金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，以及d是基片和目標之間的距離；以及，所述形成所述配線層是在所述形成所述保護層之后所述基片未暴露于空氣的條件下進行的。
24.如權利要求21所述的制造分層的配線結構的方法，其特征在于還包括在形成所述配線層之后，采用含有鉬的耐熔性金屬作為目標通過噴鍍在將基片加熱到50℃至150℃的同時在所述配線層上形成保護層，其中，所述形成所述保護層和所述形成所述配線層是在0.18/(M1/2×d)Pa或更低的減壓條件下進行的，其中，M是目標金屬的原子重量，或當目標金屬是合金時，則是合金的成份金屬的原子重量的原子百分數(shù)的平均值或主要成份金屬的最小原子重量，以及d是基片和目標之間的距離；以及，所述形成所述配線層是在所述形成所述保護層之后所述基片未暴露于空氣的條件下進行的。
25.如權利要求21所述的制造分層的配線結構的方法，其特征在于在進行了所述噴鍍之后，所述分層的配線結構從在噴鍍處理過程中所述基片的加熱溫度加熱到450℃。
全文摘要
一種包括由含有鋁、銅或銀的低電阻金屬制成的配線層；和由含有低電阻金屬和耐熔性金屬的中間相制成的合金層的分層的配線結構。耐熔性金屬是鉬。還形成了由含有鑭系元素的鋁合金制成的分層的配線結構，其中合金晶體的數(shù)值平均顆粒尺寸為16.9nm或以上。合金晶體的顆粒尺寸可以大于電子的平均自由程，以提供具有降低電阻的分層的配線結構。
文檔編號H01L23/532GK1444192SQ0310414
公開日2003年9月24日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權日2002年3月7日
發(fā)明者曽谷直哉, 鈴木浩司, 宮井良雄 申請人:三洋電機株式會社