(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラットパネルディスプレイの基板に結合されて基板上に列状の電極を提供する装置であって、
前記装置は、クロムからなる薄膜を含み、
前記薄膜は、
前記基板に結合され、応力レベルを減少させるために窒素がドープされた第１のクロム層と、
前記第１のクロム層の上に配置され、窒素がドープされていない第２のクロム層とを含む、焼成された薄膜であり、
前記薄膜の応力レベルは、クロムからなり、その薄膜と同一の膜厚を有し、かつドープされた窒素を含まないクロム膜の応力レベルより低く、
前記薄膜の面積抵抗は、クロムからなり、その薄膜と同一の膜厚を有し、かつ全体として前記第１のクロム層と同一の原子百分率で窒素を含むように窒素をドープされたクロム膜の面積抵抗より小さく、
且つ、クロムからなり、その薄膜と同一の膜厚を有し、且つ焼成されていないクロム膜の面積抵抗より小さいことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記薄膜の応力レベルが１×１０10ｄｙｎｅｓ／ｃｍ2以下であり、前記薄膜の面積抵抗が２．５Ω／ｓｑ．であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、広く遷移金属或は耐熱性金属の薄膜に関し、より特別には大型フラットパネルディスプレイに使用され得る低応力及び低抵抗の遷移金属或は耐熱性金属の薄膜に関する。
基板上への薄膜の付着は、難解だが興味をそそる問題である。基板上へ堆積した後、薄膜の多くのタイプは基板上にしっかりと付着しない。それらは、薄膜を堆積した基板上にスコッチテープをくっつけ、そしてそのテープを取り除くというテープテストに落ちてしまう。即ち、弱い付着力を持つ薄膜は、テープに残るのである。
付着の問題の原因となる一つの理由は、その膜が応力を受けていることである。それらの自然の状態は、平坦な基板に関して湾曲した状態である。それ故、それらは基板から持ち上げられようとする。一般的に、2000Åの膜には1.5×1010〜2.0×1010dynes/cm2の引張り応力が加えられている。もし、引張り応力が1×1010dynes/cm2であるならば、その膜は比較的低応力の膜であると考えられる。
応力問題は、種々の膜の積み重ねで強められる。例えば、フラットパネルディスプレイには、何千もの横の列と縦の列のバスがある。一つの具体例において、横の列の電極はクロム膜より作られ、そしてそれは抵抗性のある膜と誘電体膜によって被われる。そして、その誘電体膜の上には、クロムの縦の列のバスがある。そのクロムの縦の列のバスは、他の下にある膜のプロファイルと一致させなければならない。そして、クロムのバスが応力の結果、特に、誘電体／抵抗体界面で、壊れる傾向がある。ディスプレイのサイズが大きくなるに従い、その生産率は落ちる。実際に、320mm×340mmのパネルを持つ先行技術の大型ディスプレイの生産率は、バスの応力破壊の結果0%にまで減少している。
薄膜中で応力を減少させるための一つの方法は、クロム膜中に窒素を導入するような方法で、その薄膜に窒素をドープすることである。例えば、インラインスパッタリングシステム中の窒素5%−アルゴン混合ガスは、クロム膜中の応力を1.5×1010dynes/cm2から4.0×109dynes/cm2へと減少させる。しかしながら、そのような有利な点は、膜の面積抵抗の増加例えば2Ω/sq.から8Ω/sq.への増加、を犠牲にしているものである。
薄膜を用いた多くの応用は、低面積抵抗を持つ膜を必要とする。これは、低抵抗膜がより少ない電力を消費し、発熱を抑え、そしてRC時定数による信号の遅れを減少させるからである。
ジレンマがあることは、先行技術から明らかにすべきである。窒素をドープすることが応力を減少させることが知られている。しかしながら、窒素は膜の面積抵抗を著しく増加させるが、それは多くの応用にとって好ましくない。それ故、二つの相互に排他的な性質、即ち応力が低くそして面積抵抗が低い性質を備えた薄膜を持つ必要がある。
発明の要旨
本発明は、応力と面積抵抗の両方が低い薄膜を提供する。本発明に基づくと、生成された薄膜は、応力を減少させるための一つの層と面積抵抗を減少させるための他の層とから成る２つの層を含んでいる。両層の長所を結び付けることによって、本発明は低応力で低面積抵抗の薄膜を作製した。一つの具体例において、本発明は第１の層と第２の層を持つ薄膜を有する基板を含む。第１の層は遷移金属か耐熱性金属のどちらかよりなる。その層は応力レベルを減少させるために窒素をドープされる。第２の層は第１の層と同じ材料からなるが、窒素をドープされていない。その薄膜は、同じ材料からなりそして同様の厚さを持つが窒素をドープされていない薄膜よりも低い応力レベルを持つ。又、その薄膜は同じ材料からなり、薄膜として同様の厚さを持ち、そして第１の層と同様の窒素の原子百分率を持つ膜よりも低い面積抵抗を持つ。
他の具体的な例において、第１と第２の層の材料は周期律表中の（第４周期から第６周期の間のIVＢ族、ＶＢ族、そしてVIＢ族と、第４周期中のVIIＢ族とVIII族）のグループから選択される。
更に他の具体例においては、その材料はクロムであり、そして生成された2000Åの厚さの薄膜は約1×1010dynes/cm2以下の引張り応力と、約2.5Ω/sq.以下の面積抵抗を持つ。450℃で１時間のような条件でその薄膜を焼成することによって、大体同じ応力を保持した状態で、面積抵抗は更に2Ω/sq.まで減少され得る。そのような２層の薄膜の応力は、同じ材料と厚さの先行技術の膜よりも少なくとも50%低くなっているが、一方、約2Ω/sq.の同じ面積抵抗を維持している。
本発明は、多くの応用に適用され得るものである。一つの具体例においては、フラットパネルディスプレイで電子源をバイアスさせるためのバスに本発明が使用される。そのディスプレイは、基板上に多数の横の列のバスと、ほとんどすべての横の列のバスを覆っている抵抗性の膜と、そして抵抗性の膜の上にある金属の間に挟まれる誘電体の膜とを含む。誘電体膜の表面上には多数の縦の列のバスがあり、そしてそれは薄膜によって生成される。ディスプレイが320mm×340mmのパネルを持つ大型フラットパネルディスプレイである一つの具体例において、その縦の列のバスのうちいずれも応力によって壊れることはない。言い換えれば、本発明において応力による生産率の減少は0%である。
本発明の他の面と有利な点は、後に続く詳細な説明から明らかになるだろう。そしてそれは、添付している図面と関連して理解される時には、発明の原理が実施例に沿って説明される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の１つの具体例を示す。
図２は、本発明を説明する実験値の表である。
図3A-Cは、本発明を使用しているフラットパネルディスプレイの異なる角度の図を示すものである。
図1-3中における同じ数字は、すべての図面において同様の要素に割り当てられている。本発明の具体例は、以下で図1-3に関連して議論される。しかしながら、これらの図についてここに与えられる詳しい記載は、本発明がこれらの制限された具体例の範囲を超えて広がるように説明的な目的のためであることを技術に熟練した者は、容易に認識するだろう。
発明の詳細な説明
図１は、本発明の一つの具体例100を示す。それは、２つの層102と104を含む薄膜である。両層は同じ材料からなるが、一つの層は窒素がドープされ、他の層は窒素がドープされていない。
第１の層102は基板120に対して連結される。第１の層102と基板120との間に付加的な膜があっても良い。第２の層104は、第１の層102の表面上にある。第１の層102は窒素をドープされるが、第２の層104は窒素をドープされない。薄膜100は第１の層102の第１の厚さ112と第２の層104の第２の厚さ114から成る薄膜の厚さ110を持つ。
一つの発明された過程において、薄膜はインラインスパッタリングシステムによって生成される。イオン化されたアルゴンがある特定の圧力、体積、そして速度でそのシステムの中を流れる間、特定の電力がスパッタリングターゲットにかけられる。薄膜基板を運搬しているパレットがある一定の走査速度でターゲットを横切って移動する時に、そのターゲットはスパッターされる。
そのシステムに基づいて、ある特定の体積と速度で窒素がまたシステムを通じて流れる間に、第１の層は堆積される。真空を破ることなく、第２の層が続けて堆積されるが、窒素を流さないで行われる。
図２は、インラインスパッタリングシステムKurdex Model V3000によって生成されたクロムから成る薄膜のいくつかの実験結果を示している。そして、それは本発明を説明するために用いられるものである。他のスパッタリングシステムが等しく適用できることに注意すべきである。Kurdexシステムに基づく例として、
（1）1.5KWのスパッタリングターゲットの特定の電力150を持ち、（2）10mTorrのアルゴンイオンの特定の圧力152を持ち、（3）225standardcubic centimeter/min.（SCCM）のアルゴンの体積流量速度154を持ち、（4）9SCCMの窒素の体積流量速度156を持ち、（5）170mm/min.のターゲットの走査速度158を持つ、システムにおいて、
形成された薄膜100は、（1）膜厚の約50%は窒素をドープされた第１の層で、その膜の残りの部分は窒素をドープされていない第２の層である1997Åの厚さ160を持ち、（2）膜を横切る方向に2%の厚さの均一性162を持ち、（3）2.5Ω/sq.の面積抵抗164を持ち、そして（4）0.87×1010dynes/cm2の引張り応力166を持つ。その薄膜が450℃で、その温度まで昇温させ、そしてその温度から降温させるのに要する時間を除いて１時間、焼成される場合、実質上同じ程度のままである応力を持つと共に、その面積抵抗164は2Ω/sq.まで落ちる。
窒素をドープされていない厚さ2000Åの従来のクロム膜は、約1.5〜2.0×1010dynes/cm2の応力レベルを持っている。それ故、約2Ω/sq.の同じ面積抵抗を維持する限り、その２層薄膜の応力は、従来技術の膜よりも少なくとも50%低くなっている。
他の例においては、
（1）3KWのスパッタリングターゲットの特定の電力150を持ち、（2）15mTorrのアルゴンイオンの特定の圧力152を持ち、（3）225standardcubic centimeter/min.（SCCM）のアルゴンの体積流量速度154を持ち、（4）4.5SCCMの窒素の体積流量速度156を持ち、（5）170mm/min.のターゲットの走査速度158を持つ、システムにおいて、
形成された薄膜100は、（1）窒素がドープされている第１の層が膜厚の約50%の厚さを持ち、そしてドープされていない第２の層が膜の残りの部分である4771Åの厚さ160を持ち、（2）膜を横切る方向に1.1%の厚さの均一性162を持ち、（3）1.25Ω/sq.の平面抵抗164を持ち、そして（4）0.5×1010dynes/cm2の引張り応力166を持つ。
この例において、第１の層中の窒素の原子百分率は約3%であると測定されている。
図２の実験データによって示されるように、応力と抵抗の両方共、4000Åの厚さを持つ薄膜に対してさえも、低いものである。図２に示される薄膜中において、第１の層の厚さ112は大体第２の層の厚さ114と等しいこと、即ち、二つの層の厚さの比は大体１に等しいことに注意する必要がある。図２中に示されるパラメータは単に例として出しているに過ぎない。他の値もまた、適用可能である。
図２中の例に示されるように、薄膜は、同じ材料で作製され、そしてその薄膜と同じような厚さを持つが、窒素をドープされていない膜よりも、低い応力レベルを持つものである。また、その薄膜は、同じ材料で作製され、その薄膜と同じような厚さを持ち、そして第１の層と同じような窒素の原子百分率を持つ膜よりも、低い面積抵抗を持つ。
多くの応用において、低面積抵抗を維持したまま、できるだけ薄膜を薄く確保することに有利な点がある。なぜならば、膜が薄くなればなるほど、連続膜のためのよりよいステップの到達範囲をその膜が持つようになるからである。データから見られるように、もし2Ω/sq.の面積抵抗と低応力を持つクロム薄膜を持つことを望むならば、その膜の厚さはほんの2000Åの厚さを持つようにすればよい。
上述したように、第１の層中の窒素の原子百分率はかなり低く、一つの例においては約3%である。他の窒素の原子百分率もまた、膜の応力と抵抗を異なる望ましい値にすることができるように適用可能である。例えば、これはシステムを通じて流れる窒素の流量（SCCM）を変化させることによってなされる。
本発明は膜の応力と抵抗を与えられた応用に適合させることを可能にする。原子百分率が変化され得るだけでなく、第１層と第２層の厚さの比もまた、その面積抵抗に関連して薄膜の応力を釣り合わせるために、変化され得る。例えば、第１の層と第２の層の間の厚さの比が１に等しい薄膜に関連して、第１の層102は第２の層104よりも厚くし得る。即ち、これはより低い応力を持つが、より高い面積抵抗を持つ薄膜に転移させてしまうだろう。
本発明の他の有利な点は、450℃で１時間薄膜を焼成しても或はしなくてもどちらでも、生成された薄膜はテープテストに合格するということである。薄膜はとても良い付着性能を持つ。更に、図２に示される薄膜を焼成することによって、応力レベルに影響を与えないで面積抵抗をよりいっそう減少させることができる。
図3A-Cは、本発明を用いたフラットパネルディスプレイ400の異なる角度の図である。多くの要素は省略されており、そして図中の異なる成分は多数の独創的な面を強調するように一定の比率に拡大して描かれてはいない。図3Aはディスプレイ400の断面図を示し、図3Bはディスプレイ中のバスの平面図を示し、そして図3Cはディスプレイ中の種々の膜の積層の断面図を示す。
図3Aに示されるように、ディスプレイ400は基板402、面板404、そして基板402と面板404との間のフリットガラスの真空シールリング406を含む。リング406は基板402と面板404との間の空間408を真空シールする。一つの具体例において、基板402はガラスから成り、面板404は空間408に面する表面上に蛍光性の材料を含み、そしてリング406はフリットガラスから成る。
ディスプレイ400は多数の横の列のバス410と縦の列のバス412を含んでいる。横の列のバスは基板402の一部の表面と連結されている。それらは図3Bに良く示されている。一般的には、それらは周期的に配置され、そして大体互いに平行である。縦の列のバス412は大体横の列のバスに対して直交する。
図3A-Bに示されるように、縦の列と横の列のバスの両方は、バイアスする目的のためにリング406の範囲を越えて広がっている。それ故、そのシールの形成時において、フリットガラスは熔融されなければならないので、両方のバスは、熱に耐えることができる材料から作製されなければならない。バスの表面にあるフリットガラスと共に、バス、その伝導性のような性質は、逆にその過程によって影響されるべきではない。一つの具体例において、縦の列と横の列のバスは、クロムから成る。
図3Cは、ディスプレイ400の横の列と縦の列のバスの種々の膜の重なりの断面を示す。種々の膜の重なりは、基板402上に二酸化珪素のバリアー層414を含んでいる。横の列のバス410はバリアー層414の表面にある。横の列のバスの上を覆って、抵抗性の膜416があるが、それは炭化珪素から作製され得るものである。抵抗性の膜416を覆っている膜は、金属と金属との間に挟まれる誘電体膜418である。そして、縦の列のバス412に至る。
一つの具体例においては、縦の列のバスは薄膜100から成る。他の具体例においては、縦の列と横の列のバスの両方は、薄膜100から成る。上述したように、本発明は薄膜の応力と抵抗を与えられる応用に適合させるようにすることができる。例えば、本発明は、4×109dynes/cm2よりも低い応力レベルを持ち、４〜５Ω/sq.で3000Åの厚さの薄膜、即ち、第１の層が約2000Åの厚さであり、第２の層が約1000Åの厚さであり、そして第１の層中の窒素の原子百分率は約3%である薄膜を作製することに使用されている。作製された薄膜は、フラットパネルディスプレイの面板中に電極として使用され得る。更に他の具体例においては、薄膜100は、電界放射型のフラットパネルディスプレイの電界放射源のためのゲート電極として使用される。
クロムは第１と第２の層に使用ざれる材料の一例として使用されている。他の型の遷移金属や耐熱性金属ももちろん使用され得る。一つの具体例において、その材料は、周期律表中の（第４周期から第６周期の間のIVＢ族、ＶＢ族、そしてVIＢ族と、第４周期のVIIＢ族とVIII族）のひとそろいから選択されるものであり、そして、それらはチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、そしてニッケルを含むものである。
薄膜の厚さは、本発明の図２に示されるものに限定されない。他の厚さが使用され得るが、例えば、その厚さは大体400Åから1μm又はそれ以上までの範囲にわたるものである。
本発明の他の具体例は、この明細書の考察から、或はここに開示される発明の実行から、技術に熟練した者に対して明らかになるだろう。その明細書と実施例が、後に続く特許請求の範囲により示される本発明の真の範囲と精神を持つ代表的なものであるとみなされることが意図されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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