JP6798952B2 - 半導体装置、発光装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体層を含んで構成される薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を有する半導体装置、その半導体装置に発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子を実装して構成される発光装置、及び半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、発光装置の一種として、ＬＥＤ等の発光素子を複数有する、バックライト装置が不要な自発光型の表示装置が知られている。そのような表示装置の基本構成のブロック回路図を図５（ａ）に示す。また、図５（ａ）の構成の表示装置の下面図を図５（ｂ）に示し、図５（ａ）のＡ１−Ａ２線における断面図を図６（ａ）に示し、図５（ａ）における一つの発光素子１４と発光制御部の回路図を図６（ｂ）に示す。表示装置は、ガラス基板等から成る絶縁基板１と、絶縁基板１上の所定の方向（例えば、行方向）に配置された走査信号線２と、走査信号線２と交差させて所定の方向と交差する方向（例えば、列方向）に配置された発光制御信号線３と、走査信号線２と発光制御信号線３によって区分けされた画素部（Ｐｍｎ）の複数から構成された表示部１１と、表示部１１を覆う絶縁層上に配置された複数の発光領域（Ｌｍｎ）と、を有する構成である。走査信号線２および発光制御信号線３は、絶縁基板１の側面に配置された側面配線１ｓを介して絶縁基板１の裏面にある裏面配線９に接続される。裏面配線９は、絶縁基板１の裏面に設置されたＩＣ，ＬＳＩ等の駆動素子６に接続される。即ち、表示装置は絶縁基板１の裏面にある駆動素子６によって表示が駆動制御される。駆動素子６は、例えば、絶縁基板１の裏面側にＣＯＧ（Chip On Glass）方式等の手段によって搭載される。また、絶縁基板１の裏面側には、駆動素子６との間で引き出し線を介して駆動信号、制御信号等を入出力するためのＦＰＣが設置される場合がある。また側面配線１ｓに替えてスルーホール等の貫通導体を用いる場合がある。

それぞれの画素部１５（Ｐｍｎ）には、発光領域（Ｌｍｎ）にある発光素子１４（ＬＤｍｎ）の発光、非発光、発光強度等を制御するための発光制御部２２が配置されている。この発光制御部２２は、発光素子１４のそれぞれに発光信号を入力するためのスイッチ素子としての薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）１２（図６（ｂ）に示す）と、発光制御信号（発光制御信号線３を伝達する信号）のレベル（電圧）に応じた、正電圧（アノード電圧：３〜５Ｖ程度）と負電圧（カソード電圧：−３Ｖ〜０Ｖ程度）の電位差（発光信号）から発光素子１４を電流駆動するための駆動素子としてのＴＦＴ１３（図６（ｂ）に示す）と、を含む。ＴＦＴ１３のゲート電極とソース電極とを接続する接続線上には容量素子４３（図６（ｂ）に示す）が配置されており、容量素子４３はＴＦＴ１３のゲート電極に入力された発光制御信号の電圧を次の書き換えまでの期間（１フレームの期間）保持する保持容量として機能する。

発光素子１４は、表示部１１を覆う絶縁層３１（図６（ａ）に示す）を貫通するスルーホール等の貫通導体２３ａ，２３ｂを介して、発光制御部２２、正電圧入力線１６、負電圧入力線１７に電気的に接続されている。即ち、発光素子１４の正電極は、貫通導体２３ａ及び発光制御部２２を介して正電圧入力線１６に接続されており、発光素子１４の負電極は、貫通導体２３ｂを介して負電圧入力線１７に接続されている。また表示装置は、平面視において、表示部１１と絶縁基板１の端１ｔとの間に額縁部１ｇがある。

なお、画素部１５は、それぞれが赤色発光用の副画素部、緑色発光用の副画素部、青色発光用の副画素部から成る場合がある。赤色発光用の副画素部は赤色ＬＥＤ等から成る赤色発光素子を有し、緑色発光用の副画素部は緑色ＬＥＤ等から成る緑色発光素子を有し、青色発光用の副画素部は青色ＬＥＤ等から成る青色発光素子を有している。例えば、これらの副画素部は、行方向あるいは列方向に並んでいる。

図７（ａ），（ｂ）は、正電圧入力線１６と負電圧入力線１７のそれぞれに貫通導体１６ｋ，１７ｋが接続された構成を示すブロック回路図である。図７（ａ）は、額縁部１ｇに貫通導体１６ｋ，１７ｋが配置されている構成を示し、図７（ｂ）は、表示部１１に貫通導体１６ｋ，１７ｋが配置されている構成を示している。これらの貫通導体１６ｋ，１７ｋは、側面配線１ｓと比較して低抵抗であるために、正電圧入力線１６及び負電圧入力線１７における電源電圧の電圧降下を小さくする目的で設けられる。表示部１１に貫通導体１６ｋ，１７ｋが配置されている場合、正電圧入力線１６及び負電圧入力線１７における電源電圧の電圧降下をより小さくすることができる。貫通導体１６ｋ，１７ｋは、絶縁基板１の裏面配線９に接続されており、さらに駆動素子６、他の駆動素子または外部装置に接続されるフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）の回路配線等に、電気的に接続される。

図８は、図７（ｂ）のＢ１−Ｂ２線における断面図であって、ＴＦＴ１３及び発光素子１４の部位を透視した断面図である。図８に示すように、絶縁基板１は貫通導体１６ｋを有しており、絶縁基板１上には複数の絶縁層３１が配置され、複数の絶縁層３１の層間には貫通導体１６ｋに電気的に接続されているＴＦＴ１３がある。貫通導体１６ｋを構成する導体は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ａｇ，Ｍｏ等の金属またはそれらの１種以上を含む合金から成る。複数の絶縁層３１は、絶縁基板１側から順に第１絶縁層３１ａ、第２絶縁層３１ｂ、第３絶縁層３１ｃ、第４絶縁層３１ｄが積層されており、第１絶縁層３１ａ、第２絶縁層３１ｂ、第３絶縁層３１ｃは、それぞれ酸化珪素（ＳｉＯ₂），窒化珪素（ＳｉＮ_x）等から成り、第４絶縁層３１ｄはアクリル系樹脂，ポリカーボネート等から成る。貫通導体１６ｋは、絶縁基板１上にある、Ｍｏ層／Ａｌ層／Ｍｏ層（Ｍｏ層上にＡｌ層、Ｍｏ層が順次積層された積層構造を示す）等から成る正電圧入力線１６に接続されており、正電圧入力線１６はＴＦＴ１３のソース電極１３ｓにスルーホール５２を介して接続されている。

ＴＦＴ１３のゲート電極１３ｇは、第１絶縁層３１ａと第２絶縁層３１ｂとの層間に配置され、ＴＦＴ１３の半導体層１３ａは、第２絶縁層３２ｂと第３絶縁層３１ｃとの層間に配置され、ＴＦＴ１３のソース電極１３ｓとドレイン電極１３ｄは、第３絶縁層３２ｃと第４絶縁層３１ｄとの層間に配置されている。ソース電極１３ｓは半導体層１３ａにスルーホール５３を介して接続され、ドレイン電極１３ｄは半導体層１３ａにスルーホール５４を介して接続され、またドレイン電極１３ｄは、正電極４４ａを構成する電極層４２ａにスルーホール５５を介して接続されている。

発光素子１４は、絶縁層３１上に配置された正電極４４ａと負電極４４ｂにハンダ等の導電性接続部材を介して電気的に接続されて、絶縁層３１上に実装される。正電極４４ａは、Ｍｏ層／Ａｌ層／Ｍｏ層等から成る電極層４２ａと、それを覆う酸化インジウム錫（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）等から成る透明電極４３ａと、から成る。負電極４４ｂも同様の構成であり、Ｍｏ層／Ａｌ層／Ｍｏ層等から成る電極層４２ｂと、それを覆うＩＴＯ等から成る透明電極４３ｂと、から成る。絶縁層３１と、透明電極４３ａ，４３ｂのそれぞれの一部（発光素子１４が重ならない部位）と、を覆って、絶縁層４５が配置されており、この絶縁層４５は酸化珪素（ＳｉＯ₂），窒化珪素（ＳｉＮ_x）等から成る（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１７−９７２５号公報

しかしながら、図８に示す構成の上記従来の表示装置においては、以下の問題点があった。貫通導体１６ｋを構成する導体は、高い導電性の点でＣｕから成る場合が多く、ＣｕはＴＦＴ１３の半導体層１３ａに対して汚染物質となるという問題点があった。また、貫通導体１６ｋには電源電流等の大電流を流すことが多く、その場合貫通導体１６ｋに電流集中が生じて貫通導体１６ｋが発熱し、その結果、貫通導体１６ｋに重なる絶縁層３１の部位にクラックが発生したり、貫通導体１６ｋと正電圧入力線１６との接続部に断線が発生するという問題点があった。また、絶縁基板１に貫通導体１６ｋを設けることによって、貫通導体１６ｋに接続される電源配線等の配線における信号の電圧降下を小さくすることができるが、多数の発光素子１４が配置される発光装置においては配線の長さが長くなるために、信号の電圧降下を小さくすることが難しくなるという問題点があった。また、一般に貫通導体を形成した絶縁基板１にＴＦＴ等を形成するため、貫通導体はその位置やサイズのばらつき、精度が悪く、ＴＦＴの微細化による位置ずれなどが生じる結果として、高密度の半導体装置の実現が難しいと言う問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、貫通導体の発熱によって貫通導体に重なる絶縁層の部位にクラックが発生したり、貫通導体とそれに接続される配線との接続部に断線が発生することを効果的に抑えることができる、半導体装置及び発光装置を提供することである。また、貫通導体に接続される配線における信号の電圧降下をより小さくすることができる、半導体装置及び発光装置を提供することである。また、高密度なＴＦＴを形成した後に精度の劣る貫通導体を作成することにより、結果として高密度の半導体装置の実現を可能とすることである。また、貫通導体を構成する導体がＴＦＴの半導体層を汚染することを抑えることができるとともに、貫通導体の発熱による上記問題点の発生を抑えることができる結果、信頼性が高く長寿命の半導体装置を製造できる半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板を貫通する貫通導体と、前記絶縁基板上に配置された複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層の層間に配置されるとともに前記貫通導体に電気的に接続されている薄膜トランジスタと、を有している半導体装置であって、前記複数の絶縁層における前記貫通導体と重なる部位に、貫通孔が配置されており、前記貫通孔の開口の径が前記貫通導体の径よりも大きく、かつ前記貫通孔の開口の内側に前記貫通導体が位置している構成である。

本発明の半導体装置は、好ましくは、前記貫通導体は、複数個が前記絶縁基板に均等に配置されている。

また本発明の半導体装置は、好ましくは、前記貫通導体は前記絶縁基板に複数配置されているとともに、それらは前記絶縁基板の端との距離が互いに異なるものを含んでおり、前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体の平面視での面積が他の前記貫通導体の平面視での面積よりも大きい。

また本発明の半導体装置は、好ましくは、前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体を流れる電流が、他の前記貫通導体を流れる電流よりも大きい。

また本発明の半導体装置は、好ましくは、前記絶縁基板は、側面に配置された側面導体を有しており、前記貫通導体は、前記側面導体に電気的に接続されている。

また本発明の半導体装置は、好ましくは、前記絶縁基板は、側面に前記側面導体と電気的に独立している側面配線が配置されている。

本発明の発光装置は、上記本発明の構成の半導体装置を有する発光装置であって、前記複数の絶縁層の上に前記薄膜トランジスタと電気的に接続される電極が配置されており、前記電極に接続された発光素子を有している構成である。

本発明の半導体装置の製造方法は、前記絶縁基板上に前記複数の絶縁層を積層するとともにそれらの層間に前記薄膜トランジスタを形成し、次に、前記複数の絶縁層を貫通する前記貫通孔を形成し、次に、前記貫通孔の開口の内側に露出した前記絶縁基板の部位に、前記絶縁基板を貫通する孔を形成し、前記孔に導体柱を配置することによって前記貫通導体を形成する構成である。

本発明の半導体装置の製造方法は、好ましくは、前記貫通孔をエッチング法によって形成し、前記絶縁基板を貫通する孔をレーザ光照射法によって形成する。

また本発明の半導体装置の製造方法は、好ましくは、前記導体柱は銅柱である。

また本発明の半導体装置の製造方法は、好ましくは、前記貫通孔は、前記貫通導体の側の径よりも反対側の径が大きい。

本発明の半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板を貫通する貫通導体と、前記絶縁基板上に配置された複数の絶縁層と、前記複数の絶縁層の層間に配置されるとともに前記貫通導体に電気的に接続されている薄膜トランジスタと、を有している半導体装置であって、前記複数の絶縁層における前記貫通導体と重なる部位に、貫通孔が配置されており、前記貫通孔の開口の径が前記貫通導体の径よりも大きく、かつ前記貫通孔の開口の内側に前記貫通導体が位置している構成であることから、以下の効果を奏する。複数の絶縁層における貫通導体と重なる部位に貫通孔が配置されていることから、貫通導体の放熱性が向上し、
貫通導体に電源電流等の大きな電流を流したとしても、貫通導体の発熱によって貫通導体に重なる絶縁層の部位にクラックが発生したり、貫通導体とそれに接続される配線との接続部に断線が発生することを効果的に抑えることができる。

本発明の半導体装置は、前記貫通導体は、複数個が前記絶縁基板に均等に配置されている場合、絶縁基板において複数個の貫通導体の発熱による熱集中を抑えることができる。その結果、絶縁層の部位にクラックが発生したり、貫通導体とそれに接続される配線との接続部に断線が発生することをより効果的に抑えることができる。また、複数個の貫通導体を均等に配置することにより絶縁基板の面内での電圧降下を最小で均一なものとすることが可能となり、電圧降下に伴う発光輝度の不均一などが無い発光装置等の実現が可能となる。

また本発明の半導体装置は、前記貫通導体は前記絶縁基板に複数配置されているとともに、それらは前記絶縁基板の端との距離が互いに異なるものを含んでおり、前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体の平面視での面積が他の前記貫通導体の平面視での面積よりも大きい場合、絶縁基板の端に最も近い貫通導体の抵抗を、他の貫通導体の抵抗よりも小さくすることができる。従って、それらの貫通導体に電源電流等の大きな電流を流したとしても、貫通導体に接続される配線における電圧降下のばらつきを小さくすることができる。また、それらの貫通導体の放熱性のばらつきも小さくすることができる。貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。

また本発明の半導体装置は、前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体を流れる電流が、他の前記貫通導体を流れる電流よりも大きい場合、絶縁基板の端に最も近い貫通導体の抵抗を、他の貫通導体の抵抗よりも小さくしているので、絶縁基板の端に最も近い貫通導体に電源電流等の大電流を流すことができる。

また本発明の半導体装置において、前記絶縁基板は、側面に配置された側面導体を有しており、前記貫通導体は、前記側面導体に電気的に接続されている場合、貫通導体及び側面導体のそれぞれに電流が分配されるので、貫通導体を流れる電流が小さくなる。その結果、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。また、複数の貫通導体がある場合、貫通導体に接続された配線における信号の電圧降下のばらつきを小さくすることができる。また、それらの貫通導体の放熱性のばらつきも小さくすることができる。また、一般に側面導体は貫通導体より低抵抗化が難しく、大電流を流した場合はマイグレーションなど信頼性の低下も懸念されていたが、貫通導体で冗長接続する事により、側面導体の高信頼性化が可能になる。

また本発明の半導体装置は、前記絶縁基板は、側面に前記側面導体と電気的に独立している側面配線が配置されている場合、薄膜トランジスタのゲート電極に入力する走査信号等を側面配線を介して供給することができるので、貫通導体の数が増加することを抑えることができる。また、大電流の接続を側面配線だけでは無く貫通導体でも実施することで、大電流用に大面積の側面導体の形成が不要となり、側面配線領域の縮小や形成する辺をより少なくすることができるなど狭額縁化に大いに寄与する。また、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。

本発明の発光装置は、上記本発明の構成の半導体装置を有する発光装置であって、前記複数の絶縁層の上に前記薄膜トランジスタと電気的に接続される電極が配置されており、前記電極に接続された発光素子を有している構成であることから、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生を効果的に抑えることができる結果、信頼性が高く長寿命の発光装置となる。

本発明の半導体装置の製造方法は、前記絶縁基板上に前記複数の絶縁層を積層するとともにそれらの層間に前記薄膜トランジスタを形成し、次に、前記複数の絶縁層を貫通する前記貫通孔を形成し、次に、前記貫通孔の開口の内側に露出した前記絶縁基板の部位に、前記絶縁基板を貫通する孔を形成し、前記孔に導体柱を配置することによって前記貫通導体を形成する構成であることから、以下の効果を奏する。薄膜トランジスタを形成した後に、貫通導体を形成することができるので、貫通導体を構成する導体がＴＦＴの半導体層を汚染することを抑えることができる。また、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生を抑えることができる結果、信頼性が高く長寿命の半導体装置を製造できる。また、高密度、高精度にＴＦＴを絶縁基板に形成した後に、位置精度、サイズの精度の劣る貫通導体を絶縁基板に形成することにより、ＴＦＴと貫通導体との配線を介しての接続が容易になる結果として、高密度の半導体装置の実現が可能となる。

本発明の半導体装置の製造方法は、前記貫通孔をエッチング法によって形成し、前記絶縁基板を貫通する孔をレーザ光照射法によって形成する場合、絶縁基板を貫通する孔の位置及び大きさを正確なものとして形成できる。その結果、放熱性に優れた貫通導体を形成することが容易になる。

また本発明の半導体装置の製造方法は、前記導体柱は銅柱である場合、高い導電性を有する貫通導体を形成できる。従って、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生をより抑えることができるとともに、貫通導体を構成する銅がＴＦＴの半導体層を汚染することを抑えることができ、長寿命の半導体装置を製造できる。

また本発明の半導体装置の製造方法は、前記貫通孔は、前記貫通導体の側の径よりも反対側の径が大きい場合、貫通導体の放熱性が向上する。その結果、貫通導体の発熱による上記諸問題点の発生をより抑えることができる。

図１は、本発明の半導体装置を有する発光装置について実施の形態の１例を示す図であり、図３（ａ）のＣ１−Ｃ２線における断面図であって、薄膜トランジスタ及び発光素子の部位を透視した断面図である。 図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の発光装置について実施の形態の他例を示す図であり、図１と同様の部位を示す断面図である。 図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の発光装置について実施の形態の他例を示す図であり、発光装置のブロック回路図である。 図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明の発光装置について実施の形態の他例を示す図であり、発光装置のブロック回路図である。 図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の発光装置の一例を示す図であり、（ａ）は発光装置のブロック回路図、（ｂ）は（ａ）の発光装置の下面図である。 図６（ａ）は図５（ａ）のＡ１−Ａ２線における断面図、（ｂ）は図５（ａ）における一つの発光素子及びそれに接続される発光制御部の回路図である。 図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の発光装置の一例を示す図であり、発光装置のブロック回路図である。 図８は、図７（ｂ）のＢ１−Ｂ２線における断面図であって、薄膜トランジスタ及び発光素子の部位を透視した断面図である。

以下、本発明の半導体装置、発光装置及び半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、本発明の半導体装置及び発光装置の実施の形態における構成部材のうち、半導体装置及び発光装置を説明するための主要部を示している。従って、本発明に係る半導体装置及び発光装置は、図に示されていない配線導体、制御ＩＣ，ＬＳＩ等の周知の構成部材を備えていてもよい。なお、本発明の半導体装置、発光装置及び半導体装置の製造方法の実施の形態を示す図１〜図４において、図５〜図８と同じ部位には同じ符号を付しており、それらの詳細な説明は省く。

本発明の半導体装置は、ＴＦＴに接続されて動作が制御される種々の電子素子が搭載されることによって、種々の電子装置を構成し得る。電子素子としては、ＬＥＤ等の発光素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems）素子等がある。図１〜図４は、本発明の半導体装置を用いた発光装置について実施の形態の各種例を示す図であり、以下、発光装置用の半導体装置及び発光装置について説明する。

図１に示すように、本発明の半導体装置は、ガラス基板等から成る絶縁基板１と、絶縁基板１を貫通する貫通導体１６ｋ１と、絶縁基板１上に配置された複数の絶縁層３１と、複数の絶縁層３１の層間に配置されるとともに貫通導体１６ｋ１に電気的に接続されているＴＦＴ１３と、を有している半導体装置であって、複数の絶縁層３１における貫通導体１６ｋ１と重なる部位に、貫通孔６０が配置されており、貫通孔６０の開口の径が貫通導体１６ｋ１の径よりも大きく、かつ貫通孔６０の開口の内側に貫通導体１６ｋ１が位置している構成である。この構成により、貫通導体１６ｋ１の放熱性が向上し、貫通導体１６ｋ１に電源電流（数μＡ〜数１０μＡ程度）等の大きな電流を流したとしても、貫通導体１６ｋ１の発熱によって貫通導体１６ｋ１に重なる絶縁層３１の部位にクラックが発生したり、貫通導体１６ｋ１とそれに接続される正電圧入力線１６との接続部に断線が発生することを効果的に抑えることができる。

本発明の半導体装置において、絶縁基板１は、ガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板等の電気的に絶縁性の基板であるが、絶縁性の基板に金属基板等の放熱性が高い基板が付加されていてもよい。また、絶縁基板１は透明なガラス基板であってもよいが、不透明なものであってもよい。絶縁基板１が不透明なものである場合、絶縁基板１は着色されたガラス基板、摺りガラスから成るガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板、あるいはそれらの基板を積層した複合基板であってもよい。

貫通導体１６ｋ１の径、貫通孔６０の径は、円柱状の貫通導体１６ｋ１、円筒状の貫通孔６０である場合、横断面における直径を意味する。貫通導体１６ｋ１が楕円柱状、貫通孔６０が楕円筒状である場合、横断面における長径（最大径）または平均径である。貫通導体１６ｋ１がその他の四角柱状等の柱状、貫通孔６０がその他の四角筒状等の筒状である場合、横断面における最大幅または平均幅である。いすれにしても、平面視において、貫通孔６０の開口の内側に貫通導体１６ｋ１が位置している構成である。

貫通孔６０の径は貫通導体１６ｋ１の径よりも１０μｍ〜５０μｍ程度外側に位置し、例えば、貫通導体１６ｋ１の径は、円柱状の貫通導体１６ｋ１であれば１０μｍ〜５００μｍ程度の長さの直径である。貫通孔６０の径は、円筒状の貫通孔６０であれば３０μｍ〜６００μｍ程度の長さの直径である。

貫通孔６０は、貫通導体１６ｋ１の側の径（図１では下端側の径）よりも反対側の径（図１では上端側の径）が大きいことが好ましい。この場合、貫通孔６０が上側に向かって大きく開いた構成となるために、貫通導体１６ｋ１で発生した熱が空間に放散されやすくなり、貫通導体１６ｋ１の放熱性が向上する。その結果、貫通導体１６ｋ１の発熱による上述の諸問題点の発生をより抑えることができる。図２（ａ）は、貫通導体１６ｋ１の側の径よりも反対側の径を大きくする場合に、段階的に大きくした構成を示すものである。この場合、貫通導体１６ｋ１で発生した熱が空間により放散されやすくなり、貫通導体１６ｋ１の放熱性がより向上する。貫通孔６０の上端側の径と下端側の径の比は、例えば１．１倍〜２倍程度であればよい。また、貫通導体１６ｋ１上方の空間を構成する窪みには黒色絶縁膜などの透明絶縁膜よりも熱伝導性、放熱性に優れた保護膜や加飾膜を設けてもよい。

図２（ｂ）は、貫通導体１６ｋ１について、絶縁基板１の第１主面（発光素子搭載主面）側の径が、絶縁基板１の第２主面（発光素子搭載主面と反対側の主面）側の径よりも小さい、好適な構成を示すものである。即ち、貫通導体１６ｋ１の第２主面側（下端側）の径が第１主面側（上端側）の径より大きい構成である。この場合、貫通導体１６ｋ１で発生した熱が絶縁基板１の第２主面の側に放散されやすくなり、絶縁層３１への熱の影響を小さくすることができる。従って、貫通導体１６ｋ１の発熱による上述の諸問題点の発生をより抑えることができる。

図３（ａ）は、複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎが表示部１１に配置されている構成を示すものである。この場合、複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎのそれぞれが、それが接続される配線である、正電圧入力線１６、負電圧入力線１７の中央部に接続されていることが良い。この構成の場合、正電圧入力線１６、負電圧入力線１７における電圧降下がより小さくなる。正電圧入力線１６、負電圧入力線１７の中央部は、例えば、それらの線の中心から−１５％〜＋１５％の長さの範囲、即ち線の中心を含む３０％程度の長さの範囲である。

図３（ｂ）は、複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎが表示部１１に配置されており、それらの隣接間の間隔がほぼ同じである、好適な構成を示すものである。この場合、絶縁基板１において、複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎで発生した熱が局所的に集中することを抑えることができる。複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの隣接間の間隔は、全く同じである必要はなく、間隔の比を１倍〜１．５倍程度の範囲内として調整し得る。その範囲を外れると、絶縁基板１に局所的な熱集中が発生しやすくなる傾向がある。

本発明の半導体装置は、貫通導体は、複数個が絶縁基板１に均等に配置されていることが好ましい。この場合、絶縁基板１内での抵抗分布や電圧降下が均一となり、また絶縁基板１において複数個の貫通導体の発熱による熱集中を抑えることができる。その結果、絶縁層３１の部位にクラックが発生したり、貫通導体とそれに接続される配線との接続部に断線が発生することをより効果的に抑えることができる。複数個の貫通導体が絶縁基板１に均等に配置されている構成は、複数個の貫通導体が発熱したときに絶縁基板１の熱分布が均等になるような構成である。例えば、矩形状の絶縁基板１の主面を行列状に均等の面積でもって区分するに際して、貫通導体の数と区分された部位の数が同じになるようにする。そして、それぞれの区分された部位の中心部に貫通導体を配置する構成である。図３においては、各入力線毎に貫通導体を設けているが、複数本毎に束ね、束ねた毎に貫通導体を設けても良い。それらの貫通導体間は上下千鳥配置なども含め均等に配置されている構成であることが良い。

図４（ａ）は、貫通導体は絶縁基板１に複数配置されているとともに、それらの貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎは、絶縁基板１の端１ｔとの距離が互いに異なるものを含んでおり、絶縁基板１の端１ｔに最も近い貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎの平面視での各面積が、他の貫通導体１７ｋ１〜１７ｋｎの平面視での各面積よりも大きい、好適な構成を示すものである。この場合、絶縁基板１の端１ｔに最も近い貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎの抵抗を、他の貫通導体１７ｋ１〜１７ｋｎの抵抗よりも小さくすることができる。従って、それらの貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎに電源電流等の大きな電流を流したとしても、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎに接続される正電圧入力線１６、負電圧入力線１７における電圧降下のばらつきを小さくすることができる。即ち、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎは正電圧入力線１６の端部において接続されているが、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎの抵抗が小さいために、正電圧入力線１６における信号の電圧降下を小さくすることができる。従って、負電圧入力線１７における信号の電圧降下と、正電圧入力線１６における信号の電圧降下と、を同程度とすることができる。また、それらの貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの放熱性のばらつきも小さくすることができる。従って、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。

貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎの平面視での各面積と、他の貫通導体１７ｋ１〜１７ｋｎの平面視での各面積と、の比は、１．１倍〜５倍程度の範囲内で調整することができる。１．１倍未満では、上記の電圧降下のばらつきを小さくする効果、放熱性のばらつきも小さくする効果が得られにくい傾向がある。５倍を超えると、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎを配置するスペースが得られにくい傾向がある。好ましくは、１．５倍〜３倍程度の範囲内で調整することができる。

図４（ａ）の構成において、絶縁基板１の端１ｔに最も近い貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎを流れる電流が、他の貫通導体１７ｋ１〜１７ｋｎを流れる電流よりも大きいことが好ましい。この場合、絶縁基板１の端１ｔに最も近い貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎの抵抗を、他の貫通導体１７ｋ１〜１７ｋｎの抵抗よりも小さくしているので、絶縁基板１の端１ｔに最も近い貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎに電源電流等の大きな電流を流すことができる。

図４（ｂ）は、絶縁基板１が、側面に配置された側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎを有しており、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎのそれぞれは、側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎのそれぞれに電気的に接続されている、好適な構成を示すものである。この場合、貫通導体１６ｋ１と側面導体１６ｓ１についてみたとき、貫通導体１６ｋ１と側面導体１６ｓ１のそれぞれに電流が分配されるので、貫通導体１６ｋ１を流れる電流が小さくなる。その結果、貫通導体１６ｋ１の発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。また、複数の貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎがある場合、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎに接続された、正電圧入力線１６及び負電圧入力線１７のそれぞれにおける信号の電圧降下のばらつきを小さくすることができる。また、それらの貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの放熱性のばらつきも小さくすることができる。

側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、それぞれ絶縁基板１の側面の所定部位に、メッキ法、蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法等によって導体層を成膜する方法で形成される。あるいは、側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、それぞれ絶縁基板１の側面の所定部位にエッチング法等によって溝を形成し、次にその溝に、メッキ法、蒸着法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法等によって導体層を成膜する方法で形成される。あるいは、側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、それぞれ絶縁基板１の側面の所定部位に、銀（Ａｇ）等の導電性粒子，樹脂成分，アルコール等を含む導体ペーストを塗布し焼成して導体層を作製する厚膜形成法等によって形成される。あるいは、側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、それぞれ絶縁基板１の側面の所定部位にエッチング法等によって溝を形成し、次にその溝に導体ペーストを塗布し焼成して導体層を作製する厚膜形成法等によって形成される。

また側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ）等の導体材料から成る。さらに側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎは、それぞれの幅が１０μｍ〜１０００μｍ程度である。

また本発明の半導体装置は、絶縁基板１は、側面に側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎと電気的に独立している側面配線１ｓが配置されていることが好ましい。この場合、ＴＦＴ１３のゲート電極に入力する走査信号等を側面配線１ｓを介して供給することができるので、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの数が増加することを抑えることができる。その結果、貫通導体１６ｋ１〜１６ｋｎ，１７ｋ１〜１７ｋｎの発熱による上記諸問題点の発生をより効果的に抑えることができる。勿論、ＴＦＴ１３のドレイン電極に入力する発光制御信号を側面配線１ｓを介して供給することもできる。側面配線１ｓは、上記の側面導体１６ｓ１〜１６ｓｎ，１７ｓ１〜１７ｓｎと同様の形成方法によって形成し得る。

本発明の発光装置は、図１、図２に示すように、上記本発明の構成の半導体装置を有する発光装置であって、複数の絶縁層３１の上にＴＦＴ１３と電気的に接続される、正電極４４ａ及び負電極４４ｂが配置されており、正電極４４ａ及び負電極４４ｂにアノード電極及びカソード電極が接続された発光素子１４を有している構成である。この構成により、貫通導体１６ｋ１の発熱による上記諸問題点の発生を効果的に抑えることができる結果、信頼性が高く長寿命の発光装置となる。

本発明の発光装置において、発光素子１４としては、マイクロチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）、モノリシック型の発光ダイオード、有機ＥＬ、無機ＥＬ、半導体レーザ素子等の自発光型のものであれば採用し得る。

本発明の発光装置は表示装置等に適用できる。本発明の発光装置が適用された表示装置は、一つの画素部１５に、異なる発光波長（発光色）の発光素子１４が複数配置されており、それぞれに接続される発光制御部がある構成であってもよい。例えば、一つの画素部１５に、赤色ＬＥＤ（ＲＬＥＤ）等から成る赤色発光素子と緑色ＬＥＤ（ＧＬＥＤ）等から成る緑色発光素子と青色ＬＥＤ（ＢＬＥＤ）等から成る青色発光素子と、が配置されており、それぞれに接続される発光制御部（Ｒドライバ、Ｇドライバ、Ｂドライバ）がある構成であってもよい。この場合、例えば、画素部１５の中心部にＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤが集約的に正三角形の各頂点に位置するように配置されており、ＲドライバとＧドライバとＢドライバが、ＲＬＥＤとＧＬＥＤとＢＬＥＤよりも絶縁基板１の内側に配置される構成とし得る。また、画素部１５の中心部にＲＬＥＤ、ＧＬＥＤ、ＢＬＥＤが、走査信号線２または発光制御信号線３に平行な一直線上、すなわち行方向または列方向に平行な一直線上、に配列された構成とすることもできる。

また、隣接する３つの画素部１５のそれぞれに、互いに異なる発光波長（発光色）の発光素子１４が配置されており、それぞれに接続される発光制御部がある構成であってもよい。例えば、第１の画素部１５に赤色ＬＥＤ（ＲＬＥＤ）等から成る赤色発光素子が配置され、第２の画素部１５に緑色ＬＥＤ（ＧＬＥＤ）等から成る緑色発光素子が配置され、第３の画素部１５に青色ＬＥＤ（ＢＬＥＤ）等から成る青色発光素子が配置されており、それぞれに接続される発光制御部（Ｒドライバ、Ｇドライバ、Ｂドライバ）が各画素部１５にある構成であってもよい。第１の画素部１５と第２の画素部１５と第３の画素部１５は、行方向に並んでいてもよく、列方向に並んでいてもよい。

本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁基板１上に複数の絶縁層３１を積層するとともにそれらの層間にＴＦＴ１３を形成し、次に、複数の絶縁層３１を貫通する貫通孔６０を形成し、次に、貫通孔６０の開口の内側に露出した絶縁基板１の部位に、絶縁基板１を貫通する孔を形成し、その孔に導体柱を配置することによって貫通導体１６ｋ１を形成する構成である。この構成により以下の効果を奏する。ＴＦＴ１３を形成した後に、貫通導体１６ｋ１を形成することができるので、貫通導体１６ｋ１を構成する導体がＴＦＴ１３の半導体層１３ａを汚染することを抑えることができる。また、貫通導体１６ｋ１の発熱による上記諸問題点の発生を抑えることができる結果、信頼性が高く長寿命の半導体装置を製造できる。従来、貫通導体１６ｋ１を形成した後にＴＦＴ１３を形成した場合、ＴＦＴ１３を形成するための加熱工程等において、貫通導体１６ｋ１を構成する銅（Ｃｕ）等の導体がＴＦＴ１３の半導体層１３ａに拡散し汚染するという問題点があったが、本発明においてはこの問題点は解消される。なお、半導体層１３ａは、低温焼成ポリシリコン（Low-Temperature Poly Silicon：ＬＴＰＳ），アモルファスシリコン等から成る。

貫通導体１６ｋ１は、レーザ加工法、エッチング法等によって絶縁基板１を貫通する孔を形成し、次に孔に導体柱を配置することによって形成される。導体柱は、孔に導体ペーストを充填し焼成して導体柱を作製する厚膜形成法等によって形成される。あるいは、別途作製した導体柱を孔に挿入し、導電性接着材等によって孔に導体柱を接着することによって形成される。貫通導体１６ｋ１は、銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），モリブデン（Ｍｏ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ）等の金属またはそれらの１種以上を含む合金から成る。

複数の絶縁層３１は、無機材料又は有機材料から構成される。無機材料としては、酸化珪素（ＳｉＯ₂），窒化珪素（ＳｉＮ_x）等を用いることができる。有機材料としては、アクリル樹脂，ポリイミド，ポリアミド，ポリイミドアミド，ベンゾシクロブテン，ポリシロキサン，ポリシラザン等を用いることができる。複数の絶縁層３１は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって形成される。

貫通導体１６ｋ１とＴＦＴ１３を電気的に接続する正電圧入力線１６、負電圧入力線１７等の配線は、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），ネオジウム（Ｎｄ），金（Ａｕ）等から選ばれた元素から成る金属材料、これらの元素を主成分とする合金材料を用いて形成される。また配線は、透光性が必要な場合、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ），インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ），酸化珪素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物から成る透明導電性材料、またはリン，ボロンを含むシリコン（Ｓｉ）等の導電性材料であって透光性を有する材料を用いて形成される。また配線は、メッキ法、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によって形成される。

本発明の半導体装置の製造方法は、貫通孔１６ｋ１をエッチング法によって形成し、絶縁基板１を貫通する孔をレーザ光照射法によって形成することが好ましい。この場合、絶縁基板１を貫通する孔の位置及び大きさを正確なものとして形成できる。その結果、放熱性に優れた貫通導体１６ｋ１を形成することが容易になる。

貫通孔１６ｋ１をエッチング法によって形成するには、絶縁層３１上にフォトレジストを塗布して貫通孔１６ｋ１を形成するためのパターンを露光した後に、エッチング法により不要な絶縁層３１の部位を除去することによって、形成し得る。エッチング法としては、弗酸等のエッチング液を用いるウェットエッチング法、四フッ化炭素ガス等のエッチングガスを用いるドライエッチング法等の公知のエッチング法を採用し得る。

絶縁基板１を貫通する孔をレーザ光照射法によって形成するには、光波長７８０ｎｍ〜１４００ｎｍ程度の赤外線を発振する赤外線レーザ（Infrared Laser：ＩＲ）装置等を用いて形成し得る。赤外線は熱作用が大きく、ＩＲレーザ光を用いると、鋼板、ガラス基板等の被照射部材の溶断、穴あけ等の加工が容易である。ＩＲレーザ装置としては、炭酸ガス（ＣＯ₂）レーザ装置、Ｎｄ：ＹＡＧ（ＮｄドープＹＡＧ）レーザ装置等のＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ装置等がある。ＹＡＧレーザ装置のレーザ光は、炭酸ガス（ＣＯ₂）レーザ装置のレーザ光よりも短波長であり、加熱効率が高いために好適である。ＹＡＧレーザ装置のメリットとしては、熱が集中し、被照射部材への入熱が少ないために被照射部材の歪が少なくなること、パルス制御によって仕上がりが良好な孔の形状が得られること、光の焦点の大きさを変えることによって孔の大きさを制御できること、被照射部材の材料に対する依存性が小さく種々の材料の被照射部材を選択できること、がある。

また本発明の半導体装置の製造方法は、導体柱は銅柱であることが好ましい。この場合、高い導電性を有する貫通導体１６ｋ１を形成できる。従って、貫通導体１６ｋ１の発熱による上記諸問題点の発生をより抑えることができるとともに、貫通導体１６ｋ１を構成する銅（Ｃｕ）がＴＦＴの半導体層を汚染することを抑えることができ、長寿命の半導体装置を製造できる。

なお、本発明の半導体装置、発光装置、半導体装置の製造方法は、上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更、改良を含んでいてもよい。

本発明の半導体装置を有する発光装置は、ＬＥＤ表示装置、有機ＥＬ表示装置等の表示装置に適用し得、またその表示装置は、各種の電子機器に適用できる。その電子機器としては、複合型かつ大型の表示装置（マルチディスプレイ）、自動車経路誘導システム（カーナビゲーションシステム）、船舶経路誘導システム、航空機経路誘導システム、スマートフォン端末、携帯電話、タブレット端末、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電子手帳、電子書籍、電子辞書、パーソナルコンピュータ、複写機、ゲーム機器の端末装置、テレビジョン、商品表示タグ、価格表示タグ、産業用のプログラマブル表示装置、カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー、ファクシミリ、プリンター、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、デジタル表示式腕時計、スマートウォッチなどがある。

１ 絶縁基板
２ 走査信号線
３ 発光制御信号線
１３ ＴＦＴ
１４ 発光素子
１６ 正電圧入力線
１６ｋ１ 貫通導体
１７ 負電圧入力線
３１ 絶縁層
６０ 貫通孔

Claims (11)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板を貫通する貫通導体と、
   前記絶縁基板上に配置された複数の絶縁層と、
   前記複数の絶縁層の層間に配置されるとともに前記貫通導体に電気的に接続されている薄膜トランジスタと、を有している半導体装置であって、
   前記複数の絶縁層における前記貫通導体と重なる部位に、貫通孔が配置されており、
   前記貫通孔の開口の径が前記貫通導体の径よりも大きく、かつ前記貫通孔の開口の内側に前記貫通導体が位置している半導体装置。
2. 前記貫通導体は、複数個が前記絶縁基板に均等に配置されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記貫通導体は前記絶縁基板に複数配置されているとともに、それらは前記絶縁基板の端との距離が互いに異なるものを含んでおり、
   前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体の平面視での面積が他の前記貫通導体の平面視での面積よりも大きい請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記絶縁基板の端に最も近い前記貫通導体を流れる電流が、他の前記貫通導体を流れる電流よりも大きい請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記絶縁基板は、側面に配置された側面導体を有しており、
   前記貫通導体は、前記側面導体に電気的に接続されている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記絶縁基板は、側面に前記側面導体と電気的に独立している側面配線が配置されている請求項５に記載の半導体装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置を有する発光装置であって、
   前記複数の絶縁層の上に前記薄膜トランジスタと電気的に接続される電極が配置されており、
   前記電極に接続された発光素子を有している発光装置。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記絶縁基板上に前記複数の絶縁層を積層するとともにそれらの層間に前記薄膜トランジスタを形成し、
   次に、前記複数の絶縁層を貫通する前記貫通孔を形成し、
   次に、前記貫通孔の開口の内側に露出した前記絶縁基板の部位に、前記絶縁基板を貫通する孔を形成し、前記孔に導体柱を配置することによって前記貫通導体を形成する半導体装置の製造方法。
9. 前記貫通孔をエッチング法によって形成し、
   前記絶縁基板を貫通する孔をレーザ光照射法によって形成する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記導体柱は銅柱である請求項８または請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記貫通孔は、前記貫通導体の側の径よりも反対側の径が大きい請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。