JP2011049192A - 酸化物薄膜トランジスタ基板、その製造方法、および酸化物薄膜トランジスタ基板を用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した特性を有する酸化物薄膜トランジスタ、その製造方法、および酸化物薄膜トランジスタ基板を用いた表示装置を提供する。
【解決手段】
酸化物薄膜トランジスタ基板１は、酸化物半導体層７の上方を覆う保護膜１０を、画素電極９と同一層である層間絶縁層８の上面に、画素電極９とは離間して形成した。水や酸や塩基が、層間絶縁層８を透過して酸化物半導体層７まで到達することを抑制できるので、酸化物薄膜トランジスタ基板１の特性を安定化させることができる。また、保護膜１０は、画素電極９と同一の工程で同時に形成することができるので、保護膜１０を形成するための専用の装置や工程を用いることなく、保護膜１０を形成することができる。よって、性能の良い酸化物薄膜トランジスタ基板１を、簡単、且つ安価に得ることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、酸化物薄膜トランジスタ基板、その製造方法、および酸化物薄膜トランジスタ基板を用いた表示装置に関する。

従来、有機ＥＬ、フィルム液晶、電子ペーパ等の表示装置の基板として、薄膜トランジスタ基板が知られている。薄膜トランジスタ基板には、表示装置の画素毎に薄膜トランジスタが設けられている。近年、薄膜トランジスタのチャネル部の材質として、酸化物半導体を用いる酸化物薄膜トランジスタの開発が行われている。酸化物半導体層は低温で製膜が可能であり、高い電界効果移動度をもつことが知られている。しかも、酸化物半導体のなかには、透明な酸化物半導体もあり、透明酸化物半導体と、周知の透明基板材料などとを材料として選択すれば、透明な薄膜トランジスタ基板が形成できるなど、従来にはなかった特性が期待できる。

このような酸化物薄膜トランジスタでは、酸化物半導体層に水や酸や塩基が吸着してしまうと、特性が不安定になってしまうことが知られている。そこで、酸化物半導体チャネル層を覆う保護膜を備える酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この酸化物半導体チャネル層（本願における酸化物半導体層）を覆う保護膜は、無機絶縁物により形成された無機膜、もしくは有機化合物により形成された有機膜、もしくは有機膜と金属膜との積層膜である。この酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタでは、酸化物半導体チャネル層を保護膜が覆っていることにより、雰囲気の変化に起因する不安定動作を抑制できる。

特開２００７−７３７０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタでは、たとえば、保護膜を無機絶縁物により形成した場合には、保護膜を形成する過程で装置から発生するプラズマイオンが、酸化物半導体チャネル層にダメージを与えてしまう。この場合、結果的に酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタの性能が悪化してしまうという問題点があった。また、保護膜を有機化合物により形成した場合、保護膜は水や酸や塩基を透過させてしまう。この場合には、酸化物半導体チャネル層に水や酸や塩基が吸着してしまうことにより、酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタの特性が不安定になってしまうという問題点があった。

また、保護膜を、有機膜と金属膜との積層膜にした場合、コンタクトホールの形成が困難であるという問題点や、金属膜を介して酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタの電極間で短絡が起こりやすいという問題点があった。さらに、保護膜として、無機膜、有機膜、積層膜のいずれを採用した場合であっても、保護膜を形成するための工程を設ける必要があるため、酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタの製造工程が煩雑になってしまうという問題点があった。また、保護膜を積層させることにより、酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタの厚さが厚くなってしまうという問題点があった。

本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、安定した特性を有する酸化物薄膜トランジスタ基板、その製造方法、および酸化物薄膜トランジスタ基板を用いた表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板は、絶縁層と、前記絶縁層の上面に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上面に前記ゲート電極に対向して設けられ、チャネル部を形成する酸化物半導体層と、前記チャネル部を介して互いに離間して設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを覆うように設けられた層間絶縁層と、前記層間絶縁層の上面に設けられ、前記層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に導通している画素電極と、前記チャネル部の上方の前記層間絶縁層の上面に前記画素電極とは離間して設けられ、かつ前記画素電極と同一材料から形成された保護膜とを備えている。

また、請求項２に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記保護膜は、金属単体もしくは金属化合物からなることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板は、請求項２に記載の発明の構成に加え、前記保護膜は、前記酸化物半導体層のバンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長を有する光を、吸収又は反射する金属または金属化合物からなることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、請求項１から３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記層間絶縁層は、有機化合物からなることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板の製造方法は、絶縁層の上面にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上面に、チャネル部としての酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、前記チャネル部を介して互いに離間したソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、前記ゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを覆うように層間絶縁層を形成する層間絶縁層形成工程と、前記層間絶縁層を前記ドレイン電極に向けて貫通するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、前記層間絶縁層の上面に、前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極に導通する画素電極と、前記画素電極とは離間して前記チャネル部の上方に位置する保護膜とを、同一材料を用いて形成する画素電極・保護層形成工程とを備えている。

また、請求項６に係る発明の表示装置は、一対の基板間に帯電粒子が分散する液体が充填された電気泳動型の表示装置であって、前記一対の基板のうちの一方の基板は、請求項１から４のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタ基板であることを特徴とする。

請求項１に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、層間絶縁層の上面において、酸化物半導体層の上方を覆う保護膜を形成したので、水や酸や塩基が、層間絶縁層を透過して酸化物半導体層まで到達することを抑制できる。酸化物半導体層に水や酸や塩基が吸着することを防止できるので、酸化物薄膜トランジスタ基板の特性を安定化させることができる。また、保護膜は、画素電極と同一層に形成されているので、酸化物薄膜トランジスタ基板の厚さを厚くすることなく、保護膜を形成することができる。

また、請求項２に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、請求項１に記載の発明の効果に加え、保護膜が金属単体もしくは金属化合物からなるため、画素電極も金属単体もしくは金属化合物により形成される。よって画素電極の導電性を向上させることができる。また保護膜は金属単体もしくは金属化合物により形成されるので、保護膜の強度や耐性を向上させて、水や酸や塩基が層間絶縁層に到達することを一層抑制できる。酸化物半導体層に水や酸や塩基が吸着することを一層防止できるので、酸化物薄膜トランジスタ基板の特性を安定化させることができる。

また、請求項３に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、請求項２に記載の発明の効果に加え、保護膜は、酸化物半導体層のバンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長を有する光を、吸収又は反射するので、上方からの光が、保護膜を透過して酸化物半導体層に到達することを抑制できる。酸化物半導体層を構成している酸化物半導体に、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光（バンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長を有する光）が照射されると、酸化物半導体は励起状態となり、キャリアが移動しうる状態となる。この状態においては、所謂「漏れ電流」が生じてしまい、酸化物薄膜トランジスタ基板の特性は不安定になってしまう。請求項３に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、上方からの光が酸化物半導体層に直接照射されることがないので、漏れ電流が生じることを防止でき、酸化物薄膜トランジスタ基板の特性を安定化させることができる。

また、請求項４に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板では、請求項１から３のいずれかに記載の発明の効果に加え、前記層間絶縁層は、有機化合物からなるため、塗布法を用いて層間絶縁層を形成することができる。よって、層間絶縁層を形成する際に、酸化物半導体層にダメージを与えることがない。従って、酸化物薄膜トランジスタ基板の性能を向上させることができる。

また、請求項５に係る発明の酸化物薄膜トランジスタ基板の製造方法では、画素電極と保護膜とを同一工程で同時に形成することが保護膜を形成するための専用の装置や工程を用いることなく、保護膜を形成することができる。よって、簡単かつ安価に保護膜を形成することができる。

請求項６に係る発明の表示装置では、請求項１から４のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタ基板を備えている。請求項１から４のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタ基板は、特性は安定しているため、色ムラや輝度ムラのない、表示特性の良い表示装置を得ることができる。

酸化物薄膜トランジスタ基板１の平面図である。 図１に示す酸化物薄膜トランジスタ基板１のＩ−Ｉ線矢視方向断面図である。 酸化物薄膜トランジスタ基板１の製造工程を示すフローチャートである。 基体２の上面にゲート電極３が形成された状態の縦断面図である。 図４に示す基体２およびゲート電極３の上面にゲート絶縁層４が形成された状態の縦断面図である。 ゲート絶縁層４の上面に、ソース電極５とドレイン電極６とが形成された状態の縦断面図である。 ソース電極５とドレイン電極６との間に、酸化物半導体層７が形成された状態の縦断面図である。 ゲート絶縁層４、ソース電極５、ドレイン電極６、酸化物半導体層７の上面に層間絶縁層８が形成された状態の断面図である。 層間絶縁層８を貫通するコンタクトホール１１が形成された状態の断面図である。 酸化物薄膜トランジスタ基板１の備える酸化物薄膜トランジスタ２０、および酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの備える酸化物薄膜トランジスタの電圧−電流特性である。 酸化物薄膜トランジスタ基板１を用いた表示装置１００の断面図である。

以下、本発明の一実施形態である酸化物薄膜トランジスタ基板１について説明する。酸化物薄膜トランジスタ基板１は、有機ＥＬ、フィルム液晶、電子ペーパ等の表示装置の基板として用いられるものである。

はじめに、酸化物薄膜トランジスタ基板１の構造について、図１および図２を参照して説明する。図１に示すように、酸化物薄膜トランジスタ基板１は、半導体デバイス１５が縦横に格子状に配置されて形成されている。各半導体デバイス１５は、画素電極９と保護膜１０と酸化物薄膜トランジスタ２０（図２参照）とをそれぞれ備えている。

酸化物薄膜トランジスタ基板１の断面構造について説明する。以下の説明では、図２の下側（基体２側）を酸化物薄膜トランジスタ基板１の下側、図２の上側を酸化物薄膜トランジスタ基板１の上側として説明する。酸化物薄膜トランジスタ基板１は、下部に酸化物薄膜トランジスタ２０を有し、酸化物薄膜トランジスタ２０の上面には層間絶縁層８が設けられ、層間絶縁層８の上面には、画素電極９および保護膜１０が同一層上に設けられている。

酸化物薄膜トランジスタ２０について説明する。酸化物薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極３がソース電極５やドレイン電極６より下側に位置する、所謂「ボトムゲート型」の酸化物薄膜トランジスタである。酸化物薄膜トランジスタ２０は、板状の基体２を有し、基体２の上面には、ゲート電極３が設けられている。そして、基体２とゲート電極３との上面を覆うように、ゲート絶縁層４が設けられている。ゲート絶縁層４の上面には、ソース電極５とドレイン電極６とが、所定の離間幅をもって互いに離間して設けられている。ソース電極５の上面のドレイン電極６に近い側の端部から、ドレイン電極６の上面のソース電極５に近い側の端部にわたって、酸化物半導体層７が連続して形成されている。酸化物半導体層７は、ソース電極５とドレイン電極６との間において、酸化物薄膜トランジスタ２０のチャネル部７１を形成する。チャネル部７１は、ゲート絶縁層４を挟んでゲート電極３に対向している。

酸化物薄膜トランジスタ２０の上面には、酸化物薄膜トランジスタ２０を覆うように、層間絶縁層８が設けられている。層間絶縁層８の上面には、画素電極９と保護膜１０とが互いに離間して設けられている。画素電極９は、層間絶縁層８を挟んでドレイン電極６と対向して設けられている。画素電極９とドレイン電極６との間には、層間絶縁層８を貫通するコンタクトホール１１が設けられている。画素電極９は、コンタクトホール１１を介して、ドレイン電極６と導通している。

保護膜１０は、画素電極９と同一層に、画素電極９とは離間して設けられている。よって、保護膜１０は、画素電極９とは絶縁状態にある。また、保護膜１０は、層間絶縁層８を介して酸化物半導体層７に対向して位置している。

以下、酸化物薄膜トランジスタ基板１を構成する各要素の材質について説明する。

基体２について説明する。基体２は、表面が平坦である板状部材である。基体２の材質としては、各種材質が適用可能であるが、導電性の材質が採用される場合には、基体２の表面に絶縁膜が設けられる必要がある。基体２の材質として絶縁性の材質が用いられる場合には、ガラス基板や熱酸化膜付シリコン基板のほか、プラスチック基板が用いられる。基体２に可撓性を付与したい場合には、特に、基体２の材質としてプラスチックが採用される。プラスチックの材質としては、例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が挙げられる。基体２の耐水性を向上させる場合には、基体２の表面にＳｉＯ_２やＳｉＮｘなどからなるバリア膜が形成される。本実施形態では、基体２としてガラス基板が用いられる。

ゲート電極３について説明する。ゲート電極３の材質には、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ（タングステン）等の金属単体、または少なくともいずれかの金属を含む複合体、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性ポリマーが適用可能である。本実施形態のゲート電極３は、Ｔｉからなる。

ゲート絶縁層４について説明する。ゲート絶縁層４は、絶縁物質により形成されている。絶縁物質として無機絶縁物質を採用する場合は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２等が適用可能である。また、絶縁物質として有機絶縁物質を採用する場合は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶＰ（ポリパラビニルフェノール）等が適用可能である。なお、ゲート絶縁層４の材質としては、絶縁性能、耐性の観点から、無機絶縁物質を採用する方がより好ましい。本実施形態のゲート絶縁層４は、ＳｉＯ_２からなる。

ソース電極５およびドレイン電極６について説明する。ソース電極５及びドレイン電極６の材質には、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ（タングステン）等の金属単体、または少なくともいずれかの金属を含む複合体、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性ポリマーが適用可能である。本実施形態のソース電極５及びドレイン電極６は、Ｔｉからなる。

酸化物半導体層７について説明する。酸化物半導体層７の材質は公知の酸化物半導体材料が採用可能であり、好ましくは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの少なくともいずれか１種の元素を含む酸化物半導体材料が採用される。Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの少なくともいずれか１種の元素を含む酸化物半導体材料としては、具体的には、ＩｎＧａＺｎＯ_４、ＺｎＯ、ＺｎＩｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３が挙げられる。本実施形態の酸化物半導体層７は、ＩｎＧａＺｎＯ_４からなる。

層間絶縁層８について説明する。層間絶縁層８は、酸化物薄膜トランジスタ２０の上面を覆うように設けられている。層間絶縁層８の材質は、絶縁性を有する有機高分子であればよい。具体的には、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、シアノエチルプルラン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、アクリル樹脂、または前記樹脂のポリマーアロイ、あるいは共重合樹脂を用いることができる。本実施形態の層間絶縁層８は、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）が、メラニン樹脂により架橋される、架橋ＰＶＰから形成される。

画素電極９について説明する。画素電極９の材質には、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｗ（タングステン）等の金属単体、または少なくともいずれかの金属を含む複合体、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性ポリマーが適用可能である。本実施形態の画素電極９は、Ｔｉからなる。

保護膜１０の材質は、画素電極９と同一のものが用いられている。本実施形態の保護膜１０は、Ｔｉからなる。

次に、上記構造の酸化物薄膜トランジスタ基板１の製造工程について、図３から図９を参照して説明する。酸化物薄膜トランジスタ基板１の製造工程は、図３に示すように、酸化物薄膜トランジスタ２０を形成するトランジスタ形成工程（Ｓ１０）と、層間絶縁層８を形成する層間絶縁層形成工程（Ｓ５）と、コンタクトホール１１を形成するコンタクトホール形成工程（Ｓ６）と、画素電極９および保護膜１０を形成する画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）とを備えている。以下、各工程について詳細に説明する。

はじめに、トランジスタ形成工程（Ｓ１０）について説明する。図３に示すように、トランジスタ形成工程（Ｓ１０）は、ゲート電極３を形成するゲート電極形成工程（Ｓ１）と、ゲート絶縁層４を形成するゲート絶縁層形成工程（Ｓ２）と、ソース電極５およびドレイン電極６を形成するソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）と、酸化物半導体層７を形成する半導体層形成工程（Ｓ４）とを備えている。

ゲート電極形成工程（Ｓ１）について説明する。ゲート電極形成工程（Ｓ１）では、図４に示すように、基体２の上面にゲート電極３を形成する。ゲート電極３の形成方法は、周知の各種方法が適用可能である。ゲート電極３の形成方法として、基体２の上面に、ゲート電極３を形成する材質の薄膜を形成した後、パターニングして不要部分を除去する方法が一般的であるが、製膜方法、パターニング方法に関しても、各種方法が適用可能である。製膜方法としては、たとえば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などが適用可能である。パターニング法としては、たとえば、フォトリソグラフィ法などが適用可能である。

本実施形態では、基体２の上面にＴｉ薄膜を形成した後、Ｔｉ薄膜のパターニングを行い、Ｔｉからなるゲート電極３を形成した。Ｔｉ薄膜の形成は、スパッタリング法により行った。Ｔｉ薄膜のパターニングは、フォトリソグラフィ法により行った。

次に、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２）について説明する。ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２）では、図５に示すように、ゲート電極３および基体２の上面に、ゲート絶縁層４を形成する。ゲート絶縁層４の形成方法には、周知の各種方法が適用可能である。本実施形態では、スパッタリング法を用いてＳｉＯ_２からなるゲート絶縁層４を形成した。

次に、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）について説明する。ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）では、図６に示すように、ゲート絶縁層４の上面に、ソース電極５及びドレイン電極６を形成する。ソース電極５及びドレイン電極６の形成方法は、周知の各種方法が適用可能である。ソース電極５及びドレイン電極６を形成する材質の薄膜を形成した後、パターニングして不要部分を除去する方法が一般的であるが、製膜方法、パターニング方法に関しても、各種方法が適用可能である。具体的には、製膜方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などが適用可能である。パターニング法としては、フォトリソグラフィ法などが適用可能である。

本実施形態では、ゲート絶縁層４の上面にＴｉ薄膜を形成した後、Ｔｉ薄膜のパターニングを行い、Ｔｉからなるソース電極５およびドレイン電極６を形成した。Ｔｉ薄膜の形成は、スパッタリング法により行った。Ｔｉ薄膜のパターニングは、フォトリソグラフィ法により行った。

次に、半導体層形成工程（Ｓ４）について説明する。半導体層形成工程（Ｓ４）では、図７に示すように、ソース電極５及びドレイン電極６の間を埋めるように酸化物半導体層７を形成する。酸化物半導体層７の形成方法は、周知の各種方法が適用可能である。酸化物半導体層７の形成方法は、半導体薄膜を形成した後、パターニングして不要部分を除去する方法が一般的である。製膜方法としてはスパッタリング法が好適であるが、これに制限されるものではない。パターニング法としては、フォトリソグラフィ法等を用いることができる。

本実施形態では、まず、図６に示すゲート絶縁層４の上面、ソース電極５の上面、ドレイン電極６の上面を覆うように、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜を形成した。その後、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜をパターニングして不要部分を除去することにより、ＩｎＧａＺｎＯ_４からなる酸化物半導体層７を形成した。ＩｎＧａＺｎＯ_４膜の製膜は、スパッタリング法により行った。パターニングは、フォトリソグラフィ法を用いて行った。こうして、図７に示すように、ソース電極５及びドレイン電極６の間を埋めるように、ＩｎＧａＺｎＯ_４からなる酸化物半導体層７を形成させることができる。以上説明したＳ１からＳ４の工程を経て、図７に示すように、酸化物薄膜トランジスタ２０が形成される。

次に、層間絶縁層形成工程（Ｓ５）について説明する。層間絶縁層形成工程（Ｓ５）では、図８に示すように、酸化物薄膜トランジスタ２０の上面を覆うように、層間絶縁層８を形成する。層間絶縁層８は、上述したように有機化合物から形成される。層間絶縁層８の形成方法に関しては特に限定するものではないが、塗布法を用いることがコストの面から好ましい。塗布法としては、各種方法が適用可能であり、具体的には、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレー法、ロールコート法、カーテンコート法、印刷法、液滴吐出法等のいずれをも用いることができる。

本実施形態では、ＰＶＰ含有溶液を、スピンコート法により、酸化物薄膜トランジスタ２０（図７参照）の上面を覆うように塗布した後、熱処理を行った。ＰＶＰ含有溶液は、ＰＶＰ、メラミン−ホルムアルデヒド、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートの混合溶液であり、各材料の重量比は、ＰＶＰ：メラミン−ホルムアルデヒド：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート＝１：２：１０である。熱処理は、ホットプレートを用いて行い、７０℃で１０分間加熱した後、１５０℃で１０分間加熱し、最後に２００℃で３０分間加熱することにより行った。

次に、コンタクトホール形成工程（Ｓ６）について説明する。コンタクトホール形成工程（Ｓ６）では、図９に示すように、層間絶縁層８を貫通するコンタクトホール１１を形成する。コンタクトホール形成工程（Ｓ６）では、はじめに、コンタクトホール１１に対応する箇所に開口部を備えたレジストマスクを、図８に示す層間絶縁層８の上面に形成する。そして、ドライエッチング法により、層間絶縁層８をエッチングする。こうして、図９に示すように、コンタクトホール１１が形成される。

次に、画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）について説明する。画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）では、図２に示すように、層間絶縁層８の上面に、画素電極９および保護膜１０を形成する。画素電極９および保護膜１０の形成方法は、周知の各種方法が適用可能である。画素電極９および保護膜１０を形成する材質の薄膜を形成した後、パターニングして不要部分を除去する方法が一般的であるが、製膜方法、パターニング方法に関しても、各種方法が適用可能である。具体的には、製膜方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などが適用可能である。パターニング法としては、フォトリソグラフィ法などが適用可能である。

本実施形態では、層間絶縁層８の上面にＴｉ薄膜を形成した後、Ｔｉ薄膜のパターニングを行い、Ｔｉからなる画素電極９および保護膜１０を形成した。Ｔｉ薄膜の形成は、スパッタリング法により行った。Ｔｉ薄膜のパターニングは、フォトリソグラフィ法により行った。このように、画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）においては、画素電極９および保護膜１０が同一工程で同時に形成される。

以上の工程を経て、図２に示す酸化物薄膜トランジスタ基板１を得ることができる。

上述の製造方法によって形成された酸化物薄膜トランジスタ基板１の性能評価を行った。以下、この性能評価について、図１０を参照して説明する。

この性能評価では、比較例として、保護膜１０を備えない酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａについても、性能評価を行った。比較例の酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの構造は、保護膜１０を備えていないこと以外は、酸化物薄膜トランジスタ基板１と同様である。また、酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの製造工程は、画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）において、保護膜１０が形成されないこと以外は、酸化物薄膜トランジスタ基板１の製造工程と同様である。すなわち、酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの製造工程は、画素電極・保護膜形成工程（Ｓ７）において、形成されるＴｉ薄膜パターンが異なること以外は、酸化物薄膜トランジスタ基板１の製造工程と同様である。

性能評価は、酸化物薄膜トランジスタ基板１の備える酸化物薄膜トランジスタ２０、および酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの備える酸化物薄膜トランジスタの電圧−電流特性を評価することにより行った。評価の指標には、電界効果移動度と、閾値電圧とを用いた。

電界効果移動度は、電圧−電流特性に基づいて、下記の式を用いて算出される。
Ｉ_ｄｓ＝μＣ_ｉｎＷ（Ｖ_ｇ−Ｖ_ｔｈ）^２／２Ｌ
ただし、μは電界効果移動度、Ｉ_ｄｓは飽和領域においてソース・ドレイン間に流れる電流（以下、ドレイン電流）、Ｃ_ｉｎはゲート絶縁膜の単位面積当たりのキャパシタンス、Ｗはチャネル幅、Ｖ_ｇはゲート電圧、Ｖ_ｔｈは閾値電圧、Ｌはチャネル長である。また、閾値電圧は、酸化物薄膜トランジスタにおいて、オフ状態からオン状態になるときの境界となるゲート電圧である。ソース電極５、ドレイン電極６間に所定の電圧を印加して、ゲート電圧を変化させた際にソース電極５、ドレイン電極６間に流れる電流を測定し、得られた値から、電界効果移動度と閾値電圧とを算出した。

性能評価の結果について説明する。なお、図１０において、曲線Ａは、酸化物薄膜トランジスタ基板１が備える酸化物薄膜トランジスタ２０の電圧−電流特性を示し、曲線Ｂは、酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａが備える酸化物薄膜トランジスタの電圧−電流特性を示す。

図１０に示す電圧−電流特性に基づいて、電界効果移動度と閾値電圧とを求めると、酸化物薄膜トランジスタ基板１の酸化物薄膜トランジスタ２０では、電界効果移動度が２９ｃｍ^２／Ｖｓ、閾値電圧が０．７１Ｖであった（曲線Ａ）。一方、比較例の酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの酸化物薄膜トランジスタでは、電界効果移動度が２７ｃｍ^２／Ｖｓ、閾値電圧が−１０．０Ｖであった（曲線Ｂ）。これにより、酸化物薄膜トランジスタ基板１の酸化物薄膜トランジスタ２０では、比較例の酸化物薄膜トランジスタ基板１Ａの酸化物薄膜トランジスタに比べて、電界効果移動度が高く、かつ閾値電圧の絶対値が低いことが示された。

酸化物薄膜トランジスタ基板１では、酸化物半導体層７の上方を覆うように保護膜１０が形成されているので、画素電極・保護膜形成工程におけるエッチング処理や洗浄処理において、水や酸や塩基が、層間絶縁層８を透過して酸化物半導体層７まで到達することがない。酸化物半導体層７に、水や酸や塩基が吸着してしまうと、酸化物薄膜トランジスタ基板１の性能が悪化することが知られている。酸化物薄膜トランジスタ基板１では、保護膜１０を形成したことにより、水や酸や塩基が酸化物半導体層７に到達することを防止できるので、酸化物薄膜トランジスタ基板１の性能の悪化を防ぐことができる。

また、酸化物薄膜トランジスタ基板１では、保護膜１０は、光透過率の低いＴｉにより形成されている。よって、上方からの光が、保護膜１０を透過して酸化物半導体層７に照射されることを抑制できる。酸化物半導体層７に、バンドギャップ以上のエネルギーを有する光が照射されると、酸化物半導体層７中の電子が励起してしまい、キャリアが発生してしまう。この状態においては、キャリアの移動によって、所謂「漏れ電流」が生じてしまう。本実施形態の酸化物薄膜トランジスタ基板１では、上方からの光が保護膜１０により遮断されるので、酸化物半導体層７に直接照射されることがない。よって、酸化物半導体層７中の電子が光励起することを防止して、漏れ電流が生じることを抑制できる。そのため、酸化物薄膜トランジスタ基板１の特性を安定化させることができる。

以上説明したように、第一実施形態の酸化物薄膜トランジスタ基板１は、層間絶縁層８の上面において、酸化物半導体層７の上方を覆う保護膜１０を形成した。これにより、水や酸や塩基が、層間絶縁層８を透過して酸化物半導体層７まで到達することを抑制できる。酸化物半導体層７に水や酸や塩基が吸着することを防止できるので、酸化物薄膜トランジスタ基板１の特性を安定化させることができる。

また、保護膜１０は光透過率の低いＴｉにより形成されているので、上方からの光が、保護膜１０を透過して酸化物半導体層７に到達することを抑制できる。酸化物半導体層７に、上方から光が照射されることを抑制できるので、酸化物半導体層７中の電子が光励起してキャリアが発生してしまうことを防止できる。よって、漏れ電流が生じることを抑制して、酸化物薄膜トランジスタ基板１の特性を安定化させることができる。

また、保護膜１０は、画素電極９と同一層にあるので、酸化物薄膜トランジスタ基板１の厚さを厚くすることなく、保護膜１０を形成することができる。

また、層間絶縁層８は有機化合物を前駆体として、塗布法により形成されているので、層間絶縁層８を形成する際に、酸化物半導体層７にダメージを与えることがない。

また、保護膜１０は、画素電極９と同一の工程で同時に形成することができるので、専用の装置や工程を用いなくても、保護膜１０を形成できる。よって、簡単かつ安価に保護膜１０を形成することができる。

次に、このような酸化物薄膜トランジスタ基板１を用いて形成された表示装置１００について、図１１を参照して説明する。なお、図１１に示す表示装置１００において、上側の面を表示装置１００の上面とし、下側の面を表示装置１００の下面とする。

本実施の形態の表示装置１００は、電気泳動型の周知の表示パネルである。この表示装置１００は、例えば、携帯電話や、電子ペーパや、デジタルスチルカメラなどの携帯用の電子機器に搭載される。表示装置１００は、制御装置（図示外）に駆動制御されることによって種々の画像を表示できる。

表示装置１００の断面構造について説明する。図１１に示すように、表示装置１００は、上述した酸化物薄膜トランジスタ基板１と、酸化物薄膜トランジスタ基板１に間隙をおいて対向する表示基板１２０とを備えている。表示基板１２０と酸化物薄膜トランジスタ基板１との間隙には、上方から見て格子状の隔壁３２が配置されている。隔壁３２によって区分けされた空間である複数の表示部３０には、表示液４０がそれぞれ封入されている。表示液４０には、複数の白色帯電粒子５０と、複数の黒色帯電粒子６０とがそれぞれ分散している。表示基板１２０と、隔壁３２と、表示部３０と、表示液４０とには、それぞれ周知の表示基板と隔壁と表示部と表示液とが用いられる。

以上説明したように、本実施形態における表示装置１００では、酸化物薄膜トランジスタ基板１を用いた。酸化物薄膜トランジスタ基板１は、特性が安定しているため、表示装置１００の色ムラや輝度ムラをなくすことができる。

上記実施形態において、基体２が、本発明の「絶縁層」に相当する。

なお、本発明の酸化物薄膜トランジスタ基板、酸化物薄膜トランジスタの製造方法、および表示装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 酸化物薄膜トランジスタ基板
２ 基体
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 酸化物半導体層
８ 層間絶縁層
９ 画素電極
１０ 保護膜
１１ コンタクトホール
１５ 半導体デバイス
２０ 酸化物薄膜トランジスタ
７１ チャネル部
１００ 表示装置
１２０ 表示基板

Claims (6)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の上面に設けられたゲート電極と、
   前記ゲート電極を覆うように設けられたゲート絶縁層と、
   前記ゲート絶縁層上面に前記ゲート電極に対向して設けられ、チャネル部を形成する酸化物半導体層と、
   前記チャネル部を介して互いに離間して設けられたソース電極およびドレイン電極と、
   前記ゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを覆うように設けられた層間絶縁層と、
   前記層間絶縁層の上面に設けられ、前記層間絶縁層を貫通するコンタクトホールを介して前記ドレイン電極に導通している画素電極と、
   前記チャネル部の上方の前記層間絶縁層の上面に前記画素電極とは離間して設けられ、かつ前記画素電極と同一材料から形成された保護膜と
   を備えたことを特徴とする酸化物薄膜トランジスタ基板。
2. 前記保護膜は、金属単体もしくは金属化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の酸化物薄膜トランジスタ基板。
3. 前記保護膜は、前記酸化物半導体層のバンドギャップエネルギーに対応する波長以下の波長を有する光を吸収又は反射する金属または金属化合物からなることを特徴とする請求項２に記載の酸化物薄膜トランジスタ基板。
4. 前記層間絶縁層は、有機化合物からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタ基板。
5. 絶縁層の上面にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
   前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
   前記ゲート絶縁層上面に、チャネル部としての酸化物半導体層を形成する酸化物半導体層形成工程と、
   前記チャネル部を介して互いに離間したソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
   前記ゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層と、前記ソース電極と、前記ドレイン電極とを覆うように層間絶縁層を形成する層間絶縁層形成工程と、
   前記層間絶縁層を前記ドレイン電極に向けて貫通するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
   前記層間絶縁層の上面に、前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極に導通する画素電極と、前記画素電極とは離間して前記チャネル部の上方に位置する保護膜とを、同一材料を用いて形成する画素電極・保護層形成工程と
   を備えたことを特徴とする酸化物薄膜トランジスタ基板の製造方法。
6. 一対の基板間に帯電粒子が分散する液体が充填された電気泳動型の表示装置であって、
   前記一対の基板のうちの一方の基板は、請求項１から４のいずれかに記載の酸化物薄膜トランジスタ基板であることを特徴とする表示装置。

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