JP2016014908A - 液晶表示装置の作製方法 - Google Patents
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Abstract
が実現できることを課題の一とする。より視認性の良好で高画質な液晶表示装置を提供す
ることを目的の一とする。
【解決手段】画素電極層(第1の電極層ともいう)である反射膜が設けられた第1の基板
と、共通電極層(第2の電極層ともいう)が設けられた第2の基板とでゲストホスト液晶
層を挟持する液晶表示装置において、画素電極層である反射膜が液晶層に突出し、ミクロ
ンサイズの第1の凹凸、及び第1の凹凸上にナノサイズの第2の凹凸を形成して配置され
る。
【選択図】図1
Description
る液晶表示装置、自発光素子を有する発光装置、フィールドエミッションディスプレイ(
FED)などが競合し、開発されている。
光学部材を用いるため、材料コストの削減や、バックライトに使用される電力を低減する
必要がある。
れたネマティック液晶を用いたTNモードあるいはSTNモードが主流となっている。し
かしながら、これらのモードは動作原理上一対の偏光板が必要であり、その光吸収がある
ため透過率が低く明るい表示画面が得られない。
ゲストホスト液晶を用いた表示装置は、液晶層のホスト分子に対して、二色性色素をゲス
ト分子として混合し、液晶に加える電圧によってホスト分子、及びゲスト分子の配列を変
化させて、液晶層における光吸収率を変化させている。例えば、ゲスト分子として、棒状
構造の二色性色素を用いると、二色性色素はホスト分子に対し、平行に配向する性質があ
るので、電界を印加してホスト分子の配向を変化させると、二色性色素の配向方向も変化
する。
置も開発されている。反射型の液晶表示装置は、背面光源(バックライト)を利用するこ
となく外光のみで表示を写し出すことができる為、低消費電力であり携帯情報端末のディ
スプレイなどに広く利用可能であり、実用化に向けて研究が行われている。
を反射させるための反射膜、又は反射板が挙げられる。
直入射光がそのまま垂直反射光となって、観察者側に戻るため良好な表示が得られる。し
かし、斜め方向からパネルを観察すると、入射光がほとんど観察者側に戻ってこないため
、表示の視認性が悪くなる。また、反射面が鏡面であると表示の背景に反射像が映って表
示が見難くなるといった課題がある。
ることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これを用いることにより、入射し
た外光を散乱させて、高い反射特性、及び明度の高い表示を可能にすることができる。
露光条件の照射エネルギーを変化させることにより、該樹脂層表面に凹凸を形成する。そ
の後熱処理を行うことで、樹脂層の熱的変形特性の分布を調整し、該樹脂層に凹凸を形成
し、該凹凸に沿って反射性の高い膜を形成し反射膜を形成する技術が開示されている。し
かしながら、特許文献1で開示された反射膜は、比較的大きな凹凸形状しか作製すること
ができず、開示された反射膜を用いても、未だ十分に安定して高い反射特性を実現できて
いない。
有したゲストホスト液晶表示装置、及びその製造方法を提供することを課題の一つとする
。
凹凸を設け、該凹凸はミクロンサイズの第1の凹凸に、さらにナノサイズの第2の凹凸が
設けられて構成(形成)される。より詳細には次の通りである。
基板の一方に設けられた透光性の電極と、一対の基板の他方に設けられた第1の凹凸を有
し、該第1の凹凸の表面に第2の凹凸が設けられた絶縁層と、絶縁層の第1の凹凸の表面
に沿って形成され且つ該第2の凹凸によって表面が粗面化された画素電極層と、を有し、
画素電極層は、反射性を有することを特徴とする液晶表示装置である。
れた第1の凹凸は、平面方向に1.5μm以上20μm以下の大きさとすることができ、
0.1μm以上20μm以下の高さとすることができる。
1μm以下の大きさとすることができ、0.1μm以上1μm以下の高さとすることがで
きる。このように、第1の凹凸と比較し、第2の凹凸の方が小さく形成することができる
。
ることで作製することができる。反射性の画素電極層の下地膜として用いる絶縁層は、第
1の凹凸を有する樹脂層を形成し、第1の凹凸を有する樹脂層にプラズマ処理を行うこと
によって、第1の凹凸上にさらに第2の凹凸を形成することができる。
の凹凸、及びナノサイズの凹凸と、本明細書等において記載する場合がある。
以下の厚さであってもよい。
ネマティック液晶を用いることができる。
の吸収を行い黒表示となり、偏光板が不要となる。すなわち、偏光板による光の吸収が無
く、白表示を行う際に優れた白表示を行うことが出来る。
画素電極層はトランジスタと電気的に接続されてもよい。
1の凹凸上にプラズマ処理にて第2の凹凸を形成し、第1の凹凸、及び前記第2の凹凸上
に沿って反射性のある画素電極層を形成することを特徴とする液晶表示装置の作製方法で
ある。
凹凸を有する有機樹脂層上に行ってもよい。
ング装置とも呼ぶ)を用いて作製することができる。また、ドライエッチング装置のガス
種、ガス流量、圧力、温度、高周波電力、処理時間の少なくとも一つを変えて、第2の凹
凸の大きさ、及び高さを制御できる。
製造方法を提供することができる。
疲労感を低減させることができる。
旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者
であれば容易に理解される。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有す
る部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。
本明細書で開示する発明の構成の一形態である液晶表示装置を、図1を用いて説明する。
図1は液晶表示装置の断面図である。
00と、共通電極層204と配向膜208が設けられた第2の基板201と、により挟持
された液晶層205を有する液晶表示装置である。
が形成されており、該第1の凹凸210の表面には、さらにナノサイズの第2の凹凸21
1が設けられている。また、絶縁層202上に形成された第1の凹凸210、及び第2の
凹凸211の形状にそって反射性を有する画素電極層203が形成され、画素電極層20
3上には、液晶層205の配向を制御する配向膜209が形成されている。
を制御することで、画素電極層203表面の凹凸の大きさ、及び高さが制御することがで
きるため、白表示の画質を調整できる。
204上に配向膜208を形成している。
二色性色素207と、により構成されたゲストホスト液晶である。
るため、反射型ゲストホスト液晶と呼ぶことができる。
第2の基板201とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用い
ることができる。
ネマティック液晶分子206は水平に配向しており、二色性色素207も同様に水平に配
向する。第2の基板201側から入射した光が液晶層205に進むと、入射光のうち二色
性色素207の分子の長軸方向に対して平行な振動面を持つ成分が二色性色素207によ
って吸収され、黒表示となる。一方、電圧印加時にはネマティック液晶分子206は電界
方向に沿って垂直に配向し、二色性色素207も同様に垂直に配向する。第2の基板20
1側から入射した光は、二色性色素207によって吸収されないため液晶層205を通過
し、画素電極層203で反射する。反射光は再び液晶層205を通過する。
203によって液晶層205側に反射される。さらに画素電極層203は、絶縁層202
に設けられた第1の凹凸210と第2の凹凸211にそって形成されており、画素電極層
203に入射した光は液晶層205側に様々な方向に反射することができる。よって、優
れた白表示を行うことができる。
0μm以上20μm以下)とすればよい。なお、本明細書等においてセルギャップの厚さ
とは、液晶層の厚さ(膜厚)の最大値とする。
表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。例え
ば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。なお、絶縁層
202は複数の薄膜の積層構造であってもよい。
(第1の凹凸210)の形状は、錐形の先端が平面である断面が台形の形状、錐形の先端
が丸いドーム状などを用いることができる。本明細書において画素電極層203は、第1
の凹凸210の上面及び側面を覆うように形成されるため、第1の凹凸210は画素電極
層203の被覆性が良好なように表面に曲面を有するような形状が好ましい。また、画素
電極層203下側に配置される絶縁層202の高さは0.1μm以上20μm以下にすれ
ばよい。
プラズマCVD法などの乾式法、又はスピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出
法(インクジェット法)、ナノインプリント、各種印刷法(スクリーン印刷、オフセット
印刷)等などの湿式法を用い、必要に応じてエッチング法(ドライエッチング又はウェッ
トエッチング)により所望のパターンに加工すればよい。例えば感光性の有機樹脂にフォ
トリソグラフィ工程を行って絶縁層202を形成し第1の凹凸210を形成することがで
きる。
理を行い形成することができる。また、第2の凹凸の高さは0.1μm以上1μm以下が
好ましい。
グ装置によるプラズマ処理を用いることができる。
説明する。
の凹凸の形成を行うプラズマ装置(ドライエッチング装置、もしくはアッシング装置とも
呼ぶ)の断面図の一例である。
3つ有し、被処理基板を収容するカセットポート14を3つ有する基板供給室11や、ロ
ードロック室12や、搬送室13などを有している。基板供給室11に供給された基板は
、ロードロック室12と搬送室13を介してプラズマ装置10内の真空チャンバー15に
搬送されてプラズマ処理が行われる。プラズマ処理が終了した基板は、プラズマ装置10
からロードロック室12と搬送室13を介して基板供給室11に搬送される。なお、基板
供給室11及び搬送室13には、被処理基板を搬送するための搬送ロボットがそれぞれ配
置されている。
ンバー15の上部には、複数のガス吹き出し口(図示しない)と、プラズマ発生源である
ICPコイル16(誘導結合プラズマコイル)が配置されている。
のガス吹き出し口は、ガスを供給するためのガス供給源とガス流路17を介して接続され
ており、ガス供給源は、マスフローコントローラ等を備え、所望の流量(0より多く50
00sccm以下)でガス流路17に対して酸素ガスを供給することができる。ガス供給
源から供給される酸素ガスは、ガス流路17からガス吹き出し口を介して真空チャンバー
15内に供給される。
ンピーダンス調整のためのマッチング回路を介して第1の高周波電源18(13.56M
Hz)に電気的に接続され、他端は接地されている。
いる。基板ステージ19に設けられた静電チャックなどにより、基板ステージ19上に被
処理基板20が着脱可能に保持される。基板ステージ19には、加熱機構としてヒータを
備えている。基板ステージ19は、基板バイアス電圧印加用の第2の高周波電源21(1
3.56MHz)に接続されている。
ルブとも呼ぶ。)が備えられる。圧力制御弁22はドライポンプ23に接続される。圧力
制御弁22は真空チャンバー15内の圧力制御を行い、ドライポンプ23は、真空チャン
バー15内を減圧する。
設けられている有機樹脂にプラズマ処理を行う一例を示す。
、被処理基板20を真空チャンバー15内の基板ステージ19に設置する。なお、基板ス
テージ19に保持する被処理基板20には少なくとも有機樹脂を備えるものとする。本実
施の形態では、真空チャンバー15内の圧力を40Paに保持する。なお、酸素ガスをガ
ス吹き出し口から真空チャンバー15内に供給する流量を1800sccmに設定する。
、プラズマを発生させた状態を一定時間(30秒以上6000秒以下)維持する。なお、
第2の高周波電源21から印加する高周波電力は、100W以上5000W以下とする。
本実施の形態では、850Wとする。この際、第1の高周波電源18からICPコイル1
6に高周波電力を印加してもよい。本実施の形態では0W、すなわち無印加とする。
真空チャンバー15から搬出する。こうして、被処理基板20に設けられている有機樹脂
膜に第2の凹凸を形成することができる。
反射型の液晶表示装置である。よって、少なくとも視認側に設けられる第2の基板201
、共通電極層204などは光を透過させる必要がある。よって光が透過する領域に存在す
る基板、絶縁層、電極層などは、すべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。一
方、光を透過する視認側と反対側には反射性を有する画素電極層203を設ける。
導電性材料は、スパッタリング法等により形成することができる。例えば、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム
(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッ
ケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀
(Ag)等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用い
て形成することができる。
ウム錫酸化物(ITO)、酸化インジウムに酸化亜鉛(ZnO)を混合したIZO(in
dium zinc oxide)、酸化インジウムに酸化珪素(SiO2)を混合した
導電性材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸
化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化
チタンを含むインジウム錫酸化物を用いて形成することができる。
ウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、プラスチック基板などを用いることができ
る。
の凹凸211を有した絶縁層202にそって反射性の画素電極層203が設けられている
。画素電極層203は、第1の凹凸210、及び第2の凹凸211により表面が粗面化さ
れている。したがって、安定して高い反射特性を実現できる反射膜を有した表示装置を提
供することができる。
た二色性色素により光の吸収を行うため、偏光板が不要となる。偏光板が不要となること
で、偏光板による光の吸収がなく、より高輝度な明るい表示画面とすることができる。こ
のように、光の利用効率がよいため消費電力を低減し、さらに偏光板にかかる工程はコス
トを削減することが実現できる。
である。
本明細書に開示する発明を適用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を、図4
を用いて説明する。
4(A)の線X1−X2における断面図である。
上下方向に延伸)かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層(ゲー
ト電極層401を含む)は、ソース配線層に略直交する方向(図中左右方向)に延伸し、
かつ互いに離間するように配置されている。容量配線層408は、複数のゲート配線層に
それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソ
ース配線層に概略直交する方向(図中左右方向)に延伸している。ソース配線層と、ゲー
ト配線層とによって、略長方形の空間が囲まれているが、この空間に液晶表示装置の画素
電極層414が配置され、液晶層444を介して共通電極層448が配置されている。画
素電極層414を駆動するトランジスタ460は、図4(A)中左上の角に配置されてい
る。また、画素電極層414及びトランジスタ460は、マトリクス状に複数配置されて
いる。
444、共通電極層448、配向膜450、第2の基板442は省略している。
が画素電極として機能し、対向して設けられた共通電極層448が共通電極として機能す
る。なお、画素電極層414と容量配線層408によって容量が形成されている。
ソース電極層405a及びドレイン電極層405bを介して、画像信号の電位が与えられ
る。一方、共通電極層448には、画素電極層414に供給される画像信号の電位に対し
て基準となる固定電位(一例としてはグラウンド電位(接地電位))が与えられる。共通
電位はデータとして送られる画像信号の中間電位近傍でフリッカーの生じないレベルに設
定すると好ましい。また、共通電極層448とはフローティング状態(電気的に孤立した
状態)として動作させることも可能である。
2の凹凸480を有した絶縁層417と、絶縁層417上に画素電極層414と、が設け
られた第1の基板441と、共通電極層448が設けられた第2の基板442とが、液晶
層444を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。なお、画素電極
層414上には配向膜451が形成され、同様に共通電極層448上にも配向膜450が
形成されている。また、絶縁層417はトランジスタ460の層間膜としても兼用してい
る。
ース電極層405a、及びドレイン電極層405bにより構成されている。
極層414が形成されており、絶縁層417、絶縁層409、及び絶縁層407には、ソ
ース電極層405a及びドレイン電極層405bに達するコンタクトホール449が設け
られている。また、画素電極層414は、ソース電極層405a及びドレイン電極層40
5bを介して半導体層403と電気的に接続されている。
0は図示していないが、コンタクトホール内にもナノサイズの第2の凹凸480を形成し
ても良い。
いる。画素電極層414は、第1の凹凸470、及び第2の凹凸480上を覆うように形
成することによって、表面に凹凸を有している。また、第1の凹凸470、及び第2の凹
凸480は、液晶層444中に突出して設けられている。また、第1の凹凸470の形状
は、図4(A)に示すように平面図において、楕円状に不規則に形成すればよい。なお、
本明細書において、凹凸とは、少なくとも二つ以上の凸部を有する構造体と、凸部を有す
る構造体間により形成された凹部と、を有し、凹凸の高さとは、凸部の最も高い位置と、
凹部の最も低い位置との距離であり、凹凸の大きさとは、凸部を有する構造体の頂点を含
む断面において、異なる凸部を有する構造体の頂点間の距離とする。
用いてもよい。
、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等)
、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等を用いることができる。
せてシール材(図示しない)によって行うことができる。
るのが好ましい。代表的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いるこ
とができる。また、光(代表的には紫外線)重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリ
ング剤を含んでもよい。
色性色素により構成されたゲストホスト液晶を用いる。液晶層444は、実施の形態1で
示した液晶層205と同様の材料及び方法により形成すればよい。
オフ状態ともいう)のとき、ゲストホスト液晶内に分散しているネマティック液晶分子、
及び二色性色素は、水平に配列しているため、入射した光は液晶層444にて吸収される
。よって視認側から確認できる表示は黒表示となる。
、液晶層444に電界が形成され、ネマティック液晶分子、及び二色性色素は電界方向に
配列し、入射した光はネマティック液晶分子、及び二色性色素で吸収されず、液晶層44
4を透過する。よって、液晶層444は透光性となり透明な状態となる。液晶層444が
透光性な状態となった場合は、視認側から確認できる表示は、液晶層444の前後に設け
られる材料に依存する。
。さらに画素電極層414は絶縁層417に形成した第1の凹凸470及び第2の凹凸4
80にそって形成されており、画素電極層414に入射した光は液晶層444に様々な方
向に反射することができる。よって、優れた白表示を行うことができる。
膜は、第1の基板441からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜
、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複
数の膜による積層構造により形成することができる。
ウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用
いて、単層で又は積層して形成することができる。
層が積層された2層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した二層構造、また
は銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した二層構造、窒化チタン層とモリ
ブデン層とを積層した2層構造とすることが好ましい。3層の積層構造としては、タング
ステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウム
とチタンの合金と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した構造とすることが好ましい
。
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層
、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハ
フニウム層を単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート絶縁層402とし
て、有機シランガスを用いたCVD法により酸化シリコン層を形成することも可能である
。有機シランガスとしては、珪酸エチル(TEOS:化学式Si(OC2H5)4)、テ
トラメチルシラン(TMS:化学式Si(CH3)4)、テトラメチルシクロテトラシロ
キサン(TMCTS)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)、ヘキサメ
チルジシラザン(HMDS)、トリエトキシシラン(SiH(OC2H5)3)、トリス
ジメチルアミノシラン(SiH(N(CH3)2)3)等のシリコン含有化合物を用いる
ことができる。
は、多階調マスクにより形成した複数(代表的には二種類)の厚さの領域を有するレジス
トマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低コ
スト化が図れる。また、各層の薄膜を所望の形状に加工するためにエッチング工程を用い
る。エッチング工程は、ドライエッチングやウェットエッチングを用いることができる。
法)を用いたエッチング装置や、ECR(Electron Cyclotron Re
sonance)やICP(Inductively Coupled Plasma)
などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる。
ング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板
側の電極温度等)を適宜調節する。
に合わせてエッチング条件(エッチング液、エッチング時間、温度等)を適宜調節する。
酸化物半導体層を用いることができる。
イン電極層405bを形成する。
i、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素
を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、熱処理を行う場合には、この熱処理に耐え
る耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えば、Al単体では耐熱性が劣り、また
腐蝕しやすい等の問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Alと組
み合わせる耐熱性導電性材料としては、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステ
ン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(S
c)から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合
わせた合金膜、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。
を有する半導体層の例である。
層405b上に絶縁層407、及び絶縁層409を形成する。
機絶縁膜を用いることができる。例えば、プラズマCVD法やスパッタリング法などを用
いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム
膜、酸化タンタル膜などを用いることができる。また、ポリイミド、アクリル、ベンゾシ
クロブテン、ポリアミド、エポキシ等の有機材料を用いることができる。また上記有機材
料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂等を用いることができる
。
i結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアルキ
ル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。シロキサン系樹脂は塗布法により成膜し、焼成することによって絶縁層407
として用いることができる。
409を形成してもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよ
い。
の凹凸470、及び第2の凹凸480が設けられる。絶縁層417、第1の凹凸、及び第
2の凹凸は、それぞれ、実施の形態1で示した絶縁層202、第1の凹凸210、第2の
凹凸211と同様の材料、及び手法により形成することができる。
画素電極層414は、反射性を有する導電性材料を用いることができ、実施の形態1に示
した画素電極層203と同様の材料、及び手法により形成することができる。
され、該絶縁層417には、第1の凹凸470、及び第2の凹凸480が形成されている
。また、画素電極層414は、第1の凹凸470、及び第2の凹凸480にそって形成さ
れているため、画素電極層414に入射した光は、液晶層444側に様々な方向に反射す
ることができる。
め、偏光板を設けなくてもよい。
板による光の吸収がなく、より高輝度な明るい表示画面とすることができる。よって、光
の利用効率がよいため、低消費電力化にもなる。偏光板にかかる工程やコストを削減する
ことができ、より高スループット、低コストを実現できる。よって、表示装置に反射型ゲ
ストホスト液晶材料を用いることはより効果的である。
である。
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示
す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず
、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用い
ることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲー
ト構造でも、2つ形成されるダブルゲート構造もしくは3つ形成されるトリプルゲート構
造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された2つの
ゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。なお、図6(A)乃至(D)にトラ
ンジスタの断面構造の一例を以下に示す。
あり、逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
絶縁層402、半導体層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを
含む。また、トランジスタ410を覆い、半導体層403に積層する絶縁層407が設け
られている。絶縁層407上にはさらに絶縁層409が形成されている。
)と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
絶縁層402、半導体層403、半導体層403のチャネル形成領域を覆うチャネル保護
層として機能する絶縁層427、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bを
含む。また、トランジスタ420を覆い、絶縁層409が形成されている。
表面を有する基板である基板441上に、ゲート電極層401、ゲート絶縁層402、ソ
ース電極層405a、ドレイン電極層405b、及び半導体層403を含む。また、トラ
ンジスタ430を覆い、半導体層403に接する絶縁層407が設けられている。絶縁層
407上にはさらに絶縁層409が形成されている。
1上に接して設けられ、ゲート絶縁層402上にソース電極層405a、ドレイン電極層
405bが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層402、及びソース電極層40
5a、ドレイン電極層405b上に半導体層403が設けられている。
ある。トランジスタ440は、絶縁表面を有する基板441上に、絶縁層437、半導体
層403、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405b、ゲート絶縁層402、
ゲート電極層401を含み、ソース電極層405a、ドレイン電極層405bにそれぞれ
配線層436a、配線層436bが接して設けられ電気的に接続している。
ムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。
を基板441とゲート電極層401の間に設けてもよい。下地膜は、基板441からの不
純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリ
コン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成
することができる。
アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層
、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ガリウ
ム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第1
のゲート絶縁層としてプラズマCVD法により膜厚50nm以上200nm以下の窒化シ
リコン層(SiNy(y>0))を形成し、第1のゲート絶縁層上に第2のゲート絶縁層
として膜厚5nm以上300nm以下の酸化シリコン層(SiOx(x>0))を積層し
て、合計膜厚500nm以下のゲート絶縁層とする。
Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素、または上述した元素を成分
とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等を用いることができる。また、Al
、Cuなどの金属層の下側又は上側の一方または双方にTi、Mo、Wなどの高融点金属
層を積層させた構成としても良い。また、Al膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を
防止する元素(Si、Nd、Scなど)が添加されているAl材料を用いることで耐熱性
を向上させることが可能となる。
線層436bのような導電膜も、ソース電極層405a、及びドレイン電極層405bと
同様な材料を用いることができる。
層を含む)となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸
化物としては酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO
)、酸化インジウム酸化スズ合金(In2O3―SnO2、ITOと略記する)、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリ
コンを含ませたものを用いることができる。
、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。
成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、等
の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k
材料)等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させ
ることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。
である。
上記実施の形態2または3において、トランジスタの半導体層に用いることのできる例と
して酸化物半導体について説明する。
(D)のトランジスタ410、420、430、440において、半導体層403として
酸化物半導体を用いることができる。
a−Zn−O系や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−Zn−O系、In−Sn−Zn
−O系、In−Al−Zn−O系、Sn−Ga−Zn−O系、Al−Ga−Zn−O系、
Sn−Al−Zn−O系や、二元系金属酸化物であるIn−Ga−O系、In−Zn−O
系、Sn−Zn−O系、Al−Zn−O系、Zn−Mg−O系、Sn−Mg−O系、In
−Mg−O系や、In−O系、Sn−O系、Zn−O系などを用いることができる。また
、上記酸化物半導体にSiO2を含んでもよい。ここで、例えば、In−Ga−Zn−O
系酸化物半導体とは、少なくともInとGaとZnを含む酸化物であり、その組成比に特
に制限はない。また、InとGaとZn以外の元素を含んでもよい。
用いることができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または
複数の金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはG
a及びCoなどがある。
成比は、原子数比で、In:Zn=50:1〜1:2(モル数比に換算するとIn2O3
:ZnO=25:1〜1:4)、好ましくはIn:Zn=20:1〜1:1(モル数比に
換算するとIn2O3:ZnO=10:1〜1:2)、さらに好ましくはIn:Zn=1
5:1〜1.5:1(モル数比に換算するとIn2O3:ZnO=15:2〜3:4)と
する。例えば、In−Zn−O系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
In:Zn:O=X:Y:Zのとき、Z>1.5X+Yとする。
状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。
0、440、460は、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能であ
る。よって、液晶表示装置の画素部に該トランジスタを用いることで、高画質な画像を提
供することができる。また、該トランジスタを用いて、同一基板上に駆動回路部または画
素部を作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することが
できる。
である。
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の他の一例を図7を
用いて詳細に説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工
程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇
所の詳細な説明は省略する。
示すトランジスタ510は、図6(A)に示すトランジスタ410と同様なボトムゲート
構造の逆スタガ型薄膜トランジスタである。
から除去した後酸素を供給し、酸化物半導体の構成元素以外の不純物が極力含まれないよ
うに高純度化することによりI型(真性)の酸化物半導体、又はI型(真性)に限りなく
近い酸化物半導体としたものである。すなわち、水素や水等の不純物を極力除去し、酸素
を供給したことにより、高純度化されたI型(真性半導体)又はそれに近づけることを特
徴としている。そうすることにより、フェルミ準位(Ef)を真性フェルミ準位(Ei)
と同じレベルにまですることができる。従って、トランジスタ510が有する酸化物半導
体層は、高純度化及び電気的にI型(真性)化された酸化物半導体層である。
リア濃度は1×1014/cm3未満、好ましくは1×1012/cm3未満、さらに好
ましくは1×1011/cm3未満である。
オフ電流を少なくすることができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。
電流値(オフ電流値)を、チャネル幅1μm当たり10zA/μm未満、85℃にて10
0zA/μm未満レベルにまで低くすることができる。
とんど見られず、オフ電流も非常に小さいままである。また、光劣化によるトランジスタ
特性の変動も少ない。
を説明する。
工程によりゲート電極層511を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。
ことができる。本実施の形態では基板505としてガラス基板を用いる。
、基板505からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜によ
る積層構造により形成することができる。
ルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材
料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
、プラズマCVD法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層
、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化ガリウム層、酸化アルミニウム層、窒
化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニ
ウム層を単層で又は積層して形成することができる。また、本実施の形態の酸化物半導体
は、不純物を除去され、酸素が供給されることによりI型化又は実質的にI型化された酸
化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対
して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。その
ため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体
と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なも
のとすることができるからである。
法やプラズマCVD法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
まれないようにするために、酸化物半導体層530の成膜の前処理として、スパッタリン
グ装置の予備加熱室でゲート電極層511が形成された基板505、又はゲート絶縁層5
07までが形成された基板505を予備加熱し、基板505に吸着した水素、水分などの
不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオ
ポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加
熱は、絶縁層516の成膜前に、ソース電極層515a及びドレイン電極層515bまで
形成した基板505にも同様に行ってもよい。
上30nm以下の酸化物半導体層530を形成する(図7(A)参照。)。
入してプラズマを発生させる逆スパッタリングを行い、ゲート絶縁層507の表面に付着
している粉状物質(パーティクル、ごみともいう)を除去することが好ましい。逆スパッ
タリングとは、アルゴン雰囲気下で基板側にRF電源を用いて電圧を印加することによっ
て、基板表面をプラズマに曝して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代
えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
や、三元系金属酸化物や、二元系金属酸化物や、In−O系、Sn−O系、Zn−O系な
どの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体にSiO2を含んでも
よい。本実施の形態では、酸化物半導体層530としてIn−Ga−Zn−O系酸化物タ
ーゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。この段階での断面図が図7(A)に
相当する。また、酸化物半導体層530は、希ガス(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタリング法により形成する
ことができる。
、組成比として、In2O3:Ga2O3:ZnO=1:1:1[mol比](すなわち
、In:Ga:Zn=1:1:0.5[atom比])を用いることができる。また、他
にも、In:Ga:Zn=1:1:1[atom比]、又はIn:Ga:Zn=1:1:
2[atom比]の組成比を有するターゲットを用いてもよい。酸化物ターゲットの充填
率は90%以上100%以下、好ましくは95%以上99.9%以下である。充填率の高
い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体層は緻密な膜となる
。
は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
ましくは200℃以上400℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体層に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタリングガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板505上に酸化物
半導体層530を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポン
プ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いるこ
とが好ましい。また、排気手段としては、ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えた
ものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水
(H2O)など水素原子を含む化合物(より好ましくは炭素原子を含む化合物も)等が排
気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体層に含まれる不純物の濃度を低減でき
る。
、直流(DC)電源5kW、Ar=50sccm、酸素=50sccm(酸素流量比率5
0%)雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生す
る粉状物質(パーティクル、ごみともいう)が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好
ましい。
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。
層530の加工時に同時に行うことができる。
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体層530のウェットエッ
チングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、アンモニア過水
(31重量%過酸化水素水:28重量%アンモニア水:水=5:2:2)などを用いるこ
とができる。また、ITO07N(関東化学社製)を用いてもよい。
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第1の加熱処理の温度は、400℃
以上750℃以下、または400℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装
置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下450℃に
おいて1時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水
素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層531を得る(図7(B)参照。)。
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、GRTA(Gas R
apid Thermal Anneal)装置、LRTA(Lamp Rapid T
hermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anne
al)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀
ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置であ
る。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すGRTAを行ってもよい。
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、6N(99.9999%)以上
好ましくは7N(99.99999%)以上(即ち不純物濃度を1ppm以下、好ましく
は0.1ppm以下)とすることが好ましい。
度のN2Oガス、又は超乾燥エア(露点が−40℃以下、好ましくは−60℃以下)を導
入してもよい。酸素ガスまたはN2Oガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい
。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはN2Oガスの純度を、6N以上好まし
くは7N以上(即ち、酸素ガスまたはN2Oガス中の不純物濃度を1ppm以下、好まし
くは0.1ppm以下)とすることが好ましい。酸素ガス又はN2Oガスの作用により、
脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化
物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高
純度化及び電気的にI型(真性)化する。
半導体層530に行うこともできる。その場合には、第1の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
層530に第1の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域(単結晶領
域)、即ち、膜表面に垂直にc軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成しても
よい。例えば、3nm以上15nm以下の第1の酸化物半導体層を成膜し、窒素、酸素、
希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で450℃以上850℃以下、好ましくは550℃以
上750℃以下の第1の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域(板状結晶を含む)
を有する第1の酸化物半導体層を形成する。そして、第1の酸化物半導体層よりも厚い第
2の酸化物半導体層を形成し、450℃以上850℃以下、好ましくは600℃以上70
0℃以下の第2の加熱処理を行い、第1の酸化物半導体層を結晶成長の種として、上方に
結晶成長させ、第2の酸化物半導体層の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領
域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。
ン電極層(これと同じ層で形成される配線を含む)となる導電膜を形成する。ソース電極
層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、実施の形態3に示したソース電極層4
05a、ドレイン電極層405bに用いる材料を用いることができる。
チングを行ってソース電極層515a、ドレイン電極層515bを形成した後、レジスト
マスクを除去する(図7(C)参照。)。
ーザ光やArFレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層531上で隣り合うソース電極
層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタの
チャネル長Lが決定される。なお、チャネル長L=25nm未満の露光を行う場合には、
数nm〜数10nmと極めて波長が短い超紫外線(Extreme Ultraviol
et)を用いて第3のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うと
よい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成される
トランジスタのチャネル長Lを10nm以上1000nm以下とすることも可能であり、
回路の動作速度を高速化できる。
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体層531を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層531は一部のみがエッチングされ、溝
部(凹部)を有する酸化物半導体層となることもある。
Zn−O系酸化物半導体を用いたので、エッチング液としてアンモニア過水(アンモニア
、水、過酸化水素水の混合液)を用いる。
る酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った
場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層5
16を形成する。
6に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層
516に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物
半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化(N型
化)してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層516はでき
るだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
グ法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上300℃以下とすればよく、本実
施の形態では100℃とする。酸化シリコン膜のスパッタリング法による成膜は、希ガス
(代表的にはアルゴン)雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下に
おいて行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコ
ンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む
雰囲気下でスパッタリング法により酸化シリコンを形成することができる。酸化物半導体
層に接して形成する絶縁層516は、水分や、水素イオンや、OH−などの不純物を含ま
ず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シ
リコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化
アルミニウム膜などを用いる。
ためには、吸着型の真空ポンプ(クライオポンプなど)を用いることが好ましい。クライ
オポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層516に含まれる不純物の濃度を低減
できる。また、絶縁層516の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、
ターボ分子ポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
00℃以上400℃以下、例えば250℃以上350℃以下)を行う。例えば、窒素雰囲
気下で250℃、1時間の第2の加熱処理を行う。第2の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部(チャネル形成領域)が絶縁層516と接した状態で加熱される。
水分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意
図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成
する材料の一つである酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体層は高純度化
及び電気的にI型(真性)化する。
の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの
不純物を酸化物絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させ
る効果を奏する。
グ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。保護絶縁層は、水分などの不純物を含まず、こ
れらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化ア
ルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層506を、窒化シリコン膜を
用いて形成する(図7(E)参照。)。
100℃〜400℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッ
タリングガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。
この場合においても、絶縁層516と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁
層506を成膜することが好ましい。
下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよ
いし、室温から、100℃以上200℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温ま
での降温を複数回くりかえして行ってもよい。
ンジスタを用いることにより、オフ状態における電流値(オフ電流値)をより低くするこ
とができる。
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本実施の形態で示した高
純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いるのであれば、各画素における液晶容
量に対して1/3以下、好ましくは1/5以下の容量の大きさを有する保持容量を設けれ
ば充分である。
れるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に該トランジスタを用
いることで、高画質な画像を提供することができる。また、該トランジスタによって、同
一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することができるため、液晶表示装
置の部品点数を削減することができる。
である。
上記実施の形態2乃至5において、トランジスタの半導体層に用いることのできる他の材
料の例を説明する。
料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質(アモルファス)半導
体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体
、或いは微結晶半導体などを用いることができる。半導体層はスパッタリング法、LPC
VD法、またはプラズマCVD法等により成膜することができる。
周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD法により形成することができる。代表
的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4
などの珪素化合物を水素で希釈して形成することができる。また、これらの珪素化合物を
、水素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガ
ス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの珪素化合物に
対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは50倍以上150倍以下、更に
好ましくは100倍とする。
しては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン(多結晶シリコン)には
、800℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂
高温ポリシリコンや、600℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料と
して用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリ
コンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶
半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。
法(レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する元素を用いた
熱結晶化法等)を用いれば良い。また、SAS(Semi Amorphous Sem
iconductor)である微結晶半導体をレーザ照射して結晶化し、結晶性を高める
こともできる。結晶化を助長する元素を導入しない場合は、非晶質珪素膜にレーザ光を照
射する前に、窒素雰囲気下500℃で1時間加熱することによって非晶質珪素膜の含有水
素濃度を1×1020atoms/cm3以下にまで放出させる。これは水素を多く含ん
だ非晶質珪素膜にレーザ光を照射すると非晶質珪素膜が破壊されてしまうからである。
面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタリング法、
CVD法、プラズマ処理法(プラズマCVD法も含む)、吸着法、金属塩の溶液を塗布す
る方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃
度調整が容易であるという点で有用である。また、このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ
性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中での
UV光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理
等により、酸化膜を成膜することが望ましい。
体膜に結晶化を促進する元素(触媒元素、金属元素とも示す)を添加し、熱処理(550
℃〜750℃で3分〜24時間)により結晶化を行ってもよい。結晶化を助長(促進)す
る元素としては、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru
)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)
、白金(Pt)、銅(Cu)及び金(Au)から選ばれた一種又は複数種類を用いること
ができる。
接して、不純物元素を含む半導体膜を形成し、ゲッタリングシンクとして機能させる。不
純物元素としては、n型を付与する不純物元素、p型を付与する不純物元素や希ガス元素
などを用いることができ、例えばリン(P)、窒素(N)、ヒ素(As)、アンチモン(
Sb)、ビスマス(Bi)、ボロン(B)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴ
ン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用
いることができる。結晶化を促進する元素を含む結晶性半導体膜に、希ガス元素を含む半
導体膜を形成し、熱処理(550℃〜750℃で3分〜24時間)を行う。結晶性半導体
膜中に含まれる結晶化を促進する元素は、希ガス元素を含む半導体膜中に移動し、結晶性
半導体膜中の結晶化を促進する元素は除去、又は軽減される。その後、ゲッタリングシン
クとなった希ガス元素を含む半導体膜を除去する。
熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。
法を用いて、結晶性半導体膜を選択的に基板に形成してもよい。
である。
本実施の形態においては、液晶表示装置の一形態に相当する液晶表示装置の外観及び断面
について、図5(A)、及び図5(B)を用いて説明する。図5(A)、及び図5(B)
は、第1の基板4001上に形成されたトランジスタ4010、トランジスタ4011、
及び液晶層4008を含む液晶素子4013を、第2の基板4006との間にシール材4
005によって封止した、液晶表示装置の上面図及び断面図に相当する。
れかで示したトランジスタを用いることができる。トランジスタは画素部、さらには駆動
回路に用いることができる。トランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ
基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
回路4004を囲むようにして、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によ
って封止されている。図5(A)においては、第1の基板4001上のシール材4005
によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は
多結晶半導体で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。また別途形成され
た信号線駆動回路4003と、走査線駆動回路4004または画素部4002に与えられ
る各種信号及び電位は、FPC(Flexible printed circuit)
4018から供給されている。
に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成
して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形
成して実装しても良い。
ip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB(Tape A
utomated Bonding)方法などを用いることができる。図5(A)は、C
OG方法により信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装する例である。
ーラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。
光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPCもしくはTABテープも
しくはTCPが取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板
が設けられたモジュール、または表示素子にCOG方式によりIC(集積回路)が直接実
装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
、トランジスタを複数有しており、実施の形態2乃至6のいずれかで示したトランジスタ
を用いることができる。図5(B)では、画素部4002に含まれるトランジスタ401
0、及び走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ4011を例示している。
形成領域と重なる位置に導電層を設けてもよい。導電層を酸化物半導体層のチャネル形成
領域と重なる位置に設けることによって、トランジスタのしきい値電圧の変動量を低減す
ることができる。また、導電層は、電位がトランジスタのゲート電極層と同じでもよいし
、異なっていても良く、第2のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電
層の電位がGND、0V、或いはフローティング状態であってもよい。
む回路部)に作用しないようにする機能(特に静電気に対する静電遮蔽機能)も有する。
導電層の遮蔽機能により、静電気などの外部の電場の影響によりトランジスタの電気的な
特性が変動することを防止することができる。
子電極4016は、トランジスタ4010のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電
膜で形成されている。
て電気的に接続されている。
型の液晶表示装置である。よって、少なくとも画素領域において視認側に設けられる基板
、電極層や絶縁層は光を透過させる必要がある。よって光が透過する画素領域に存在する
基板、絶縁層、電極層などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
一方、光を透過する視認側と反対側には反射性を有する電極層や膜などを設ける。
、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸
化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、イン
ジウム錫酸化物(以下、ITOと示す。)、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加し
たインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
性組成物を用いて形成することができる。
、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)
、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(
Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag
)等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成
することができる。
は実施の形態1で示した液晶層205と同様の材料及び方法により形成すればよい。
場合は、ゲストホスト液晶内に分散している二色性色素であるゲスト分子によって、入射
した光は吸収され黒表示となる。一方、画素電極層4030と共通電極層4031に電圧
を印加した場合、液晶層4008に電界が形成され、液晶層内のホスト分子、及び二色性
色素であるゲスト分子は電界方向に配列し、入射した光は、液晶層4008を透過する。
よって、液晶層4008は透明な状態となり、画素電極層4030が反射性を有するので
、表示画面では白表示となる。
、第1の凹凸、及び第2の凹凸を有しており、画素電極層4030は、絶縁層4021の
形状に沿った凹凸を有する。なお、第1の凹凸、及び第2の凹凸が設けられた絶縁層40
21は、実施の形態1に示した絶縁層202と同様の材料、及び手法により形成すること
ができる。
凹凸を図示してあるが、図面上では認識が難しい。ただし、実施の形態1で示した絶縁層
417及び、画素電極層414と同様の材料及び方法により形成すればよい。
上にも配向膜4032が形成されている。
007を形成している。図5(B)において、コンタクトホール4007内にはナノサイ
ズの第2の凹凸は図示していないが、コンタクトホール内にもナノサイズの第2の凹凸を
形成しても良い。
層4021上に画素電極層4030が形成されている。したがって、画素電極層4030
に入射した光は、液晶層4008側に様々な方向で反射することができる。よって、液晶
層4008で効率よく光が散乱され、優れた白表示を行うことができる。
た光に偏光を行わなくてもよいため、偏光板を設けなくてもよい。
高輝度な明るい表示画面とすることができる。よって、光の利用効率がよいため、低消費
電力化にもなる。また、偏光板にかかる工程やコストを削減することができ、より高スル
ープット、低コストを実現できる。よって、トランジスタを有する液晶表示装置にゲスト
ホスト液晶材料を用いることはより効果的である。
スチックなどを用いることができる。プラスチックとしては、FRP(Fibergla
ss−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド
)フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。
、液晶層4008の膜厚(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状の
スペーサを用いていても良い。液晶層4008を用いる液晶表示装置において液晶層の厚
さであるセルギャップは5μm以上30μm以下(好ましくは10μm以上20μm以下
)とすればよい。
覆う構成としている。ただし、特に限定はなく、保護膜を形成しない構成としてもよい。
ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタリング法を用いて、酸化
珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニ
ウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の
単層、又は積層で形成すればよい。
ンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることが
できる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂
等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させること
で、絶縁層を形成してもよい。
ピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷
、オフセット印刷等)、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等を用いることが
できる。
対して、駆動回路保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路は、
非線形素子を用いて構成することが好ましい。
である。
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器に適用することができる。特に
本明細書に開示する液晶表示装置は、液晶層にゲストホスト液晶を使用し、ゲスト分子で
ある二色性色素により光を吸収し黒表示を行い、反射性の画素電極層による光散乱によっ
て、白表示を行うために、紙面のような良質な画質を有するので、使用者の目に優しく、
電子ペーパーとして好適に適用することができる。電子ペーパーは、情報を表示するもの
であればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用
いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、電車などの乗り物の車内広告における表示等
に適用することができる。
話装置ともいう)などに用いてもよい。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備す
る電子機器の例について説明する。
、操作キー9632、太陽電池9633、充放電制御回路9634を有することができる
。図8(A)に示した電子書籍は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表
示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した
情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御す
る機能、等を有することができる。なお、図8(A)では充放電制御回路9634の一例
としてバッテリー9635、DCDCコンバータ(以下、コンバータと略記)9636を
有する構成について示している。実施の形態1乃至7のいずれかで示した液晶表示装置を
表示部9631に適用することにより、より視認性の良好で高画質な電子書籍とすること
ができる。よって使用者の目に優しく、疲労感を低減させることができる。
用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池9633による発電、及
びバッテリー9635での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電池9
633は、筐体9630の空きスペース(表面や裏面)に適宜設けることができるため、
効率的なバッテリー9635の充電を行う構成とでき、好適である。なおバッテリー96
35としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
ロック図を示し説明する。図8(B)には、太陽電池9633、バッテリー9635、コ
ンバータ9636、コンバータ9637、スイッチSW1乃至SW3、表示部9631に
ついて示しており、バッテリー9635、コンバータ9636、コンバータ9637、ス
イッチSW1乃至SW3が充放電制御回路9634に対応する箇所となる。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようコンバ
ータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9
633からの電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9637で
表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部9631
での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635
の充電を行う構成とすればよい。
る。バッテリー9635に蓄電された電力は、スイッチSW3をオンにすることでコンバ
ータ9637により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作にバッテ
リー9635からの電力が用いられることとなる。
テリー9635の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。
る電子書籍に適用した例である。図9(A)は、電子書籍を開いた状態であり、図9(B
)は電子書籍を閉じた状態である。第1の表示パネル4311、第2の表示パネル431
2、第3の表示パネル4313に上記実施の形態を適用して形成される液晶表示装置を用
いることができる。本発明の液晶表示装置を適用することにより、より視認性の良好で高
画質な電子書籍とすることができる。よって使用者の目に優しく、疲労感を低減させるこ
とができる。
第2の筐体4306は操作部4304及び第2の表示部4307を有する第2の表示パネ
ル4312を有し、両面表示型パネルである第3の表示パネル4313は、第3の表示部
4302及び第4の表示部4310を有し、第3の表示パネル4313は、第1の表示パ
ネル4311と第2の表示パネル4312の間に挿入されている。第1の筐体4305、
第1の表示パネル4311、第3の表示パネル4313、第2の表示パネル4312、及
び第2の筐体4306は駆動回路が内部に設けられた綴じ部4308によって接続されて
いる。図9の電子ブックは第1の表示部4301、第2の表示部4307、第3の表示部
4302、及び第4の表示部4310の4つの表示画面を有している。
示パネル4312、及び第2の筐体4306は可撓性を有しており、フレキシビリティが
高い。また、第1の筐体4305、第2の筐体4306にプラスチック基板を用い、第3
の表示パネル4313に薄いフィルムを用いると、薄型な電子書籍とすることができる。
面表示型パネルである。第3の表示パネル4313は、片面射出型の表示パネルを貼り合
わせて用いればよい。また、第3の表示パネル4313を省略し、見開きの電子書籍とし
てもよい。
である。
行った。以下、図3を用いて詳細な説明を行う。
Electlon Microscope)の断面写真である。
2が形成されており、実施の形態1に示した絶縁層202、第1の凹凸210、及び第2
の凹凸211にそれぞれ対応する。
ことがわかる。なお、本実例では、第1の凹凸31は感光性の有機樹脂を用いてフォトリ
ソグラフィを用いて形成した。また、第2の凹凸32は、実施の形態1の図2に示したプ
ラズマ装置を用いて酸素ガス雰囲気下にてプラズマ処理を行うことで形成した。
理を行うことで、第2の凹凸32が形成することが確認された。
る。
11 基板供給室
12 ロードロック室
13 搬送室
14 カセットポート
15 真空チャンバー
16 ICPコイル
17 ガス流路
18 高周波電源
19 基板ステージ
20 被処理基板
21 高周波電源
22 圧力制御弁
23 ドライポンプ
24 排気口
30 絶縁層
31 凹凸
32 凹凸
200 基板
201 基板
202 絶縁層
203 画素電極層
204 共通電極層
205 液晶層
206 ネマティック液晶分子
207 二色性色素
208 配向膜
209 配向膜
210 凹凸
211 凹凸
401 ゲート電極層
402 ゲート絶縁層
403 半導体層
405a ソース電極層
405b ドレイン電極層
407 絶縁層
408 容量配線層
409 絶縁層
410 トランジスタ
414 画素電極層
417 絶縁層
420 トランジスタ
427 絶縁層
430 トランジスタ
436a 配線層
436b 配線層
437 絶縁層
440 トランジスタ
441 基板
442 基板
444 液晶層
448 共通電極層
449 コンタクトホール
450 配向膜
451 配向膜
460 トランジスタ
470 凹凸
480 凹凸
505 基板
506 保護絶縁層
507 ゲート絶縁層
510 トランジスタ
511 ゲート電極層
515a ソース電極層
515b ドレイン電極層
516 絶縁層
530 酸化物半導体層
531 酸化物半導体層
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4007 コンタクトホール
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4015 接続端子電極
4016 端子電極
4018 FPC
4019 異方性導電膜
4020 絶縁層
4021 絶縁層
4030 画素電極層
4031 共通電極層
4032 配向膜
4033 配向膜
4301 表示部
4302 表示部
4304 操作部
4305 筐体
4306 筐体
4307 表示部
4308 綴じ部
4310 表示部
4311 表示パネル
4312 表示パネル
4313 表示パネル
9630 筐体
9631 表示部
9632 操作キー
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 コンバータ
9637 コンバータ
Claims (2)
- 第1の凹凸を有する有機樹脂を形成し、
前記第1の凹凸上に、プラズマ処理を用いて第2の凹凸を形成し、
前記第2の凹凸上に沿うように反射性を有する電極層を形成することを特徴とする液晶表示装置の作製方法。 - 第1の凹凸を有する有機樹脂を形成し、
前記第1の凹凸上に、酸素ガス雰囲気におけるプラズマ処理を用いて第2の凹凸を形成し、
前記第1の凹凸、及び前記第2の凹凸上に沿うように反射性を有する電極層を形成することを特徴とする液晶表示装置の作製方法。
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