JP5169896B2 - 薄膜トランジスタ及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラーフィルタ上に形成した薄膜トランジスタ及びその薄膜トランジスタからなる画像表示装置において、ゲート絶縁膜表面の凹凸を軽減し、薄膜トランジスタの耐電圧を向上させることに関する。

近年、電子デバイスの駆動用トランジスタとして、アモルファスシリコンや多結晶シリコン、金属酸化物半導体材料、有機半導体材料等を用いた薄膜トランジスタが使用されている。しかし、アモルファスシリコンや多結晶シリコン、有機半導体材料は可視光領域において光感度を持つため、遮光膜が必要となる。

一方、バンドギャップの大きい金属酸化物半導体材料は可視光領域で光感度を持たず透明であるという特徴を持ち、かつ低温で成膜できるため、プラスチック基板などの基板上にフレキシブルな透明薄膜トランジスタを形成することが可能である（特許文献１参照）。金属酸化物半導体材料を用いた薄膜トランジスタは、アクティブマトリクス表示装置の開口率の向上や、新たなディスプレイ構成を実現するものとして多くの関心を集めている。

透明薄膜トランジスタを用いた新たなディスプレイ構成として、カラーフィルタ上に透明薄膜トランジスタを形成したフロントドライブ構造（非特許文献２）がある。

薄膜トランジスタを用いるディスプレイにおいては、一般的にガラスなどの基材上に直接、薄膜トランジスタが形成される。例えば、ボトムゲート構造の場合、ガラス上にゲート配線を形成し、その上にゲート絶縁膜を形成することになる。このときゲート絶縁膜の凹凸により、薄膜トランジスタの耐電圧の低下が起こる。特にゲート絶縁膜の膜厚が薄い場合や膜質が良くない場合は、その傾向が顕著であり、ゲートリーク電流や素子の絶縁破壊の原因となる。このような素子不良が生じやすい薄膜トランジスタの構成例を図４及び５に示す。図４（ａ）、図４（ｂ）はほぼ１画素分を示す平面図で表された図５の透明薄膜トランジスタのＳ−Ｓ’の破線での断面図である。カラーフィルタの着色層２に起因する凹凸がオーバーコート層上にも現れるため、その上部に形成される薄膜トランジスタの絶縁膜６に段差が生じ、ゲート配線とその上に積層される配線間でのゲートリーク電流や素子の絶縁破壊が生じる。

特開２０００−１５０９００ 特開２００６−１６５５２８

Ｋ．Ｎｏｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４３２，４８８（２００４）． Ｍ．Ｉｔｏ，ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，ｖｏｌ．Ｅ９０−Ｃ，Ｎｏ．１１，２１０５（２００７）．

本発明は、カラーフィルタ表面の凹凸に起因する、ゲートリーク電流や素子の絶縁破壊を抑制することができる薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供することである。

請求項１にかかる発明は、
透明な基板上に、着色層からなるサブ画素と、複数の前記サブ画素からなる画素と、複数の前記画素とオーバーコート層からなるカラーフィルタと、ゲート配線と、キャパシタ配線と、ゲート絶縁膜と、半導体活性層と、ソース配線と、ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタにおいて、前記オーバーコート層がくぼみを有し、前記ゲート配線が前記オーバーコート層上の前記くぼみ部分に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタである。

請求項２にかかる発明は、
前記ゲート配線及び前記ソース配線が、各サブ画素間の領域上に配置された請求項１に記載の薄膜トランジスタである。

請求項３にかかる発明は、
前記カラーフィルタの各画素の着色層が赤（Ｒ）と、緑（Ｇ）と、青（Ｂ）と、無色（Ｗ）、もしくは黄（Ｙ）と、マゼンタ（Ｍ）と、シアン（Ｃ）と、無色（Ｗ）からなっており、着色層上にオーバーコート層を設けていることを特徴とする請求項１および２に記載の薄膜トランジスタである。

請求項４にかかる発明は、
前記カラーフィルタの各サブ画素間のオーバーコート層が着色層とブラックマトリクスまたは着色層と基材との各膜厚差によってくぼみを形成することを特徴とする請求項１ないし３に記載の薄膜トランジスタとしたものである。

請求項５にかかる発明は、
前記半導体活性層は金属酸化物を主成分とする材料であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の薄膜トランジスタとしたものである。

請求項６にかかる発明は、
請求項１乃至５に記載の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置である。

請求項７にかかる発明は、
透明な基板上に、着色層からなるサブ画素と、複数の前記サブ画素からなる画素と、複数の前記画素とオーバーコート層からなるカラーフィルタと、ゲート配線と、キャパシタ配線と、ゲート絶縁膜と、半導体活性層と、ソース配線と、ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタにおいて、前記オーバーコート層がくぼみを有し、前記ゲート配線が前記オーバーコート層上の前記くぼみ部分に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項８にかかる発明は、
前記オーバーコート層にくぼみを形成する工程は、前記カラーフィルタの各サブ画素間のオーバーコート層が着色層とブラックマトリクスまたは着色層と基板との膜厚差によってくぼみを形成する工程であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

カラーフィルタ上に形成した薄膜トランジスタにおいて、カラーフィルタのオーバーコート層形成時に、カラーフィルタの各色のサブ画素間上のオーバーコート表面上にくぼみを形成し、ゲート配線を、前記カラーフィルタの各色のサブ画素間の領域上に配置することにより、ゲート絶縁膜表面の凹凸を軽減し、薄膜トランジスタの耐電圧を向上させることができる。

本発明の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのほぼ１画素分を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのほぼ１画素分を示す部分平面図である。なお、オーバーコート層４、ゲート絶縁膜５、層間絶縁膜１１、画素電極１１は図示していない。 本発明の実施の形態にかかる薄膜トランジスタのカラーフィルタ部分を示す図である。 本発明の比較例にかかる薄膜トランジスタのほぼ１画素分を示す部分断面図である。 本発明の比較例にかかる薄膜トランジスタのほぼ１画素分を示す部分平面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。なお、実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

図１及び図２に本発明の実施の形態に係る透明薄膜トランジスタを示した。図１はほぼ１画素分を示す平面図で表された図２の透明薄膜トランジスタのＳ−Ｓ’の破線での断面図である。本発明の実施の形態に係る画像表示装置に用いられる薄膜トランジスタは、透明な基板１、カラーフィルタ着色層２、ブラックマトリクス３、オーバーコート層４、ゲート配線５、ゲート絶縁膜６、半導体活性層７、ソース配線８、ドレイン電極９を備えている。さらに、キャパシタ配線１０、層間絶縁膜１１及び画素電極１２を備えている。

また、図２に示すように、本発明の実施の形態に係る画像表示装置に用いられる薄膜トランジスタは、透明な基板上に形成された着色層と、透明な基板上及び着色層上に形成されたオーバーコート層からなるカラーフィルタと、オーバーコート層上に形成されたゲート配線と、ゲート配線に離間して形成されたキャパシタ配線と、ゲート配線及びキャパシタ配線上に形成された透明なゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体活性層と、ゲート絶縁膜上及び半導体活性層上に一部重なって形成されたソース配線と、ゲート絶縁膜上及び半導体活性層上に一部重なり、ソース配線と離間して形成されたドレイン電極とを備えており、オーバーコート層がくぼみを有し、ゲート配線がくぼみ部分に配置されている。

図１及び図２に示した薄膜トランジスタの素子構成において、ソース配線及びドレイン電極の下に半導体活性層が形成されているトップコンタクト構造となっているが、半導体活性層の下にソース配線及びドレイン電極が形成されているボトムコンタクトであってもかまわない。また、本発明の実施の形態は、ソース配線とドレイン電極と半導体活性層が順不同に上に重なって形成されていてもよい。

「透明」とは、可視光である波長領域４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲内で透過率が７０％以上であることをいう。

本発明の実施の形態に係る透明な基板１として、具体的にはポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフォン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス及び石英等を使用することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。これらは単独の透明な基板１として使用してもよいが、二種以上を積層した複合の透明な基板１として使用することもできる。

本発明の実施の形態に係る透明な基板１が有機物フィルムである場合は、薄膜トランジスタの素子の耐久性を向上させるために透明のガスバリア層（図示せず）を形成することができる。ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及びダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。またこれらのガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。ガスバリア層は有機物フィルムを用いた透明な基板１の片面だけに形成してもよいし、両面に形成しても構わない。ガスバリア層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤＣＶＤ法及びゾルゲル法などを用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る着色層２は、透明な基板１上に形成され、赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）及び青色カラーフィルタ（Ｂ）の３種類、もしくは赤色フィルタ（Ｒ）、緑色フィルタ（Ｇ）、青色カラーフィルタ（Ｂ）及び白色カラーフィルタ（Ｗ）、または、シアン色フィルタ（Ｃ）、マゼンタ色フィルタ（Ｍ）及び黄色フィルタ（Ｙ）の組み合わせから形成されていることが好ましいが、本発明はこれらに限定されるものではない。カラーフィルタ着色層２はその各色がそれぞれ所定幅の線条（ストライプ）、マトリクス状に、または所定サイズの矩形マトリクス状等、適宜パターン状に０．７μｍ以上２．０μｍ以下の膜厚でパターニングされている。また各色の着色層２の間には、膜厚０．１μｍ以上０．５μｍ以下の黒色のブラックマトリクス３を設けても良いし、設けなくても良い。

着色層２のパターン形成後に、着色パターンを保護するために、透明な基板１及び着色層２上に透明なオーバーコート層４が設けられる。このとき、着色層２の各色サブ画素の間の部分は、着色層２よりも膜厚の薄いブラックマトリクス３が形成されているか、もしくは何も形成されていないので、この着色層２とブラックマトリクス３との膜厚差または、着色層２と基材１との高低差を利用し、カラーフィルタ表面の各色のサブ画素間上に凹状のくぼみを形成することができる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。

くぼみを形成するにあたり、具体的には、着色層２の各色サブ画素間が５μｍ以上あることが好ましく、着色層２とブラックマトリクス３の膜厚差、または、着色層２と基材１の高低差が０．３μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。オーバーコート層４は、着色層２とブラックマトリクス３および着色層２と基材１表面の高低差との関係によって、その膜厚を適宜変更することができ、好ましくは１μｍ以上４μｍ以下であり、それによりオーバーコート層４表面に０．１μｍ〜０．３μｍのくぼみを形成することができる。

透明なオーバーコート層４の材料としては、熱硬化性の透明樹脂、例えばエポキシ樹脂などが好適に用いられるが本発明においては、これに限定されるものではない。

透明な基板１とゲート配線５が成形される層との間にカラーフィルタを形成することにより、カラーフィルタと薄膜トランジスタとの容易な位置合わせができ、カラーフィルタを使用する画像表示装置を作製する際に生じる位置合わせの不良による歩留まりの低下を防ぐことができる。

本発明の実施の形態に係るゲート配線５は、オーバーコート層４上のくぼみに形成され、導電材料の薄膜から形成される。また、導電材料の薄膜とを２層以上積層して使用しても良い。

ゲート配線５の膜厚は、前記くぼみ部分の高低差の値と同等であることが望ましく、くぼみ部分の高低差の値と同等とは、前記くぼみ部分の高低差の値に対してその差が±２０％以内であることをいう。ゲート配線５の膜厚を前記くぼみ部分の高低差の値と同等にすることにより、ゲート配線上に形成されるゲート絶縁膜の凹凸を低減させ、薄膜トランジスタの耐電圧を向上することができる。

ゲート配線５の線幅は、前記着色層２の各色サブ画素間の幅と同じ、もしくはそれ以下であることが望ましく、着色層２の各色サブ画素間の幅と同じ、もしくはそれ以下とは、各色サブ画素間の幅の値に対してその差が−２０％以上５％以下であることをいう。

ゲート配線５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの金属材料およびこれらの金属材料の合金や金属材料の薄膜を複数積層したものを用いることができる。そのほかにも酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）及び酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、などの酸化物材料また、これらの酸化物材料に不純物をドープしたものも用いることができる。酸化物材料に不純物をドープしたものとしては、例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。これらの金属材料や酸化物材料を複数積層したものも使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

ゲート配線５に用いる導電材料の薄膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法などで形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのゲート絶縁膜６はゲート配線及びオーバーコート層上に形成され、使用される材料は特に限定しないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、ハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）及び酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの無機材料、またはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂及びポリビニルフェノールなどの有機材料が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。ゲートリーク電流を抑えるためには、絶縁材料の抵抗率が１０１１Ω・ｃｍ以上、望ましくは１０１４Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。

ゲート絶縁膜６は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法などの方法を用いて形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。ゲート絶縁膜６の膜厚は５０ｎｍ以上２μｍ以下であることが望ましい。これらのゲート絶縁膜６は単層として用いても構わないし、複数の層を積層したものを用いても構わないし、また成長方向に向けて組成を傾斜したものでも構わない。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタに用いる半導体活性層７は着色層の各色の間の領域上に形成され、その材料としては、金属酸化物を主成分とする酸化物半導体材料が使用できる。酸化物半導体材料は亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）及びガリウム（Ｇａ）のうち一種類以上の元素を含む酸化物であり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化タングステン（ＷＯ）及び酸化亜鉛ガリウムインジウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）などの材料が挙げられるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。これらの材料は透明であり、バンドギャップが２．８ｅＶ以上、好ましくはバンドギャップが３．２ｅＶ以上であることが望ましい。これらの材料の構造は単結晶、多結晶、微結晶、結晶とアモルファスとの混晶、ナノ結晶散在アモルファス、アモルファスのいずれであってもかまわない。半導体活性層７の膜厚は２０ｎｍ以上あることが望ましい。

半導体活性層７に用いられる金属酸化物材料は可視光領域において光感度を持たないため、従来のシリコンを用いた薄膜トランジスタのように遮光層を設ける必要がないので、アクティブマトリクス表示装置の開口率の向上や、新たなディスプレイ構成の実現可能性がある。

半導体活性層７の形成方法は、スパッタリング法、パルスレーザ堆積法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法及びゾルゲル法などの方法を用いて形成されるが、好ましくはスパッタリング法、パルスレーザ堆積法、真空蒸着法、ＣＶＤ法である。スパッタリング法ではＲＦマグネトロンスパッタリング法及びＤＣスパッタリング法、真空蒸着法では抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法及びイオンプレーティング法、ＣＶＤ法ではホットワイヤＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ法などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの構造がボトムゲート型の場合は、半導体活性層７の上を覆うような保護膜（図示せず）を設けることができる。保護膜を用いることで、半導体活性層７が湿度などで経時変化を受けたり、層間絶縁膜１１から影響を受けたりすることを防ぐことができる。保護膜としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア及び酸化チタン等の無機材料、または、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリビニルフェノール及びフッ素系樹脂等の有機材料が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。これらの保護膜は単層として用いても構わないし、複数の層を積層したものを用いても構わない。

本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのソース配線８の材料として不透明な金属材料、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの場合、ソース配線８は各サブ画素間の領域上に形成される。また、上述した金属材料は合金や金属材料の薄膜を複数積層してもよい。また、ソース配線８の材料として透明な酸化物材料、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）及び酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、などの場合はサブ画素上のどこにあってもよい。また、上述した酸化物材料は不純物をドープしてもよく、酸化物材料に不純物をドープしたものとしては、例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。上述した金属材料と酸化物材料を複数積層したものも使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

ソース配線８に用いる導電材料の薄膜の形成方法は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法などが挙げられるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係るドレイン電極９はゲート絶縁膜上に形成され、その材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの金属材料、及びこれらの金属材料の合金や金属材料の薄膜を複数積層したものも使用できる。そのほかにも酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）及び酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、などの酸化物材料また、これらの酸化物材料に不純物をドープしたものも用いることができる。酸化物材料に不純物をドープしたものとしては、例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。これらの金属材料と酸化物材料を複数積層したものも使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

ドレイン電極９に用いる導電材料の薄膜の形成方法は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法などが挙げられるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

ドレイン電極９の面積が画素領域に対して、大きくなる場合は、透明な導電材料で形成することによって、不透明な導電材料で形成する場合と比較して、薄膜トランジスタの開口率を大きくすることができる。

本発明の実施の形態に係るキャパシタ配線１０としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）などの金属材料、及びこれらの金属材料の合金や金属材料の薄膜を複数積層したものも使用できる。そのほかにも酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）及び酸化亜鉛スズ（Ｚｎ２ＳｎＯ４）、などの酸化物材料また、これらの酸化物材料に不純物をドープしたものも用いることができる。酸化物材料に不純物をドープしたものとしては、例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。これらの金属材料と酸化物材料を複数積層したものも使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

キャパシタ配線１０に用いる導電材料の薄膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法などで形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

また、キャパシタ配線１０は透明な導電材料で形成することにより、不透明な導電材料で形成した場合と比較して、薄膜トランジスタの開口率を大きくすることが可能である。

本発明の実施の形態に係る層間絶縁膜１１としては絶縁性で透明であれば特に限定されない。例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア及び酸化チタン等の無機材料、または、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリレート、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂及びポリビニルフェノールなどの有機材料が挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。層間絶縁膜１１はゲート絶縁膜６と同じ材料であっても構わないし、異なる材料であっても構わない。これらの層間絶縁膜１１は単層として用いても構わないし、複数の層を積層したものを用いても構わない。

本発明の実施の形態に係る画素電極１２は透明な導電材料の薄膜で形成されており、薄膜トランジスタのドレイン電極９と電気的に接続していなければならい。具体的には、層間絶縁膜１１をスクリーン印刷法などの方法でパターン印刷してドレイン電極９の部分に層間絶縁膜１１を設けない方法や、層間絶縁膜１１を全面に塗布し、そのあとレーザビーム等を用いて層間絶縁膜１１に穴を空ける方法などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

画素電極１２としては、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化インジウムカドミウム（ＣｄＩｎ_２Ｏ_４）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）及び酸化亜鉛スズ（Ｚｎ_２ＳｎＯ_４）、などの酸化物材料また、これらの酸化物材料に不純物をドープしたものも用いることができる。酸化物材料に不純物をドープしたものとしては、例えば、酸化インジウムにスズ（Ｓｎ）やモリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、セリウム（Ｃｅ）及び亜鉛（Ｚｎ）をドープしたもの、酸化亜鉛にアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）をドープしたものなどである。これらの材料を複数積層したものも使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるものではない。

画素電極１２に用いる透明な導電材料の薄膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤＣＶＤ法などで形成することができるが本発明ではこれらに限定されるものではない。

本発明の薄膜トランジスタに組み合わせる表示要素としては、電気泳動型反射表示装置、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置及び無機ＥＬ表示装置などが挙げられる。

図２は本実施例の画像表示装置のほぼ１画素分の部分断面図、図３は実施例の画像表示装置のほぼ１画素分の部分平面図である。なお、これらの図における各層の膜厚や面積の比は、本実施例の画像表示装置における薄膜トランジスタの膜厚や面積比を正確に表すものではない。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載に限られるものではない。

＜実施例＞
図１（ｂ）及び図２に示される薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を以下の手順で作製した。
透明な基板１としてコーニング社製無アルカリガラス１７３７（厚さ０．７ｍｍ）を用い、その一方の面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、無色（Ｗ）の４色からなるカラーフィルタ着色層２を形成した。より詳細には、カラーフィルタ着色層２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）、２（Ｗ）は、それぞれの樹脂をガラス基板１全体に塗布した後、定められた形状のフォトマスクを用いて、露光、現像、および焼成して形成した。本実施例では、最初に、着色層２（Ｒ）を形成し、その後２（Ｇ）、２（Ｂ）、２（Ｗ）の順番で形成した。その上に、熱硬化性透明樹脂であるオーバーコート層４を塗布、焼成し、カラーフィルタを形成した。各色着色層のサブ画素間は１０μｍであり、オーバーコート層４の着色層２各色のサブ画素間上には０．１μｍほどのくぼみが形成される。

その上にＤＣマグネトロンスパッタ法でインジウム−スズ酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ、通称：「ＩＴＯ」）１００ｎｍを成膜し、これをフォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングすることでゲート配線５およびキャパシタ配線１０とした。なおゲート配線５は、着色層２各色のサブ画素間上に存在するくぼみ部分に配置した。このゲート配線５およびキャパシタ配線１０上に、ＲＦマグネトロンスパッタにより酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を２００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜６とした。さらにＲＦマグネトロンスパッタにより酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）を４０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングし、半導体活性層７を形成した。この上にレジストを塗布し、乾燥、現像を行った後、ＩＴＯ１００ｎｍをＤＣマグネトロンスパッタ法で成膜し、レジストリフトオフを行い、ソース配線８およびドレイン電極９を形成した。さらにこの上に、印刷法を用いてエポキシ系樹脂を５μｍの厚さで塗布し、層間絶縁膜１１とした。最後にＤＣマグネトロンスパッタ法でＩＴＯ１００ｎｍを成膜し、フォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングを行い、画素電極１２とした。このようにして作製した薄膜トランジスタ上に、共通電極を含む電気泳動型反射型表示要素としてＥ Ｉｎｋ社製Ｖｉｚｐｌｅｘ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｆｉｌｍを貼り付け、実施例の画像表示装置を作製した。なお本実施例の画像表示装置はカラーフィルタ側より薄膜トランジスタを通して表示を見る構成となっている。

＜比較例＞
図４（ｂ）及び図５に示される薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を以下の手順で作製した。
透明な基板１としてコーニング社製無アルカリガラス１７３７（厚さ０．７ｍｍ）を用い、その一方の面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、無色（Ｗ）の４色からなるカラーフィルタ着色層２を形成した。より詳細には、カラーフィルタ着色層２（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）、（Ｗ）は、それぞれの樹脂をガラス基板１全体に塗布した後、定められた形状のフォトマスクを用いて、露光、現像、および焼成して形成した。本実施例では、最初に、カラーフィルタ層２（Ｒ）を形成し、（Ｇ）、（Ｂ）、（Ｗ）の順番で形成した。その上に、熱硬化性透明樹脂であるオーバーコート層４を塗布、焼成し、その後研磨を行い表面を平坦化し、カラーフィルタを形成した。
その上にＤＣマグネトロンスパッタ法でＩＴＯ１００ｎｍを成膜し、これをフォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングすることでゲート配線５およびキャパシタ配線１０とした。このゲート配線５およびキャパシタ配線１０上に、ＲＦマグネトロンスパッタにより酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を２００ｎｍ成膜し、ゲート絶縁膜６とした。さらにＲＦマグネトロンスパッタにより酸化亜鉛インジウムガリウム（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ）を４０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングし、半導体活性層７を形成した。この上にレジストを塗布、乾燥、現像を行った後、ＩＴＯ１００ｎｍをＤＣマグネトロンスパッタ法で成膜し、レジストリフトオフを行い、ソース配線８およびドレイン電極９を形成した。さらにこの上に、印刷法を用いてエポキシ系樹脂を５μｍの厚さで塗布し、層間絶縁膜１１とした。最後にＤＣマグネトロンスパッタ法でＩＴＯ１００ｎｍを成膜し、フォトリソグラフィー法により所望の形状にパターニングを行い、画素電極１２とした。このようにして作製した薄膜トランジスタ上に、共通電極を含む電気泳動型反射型表示要素としてＥ Ｉｎｋ社製Ｖｉｚｐｌｅｘ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｆｉｌｍを貼り付け、比較例の画像表示装置を作製した。なお本比較例の画像表示装置はカラーフィルタ側より薄膜トランジスタを通して表示を見る構成となっている。

＜比較結果＞
実施例ではカラーフィルタの各色のサブ画素間のオーバーコート層表面に０．１μｍ程度のくぼみを設けており、そこにゲート配線５を通すことにより、ゲート配線５上に形成されるゲート絶縁膜の凹凸を低減することができる。一方、比較例においては、ゲート配線５に起因するゲート絶縁膜６の表面に凹凸が生じているため、一部でゲート配線５とソース配線８の間でゲート絶縁膜６の膜厚が薄くなる部分が生じる。

詳細には、本発明を用いない比較例に置いては、薄膜トランジスタのゲート電圧を５２Ｖとしたときに絶縁破壊が生じたが、本発明を用いた実施例における薄膜トランジスタではゲート電圧を１００Ｖにしても絶縁破壊は生じなかった。

以上の結果から、本発明を用いることにより、ゲート絶縁膜の凹凸を軽減することで、耐電圧を向上させることが可能となった。

１…透明な基板
２…カラーフィルタ着色層
３…ブラックマトリクス
４…オーバーコート層
５…ゲート配線
６…ゲート絶縁膜
７…半導体活性層
８…ソース配線
９…ドレイン電極
１０…キャパシタ配線
１１…層間絶縁膜
１２…画素電極
１３…画像表示要素
１４…共通電極
１５…背面基板

Claims (8)

1. 透明な基板上に、着色層からなるサブ画素と、複数の前記サブ画素からなる画素と、複数の前記画素とオーバーコート層からなるカラーフィルタと、ゲート配線と、キャパシタ配線と、ゲート絶縁膜と、半導体活性層と、ソース配線と、ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタにおいて、前記オーバーコート層がくぼみを有し、前記ゲート配線が前記オーバーコート層上の前記くぼみ部分に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記ゲート配線が、各サブ画素間の領域上に配置された請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記カラーフィルタの各画素の着色層が赤（Ｒ）と、緑（Ｇ）と、青（Ｂ）と、無色（Ｗ）、もしくは黄（Ｙ）と、マゼンタ（Ｍ）と、シアン（Ｃ）と、無色（Ｗ）からなっており、着色層上にオーバーコート層を設けていることを特徴とする請求項１および２に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記カラーフィルタの各サブ画素間のオーバーコート層が着色層とブラックマトリクスまたは着色層と基板との膜厚差によってくぼみを形成することを特徴とする請求項１ないし３に記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記半導体活性層は金属酸化物を主成分とする材料であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の薄膜トランジスタ。
6. 請求項１乃至５に記載の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置。
7. 透明な基板上に、着色層からなるサブ画素と、複数の前記サブ画素からなる画素と、複数の前記画素とオーバーコート層からなるカラーフィルタと、ゲート配線と、キャパシタ配線と、ゲート絶縁膜と、半導体活性層と、ソース配線と、ドレイン電極を備えた薄膜トランジスタにおいて、前記オーバーコート層がくぼみを有し、前記ゲート配線が前記オーバーコート層上の前記くぼみ部分に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記オーバーコート層にくぼみを形成する工程は、前記カラーフィルタの各サブ画素間のオーバーコート層が着色層とブラックマトリクスまたは着色層と基板との膜厚差によってくぼみを形成する工程であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。

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