薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
【課題】隔壁形成プロセスを省き、かつ、塗布法により半導体溶液を所望の場所に形成し、トランジスタ素子分離を行うことのできる薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上および基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上に形成されたゲート絶縁体層と、ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、半導体層の中央に形成された保護膜と、半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える。
【解決手段】基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上および基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上に形成されたゲート絶縁体層と、ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、半導体層の中央に形成された保護膜と、半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報技術の目覚しい発展により、現在ではノート型パソコンや携帯情報端末などで情報の送受信が頻繁に行われている。近い将来、場所を選ばずに情報の送受信をやり取りできるユビキタス社会が来るであろうことは周知の事実である。そのような社会においては、より軽量、薄型の情報端末が望まれる。
【０００３】
現在、半導体材料の主流はシリコン系（Ｓｉ系）の材料であるが、フレキシブル化、軽量化、低コスト化、高性能化などの観点から酸化物半導体を用いたトランジスタ（酸化物トランジスタ）の研究が盛んに行われている。一般に酸化物半導体を用いる場合、スパッタ法などの真空成膜法が用いられることが多い。
【０００４】
しかし、近年では、塗布法による酸化物半導体の形成が報告されており、大面積化、印刷法の適用、プラスチック基板の利用などといった応用の可能性が広がってきている。
【０００５】
またその応用分野は広く、薄型、軽量のフレキシブルディスプレイに限らず、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグやセンサーなどへの応用も見込まれている。このように、ユビキタス社会に向けて塗布型酸化物トランジスタの研究は必要不可欠である。
【０００６】
このような理由により、現在では塗布法による酸化物半導体の研究が注目されている。
【０００７】
ところで、溶液から半導体層を形成するには、スピンコート法やディップ法、インクジェット法などの方法が挙げられる。このうち、スピンコート法やディップ法で製造されたトランジスタを複数配置したトランジスタアレイにおいては、トランジスタ素子間やトランジスタと画素電極との間の半導体層中を電流が流れやすいため、オフ状態での電流（リーク電流）値が大きくなり、オンオフ比が低下してしまう問題がある。
【０００８】
このような問題に対して、例えば特許文献１においてはインクジェット法を用いて所望の場所に半導体層を形成することにより、トランジスタ素子分離を実現している。
【０００９】
また、例えば特許文献２においてはソース電極、ドレイン電極の間のチャネル部に半導体溶液を注入することによってトランジスタ素子分離を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１００８６号公報
【特許文献２】特開２００４−８００２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２の方法において、チャネル部に半導体溶液を注入するには隔壁の形成が必要となる為、通常のトランジスタ作製方法に加えて隔壁材料の成膜、及びパターニングのプロセスを別途行わなければならない。
【００１２】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、隔壁形成プロセスを省き、かつ、塗布法により半導体溶液を所望の場所に形成し、トランジスタ素子分離を行うことのできる薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。
【００１４】
本発明は、薄膜トランジスタである。当該薄膜トランジスタは、基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上および基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上に形成されたゲート絶縁体層と、ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、半導体層の中央に形成された保護膜と、半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える。
【００１５】
また、ゲート電極の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、ゲート絶縁体層の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、半導体層は、有機物を主成分とする材料や金属酸化物を主成分とする材料からなることが好ましい。
【００１８】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法である。当該製造方法は、基板上に梯子状の凸部を有するゲートバス電極を形成する工程と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上にゲート絶縁体層を形成する工程と、ゲート絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を形成する工程と、半導体層の中央に保護膜を形成する工程と、半導体層の両端部で接続されるソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを備える。
【００１９】
また、ゲートバス電極の凸部は、フォトリソグラフィー法で形成され、半導体層の塗布方法は、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコートのいずれかであることが好ましい。
【００２０】
本発明は、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置である。当該画像表示装置は、薄膜トランジスタと、ソース電極上およびドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、画素電極上に形成された共通電極を含む表示媒体とを備える。
【００２１】
また、表示媒体は、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、および無機ＥＬ表示装置のいずれかであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲートバス電極を梯子上にパターニングすることで凹部を形成し、凹部に追従して形成されるゲート絶縁体層の凹部に塗布法で半導体層を所望の場所に成膜し、トランジスタ分離することができ、トランジスタ素子を安定して駆動することが可能であり、更には、隔壁の形成プロセスが不要な為、製造プロセスの簡易化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を表す概略断面図
【図２】ゲートバス電極を梯子状にパターニングすることで形成される凹部と、ゲートバス電極の凹部に追従して形成されるゲート絶縁体層の凹部の概略断面図
【図３】実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部を示す図
【図４】実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略断面図
【図５】従来の薄膜トランジスタの構造を表す概略断面図
【図６】従来の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係る薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。なお、以下では、本実施形態に係る薄膜トランジスタとその製造方法とについて説明した後、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。
【００２５】
〈薄膜トランジスタ〉
まず、本実施形態に係る薄膜トランジスタについて説明する。以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下に説明する薄膜トランジスタの構成は一例であって、本発明に係る薄膜トランジスタはこの構成に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００の構造を表す概略断面である。図１に示すように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００は、基板１、ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ゲート絶縁体層５、半導体層６、保護膜７、ソース電極８、およびドレイン電極９を有する。
【００２７】
なお本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００におけるゲート電極３はゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで凹部１３を有する。つまりゲートバス電極２の表面形状に沿うようにゲート電極３が形成されることにより、当該ゲート電極３は凹部１３を有する。さらに、ゲート電極３の凹凸に沿うようにゲート絶縁体層５が形成されることにより、当該ゲート絶縁体層５も凹部を有する。この凹部内に塗布法により半導体層６が形成される。
【００２８】
ゲート電極３およびゲート絶縁体層５が有する上記の凹部の深さは、いずれも１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。ゲート電極３およびゲート絶縁体層５の凹部の深さが１０ｎｍ未満であると、ゲート絶縁体層５の凹部内に形成される半導体層の厚みが薄くなり過ぎ、凹部の深さが２００ｎｍを超えると半導体層の厚みが厚くなり過ぎ、いずれの場合でも薄膜トランジスタのスイッチング機能に不具合が生じる。
【００２９】
上記基板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、およ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。なお、これらは単独として使用してもよいが、二種以上を積層した複合の基板として使用してもよい。
【００３０】
なお、上記基板１が有機物フィルムである場合は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００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）を形成することもできる。また、当該ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、およびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００３１】
また、これらの上記ガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。なお、ガスバリア層は有機物フィルムを用いた基板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。
【００３２】
なお、上述したような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、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法、およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるがこれらに限定されるものではない。
【００３３】
上記ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ソース電極８、およびドレイン電極９には、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、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（ＣｄＩｎ2Ｏ4）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ2ＳｎＯ2）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ2ＳｎＯ4）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物材料が好適に用いられる。
【００３４】
なお、これら酸化物材料に不純物をドープすることも導電率を上げるために好ましい。例えば、酸化インジウムにスズやモリブデン、チタンをドープしたもの、酸化スズにアンチモンやフッ素をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウムをドープしたものなどである。この中でも特に酸化インジウムにスズをドープした酸化インジウムスズ（通称ＩＴＯ）が低い抵抗率のために特に好適に用いられる。またＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏなどの金属材料も好適に用いられるし、これら金属を使用した合金材料も好適に用いられる。
【００３５】
また、上記ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ソース電極８、およびドレイン電極９には、導電性酸化物材料と低抵抗金属材料を複数積層したものも使用できる。この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜／金属薄膜／導電性酸化物薄膜の順に積層した３層構造が特に好適に用いられる。またポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。
【００３６】
なお、ゲートバス電極２、キャパシタ電極４、ゲート電極３、ソース電極８、およびドレイン電極９は全て同じ材料であっても構わないし、また全て違う材料であっても構わない。しかし、薄膜トランジスタ１００の製造工程における工程数を減らすためにソース電極８とドレイン電極９とは同一の材料であることが望ましい。
【００３７】
また、これらの電極は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、またはスクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
上記ゲート絶縁体層５として用いられる材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、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、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）等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、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。なお、ゲートリーク電流を抑えるためには、ゲート絶縁体層５の絶縁材料の抵抗率は１０11Ωｃｍ以上、特に１０14Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
なお、ゲート絶縁体層５は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷などの方法を用いて形成されるがこれらに限定されるものではない。また、ゲート絶縁体層５は膜の成長方向に向けて組成を傾斜したものも、また好適に用いられる。
【００４０】
上記半導体層６としては、有機半導体材料、金属酸化物半導体材料を主成分とする材料が使用できる。
【００４１】
なお、上記有機半導体材料としては、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子系有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、ペリレン、およびそれらの誘導体のような低分子系有機半導体材料を用いてもよい。
【００４２】
しかしながら、低コスト化、フレキシブル化、大面積化を考慮すると塗布法が適用できる有機半導体材料を用いることが望ましい。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いてもよい。
【００４３】
なお、上記半導体層６において、上述した有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成する塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることが出来る。
【００４４】
一方、金属酸化物半導体材料としては亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、およびガリウム（Ｇａ）のうち一種類以上の元素を含む酸化物である、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、ＳｎＯ2、酸化タングステン（ＷＯ）、およ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。
【００４５】
また、上記半導体層６において、上述した金属酸化物半導体材料を用いて酸化物半導体層を形成する塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることが出来る。
【００４６】
上記保護膜７として用いられる材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、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、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ等のポリアクリレート、ＰＶＡ、ＰＳ、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。薄膜トランジスタ１００に電気的影響を与えないためには、なお、保護膜７の抵抗率は１０11Ωｃｍ以上、特に１０14Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
なお、保護膜７は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷などの方法を用いて形成される。また、これらの保護膜７は膜の成長方向に向けて組成を傾斜したものも、また好適に用いることができる。
【００４８】
〈薄膜トランジスタの製造方法〉
次に、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例について説明する。
【００４９】
まず、基板１上に、Ａｌを成膜しゲートバス電極２を形成する。そして、当該Ａｌ（ゲートバス電極２）を当該基板１上において梯子状にパターニングするため、上記基板１上にフォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、エッチングを行った後、剥離液によりフォトレジストを剥離する。次に、スパッタ法を用いてＩＴＯを成膜し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成する。
【００５０】
なお、基板１上においてゲートバス電極２が梯子状に形成されているため、当該ゲートバス電極２上にゲート電極３を形成すると、当該ゲート電極３は、凹部１３を有することになる（図１参照）。
【００５１】
次に、スパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５を形成する。なお、上述したように、ゲート電極３は凹部１３を有するため、ゲート絶縁体層５にも凹部１３が形成される。
【００５２】
次に、ゲート絶縁体層５の凹部１３に、インクジェット法により、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液を注入することにより半導体層６を形成する。
【００５３】
最後に、保護膜７、ソース電極８、およびドレイン電極９を形成する。なお、半導体層６中央のみに当該保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成する。また、ソース電極８、およびドレイン電極９は、スパッタ法を用いてＩＴＯを成膜することにより形成する。
【００５４】
以上が本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例である。
【００５５】
なお、図２にゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで形成される凹部１３とゲート電極３の凹部１３に追従して形成されるゲート絶縁体層５の凹部の概略断面図、および図３に本実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部を示した。
【００５６】
〈薄膜トランジスタを用いた画像表示装置〉
次に、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。図４は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００を用いた画像表示装置４００の概略断面図である。
【００５７】
図４に示すように、画像表示装置４００は、層間絶縁膜１０、画素電極１１、および表示要素１２を有する。なお、上記画素電極１１は、上述した薄膜トランジスタ１００のドレイン電極９と電気的に接続していなければならない。そのため、層間絶縁膜１０を形成する方法としては、例えば、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の一部分に層間絶縁膜１０を設けない方法や、層間絶縁膜１０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１０に穴を空ける方法などがとられる。
【００５８】
なお、上記層間絶縁膜１０としては、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、および酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡなどのポリアクリレート、ＰＶＡ、ＰＳ、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、およ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。また、これらの層間絶縁膜１０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。なお、層間絶縁膜１０は上述したゲート絶縁体層５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。
【００５９】
また、層間絶縁膜１０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、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤー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。
【００６０】
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００に組み合わせる表示要素１２としては、例えば、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、および無機ＥＬ表示装置などが挙げられる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例１〜３、および比較例１、２に基づき更に説明する。
【００６２】
（実施例１）
まず、基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌを成膜（膜厚４０ｎｍ）することにより、ゲートバス電極２を形成した。そして、当該Ａｌ（ゲートバス電極２）を梯子状にパターニングするため、感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、塩酸によりエッチングを行い、剥離液により感光型フォトレジストを剥離した（以下、フォトリソグラフィー法と言う）。
【００６３】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。なお、このときゲート電極３の凹部１３の深さは、４０ｎｍになるようにした。
【００６４】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５（膜厚４００ｎｍ）を成膜した。なお、このとき、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さも４０ｎｍになるようにした。
【００６５】
次に、半導体層６を形成するために、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部１３に直接注入した（厚さ４０ｎｍ）。注入後、４００℃、３０分間ホットプレートにてアニール処理を施した。さらにＲＦマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯＮからなる保護膜７（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。
【００６６】
なお、保護層７の形成においては、半導体層６とソース電極８、および半導体層６とドレイン電極９とは電気的に接触している必要があるため、半導体層６中央のみに保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成した。
【００６７】
そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、ソース電極８とドレイン電極９とを形成し、実施例１に係る薄膜トランジスタを作製した。
【００６８】
なお、実施例１に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置は、当該薄膜トランジスタに、スピンコート法によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜１０（膜厚３μｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法によりドレイン電極９と画素電極１１との接触箇所となる開口部を形成し、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯを膜厚１００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングを行い画素電極１１を形成した。そして、薄膜トランジスタ上に、表示要素１２として電気泳動方式電子ペーパー前面板を貼り付け、画像表示装置を作製した。
【００６９】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７０】
（実施例２）
実施例２に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚１０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に実施例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７１】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７２】
（実施例３）
実施例３に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚１９０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが１９０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に実施例３に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７３】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７４】
（比較例１）
比較例１に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚８ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが８ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様である。
【００７５】
なお、比較例１に係る薄膜トランジスタは、実施例１と同様にインクジェット法にて半導体層６を凹部１３に注入したが、凹部１３の厚み（深さ）が薄すぎた為に所望の場所に半導体層６を形成することができなかった。
【００７６】
（比較例２）
比較例２に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚２１０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが２１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に比較例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７７】
そして、比較例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を駆動した結果、半導体層６の膜厚が厚すぎた為に抵抗値が増大し、薄膜トランジスタは正常に機能せず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【００７８】
なお、本発明者は図５に示すような従来の薄膜トランジスタ５００を作製した。そして、図６に示すような当該従来の薄膜トランジスタを用いた画像処理装置６００を作製し、当該画像処理装置６００を駆動させ評価を行った。以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
【００７９】
以下、製造方法を説明するが、上述した本実施形態に係る薄膜トランジスタと異なる点は、ゲート電極３およびゲート絶縁体層５は凹部１３を備えておらず、半導体溶液を注入するための隔壁１４が形成されている点である。
【００８０】
図５に示すような従来の薄膜トランジスタ５００は、基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌを成膜（４０ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法によりＡｌをストライブ状にパターニングを行い、ゲートバス電極２を形成した。そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（１００ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。
【００８１】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５（膜厚４００ｎｍ）を形成した。
【００８２】
続いて、隔壁１４の形成を行った。具体的には、ポジ型感光性ポリイミド（東レ社製、フォトニース、商品名「ＤＬ−１０００」）を全面スピンコートした。なお、感光性ポリイミドは、隔壁１４の高さを４０ｎｍとするように約４０ｎｍの厚さで塗布した。
【００８３】
次に、全面に塗布した感光性ポリイミドに対し、フォトリソグラフィー法により露光、現像を行い、ゲート絶縁体層５上に配置される隔壁１４を形成した。なお、隔壁１４のパターンは２３０℃、３０分間オーブンにて焼成を行った。
【００８４】
次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により隔壁１４の間に直接注入した（厚さ４０ｎｍ）。注入後、ホットプレートにて４００℃でアニール処理を施した。さらにＲＦマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯＮからなる保護膜７（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。
【００８５】
なお、保護層７の形成においては、半導体層６とソース電極８、および半導体層６とドレイン電極９とは電気的に接触している必要があるため、半導体層６中央のみに保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成した。
【００８６】
そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、ソース電極８とドレイン電極９とを形成し、従来の薄膜トランジスタ５００を作製した。
【００８７】
なお、図６に示すような従来の画像表示装置６００は、薄膜トランジスタ５００を用い、スピンコート法によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜１０（膜厚３μｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法によりドレイン電極９と画素電極１１との接触箇所となる開口部を形成し、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯを膜厚１００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングを行い画素電極１１を形成した。そして、薄膜トランジスタ上に、表示要素１２として電気泳動方式電子ペーパー前面板を貼り付け、画像表示装置を作製した。
【００８８】
そして、当該画像表示装置６００を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。つまり、本実施形態に係る隔壁１４を設けなかった画像表示装置においても隔壁１４を設けた画像表示装置と同等の良好な画像表示を行うことができた。
【００８９】
以上より、ゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで凹部１３を形成し、当該凹部１３に追従して形成されるゲート絶縁体層５の凹部１３を形成する。なお、当該凹部１３の深さを１０ｎｍから２００ｎｍの範囲とする。これによって、従来の画像表示装置における隔壁１４の作製プロセスを省け、かつ、塗布法により半導体溶液を所望の場所に形成し、トランジスタ素子分離を行うことができた。結果として、安定した特性を示す薄膜トランジスタの製造プロセスの簡易化を図ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置は、フレキシブル電子ペーパー、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ、ＩＣタグ等のスイッチング素子等として利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１…基板
２…ゲートバス電極
３…ゲート電極
４…キャパシタ電極
５…ゲート絶縁体層
６…半導体層
７…保護膜
８…ソース電極
９…ドレイン電極
１０…層間絶縁膜
１１…画素電極
１２…表示要素
１３…凹部
１４…隔壁
１００…実施形態に係る薄膜トランジスタ
４００…実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
５００…従来の薄膜トランジスタ
６００…従来の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報技術の目覚しい発展により、現在ではノート型パソコンや携帯情報端末などで情報の送受信が頻繁に行われている。近い将来、場所を選ばずに情報の送受信をやり取りできるユビキタス社会が来るであろうことは周知の事実である。そのような社会においては、より軽量、薄型の情報端末が望まれる。
【０００３】
現在、半導体材料の主流はシリコン系（Ｓｉ系）の材料であるが、フレキシブル化、軽量化、低コスト化、高性能化などの観点から酸化物半導体を用いたトランジスタ（酸化物トランジスタ）の研究が盛んに行われている。一般に酸化物半導体を用いる場合、スパッタ法などの真空成膜法が用いられることが多い。
【０００４】
しかし、近年では、塗布法による酸化物半導体の形成が報告されており、大面積化、印刷法の適用、プラスチック基板の利用などといった応用の可能性が広がってきている。
【０００５】
またその応用分野は広く、薄型、軽量のフレキシブルディスプレイに限らず、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグやセンサーなどへの応用も見込まれている。このように、ユビキタス社会に向けて塗布型酸化物トランジスタの研究は必要不可欠である。
【０００６】
このような理由により、現在では塗布法による酸化物半導体の研究が注目されている。
【０００７】
ところで、溶液から半導体層を形成するには、スピンコート法やディップ法、インクジェット法などの方法が挙げられる。このうち、スピンコート法やディップ法で製造されたトランジスタを複数配置したトランジスタアレイにおいては、トランジスタ素子間やトランジスタと画素電極との間の半導体層中を電流が流れやすいため、オフ状態での電流（リーク電流）値が大きくなり、オンオフ比が低下してしまう問題がある。
【０００８】
このような問題に対して、例えば特許文献１においてはインクジェット法を用いて所望の場所に半導体層を形成することにより、トランジスタ素子分離を実現している。
【０００９】
また、例えば特許文献２においてはソース電極、ドレイン電極の間のチャネル部に半導体溶液を注入することによってトランジスタ素子分離を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１００８６号公報
【特許文献２】特開２００４−８００２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献２の方法において、チャネル部に半導体溶液を注入するには隔壁の形成が必要となる為、通常のトランジスタ作製方法に加えて隔壁材料の成膜、及びパターニングのプロセスを別途行わなければならない。
【００１２】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、隔壁形成プロセスを省き、かつ、塗布法により半導体溶液を所望の場所に形成し、トランジスタ素子分離を行うことのできる薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。
【００１４】
本発明は、薄膜トランジスタである。当該薄膜トランジスタは、基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上および基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上に形成されたゲート絶縁体層と、ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、半導体層の中央に形成された保護膜と、半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える。
【００１５】
また、ゲート電極の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、ゲート絶縁体層の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、半導体層は、有機物を主成分とする材料や金属酸化物を主成分とする材料からなることが好ましい。
【００１８】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法である。当該製造方法は、基板上に梯子状の凸部を有するゲートバス電極を形成する工程と、ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の凹凸に沿うようにゲート電極上および基板上にゲート絶縁体層を形成する工程と、ゲート絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を形成する工程と、半導体層の中央に保護膜を形成する工程と、半導体層の両端部で接続されるソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを備える。
【００１９】
また、ゲートバス電極の凸部は、フォトリソグラフィー法で形成され、半導体層の塗布方法は、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコートのいずれかであることが好ましい。
【００２０】
本発明は、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置である。当該画像表示装置は、薄膜トランジスタと、ソース電極上およびドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、画素電極上に形成された共通電極を含む表示媒体とを備える。
【００２１】
また、表示媒体は、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、および無機ＥＬ表示装置のいずれかであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲートバス電極を梯子上にパターニングすることで凹部を形成し、凹部に追従して形成されるゲート絶縁体層の凹部に塗布法で半導体層を所望の場所に成膜し、トランジスタ分離することができ、トランジスタ素子を安定して駆動することが可能であり、更には、隔壁の形成プロセスが不要な為、製造プロセスの簡易化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を表す概略断面図
【図２】ゲートバス電極を梯子状にパターニングすることで形成される凹部と、ゲートバス電極の凹部に追従して形成されるゲート絶縁体層の凹部の概略断面図
【図３】実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部を示す図
【図４】実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略断面図
【図５】従来の薄膜トランジスタの構造を表す概略断面図
【図６】従来の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係る薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。なお、以下では、本実施形態に係る薄膜トランジスタとその製造方法とについて説明した後、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。
【００２５】
〈薄膜トランジスタ〉
まず、本実施形態に係る薄膜トランジスタについて説明する。以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下に説明する薄膜トランジスタの構成は一例であって、本発明に係る薄膜トランジスタはこの構成に限定されるものではない。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００の構造を表す概略断面である。図１に示すように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００は、基板１、ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ゲート絶縁体層５、半導体層６、保護膜７、ソース電極８、およびドレイン電極９を有する。
【００２７】
なお本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００におけるゲート電極３はゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで凹部１３を有する。つまりゲートバス電極２の表面形状に沿うようにゲート電極３が形成されることにより、当該ゲート電極３は凹部１３を有する。さらに、ゲート電極３の凹凸に沿うようにゲート絶縁体層５が形成されることにより、当該ゲート絶縁体層５も凹部を有する。この凹部内に塗布法により半導体層６が形成される。
【００２８】
ゲート電極３およびゲート絶縁体層５が有する上記の凹部の深さは、いずれも１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。ゲート電極３およびゲート絶縁体層５の凹部の深さが１０ｎｍ未満であると、ゲート絶縁体層５の凹部内に形成される半導体層の厚みが薄くなり過ぎ、凹部の深さが２００ｎｍを超えると半導体層の厚みが厚くなり過ぎ、いずれの場合でも薄膜トランジスタのスイッチング機能に不具合が生じる。
【００２９】
上記基板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、およ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。なお、これらは単独として使用してもよいが、二種以上を積層した複合の基板として使用してもよい。
【００３０】
なお、上記基板１が有機物フィルムである場合は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００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）を形成することもできる。また、当該ガスバリア層としては酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、およびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００３１】
また、これらの上記ガスバリア層は２層以上積層して使用することもできる。なお、ガスバリア層は有機物フィルムを用いた基板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。
【００３２】
なお、上述したような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、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ホットワイヤーＣＶＤ法、およびゾル−ゲル法などを用いて形成することができるがこれらに限定されるものではない。
【００３３】
上記ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ソース電極８、およびドレイン電極９には、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、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（ＣｄＩｎ2Ｏ4）、酸化カドミウムスズ（Ｃｄ2ＳｎＯ2）、酸化亜鉛スズ（Ｚｎ2ＳｎＯ4）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）等の酸化物材料が好適に用いられる。
【００３４】
なお、これら酸化物材料に不純物をドープすることも導電率を上げるために好ましい。例えば、酸化インジウムにスズやモリブデン、チタンをドープしたもの、酸化スズにアンチモンやフッ素をドープしたもの、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウムをドープしたものなどである。この中でも特に酸化インジウムにスズをドープした酸化インジウムスズ（通称ＩＴＯ）が低い抵抗率のために特に好適に用いられる。またＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｍｏなどの金属材料も好適に用いられるし、これら金属を使用した合金材料も好適に用いられる。
【００３５】
また、上記ゲートバス電極２、ゲート電極３、キャパシタ電極４、ソース電極８、およびドレイン電極９には、導電性酸化物材料と低抵抗金属材料を複数積層したものも使用できる。この場合、金属材料の酸化や経時劣化を防ぐために導電性酸化物薄膜／金属薄膜／導電性酸化物薄膜の順に積層した３層構造が特に好適に用いられる。またポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。
【００３６】
なお、ゲートバス電極２、キャパシタ電極４、ゲート電極３、ソース電極８、およびドレイン電極９は全て同じ材料であっても構わないし、また全て違う材料であっても構わない。しかし、薄膜トランジスタ１００の製造工程における工程数を減らすためにソース電極８とドレイン電極９とは同一の材料であることが望ましい。
【００３７】
また、これらの電極は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、またはスクリーン印刷、凸版印刷、インクジェット法等で形成することができるが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
上記ゲート絶縁体層５として用いられる材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、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、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）等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、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。なお、ゲートリーク電流を抑えるためには、ゲート絶縁体層５の絶縁材料の抵抗率は１０11Ωｃｍ以上、特に１０14Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
なお、ゲート絶縁体層５は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷などの方法を用いて形成されるがこれらに限定されるものではない。また、ゲート絶縁体層５は膜の成長方向に向けて組成を傾斜したものも、また好適に用いられる。
【００４０】
上記半導体層６としては、有機半導体材料、金属酸化物半導体材料を主成分とする材料が使用できる。
【００４１】
なお、上記有機半導体材料としては、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子系有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、ペリレン、およびそれらの誘導体のような低分子系有機半導体材料を用いてもよい。
【００４２】
しかしながら、低コスト化、フレキシブル化、大面積化を考慮すると塗布法が適用できる有機半導体材料を用いることが望ましい。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いてもよい。
【００４３】
なお、上記半導体層６において、上述した有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成する塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることが出来る。
【００４４】
一方、金属酸化物半導体材料としては亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、およびガリウム（Ｇａ）のうち一種類以上の元素を含む酸化物である、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、ＳｎＯ2、酸化タングステン（ＷＯ）、およ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。
【００４５】
また、上記半導体層６において、上述した金属酸化物半導体材料を用いて酸化物半導体層を形成する塗布方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることが出来る。
【００４６】
上記保護膜７として用いられる材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、シリコンオキシナイトライド、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、酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡ等のポリアクリレート、ＰＶＡ、ＰＳ、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。薄膜トランジスタ１００に電気的影響を与えないためには、なお、保護膜７の抵抗率は１０11Ωｃｍ以上、特に１０14Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００４７】
なお、保護膜７は真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤーＣＶＤ法、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷などの方法を用いて形成される。また、これらの保護膜７は膜の成長方向に向けて組成を傾斜したものも、また好適に用いることができる。
【００４８】
〈薄膜トランジスタの製造方法〉
次に、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例について説明する。
【００４９】
まず、基板１上に、Ａｌを成膜しゲートバス電極２を形成する。そして、当該Ａｌ（ゲートバス電極２）を当該基板１上において梯子状にパターニングするため、上記基板１上にフォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、エッチングを行った後、剥離液によりフォトレジストを剥離する。次に、スパッタ法を用いてＩＴＯを成膜し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成する。
【００５０】
なお、基板１上においてゲートバス電極２が梯子状に形成されているため、当該ゲートバス電極２上にゲート電極３を形成すると、当該ゲート電極３は、凹部１３を有することになる（図１参照）。
【００５１】
次に、スパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５を形成する。なお、上述したように、ゲート電極３は凹部１３を有するため、ゲート絶縁体層５にも凹部１３が形成される。
【００５２】
次に、ゲート絶縁体層５の凹部１３に、インクジェット法により、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液を注入することにより半導体層６を形成する。
【００５３】
最後に、保護膜７、ソース電極８、およびドレイン電極９を形成する。なお、半導体層６中央のみに当該保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成する。また、ソース電極８、およびドレイン電極９は、スパッタ法を用いてＩＴＯを成膜することにより形成する。
【００５４】
以上が本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例である。
【００５５】
なお、図２にゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで形成される凹部１３とゲート電極３の凹部１３に追従して形成されるゲート絶縁体層５の凹部の概略断面図、および図３に本実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部を示した。
【００５６】
〈薄膜トランジスタを用いた画像表示装置〉
次に、薄膜トランジスタを用いた画像表示装置について説明する。図４は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００を用いた画像表示装置４００の概略断面図である。
【００５７】
図４に示すように、画像表示装置４００は、層間絶縁膜１０、画素電極１１、および表示要素１２を有する。なお、上記画素電極１１は、上述した薄膜トランジスタ１００のドレイン電極９と電気的に接続していなければならない。そのため、層間絶縁膜１０を形成する方法としては、例えば、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の一部分に層間絶縁膜１０を設けない方法や、層間絶縁膜１０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１０に穴を空ける方法などがとられる。
【００５８】
なお、上記層間絶縁膜１０としては、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、および酸化チタン等の無機材料、または、ＰＭＭＡなどのポリアクリレート、ＰＶＡ、ＰＳ、透明性ポリイミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、およ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。また、これらの層間絶縁膜１０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。なお、層間絶縁膜１０は上述したゲート絶縁体層５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。
【００５９】
また、層間絶縁膜１０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、レーザーアブレーション法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ホットワイヤー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。
【００６０】
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００に組み合わせる表示要素１２としては、例えば、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、および無機ＥＬ表示装置などが挙げられる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例１〜３、および比較例１、２に基づき更に説明する。
【００６２】
（実施例１）
まず、基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌを成膜（膜厚４０ｎｍ）することにより、ゲートバス電極２を形成した。そして、当該Ａｌ（ゲートバス電極２）を梯子状にパターニングするため、感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、塩酸によりエッチングを行い、剥離液により感光型フォトレジストを剥離した（以下、フォトリソグラフィー法と言う）。
【００６３】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。なお、このときゲート電極３の凹部１３の深さは、４０ｎｍになるようにした。
【００６４】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５（膜厚４００ｎｍ）を成膜した。なお、このとき、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さも４０ｎｍになるようにした。
【００６５】
次に、半導体層６を形成するために、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部１３に直接注入した（厚さ４０ｎｍ）。注入後、４００℃、３０分間ホットプレートにてアニール処理を施した。さらにＲＦマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯＮからなる保護膜７（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。
【００６６】
なお、保護層７の形成においては、半導体層６とソース電極８、および半導体層６とドレイン電極９とは電気的に接触している必要があるため、半導体層６中央のみに保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成した。
【００６７】
そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、ソース電極８とドレイン電極９とを形成し、実施例１に係る薄膜トランジスタを作製した。
【００６８】
なお、実施例１に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置は、当該薄膜トランジスタに、スピンコート法によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜１０（膜厚３μｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法によりドレイン電極９と画素電極１１との接触箇所となる開口部を形成し、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯを膜厚１００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングを行い画素電極１１を形成した。そして、薄膜トランジスタ上に、表示要素１２として電気泳動方式電子ペーパー前面板を貼り付け、画像表示装置を作製した。
【００６９】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７０】
（実施例２）
実施例２に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚１０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に実施例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７１】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７２】
（実施例３）
実施例３に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚１９０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが１９０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に実施例３に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７３】
そして、当該画像表示装置を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。
【００７４】
（比較例１）
比較例１に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚８ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが８ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様である。
【００７５】
なお、比較例１に係る薄膜トランジスタは、実施例１と同様にインクジェット法にて半導体層６を凹部１３に注入したが、凹部１３の厚み（深さ）が薄すぎた為に所望の場所に半導体層６を形成することができなかった。
【００７６】
（比較例２）
比較例２に係る薄膜トランジスタは、ゲートバス電極２としてＡｌを成膜（膜厚２１０ｎｍ）し、ゲート絶縁体層５の凹部１３の深さが２１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例１に係る薄膜トランジスタと同様であり、同様に比較例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を作製した。
【００７７】
そして、比較例２に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を駆動した結果、半導体層６の膜厚が厚すぎた為に抵抗値が増大し、薄膜トランジスタは正常に機能せず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【００７８】
なお、本発明者は図５に示すような従来の薄膜トランジスタ５００を作製した。そして、図６に示すような当該従来の薄膜トランジスタを用いた画像処理装置６００を作製し、当該画像処理装置６００を駆動させ評価を行った。以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
【００７９】
以下、製造方法を説明するが、上述した本実施形態に係る薄膜トランジスタと異なる点は、ゲート電極３およびゲート絶縁体層５は凹部１３を備えておらず、半導体溶液を注入するための隔壁１４が形成されている点である。
【００８０】
図５に示すような従来の薄膜トランジスタ５００は、基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＡｌを成膜（４０ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法によりＡｌをストライブ状にパターニングを行い、ゲートバス電極２を形成した。そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（１００ｎｍ）し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極３およびキャパシタ電極４を形成した。
【００８１】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタ法により基板１と接するＳｉＯＮからなるゲート絶縁体層５（膜厚４００ｎｍ）を形成した。
【００８２】
続いて、隔壁１４の形成を行った。具体的には、ポジ型感光性ポリイミド（東レ社製、フォトニース、商品名「ＤＬ−１０００」）を全面スピンコートした。なお、感光性ポリイミドは、隔壁１４の高さを４０ｎｍとするように約４０ｎｍの厚さで塗布した。
【００８３】
次に、全面に塗布した感光性ポリイミドに対し、フォトリソグラフィー法により露光、現像を行い、ゲート絶縁体層５上に配置される隔壁１４を形成した。なお、隔壁１４のパターンは２３０℃、３０分間オーブンにて焼成を行った。
【００８４】
次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により隔壁１４の間に直接注入した（厚さ４０ｎｍ）。注入後、ホットプレートにて４００℃でアニール処理を施した。さらにＲＦマグネトロンスパッタ法によりＳｉＯＮからなる保護膜７（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。
【００８５】
なお、保護層７の形成においては、半導体層６とソース電極８、および半導体層６とドレイン電極９とは電気的に接触している必要があるため、半導体層６中央のみに保護膜７が残るように感光性フォトレジストを塗布後、露光し、現像液により現像を行い、ＲＩＥにより保護膜７を形成した。
【００８６】
そして、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを成膜（膜厚１００ｎｍ）し、ソース電極８とドレイン電極９とを形成し、従来の薄膜トランジスタ５００を作製した。
【００８７】
なお、図６に示すような従来の画像表示装置６００は、薄膜トランジスタ５００を用い、スピンコート法によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜１０（膜厚３μｍ）を形成し、フォトリソグラフィー法によりドレイン電極９と画素電極１１との接触箇所となる開口部を形成し、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によりＩＴＯを膜厚１００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングを行い画素電極１１を形成した。そして、薄膜トランジスタ上に、表示要素１２として電気泳動方式電子ペーパー前面板を貼り付け、画像表示装置を作製した。
【００８８】
そして、当該画像表示装置６００を駆動した結果、良好な画像表示を行うことができた。つまり、本実施形態に係る隔壁１４を設けなかった画像表示装置においても隔壁１４を設けた画像表示装置と同等の良好な画像表示を行うことができた。
【００８９】
以上より、ゲートバス電極２を梯子状にパターニングすることで凹部１３を形成し、当該凹部１３に追従して形成されるゲート絶縁体層５の凹部１３を形成する。なお、当該凹部１３の深さを１０ｎｍから２００ｎｍの範囲とする。これによって、従来の画像表示装置における隔壁１４の作製プロセスを省け、かつ、塗布法により半導体溶液を所望の場所に形成し、トランジスタ素子分離を行うことができた。結果として、安定した特性を示す薄膜トランジスタの製造プロセスの簡易化を図ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る薄膜トランジスタとその製造方法、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置は、フレキシブル電子ペーパー、ＬＣＤ、有機ＥＬディスプレイ、ＩＣタグ等のスイッチング素子等として利用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１…基板
２…ゲートバス電極
３…ゲート電極
４…キャパシタ電極
５…ゲート絶縁体層
６…半導体層
７…保護膜
８…ソース電極
９…ドレイン電極
１０…層間絶縁膜
１１…画素電極
１２…表示要素
１３…凹部
１４…隔壁
１００…実施形態に係る薄膜トランジスタ
４００…実施形態に係る薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
５００…従来の薄膜トランジスタ
６００…従来の薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
前記基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、
前記ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上と前記基板上とに形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の凹凸に沿うように当該ゲート電極上と前記基板上とに形成されたゲート絶縁体層と、
前記ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、
前記半導体層の中央に形成された保護膜と、
前記半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート電極の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁体層の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記半導体層は、有機物を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層は、金属酸化物を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上に梯子状の凸部を有するゲートバス電極を形成する工程と、
前記ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の凹凸に沿うように前記ゲート電極上と前記基板上とにゲート絶縁体層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の中央に保護膜を形成する工程と、
前記半導体層の両端部で接続されるソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを備える、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ゲートバス電極の凸部は、フォトリソグラフィー法で形成されることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記塗布法は、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコートのいずれかであることを特徴とする、請求項６または７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の薄膜トランジスタと、
前記ソース電極上と前記ドレイン電極上とに形成された層間絶縁膜と、
前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極上に形成された共通電極を含む表示媒体とを備える、画像表示装置。
【請求項１０】
前記表示媒体は、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、および無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする、請求項９に記載の画像表示装置。
【請求項１】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
前記基板上に形成された梯子状の凸部を有するゲートバス電極と、
前記ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上と前記基板上とに形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の凹凸に沿うように当該ゲート電極上と前記基板上とに形成されたゲート絶縁体層と、
前記ゲート絶縁体層の凹部内に形成された半導体層と、
前記半導体層の中央に形成された保護膜と、
前記半導体層の両端部で接続されたソース電極とドレイン電極とを備える、薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート電極の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁体層の凹部の深さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記半導体層は、有機物を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層は、金属酸化物を主成分とする材料からなることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上に梯子状の凸部を有するゲートバス電極を形成する工程と、
前記ゲートバス電極の表面形状に沿うように当該ゲートバス電極上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の凹凸に沿うように前記ゲート電極上と前記基板上とにゲート絶縁体層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の中央に保護膜を形成する工程と、
前記半導体層の両端部で接続されるソース電極とドレイン電極とを形成する工程とを備える、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ゲートバス電極の凸部は、フォトリソグラフィー法で形成されることを特徴とする、請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記塗布法は、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷、インクジェット、熱転写印刷、ディスペンサ、スピンコート、ダイコート、マイクログラビアコート、ディップコートのいずれかであることを特徴とする、請求項６または７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１に記載の薄膜トランジスタと、
前記ソース電極上と前記ドレイン電極上とに形成された層間絶縁膜と、
前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極上に形成された共通電極を含む表示媒体とを備える、画像表示装置。
【請求項１０】
前記表示媒体は、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、および無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする、請求項９に記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０４５０２（Ｐ２０１２−２０４５０２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６２５９（Ｐ２０１１−６６２５９）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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