薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置
【課題】薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜に直接ストライプ状に凹部を形成することで隔壁形成プロセスを省き、前記凹部をガイドとして塗布法により精度よく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の構造を提供する。また、その構造を用いた薄膜トランジスタの製造方法、及びそれを用いたが画像表示装置を提供すること。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、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、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタとする。
【解決手段】基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、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、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の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の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。そのような社会では、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）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）の研究が盛んになっている。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】
その応用分野は広く、上記のような薄型、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】
また、塗布型酸化物半導体材料のみならず、電極材料には溶液分散型ナノ金属粒子、半導体には有機半導体、絶縁材料には有機高分子等の溶媒に可溶または分散可能な材料を用いることが提案され、インクジェット、スピンコートやフレキソ印刷等の塗布方式を用いた方法が数多く報告されるようになってきており、これによりプロセスの低温化、高速化、低コスト化が実現可能となってきた。
【０００７】
半導体を溶液から塗布する場合、溶媒に可溶にするための置換基を有する有機半導体や酸化物半導体の分散液や前駆体溶液などが用いられ、ソース電極、ドレイン電極に挟まれたチャネル部を覆うように塗布、乾燥することで半導体が形成される。半導体溶液を塗布する際には、溶液が所望の場所のみに塗布できるようにチャネル部に開口部を作ったバンク層を用いて、開口部の窪みに溶液が溜まるようにする方法を用いることができる（特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、チャネル部のみに矩形あるいは円形等の開口部を有するバンク層を用いる場合、チャネル部にバンク層の開口部を精度良く合わせる必要があり、特に印刷法を用いてバンク層を形成するときに、塗工面積が大きくなったり、画素解像度が高くなるのにしたがい、開口部とチャネル部の位置にずれが生じたりする問題があった。更に、バンク層を形成する為のプロセスを別途設ける必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜に直接ストライプ状に凹部を形成することで隔壁形成プロセスを省き、前記凹部をガイドとして塗布法により精度よく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の構造を提供する。また、その構造を用いた薄膜トランジスタの製造方法、及びそれを用いたが素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】
【００１１】
請求項１に係る発明は、基板と、前期基板上のゲート電極と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、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、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状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。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ソース電極と平行かつソース電極上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。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ドレイン電極上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。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、前記半導体層が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薄膜トランジスタである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記半導体層が有機物を主成分とする材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタと、前記ソース電極と前記ドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された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、を有する画像表示装置である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、前記画素表示媒体は、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表示装置及び無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする画素表示装置である。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層を形成する工程と、前記ゲート絶縁体層にストライプ状に凹部を形成する工程と、前記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、前記半導体層上の中央部に設けられる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を形成する工程と、を有する薄膜トランジスタの製造方法である。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、前記ゲート絶縁膜上の凹部は、ドライエッチング法で形成す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。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、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薄膜トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲート絶縁膜に直接凹部を形成することで、バンク層の形成プロセスを省くことができ、更に凹部をストライプ状に形成することによって、ストライプ状の長軸方向には厳密に位置合わせをする必要がないことから、半導体形成位置の位置ズレを抑制することができる。このため、塗布法により所望の場所に半導体層の成膜、及びトランジスタ素子分離を行うことでき、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ため、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】本発明のゲート電極の直上に位置するゲート絶縁膜に形成された凹部の部分断面図。
【図２】本発明の一実施形態における薄膜トランジスタのほぼ1画素分を表す部分断面図。
【図３】本発明の一実施形態を示す薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略平面図。
【図４】本発明の一実施形態を示す薄膜トランジスタの一部の配列図。
【図５】従来の薄膜トランジスタの構造の一例のほぼ1画素分を表す部分断面図。
【図６】従来の薄膜トランジスタの構造の一例を表す画像表示装置の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、重複する説明は省略する。また、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０の構成は特に限定されない。
【００２５】
図１，２に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ４０、５０は、基板１、ゲート電極２、キャパシタ電極３、ゲート絶縁体層４、半導体層５、保護膜６、ソース電極７、ドレイン電極８、更にはストライプ状に形成された凹部１１を備えている。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る基板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。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る基板１が有機物フィルムである場合は、薄膜トランジスタ２０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（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）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。
【００２８】
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法及びゾルー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。
【００２９】
本発明のゲート電極２、キャパシタ電極３ソース電極８及びドレイン電極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。
【００３０】
また、この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。この中では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などの金属材料も好適に用いられる。また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ＰＥＤＯＴ （ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極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、工程数を減らすためにソース電極８とドレイン電極９は同一の材料であることがより望ましい。
【００３１】
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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０に用いられるゲート絶縁体層４として用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、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 （ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、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。ゲートリーク電流を抑えるためには、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。
【００３３】
ゲート絶縁体層４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、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。これらのゲート絶縁体層４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。
【００３４】
図１、図２、図３及び図４に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ４０、５０、６０及び７０の凹部１１は、ソース電極と平行、かつソース電極、及びドレイン電極上に設けられており、従来のドライエッチング技術を用いてゲート絶縁体層に直接形成される。また、図５は、従来の薄膜トランジスタの構造の一例のほぼ1画素分を表す部分断面図であり、図６は、従来の薄膜トランジスタの構造の一例を表す画像表示装置の部分断面図である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０に用いる半導体層５としては、有機物、金属酸化物を主成分とする材料が使用できる。
【００３６】
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。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。 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）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る、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、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。
【００３７】
本発明の半導体の形成法は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、溶液を用いた印刷法等を用いることができるが、生産性、低コスト化等の観点から溶媒に可溶な半導体を用いて塗工する方法を用いることがより好ましい。印刷法を用いる場合は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、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、ディップコート等を用いることができ、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００３８】
本発明の実施の形態に係る保護膜６として用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、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 （ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、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。薄膜トランジスタに電気的影響を与えないためには、保護膜６の抵抗率は１０１１Ωｃｍ以上、特に１０１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
保護膜６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、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。これらの保護膜６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。
【００４０】
次に、図３を参照して薄膜トランジスタ５０を用いた画像表示装置６０について説明する。この図３に示すように、本発明の実施の形態に係る層間絶縁膜９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９はゲート絶縁体層４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９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。
【００４１】
層間絶縁膜９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。
【００４２】
本発明の実施の形態に係る画素電極１０は薄膜トランジスタ６０のドレイン電極８と電気的に接続していなければならない。具体的には、層間絶縁膜９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８の部分に層間絶縁膜９を設けない方法や、層間絶縁膜９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９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。
【００４３】
本発明の薄膜トランジスタ５０に組み合わせる表示装置６０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。
【実施例】
【００４４】
本発明者は、ゲート絶縁膜上に直接凹部を形成し、塗布法により半導体活性層を成膜した画像表示装置と、ゲート絶縁膜上に別途隔壁を形成し、塗布法により半導体活性層を成膜した画像表示装置を作製し、両者の特性の関係について検討した。
【００４５】
また、本発明者は、ゲート絶縁膜４の材料として酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）を、半導体層５の材料としてＩｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物を、隔壁材料としてポリイミドを用いて画像表示装置を作製した。
【００４６】
基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、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、ＩＴＯのパターニングを行い、ゲート電極２及びキャパシタ電極３にした（以下、フォトリソグラフィー法と言う）。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４（膜厚４００ｎｍ）を成膜した。成膜後、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、反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥと言う）によりゲート電極２の直上に離間して、ゲート絶縁膜４に直接凹部１１（エッチング量４０ｎｍ）を形成した。次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部に直接注入した（膜厚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６（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。半導体層とソース電極、及び、半導体層とドレイン電極は電気的に接触している必要があるため、半導体層中央のみに保護膜６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６を形成した。ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、ソース電極７とドレイン電極８を形成した。更に、スピンコート方によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜９（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８と画素電極１０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１０として薄膜トランジスタ６０を作製した。作製した薄膜トランジスタ６０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６０を作製した。
【比較例１】
【００４７】
基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極２及びキャパシタ電極３にした。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４（膜厚２００ｎｍ）した。続いて、隔壁１３の形成を行った。東レ社製、フォトニース、商品名「ＤＬ−１０００」で表示されるポジ型感光性ポリイミドを全面スピンコートした。感光性ポリイミドは、隔壁１３の高さを４０ｎｍとするように約４０ｎｍの厚さで塗布した。
【００４８】
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、ゲート絶縁膜４上に配置される隔壁１３を形成した。隔壁１３のパターンは２３０℃、３０分間オーブンにて焼成を行った。次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部に直接注入した（膜厚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６（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。半導体層とソース電極、及び、半導体層とドレイン電極は電気的に接触している必要があるため、半導体層中央のみに保護膜６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６を形成した。ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、ソース電極７とドレイン電極８を形成した。
【００４９】
更に、スピンコート方によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜９（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８と画素電極１０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１０として薄膜トランジスタ２０を作製した。作製した薄膜トランジスタ２０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３０を作製した。
【００５０】
画像表示装置３０、６０を駆動した結果、隔壁１３を設けなかった画像表示装置６０においても隔壁１３を設けた画像表示装置３０と同等の良好な画像表示を行うことができた。
【比較例２】
【００５１】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを８ｎｍ、半導体層５の厚さを８ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５２】
画像表示装置９０を駆動した結果、半導体層６の膜厚が薄すぎた為に薄膜トランジスタとしての機能を果たさず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【比較例３】
【００５３】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを２１０ｎｍ、半導体層５の厚さを２１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５４】
画像表示装置９０を駆動した結果、半導体層６の膜厚が厚すぎた為に薄膜トランジスタとしての機能を果たさず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【比較例４】
【００５５】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを２００ｎｍ、半導体層５の厚さを２００ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５６】
画像表示装置９０を駆動した結果、実施例と同様に良好な画像表示を行うことできた。
【００５７】
ゲート絶縁膜４上に直接ストライプ状に凹部１１を設けることで、従来の画像表示装置よりも隔壁１３の作製プロセスを省け、かつ、精度良く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。
【符号の説明】
【００５８】
１…基板
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…ドレイン電極
９…層間絶縁膜
１０…画素電極
１１…ゲート電極の直上に位置するゲート絶縁体層に形成された凹部
１２…表示要素
１３…隔壁
２０…従来の作製方法による薄膜トランジスタ
３０…従来の作製方法による薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
４０…ゲート電極の直上に位置するゲート絶縁膜に形成された凹部を有する薄膜トランジスタ
５０…本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ
６０…本発明の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
７０…本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の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の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。そのような社会では、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）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）の研究が盛んになっている。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】
その応用分野は広く、上記のような薄型、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】
また、塗布型酸化物半導体材料のみならず、電極材料には溶液分散型ナノ金属粒子、半導体には有機半導体、絶縁材料には有機高分子等の溶媒に可溶または分散可能な材料を用いることが提案され、インクジェット、スピンコートやフレキソ印刷等の塗布方式を用いた方法が数多く報告されるようになってきており、これによりプロセスの低温化、高速化、低コスト化が実現可能となってきた。
【０００７】
半導体を溶液から塗布する場合、溶媒に可溶にするための置換基を有する有機半導体や酸化物半導体の分散液や前駆体溶液などが用いられ、ソース電極、ドレイン電極に挟まれたチャネル部を覆うように塗布、乾燥することで半導体が形成される。半導体溶液を塗布する際には、溶液が所望の場所のみに塗布できるようにチャネル部に開口部を作ったバンク層を用いて、開口部の窪みに溶液が溜まるようにする方法を用いることができる（特許文献１参照）。
【０００８】
しかしながら、チャネル部のみに矩形あるいは円形等の開口部を有するバンク層を用いる場合、チャネル部にバンク層の開口部を精度良く合わせる必要があり、特に印刷法を用いてバンク層を形成するときに、塗工面積が大きくなったり、画素解像度が高くなるのにしたがい、開口部とチャネル部の位置にずれが生じたりする問題があった。更に、バンク層を形成する為のプロセスを別途設ける必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１４２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜に直接ストライプ状に凹部を形成することで隔壁形成プロセスを省き、前記凹部をガイドとして塗布法により精度よく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の構造を提供する。また、その構造を用いた薄膜トランジスタの製造方法、及びそれを用いたが素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】
【００１１】
請求項１に係る発明は、基板と、前期基板上のゲート電極と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、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、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状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。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ソース電極と平行かつソース電極上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。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ドレイン電極上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。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記ゲート絶縁体層の凹部の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、前記半導体層が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薄膜トランジスタである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、前記半導体層が有機物を主成分とする材料からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタと、前記ソース電極と前記ドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された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、を有する画像表示装置である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、前記画素表示媒体は、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表示装置及び無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする画素表示装置である。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層を形成する工程と、前記ゲート絶縁体層にストライプ状に凹部を形成する工程と、前記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、前記半導体層上の中央部に設けられる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を形成する工程と、を有する薄膜トランジスタの製造方法である。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、前記ゲート絶縁膜上の凹部は、ドライエッチング法で形成す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。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、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薄膜トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ゲート絶縁膜に直接凹部を形成することで、バンク層の形成プロセスを省くことができ、更に凹部をストライプ状に形成することによって、ストライプ状の長軸方向には厳密に位置合わせをする必要がないことから、半導体形成位置の位置ズレを抑制することができる。このため、塗布法により所望の場所に半導体層の成膜、及びトランジスタ素子分離を行うことでき、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ため、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】本発明のゲート電極の直上に位置するゲート絶縁膜に形成された凹部の部分断面図。
【図２】本発明の一実施形態における薄膜トランジスタのほぼ1画素分を表す部分断面図。
【図３】本発明の一実施形態を示す薄膜トランジスタを用いた画像表示装置の概略平面図。
【図４】本発明の一実施形態を示す薄膜トランジスタの一部の配列図。
【図５】従来の薄膜トランジスタの構造の一例のほぼ1画素分を表す部分断面図。
【図６】従来の薄膜トランジスタの構造の一例を表す画像表示装置の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、重複する説明は省略する。また、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０の構成は特に限定されない。
【００２５】
図１，２に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ４０、５０は、基板１、ゲート電極２、キャパシタ電極３、ゲート絶縁体層４、半導体層５、保護膜６、ソース電極７、ドレイン電極８、更にはストライプ状に形成された凹部１１を備えている。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る基板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。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る基板１が有機物フィルムである場合は、薄膜トランジスタ２０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（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）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。
【００２８】
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法及びゾルー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。
【００２９】
本発明のゲート電極２、キャパシタ電極３ソース電極８及びドレイン電極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。
【００３０】
また、この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。この中では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などの金属材料も好適に用いられる。また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ＰＥＤＯＴ （ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料も好適に用いることができる。ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極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、工程数を減らすためにソース電極８とドレイン電極９は同一の材料であることがより望ましい。
【００３１】
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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、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。
【００３２】
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０に用いられるゲート絶縁体層４として用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、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 （ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、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。ゲートリーク電流を抑えるためには、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。
【００３３】
ゲート絶縁体層４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、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。これらのゲート絶縁体層４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。
【００３４】
図１、図２、図３及び図４に示すように、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ４０、５０、６０及び７０の凹部１１は、ソース電極と平行、かつソース電極、及びドレイン電極上に設けられており、従来のドライエッチング技術を用いてゲート絶縁体層に直接形成される。また、図５は、従来の薄膜トランジスタの構造の一例のほぼ1画素分を表す部分断面図であり、図６は、従来の薄膜トランジスタの構造の一例を表す画像表示装置の部分断面図である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ５０に用いる半導体層５としては、有機物、金属酸化物を主成分とする材料が使用できる。
【００３６】
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。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。 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）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る、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、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。
【００３７】
本発明の半導体の形成法は、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、溶液を用いた印刷法等を用いることができるが、生産性、低コスト化等の観点から溶媒に可溶な半導体を用いて塗工する方法を用いることがより好ましい。印刷法を用いる場合は、特に限定されることはないが、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、反転オフセット印刷、スクリーン印刷法、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、ディップコート等を用いることができ、以上の印刷法を組み合わせて用いても良い。
【００３８】
本発明の実施の形態に係る保護膜６として用いられる材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、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 （ポリメチルメタクリレート）等のポリアクリレート、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＳ（ポリスチレン）、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。薄膜トランジスタに電気的影響を与えないためには、保護膜６の抵抗率は１０１１Ωｃｍ以上、特に１０１４Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００３９】
保護膜６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、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。これらの保護膜６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。
【００４０】
次に、図３を参照して薄膜トランジスタ５０を用いた画像表示装置６０について説明する。この図３に示すように、本発明の実施の形態に係る層間絶縁膜９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９はゲート絶縁体層４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９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。
【００４１】
層間絶縁膜９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。
【００４２】
本発明の実施の形態に係る画素電極１０は薄膜トランジスタ６０のドレイン電極８と電気的に接続していなければならない。具体的には、層間絶縁膜９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８の部分に層間絶縁膜９を設けない方法や、層間絶縁膜９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９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。
【００４３】
本発明の薄膜トランジスタ５０に組み合わせる表示装置６０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。
【実施例】
【００４４】
本発明者は、ゲート絶縁膜上に直接凹部を形成し、塗布法により半導体活性層を成膜した画像表示装置と、ゲート絶縁膜上に別途隔壁を形成し、塗布法により半導体活性層を成膜した画像表示装置を作製し、両者の特性の関係について検討した。
【００４５】
また、本発明者は、ゲート絶縁膜４の材料として酸化窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）を、半導体層５の材料としてＩｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物を、隔壁材料としてポリイミドを用いて画像表示装置を作製した。
【００４６】
基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、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、ＩＴＯのパターニングを行い、ゲート電極２及びキャパシタ電極３にした（以下、フォトリソグラフィー法と言う）。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４（膜厚４００ｎｍ）を成膜した。成膜後、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、反応性イオンエッチング（以下、ＲＩＥと言う）によりゲート電極２の直上に離間して、ゲート絶縁膜４に直接凹部１１（エッチング量４０ｎｍ）を形成した。次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部に直接注入した（膜厚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６（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。半導体層とソース電極、及び、半導体層とドレイン電極は電気的に接触している必要があるため、半導体層中央のみに保護膜６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６を形成した。ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、ソース電極７とドレイン電極８を形成した。更に、スピンコート方によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜９（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８と画素電極１０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１０として薄膜トランジスタ６０を作製した。作製した薄膜トランジスタ６０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６０を作製した。
【比較例１】
【００４７】
基板１上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法により、ゲート電極２及びキャパシタ電極３にした。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４（膜厚２００ｎｍ）した。続いて、隔壁１３の形成を行った。東レ社製、フォトニース、商品名「ＤＬ−１０００」で表示されるポジ型感光性ポリイミドを全面スピンコートした。感光性ポリイミドは、隔壁１３の高さを４０ｎｍとするように約４０ｎｍの厚さで塗布した。
【００４８】
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、ゲート絶縁膜４上に配置される隔壁１３を形成した。隔壁１３のパターンは２３０℃、３０分間オーブンにて焼成を行った。次に、Ｉｎ―Ｚｎ―Ｏ系酸化物溶液をインクジェット法により凹部に直接注入した（膜厚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６（膜厚８０ｎｍ）を成膜した。半導体層とソース電極、及び、半導体層とドレイン電極は電気的に接触している必要があるため、半導体層中央のみに保護膜６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６を形成した。ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いてＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、ソース電極７とドレイン電極８を形成した。
【００４９】
更に、スピンコート方によりエポキシ樹脂からなる層間絶縁膜９（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８と画素電極１０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１０として薄膜トランジスタ２０を作製した。作製した薄膜トランジスタ２０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３０を作製した。
【００５０】
画像表示装置３０、６０を駆動した結果、隔壁１３を設けなかった画像表示装置６０においても隔壁１３を設けた画像表示装置３０と同等の良好な画像表示を行うことができた。
【比較例２】
【００５１】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを８ｎｍ、半導体層５の厚さを８ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５２】
画像表示装置９０を駆動した結果、半導体層６の膜厚が薄すぎた為に薄膜トランジスタとしての機能を果たさず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【比較例３】
【００５３】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを２１０ｎｍ、半導体層５の厚さを２１０ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５４】
画像表示装置９０を駆動した結果、半導体層６の膜厚が厚すぎた為に薄膜トランジスタとしての機能を果たさず、良好な画像表示を行うことできなかった。
【比較例４】
【００５５】
ゲート絶縁体層の凹部１１の厚さを２００ｎｍ、半導体層５の厚さを２００ｎｍになるように作製した以外は、実施例と全く同様に画像表示装置９０を作製した。
【００５６】
画像表示装置９０を駆動した結果、実施例と同様に良好な画像表示を行うことできた。
【００５７】
ゲート絶縁膜４上に直接ストライプ状に凹部１１を設けることで、従来の画像表示装置よりも隔壁１３の作製プロセスを省け、かつ、精度良く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。
【符号の説明】
【００５８】
１…基板
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…ドレイン電極
９…層間絶縁膜
１０…画素電極
１１…ゲート電極の直上に位置するゲート絶縁体層に形成された凹部
１２…表示要素
１３…隔壁
２０…従来の作製方法による薄膜トランジスタ
３０…従来の作製方法による薄膜トランジスタを用いた画像表示装置
４０…ゲート電極の直上に位置するゲート絶縁膜に形成された凹部を有する薄膜トランジスタ
５０…本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ
６０…本発明の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
７０…本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの配列図の一部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前期基板上のゲート電極と、
前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、
前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、
前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、
前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、
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、
を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ゲート電極と平行かつソース電極上に形成されてい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一部が、前記ドレイン電極上に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁体層の凹部の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層が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乃至請求項４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記半導体層が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乃至請求項５のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された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、
を有する画像表示装置。
【請求項８】
前記画素表示媒体は、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表示装置及び無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする請求項７の画素表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁体層にストライプ状に凹部を形成する工程と、
前記絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を成膜し、乾燥することにより半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上の中央部に設けられる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を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜上の凹部は、ドライエッチング法で形成することを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
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１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１】
基板と、
前期基板上のゲート電極と、
前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層と、
前記ゲート絶縁体層に形成された凹部と、
前記絶縁体層の凹部内に形成される半導体層と、
前記半導体層上の中央部に設けられる保護膜と、
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、
を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁体層の凹部がストライプ状に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁体層の凹部の一部が、前記ゲート電極と平行かつソース電極上に形成されてい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一部が、前記ドレイン電極上に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁体層の凹部の厚さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層が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乃至請求項４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記半導体層が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乃至請求項５のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタと、
前記ソース電極と前記ドレイン電極上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成された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、
を有する画像表示装置。
【請求項８】
前記画素表示媒体は、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表示装置及び無機ＥＬ表示装置のいずれかであることを特徴とする請求項７の画素表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板上及び前記ゲート電極上のゲート絶縁体層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁体層にストライプ状に凹部を形成する工程と、
前記絶縁体層の凹部内に塗布法により半導体層を成膜し、乾燥することにより半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上の中央部に設けられる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を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜上の凹部は、ドライエッチング法で形成することを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
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１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【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２０１２−２０４８１２（Ｐ２０１２−２０４８１２Ａ）
【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２０１１−７１０６２（Ｐ２０１１−７１０６２）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【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２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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