CN109585456B - 有源矩阵基板、液晶显示装置、有机el显示装置 - Google Patents

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Abstract

实现适合于具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板的结构。本发明的实施方式的有源矩阵基板(100)具有：显示区域(DR)，其由按矩阵状排列的多个像素区域(P)规定；以及周边区域(FR)，其位于显示区域的周边。有源矩阵基板具备：基板(1)；第1TFT(10)，其支撑于基板，包括结晶质硅半导体层(11)；以及第2TFT(20)，其支撑于基板，包括氧化物半导体层(21)。第1TFT和第2TFT分别具有顶栅结构。氧化物半导体层位于比结晶质硅半导体层靠下层的位置。

Description

有源矩阵基板、液晶显示装置、有机EL显示装置
技术领域
本发明涉及有源矩阵基板，特别是涉及具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板。另外，本发明还涉及具备这种有源矩阵基板的液晶显示装置和有机EL显示装置、这种有源矩阵基板的制造方法。
背景技术
液晶显示装置等所使用的有源矩阵基板按每一像素具备薄膜晶体管(Thin FilmTransistor；以下为“TFT”)等开关元件。作为这种开关元件，广泛地使用以非晶硅膜为活性层的TFT(以下为“非晶硅TFT”)、以多晶硅膜为活性层的TFT(以下为“多晶硅TFT”)。
近年来，作为TFT的活性层的材料，提出了使用氧化物半导体来代替非晶硅或多晶硅。将具有氧化物半导体膜作为活性层的TFT称为“氧化物半导体TFT”。在专利文献1中公开了将In-Ga-Zn-O系半导体膜用于TFT的活性层的有源矩阵基板。
氧化物半导体具有比非晶硅高的迁移率。因此，氧化物半导体TFT能以比非晶硅TFT快的速度动作。另外，氧化物半导体膜与多晶硅膜相比由更简单的工艺形成，因此还能应用于需要大面积的装置。
有源矩阵基板一般具有显示区域和周边区域。显示区域包括按矩阵状排列的多个像素(像素区域)，也被称为有源区域。周边区域位于显示区域的周边，也被称为边框区域。
在显示区域中设置有：TFT，其形成于每一像素；以及栅极总线、源极总线和像素电极，其分别电连接到TFT的栅极电极、源极电极和漏极电极。
在周边区域中配置用于驱动栅极总线(扫描配线)和源极总线(信号配线)的驱动电路。具体地说，配置用于对栅极总线供给栅极信号(扫描信号)的栅极驱动器、用于对源极总线供给源极信号(显示信号)的源极驱动器。栅极驱动器、源极驱动器等驱动电路有时也作为半导体芯片搭载(COG(Chip On Glass：玻璃上芯片)安装)，有时也单片(一体)地形成于有源矩阵基板。将以单片形成的驱动电路称为“驱动器单片电路”。驱动器单片电路通常使用TFT来构成。
在本申请说明书中，将作为开关元件而配置于显示区域的各像素的TFT称为“像素TFT”，将构成驱动电路等周边电路的TFT称为“电路TFT”。在使用了氧化物半导体TFT作为像素TFT的有源矩阵基板中，从制造工艺的观点来看，可以说优选形成使用了与像素TFT相同的氧化物半导体膜的氧化物半导体TFT作为电路TFT。
然而，氧化物半导体的迁移率虽然如已经说明的那样比非晶硅的迁移率高，但是比多晶硅的迁移率低约1个数量级。因而，氧化物半导体TFT与多晶硅TFT相比，电流驱动力较小。因此，当使用氧化物半导体TFT构成驱动器单片电路时，驱动能力有可能不足。若为了弥补电流驱动力的不足而增大TFT的尺寸(增大沟道宽度)，则会妨碍周边区域的窄小化。
在专利文献2中，公开了使用氧化物半导体TFT作为像素TFT并且周边电路包括多晶硅TFT作为电路TFT的构成。在专利文献2公开的构成中，氧化物半导体TFT具有底栅结构，多晶硅TFT具有顶栅结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012-134475号公报
专利文献2：特开2010-3910号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，专利文献1的构成有以下问题。
首先，在底栅结构的氧化物半导体TFT中，为了充分地覆盖栅极电极而不得不使栅极绝缘层比较厚，因此电流驱动力会下降。TFT的导通电流Ion用下式(1)表示。
Ion＝(1/2)·(W/L)·Cox·(Vg-Vth)2…(1)
在式(1)中，W是沟道宽度，L是沟道长度、Vg是栅极电压，Vth是阈值电压。另外，Cox用下式(2)表示。在式(2)中，ε0是真空的介电常数，εr是栅极绝缘层的相对介电常数，d是栅极绝缘层的厚度。
Cox＝ε0·εr/d…(2)
根据式(1)和(2)可知，当栅极绝缘层的厚度d变大时，导通电流Ion变小。
另外，在底栅结构的氧化物半导体TFT中，通常考虑到对位精度等而设计成从基板法线方向观看时源极电极及漏极电极与栅极电极重叠，因此寄生电容大。所以，在用于大型且像素数多的显示装置的情况下，电容负荷变大，不利于高速驱动。
如上所述，仍未发现对具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板最适合的结构。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于实现对具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板最适合的结构。
用于解决问题的方案
本发明的实施方式的有源矩阵基板是具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域的有源矩阵基板，具备：基板；第1TFT，其支撑于上述基板，包括结晶质硅半导体层；以及第2TFT，其支撑于上述基板，包括氧化物半导体层，上述第1TFT和上述第2TFT分别具有顶栅结构，上述氧化物半导体层位于比上述结晶质硅半导体层靠下层的位置。
在某实施方式中，上述第1TFT具有：上述结晶质硅半导体层；第1栅极绝缘层，其设置于上述结晶质硅半导体层上；第1栅极电极，其设置于上述第1栅极绝缘层上，隔着上述第1栅极绝缘层与上述结晶质硅半导体层相对；以及第1源极电极和第1漏极电极，其电连接到上述结晶质硅半导体层，上述第2TFT具有：上述氧化物半导体层；第2栅极绝缘层，其设置于上述氧化物半导体层上；第2栅极电极，其设置于上述第2栅极绝缘层上，隔着上述第2栅极绝缘层与上述氧化物半导体层相对；以及第2源极电极和第2漏极电极，其电连接到上述氧化物半导体层。
在某实施方式中，上述第2TFT的上述第2栅极绝缘层包括下层栅极绝缘层和位于上述下层栅极绝缘层上的上层栅极绝缘层。
在某实施方式中，上述第1TFT的上述第1栅极绝缘层与上述第2TFT的上述上层栅极绝缘层由同一绝缘膜形成。
在某实施方式中，上述结晶质硅半导体层设置于由与上述第2TFT的上述下层栅极绝缘层同一绝缘膜形成的绝缘层上。
在某实施方式中，上述第1TFT的上述第1栅极电极与上述第2TFT的上述第2栅极电极由同一导电膜形成。
在某实施方式中，上述第1TFT配置于上述周边区域内，上述第2TFT配置于上述显示区域内。
在某实施方式中，上述第1TFT配置于上述显示区域内，上述第2TFT配置于上述周边区域内。
在某实施方式中，上述氧化物半导体层包括In-Ga-Zn-O系半导体。
在某实施方式中，上述In-Ga-Zn-O系半导体包括结晶质部分。
本发明的实施方式的液晶显示装置具备具有上述的任意一种构成的有源矩阵基板。
本发明的实施方式的有机EL显示装置具备具有上述的任意一种构成的有源矩阵基板。
本发明的实施方式的有源矩阵基板的制造方法是具备包括结晶质硅半导体层的第1TFT和包括氧化物半导体层的第2TFT的有源矩阵基板的制造方法，有源矩阵基板的制造方法包含：工序(A)，在基板上形成上述第2TFT的上述氧化物半导体层；工序(B)，在上述基板和上述氧化物半导体层上形成第1绝缘层；工序(C)，在上述第1绝缘层上形成上述第1TFT的上述结晶质硅半导体层；工序(D)，在上述结晶质硅半导体层和上述第1绝缘层上形成第2绝缘层；以及工序(E)，在上述第2绝缘层上形成上述第1TFT的栅极电极和上述第2TFT的栅极电极，上述工序(C)包括：工序(c-1)，在上述第1绝缘层上形成非晶质硅膜；以及工序(c-2)，通过对上述非晶质硅膜进行激光退火处理而使上述非晶质硅膜结晶化，并且利用上述激光退火处理时产生的热对上述氧化物半导体层进行改性。
在某实施方式中，本发明的有源矩阵基板的制造方法还包括对上述第1绝缘层和上述第2绝缘层进行图案化的工序(F)，上述工序(F)中的图案化是以使得上述第1绝缘层的与上述氧化物半导体层重叠的部分和上述第2绝缘层的与上述氧化物半导体层重叠的部分成为上述第2TFT的栅极绝缘层，上述第2绝缘层的与上述结晶质硅半导体层重叠的部分成为上述第1TFT的栅极绝缘层的方式来进行。
在某实施方式中，在上述工序(E)中，上述第1TFT的栅极电极与上述第2TFT的栅极电极由同一导电膜形成。
在某实施方式中，本发明的有源矩阵基板的制造方法还包含：工序(G)，在上述工序(E)后形成层间绝缘层；以及工序(H)，在上述层间绝缘层上形成上述第1TFT的源极电极和漏极电极以及上述第2TFT的源极电极和漏极电极。
在某实施方式中，上述有源矩阵基板具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域，上述第1TFT配置于上述显示区域内，上述第2TFT配置于上述周边区域内。
在某实施方式中，上述有源矩阵基板具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域，上述第1TFT配置于上述周边区域内，上述第2TFT配置于上述显示区域内。
在某实施方式中，上述氧化物半导体层包括In-Ga-Zn-O系半导体。
在某实施方式中，上述In-Ga-Zn-O系半导体包括结晶质部分。
发明效果
根据本发明的实施方式，能实现适合于具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板的结构。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式的有源矩阵基板100的俯视图。
图2是示意性地表示有源矩阵基板100的截面图。
图3的(a)～(d)是用于说明有源矩阵基板100的制造方法的工序截面图。
图4的(a)～(d)是用于说明有源矩阵基板100的制造方法的工序截面图。
图5的(a)～(c)是用于说明有源矩阵基板100的制造方法的工序截面图。
图6的(a)～(c)是用于说明有源矩阵基板100的制造方法的工序截面图。
图7是示意性地表示本发明的实施方式的有源矩阵基板200的俯视图。
图8是示意性地表示有源矩阵基板200的截面图。
图9是示意性地表示本发明的实施方式的有源矩阵基板300的截面图。
图10是表示有源矩阵基板300的1个像素区域P的等价电路的例子的图。
附图标记说明
1：基板
2：底涂层
4：层间绝缘层
4a：下层层间绝缘层
4b：上层层间绝缘层
5：有机绝缘层(平坦化层)
6：电介质层
7：无机绝缘层(保护层)
8：彩色滤光片层
10：第1TFT
11：结晶质硅半导体层
12：第1栅极绝缘层
13：第1栅极电极
14：第1源极电极
15：第1漏极电极
20：第2TFT
21：氧化物半导体层
22：第2栅极绝缘层
22a：下层栅极绝缘层
22b：上层栅极绝缘层
23：第2栅极电极
24：第2源极电极
25：第2漏极电极
30：像素电极
31：共用电极
41：驱动用TFT
42：选择用TFT
43：第1电流切换用TFT
44：第2电流切换用TFT
45：电容器
46：有机发光二极管
61：栅极驱动电路
100、200、300：有源矩阵基板
CH1：第1接触孔
CH2：第2接触孔
CH3：第3接触孔
CH4：第4接触孔
CHP：像素接触孔
IL1：第1绝缘层
IL2：第2绝缘层
GL：栅极总线
GL1：第1栅极总线
GL2：第2栅极总线
SL：源极总线
CL：电流供应配线
DR：显示区域
FR：周边区域
P：像素区域。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施方式。本发明的实施方式的有源矩阵基板广泛地应用于各种显示装置、电子设备等。此外，本发明不限于以下的实施方式。
(实施方式1)
一边参照图1一边说明本实施方式的有源矩阵基板100。图1是示意性地表示有源矩阵基板100的俯视图。
如图1所示，有源矩阵基板100具有显示区域DR和周边区域FR。显示区域DR由多个像素区域P规定。多个像素区域P按包括多个行和多个列的矩阵状排列。显示区域DR有时也被称为“有源区域”。周边区域FR位于显示区域DR的周边。周边区域FR有时也被称为“边框区域”。在周边区域FR中设置有周边电路(未图示)。
还一边参照图2，一边说明有源矩阵基板100的更具体的构成。图2是示意性地表示有源矩阵基板100的截面图。
如图2所示，有源矩阵基板100具备基板1、以及支撑于基板1的第1TFT10和第2TFT20。
第1TFT10包括作为活性层的结晶质硅半导体层11。即，第1TFT10是结晶质硅TFT。第1TFT10除了具有上述的结晶质硅半导体层11以外，还具有第1栅极绝缘层12、第1栅极电极13、第1源极电极14以及第1漏极电极15。
在本实施方式中，结晶质硅半导体层11是多晶硅层(例如低温多晶硅(LTPS)层)。在图示的例子中，在基板1上设置有底涂层(基底层)2。结晶质硅半导体层11设置于在底涂层2上形成的绝缘层3上。
第1栅极绝缘层12设置于结晶质硅半导体层11上。第1栅极电极13设置于第1栅极绝缘层12上。第1栅极电极13隔着第1栅极绝缘层12与结晶质硅半导体层11相对。
第1源极电极14和第1漏极电极15电连接到结晶质硅半导体层11。在本实施方式中，以覆盖第1栅极电极13、第1栅极绝缘层12等的方式设置有层间绝缘层4。在图2所示的例子中，层间绝缘层4包括下层层间绝缘层4a和位于下层层间绝缘层4a上的上层层间绝缘层4b。即，层间绝缘层4具有层叠结构。第1源极电极14和第1漏极电极15设置于层间绝缘层4上。第1源极电极14和第1漏极电极15在形成于层间绝缘层4和第1栅极绝缘层12的第1接触孔CH1和第2接触孔CH2内分别连接到结晶质硅半导体层11。
第2TFT20包括作为活性层的氧化物半导体层21。即，第2TFT20是氧化物半导体TFT。第2TFT20除了具有上述的氧化物半导体层21以外，还具有第2栅极绝缘层22、第2栅极电极23、第2源极电极24以及第2漏极电极25。
氧化物半导体层21例如包括In-Ga-Zn-O系半导体。氧化物半导体层21设置于底涂层2上。
第2栅极绝缘层22设置于氧化物半导体层21上。第2栅极绝缘层22包括下层栅极绝缘层22a和位于下层栅极绝缘层22a上的上层栅极绝缘层22b。即，第2栅极绝缘层22具有层叠结构。下层栅极绝缘层22a与位于结晶质硅半导体层11下的绝缘层3由同一绝缘膜形成。上层栅极绝缘层22b与第1TFT10的第1栅极绝缘层12由同一绝缘膜形成。
第2栅极电极23设置于第2栅极绝缘层22上。第2栅极电极23隔着第2栅极绝缘层22与氧化物半导体层21相对。第2栅极电极23与第1TFT10的第1栅极电极13由同一导电膜形成。
第2源极电极24和第2漏极电极25电连接到氧化物半导体层21。层间绝缘层4覆盖第2栅极电极23、第2栅极绝缘层22以及氧化物半导体层21，第2源极电极24和第2漏极电极25设置于层间绝缘层4上。第2源极电极24和第2漏极电极25在形成于层间绝缘层4的第3接触孔CH3和第4接触孔CH4内分别连接到氧化物半导体层21。当从基板面法线方向观看时，第2源极电极24和第2漏极电极25分别与第2栅极电极23不重叠。
在层间绝缘层4上，以覆盖第1TFT10和第2TFT20的方式设置有有机绝缘层(平坦化层)5。
如上所述，在本实施方式的有源矩阵基板100中，第1TFT10和第2TFT20分别具有顶栅结构。即，不仅是作为结晶质硅TFT的第1TFT10具有顶栅结构，作为氧化物半导体TFT的第2TFT20也具有顶栅结构。
当第2TFT20是顶栅结构时，与底栅结构的情况不同，第2栅极绝缘层22无需覆盖第2栅极电极23(即比较厚的配线层)，因此能减小第2栅极绝缘层22的厚度。因此，能提高第2TFT20的电流驱动力。
另外，无需将第2栅极电极23与第2源极电极24及第2漏极电极25以重叠的方式进行配置，因此能减小寄生电容。所以，即使将有源矩阵基板100用于大型且像素数多的显示装置，也能减小电容负荷，能适当地进行高速驱动。
另外，在本实施方式的有源矩阵基板100中，氧化物半导体层21位于比结晶质硅半导体层11靠下层的位置(换句话说，从基板1到氧化物半导体层21的距离小于从基板1到结晶质硅半导体层11的距离)。
由于氧化物半导体层21位于比结晶质硅半导体层11靠下层的位置，从而能利用形成结晶质硅半导体层11时进行的激光退火处理来进行氧化物半导体层21的改性。更具体地说，能利用由于用于使非晶质硅半导体膜结晶化的激光退火处理而产生的热来使氧化物半导体层21的缺陷能级降低而提高迁移率。而且，还能使下层栅极绝缘层22a的缺陷能级降低而提高可靠性。
另外，在本实施方式的有源矩阵基板100中，能由同一导电膜形成第1TFT10的第1栅极电极13和第2TFT20的第2栅极电极23，因此能实现制造工艺的简化。
而且，在图2所例示的构成中，第2TFT20的第2栅极绝缘层22除了包括由与第1TFT10的第1栅极绝缘层12同一绝缘膜形成的上层栅极绝缘层22b以外，还包括下层栅极绝缘层22a。因而，第2TFT20的第2栅极绝缘层22的厚度大于第1TFT10的第1栅极绝缘层12的厚度。因此，能实现第2TFT20的高耐压化，能用比第1TFT10高的电压来驱动第2TFT20。
接下来，说明有源矩阵基板100的制造方法的例子。图3～图6是用于说明有源矩阵基板100的制造方法的工序截面图。
首先，如图3的(a)所示，在基板1上形成底涂层2。基板1是具有绝缘性的透明基板(例如玻璃基板)。底涂层2例如具有包括氮化硅(SiNx)层作为下层、包括氧化硅(SiO2)层作为上层的层叠结构，当然不限于此。
接着，如图3的(b)所示，在基板1上(在此为底涂层2上)形成氧化物半导体层21。具体地说，在底涂层2上堆积氧化物半导体膜后对氧化物半导体膜进行图案化，由此能形成岛状的氧化物半导体层21。氧化物半导体层21例如由In、Ga和Zn的比例(组成比)为1：1：1的In-Ga-Zn-O系半导体形成。氧化物半导体层21的厚度例如是10nm以上150nm以下。
接下来，如图3的(c)所示，在基板1上(在此为在底涂层2上)和氧化物半导体层21上形成绝缘层(以下称为“第1绝缘层”)IL1。第1绝缘层IL1包括成为第2TFT20的下层栅极绝缘层22a的部分22a’、成为位于第1TFT10的结晶质硅半导体层11下的绝缘层3的部分3’。第1绝缘层IL1例如是具有30nm以上70nm以下的厚度的氧化硅(SiO2)层。
接着，在第1绝缘层IL1上形成结晶质硅半导体层11。具体地说，首先，如图3的(d)所示，在第1绝缘层IL1上形成非晶质硅(a-Si)膜11a’。
接着，如图4的(a)所示，通过对非晶质硅膜11a’照射准分子激光来进行激光退火处理。由此，非晶质硅膜11a’结晶化而成为结晶质硅膜11’。另外，此时，利用激光退火处理时产生的热对氧化物半导体层21进行改性。激光退火处理的光能被非晶质硅膜11a’吸收而转换为热，非晶质硅会熔融结晶化。此时的热经由第1绝缘层IL1(成为下层栅极绝缘层22a的部分22a’)还传递到氧化物半导体层21(热退火效果)，氧化物半导体层21的缺陷能级降低，迁移率提高。另外，成为下层栅极绝缘层22a的部分22a’的缺陷能级降低，可靠性提高。而且，激光退火处理是在氧化物半导体层21上层叠了第1绝缘层IL1和非晶质硅膜11a’的状态下进行的，因此不存在由蒸气压力低的金属成分或氧从氧化物半导体层21释放到外界所致的组成的变化，能得到良好的退火效果。对激光退火处理的条件没有特别限定，能使用用于使非晶质硅膜结晶化而成为结晶质硅膜的公知的各种条件。
另外，典型地是，在非晶质硅膜11a’形成后且激光退火处理前进行用于使非晶质硅膜11a’中的氢减少的脱氢退火处理(例如以在400～450℃进行1～2小时的退火处理)。进行该脱氢退火处理时，氧化物半导体层21也能被改性。
接下来，如图4的(b)所示，对结晶质硅膜11’进行图案化，由此形成岛状的结晶质硅半导体层11。结晶质硅半导体层11的厚度例如是30nm以上100nm以下。
接着，如图4的(c)所示，在结晶质硅半导体层11和第1绝缘层IL1上形成绝缘层(以下称为“第2绝缘层”)IL2。第2绝缘层IL2包括成为第1TFT10的第1栅极绝缘层12的部分12’、成为第2TFT20的上层栅极绝缘层22b的部分22b’。第2绝缘层IL2例如是具有70nm以上120nm以下的厚度的氧化硅(SiO2)层。
接下来，在第2绝缘层IL2上形成第1栅极电极13和第2栅极电极23。具体地说，首先，如图4的(d)所示，在第2绝缘层IL2上形成栅极用导电膜(栅极金属膜)GM。作为栅极用导电膜GM的材料，例如能使用钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)等金属或它们的合金。另外，栅极用导电膜GM也可以具有包括由不同的导电材料形成的多个层的层叠结构。栅极用导电膜GM的厚度例如是50nm以上500nm以下。
接着，如图5的(a)和(b)所示，通过蚀刻对栅极用导电膜GM进行图案化，从而形成第1栅极电极13和第2栅极电极23。此时，如图5的(a)所示，第1绝缘层IL1和第2绝缘层IL2也通过蚀刻而被图案化，第1绝缘层IL1的与氧化物半导体层21重叠的部分和第2绝缘层IL2的与氧化物半导体层重叠的部分成为第2栅极绝缘层22，第2绝缘层IL2的与结晶质硅半导体层11重叠的部分成为第1栅极绝缘层12。
接下来，以第1栅极电极13为掩模对结晶质硅半导体层11注入杂质，从而形成源极区域和漏极区域。结晶质硅半导体层11中的未被注入杂质的区域成为沟道区域(活性区域)。
接着，如图5的(c)所示，以覆盖第1栅极电极13、第2栅极电极23、第1栅极绝缘层12、第2栅极绝缘层22以及氧化物半导体层21的方式形成层间绝缘层4。下层层间绝缘层4a例如是氮化硅(SiNx)层，上层层间绝缘层4b例如是氧化硅(SiO2)层。
接下来，如图6的(a)所示，通过蚀刻，在层间绝缘层4和第1栅极绝缘层12中形成第1接触孔CH1、第2接触孔CH2、第3接触孔CH3以及第4接触孔CH4。在第1接触孔CH1和第2接触孔CH2中，结晶质硅半导体层11的一部分露出，在第3接触孔CH3和第4接触孔CH4中，氧化物半导体层21的一部分露出。
接着，如图6的(b)所示，在层间绝缘层4上形成第1源极电极14、第1漏极电极15、第2源极电极24以及第2漏极电极25。具体地说，在层间绝缘层4上形成源极/漏极用导电膜(源极金属膜)后，对源极/漏极用导电膜进行图案化，由此，形成第1源极电极14、第1漏极电极15、第2源极电极24以及第2漏极电极25。作为源极/漏极用导电膜的材料，例如能使用钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、钛(Ti)、钽(Ta)等金属或它们的合金。源极/漏极用导电膜的厚度例如是100nm以上500nm以下。
之后，如图6的(c)所示，形成覆盖第1TFT10和第2TFT20的有机绝缘层5。有机绝缘层5例如由感光性树脂材料形成。有机绝缘层5的厚度例如是1.5μm以上3.0μm以下。
这样，能得到有源矩阵基板100。
此外，也可以在基板1和底涂层2之间设置与结晶质硅半导体层11重叠的金属层、与氧化物半导体层21重叠的金属层。与结晶质硅半导体层11重叠的金属层作为遮光层发挥功能。另外，与氧化物半导体层21重叠的金属层通过被施加规定的电位而作为进一步的栅极电极(后栅极电极)发挥功能，能使第2TFT20的电流驱动力进一步提高。
(实施方式2)
一边参照图7和图8，一边说明本实施方式的有源矩阵基板200。图7和图8分别是示意性地表示有源矩阵基板200的俯视图和截面图。以下，以有源矩阵基板200与实施方式1的有源矩阵基板100的不同之处为中心进行说明。
本实施方式的有源矩阵基板200用于FFS(Fringe Field Switching：边缘场开关)模式的液晶显示装置。在有源矩阵基板200的周边区域FR中设置有周边电路。在图7中，作为周边电路例示了栅极驱动电路61。栅极驱动电路61对多个栅极总线GL供应扫描信号。
在本实施方式中，如图8所示，第1TFT10配置于周边区域FR内，是构成周边电路(例如栅极驱动电路61)的电路TFT。而第2TFT20配置于显示区域DR内，是配置于多个像素区域中的每个像素区域的像素TFT。
在图8所示的例子中，在有机绝缘层5上设置有共用电极31。共用电极31设置为多个像素区域P共用，提供在整个显示区域DR中共用的电位。
以覆盖共用电极31的方式设置有电介质层6，在该电介质层6上设置有像素电极30。像素电极30在形成于电介质层6和有机绝缘层5的像素接触孔CHP内连接到第2TFT20的漏极电极25。在此虽未图示，但像素电极30具有至少1个狭缝。
如上所述，在本实施方式的有源矩阵基板200中，作为结晶质硅TFT的第1TFT10配置于周边区域FR，作为氧化物半导体TFT的第2TFT20配置于显示区域DR。这样，通过将作为电流驱动力大(迁移率高)的结晶质硅TFT的第1TFT10用作电路用TFT，能缩小周边区域(边框区域)FR。另外，通过将作为截止泄漏特性优异的氧化物半导体TFT的第2TFT20用作像素TFT，能进行低频驱动，能大幅削减功耗。
(实施方式3)
一边参照图9，一边说明本实施方式的有源矩阵基板300。图9是示意性地表示有源矩阵基板300的截面图。
本实施方式的有源矩阵基板300用于底部发光型的有机EL(电致发光)显示装置。
在本实施方式中，如图9所示，第1TFT10是配置于显示区域DR内的像素TFT。相对于此，第2TFT20是配置于周边区域FR内的电路TFT。
在有源矩阵基板300中，在层间绝缘层4上以覆盖第1源极电极14等的方式设置有无机绝缘层(保护层)7，在无机绝缘层7上设置有彩色滤光片层8。并且，在彩色滤光片层8上设置有平坦化层5，在平坦化膜5上设置有像素电极30。像素电极30在形成于平坦化层5、彩色滤光片层8以及无机绝缘层7的像素接触孔CHP中连接到第1TFT10的漏极电极15。
如上所述，在本实施方式的有源矩阵基板300中，作为结晶质硅TFT的第1TFT10配置于显示区域DR，作为氧化物半导体TFT的第2TFT20配置于周边区域FR。为了在有机EL显示装置中适当地进行多灰度级显示，优选像素TFT的Vg(栅极电压)-Id(漏极电流)特性在某种程度上是平缓的(即不是陡峭的)，但在当前实际应用的氧化物半导体TFT中，有时难以实现这样的Vg-Id特性。如本实施方式所示，通过将第1TFT10配置于显示区域DR，将第2TFT20配置于周边区域FR，能适当地进行多灰度级显示。
在有机EL显示装置用的有源矩阵基板300中，也可以在各像素区域P中配置2个以上的TFT。在图10中示出有源矩阵基板300的1个像素区域P的等价电路的例子。
在图10所示的例子中，像素区域P包括驱动用TFT41、选择用TFT42、第1电流切换用TFT43、第2电流切换用TFT44、电容器45以及OLED(有机发光二极管)46。
驱动用TFT41的栅极电极连接到选择用TFT42的源极电极和构成电容器45的一对电极中的一个电极(第1电极)。驱动用TFT41的源极电极连接到第1电流切换用TFT43和第2电流切换用TFT44的漏极电极。驱动用TFT41的漏极电极连接到选择用TFT42的漏极电极和OLED46的阳极电极。
选择用TFT42的栅极电极连接到第1栅极总线GL1。选择用TFT42的源极电极连接到驱动用TFT41的栅极电极。选择用TFT42的漏极电极连接到驱动用TFT41的漏极电极。
第1电流切换用TFT43的栅极电极连接到第1栅极总线GL1。第1电流切换用TFT43的源极电极连接到源极总线SL。第1电流切换用TFT43的漏极电极连接到驱动用TFT41的源极电极和构成电容器45的一对电极中的另一个电极(第2电极)。
第2电流切换用TFT44的栅极电极连接到第2栅极总线GL2。第2电流切换用TFT44的源极电极连接到电流供应线CL。电流供应线CL连接到正电源VDD。第2电流切换用TFT44的漏极电极连接到驱动用TFT41的源极电极。
OLED46包括：阳极电极，其连接到驱动用TFT41的漏极电极；有机EL层，其形成于阳极电极上；以及阴极电极，其形成于有机EL层上。有机EL层具有例如空穴传输层/有机发光层/电子传输层的层叠结构、或者空穴注入层/空穴传输层/有机发光层/电子传输层/电子注入层的层叠结构。有机EL层也可以还包括用于提高有机发光层的发光效率或寿命等的层。阴极电极连接到负电源VSS。
图10所示的像素电路如下所示动作。
首先，当选择用TFT42和第1电流切换用TFT43被第1栅极总线GL1选择而成为导通状态时，驱动用TFT41成为其栅极电极与漏极电极被连接的状态、即被连接成二极管的状态。因此，从源极总线SL供应的数据电流IDATA所对应的电压被充电到电容器45。
接着，当选择用TFT42和第1电流切换用TFT43成为截止状态并且第2电流切换用TFT44被第2栅极总线GL2选择而成为导通状态时，来自电流供应线CL的电流经由第2电流切换用TFT44和驱动用TFT41(由于充电到电容器45的电压而成为导通状态)提供给OLED46，OLED46发光。
图10所例示的构成中的驱动用TFT41与图9所示的第1TFT10对应。即，驱动用TFT41是结晶质硅TFT。选择用TFT42、第1电流切换用TFT43以及第2电流切换用TFT44既可以是结晶质硅TFT，也可以是氧化物半导体TFT。
(关于氧化物半导体)
氧化物半导体层21中包括的氧化物半导体既可以是非晶质氧化物半导体，也可以是具有结晶质部分的结晶质氧化物半导体。作为结晶质氧化物半导体，可举出多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体、c轴与层面大致垂直取向的结晶质氧化物半导体等。
氧化物半导体层21也可以具有2层以上的层叠结构。在氧化物半导体层21具有层叠结构的情况下，氧化物半导体层21既可以包括非晶质氧化物半导体层和结晶质氧化物半导体层，也可以包括结晶结构不同的多个结晶质氧化物半导体层，另外，也可以包括多个非晶质氧化物半导体层。优选在氧化物半导体层21具有包括上层和下层的2层结构的情况下，上层中包括的氧化物半导体的能隙小于下层中包括的氧化物半导体的能隙。不过，在这些层的能隙的差比较小的情况下，下层的氧化物半导体的能隙也可以小于上层的氧化物半导体的能隙。
例如在特开2014-007399号公报中记载有非晶质氧化物半导体和上述各结晶质氧化物半导体的材料、结构、成膜方法、具有层叠结构的氧化物半导体层的构成等。为了参照，将特开2014-007399号公报的全部公开内容应用到本说明书中。
氧化物半导体层21例如可以包括In、Ga和Zn中的至少1种金属元素。在本发明的实施方式中，氧化物半导体层21例如包括In-Ga-Zn-O系半导体(例如氧化铟镓锌)。在此，In-Ga-Zn-O系半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)的三元系氧化物，并且In、Ga和Zn的比例(组成比)没有特别限定，例如包括In：Ga：Zn＝2：2：1、In：Ga：Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝1：1：2等。这种氧化物半导体层21能由包括In-Ga-Zn-O系半导体的氧化物半导体膜形成。
In-Ga-Zn-O系半导体既可以是非晶质，也可以是结晶质。作为结晶质In-Ga-Zn-O系半导体，优选c轴与层面大致垂直取向的结晶质In-Ga-Zn-O系半导体。
此外，例如在上述的特开2014-007399号公报、特开2012-134475号公报、特开2014-209727号公报等中公开有结晶质In-Ga-Zn-O系半导体的结晶结构。为了参照，将特开2012-134475号公报和特开2014-209727号公报的全部公开内容引用到本说明书中。具有In-Ga-Zn-O系半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比大于20倍)和低漏电流(与a-SiTFT相比小于百分之一)，因此适合用作驱动TFT(例如在包括多个像素的显示区域的周边设置于与显示区域相同的基板上的驱动电路中包括的TFT)和像素TFT(设置于像素的TFT)。
氧化物半导体层21也可以包括其它氧化物半导体来代替In-Ga-Zn-O系半导体。例如可以包括In-Sn-Zn-O系半导体(例如In2O3-SnO2-ZnO；InSnZnO)。In-Sn-Zn-O系半导体是In(铟)、Sn(锡)和Zn(锌)的三元系氧化物。或者，氧化物半导体层21也可以包括In-Al-Zn-O系半导体、In-Al-Sn-Zn-O系半导体、Zn-O系半导体、In-Zn-O系半导体、Zn-Ti-O系半导体、Cd-Ge-O系半导体、Cd-Pb-O系半导体、CdO(氧化镉)、Mg-Zn-O系半导体、In-Ga-Sn-O系半导体、In-Ga-O系半导体、Zr-In-Zn-O系半导体、Hf-In-Zn-O系半导体等。
(显示装置)
本发明的实施方式的有源矩阵基板适合应用于显示装置，例如适合应用于液晶显示装置或有机EL显示装置。液晶显示装置可具备：本发明的实施方式的有源矩阵基板；相对基板，其以与有源矩阵基板相对的方式配置；以及液晶层，其设置于有源矩阵基板和相对基板之间。此外，到此为止以FFS模式的液晶显示装置用的有源矩阵基板为例进行了说明，但本发明的实施方式的有源矩阵基板能应用于各种显示模式的液晶显示装置。本发明的实施方式的有源矩阵基板还能用于FFS以外的横向电场模式(例如IPS模式)的液晶显示装置或纵向电场模式(例如TN模式或垂直取向模式)的液晶显示装置。另外，有机EL显示装置可具备本发明的实施方式的有源矩阵基板、设置于像素电极上的有机层、以及设置于有机层上的共用电极。
工业上的可利用性
根据本发明的实施方式，能实现适合于具备氧化物半导体TFT和结晶质硅TFT这两者的有源矩阵基板的结构。本发明的实施方式的有源矩阵基板适合应用于液晶显示装置或有机EL显示装置等显示装置。

Claims (19)

1.一种有源矩阵基板，具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域，上述有源矩阵基板的特征在于，具备：
基板；
第1TFT，其支撑于上述基板，包括结晶质硅半导体层；以及
第2TFT，其支撑于上述基板，包括氧化物半导体层，
上述第1TFT和上述第2TFT分别具有顶栅结构，
上述氧化物半导体层位于比上述结晶质硅半导体层靠下层的位置，
上述第1TFT具有：
上述结晶质硅半导体层；
第1栅极绝缘层，其设置于上述结晶质硅半导体层上；
第1栅极电极，其设置于上述第1栅极绝缘层上，隔着上述第1栅极绝缘层与上述结晶质硅半导体层相对；以及
第1源极电极和第1漏极电极，其电连接到上述结晶质硅半导体层，
上述第2TFT具有：
上述氧化物半导体层；
第2栅极绝缘层，其设置于上述氧化物半导体层上；
第2栅极电极，其设置于上述第2栅极绝缘层上，隔着上述第2栅极绝缘层与上述氧化物半导体层相对；以及
第2源极电极和第2漏极电极，其电连接到上述氧化物半导体层，
上述有源矩阵基板还具有覆盖上述第2栅极电极、上述第2栅极绝缘层以及上述氧化物半导体层的层间绝缘层，上述层间绝缘层包含与上述氧化物半导体层接触的部分，上述层间绝缘层的与上述氧化物半导体层接触的上述部分是氮化硅层。
2.根据权利要求1所述的有源矩阵基板，
上述第2TFT的上述第2栅极绝缘层包括下层栅极绝缘层和位于上述下层栅极绝缘层上的上层栅极绝缘层。
3.根据权利要求2所述的有源矩阵基板，
上述第1TFT的上述第1栅极绝缘层与上述第2TFT的上述上层栅极绝缘层由同一绝缘膜形成。
4.根据权利要求2或3所述的有源矩阵基板，
上述结晶质硅半导体层设置于由与上述第2TFT的上述下层栅极绝缘层同一绝缘膜形成的绝缘层上。
5.根据权利要求2或3所述的有源矩阵基板，
上述第1TFT的上述第1栅极电极与上述第2TFT的上述第2栅极电极由同一导电膜形成。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的有源矩阵基板，
上述第1TFT配置于上述周边区域内，
上述第2TFT配置于上述显示区域内。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的有源矩阵基板，
上述第1TFT配置于上述显示区域内，
上述第2TFT配置于上述周边区域内。
8.根据权利要求1至3中的任意一项所述的有源矩阵基板，
上述氧化物半导体层包括In-Ga-Zn-O系半导体。
9.根据权利要求8所述的有源矩阵基板，
上述In-Ga-Zn-O系半导体包括结晶质部分。
10.一种液晶显示装置，其特征在于，具备权利要求1至9中的任意一项所述的有源矩阵基板。
11.一种有机EL显示装置，其特征在于，具备权利要求1至9中的任意一项所述的有源矩阵基板。
12.一种有源矩阵基板的制造方法，是具备包括结晶质硅半导体层的第1TFT和包括氧化物半导体层的第2TFT的有源矩阵基板的制造方法，上述有源矩阵基板的制造方法的特征在于，包含：
工序（A），在基板上形成上述第2TFT的上述氧化物半导体层；
工序（B），在上述基板和上述氧化物半导体层上形成第1绝缘层；
工序（C），在上述第1绝缘层上形成上述第1TFT的上述结晶质硅半导体层；
工序（D），在上述结晶质硅半导体层和上述第1绝缘层上形成第2绝缘层；以及
工序（E），在上述第2绝缘层上形成上述第1TFT的栅极电极和上述第2TFT的栅极电极，
上述工序（C）包括：
工序（c-1），在上述第1绝缘层上形成非晶质硅膜；以及
工序（c-2），通过对上述非晶质硅膜进行激光退火处理而使上述非晶质硅膜结晶化，并且利用上述激光退火处理时产生的热对上述氧化物半导体层进行改性。
13.根据权利要求12所述的有源矩阵基板的制造方法，
还包括对上述第1绝缘层和上述第2绝缘层进行图案化的工序（F），
上述工序（F）中的图案化是以使得上述第1绝缘层的与上述氧化物半导体层重叠的部分和上述第2绝缘层的与上述氧化物半导体层重叠的部分成为上述第2TFT的栅极绝缘层，上述第2绝缘层的与上述结晶质硅半导体层重叠的部分成为上述第1TFT的栅极绝缘层的方式来进行。
14.根据权利要求12或13所述的有源矩阵基板的制造方法，
在上述工序（E）中，上述第1TFT的栅极电极与上述第2TFT的栅极电极由同一导电膜形成。
15.根据权利要求12或13所述的有源矩阵基板的制造方法，还包含：
工序（G），在上述工序（E）后形成层间绝缘层；以及
工序（H），在上述层间绝缘层上形成上述第1TFT的源极电极和漏极电极以及上述第2TFT的源极电极和漏极电极。
16.根据权利要求12或13所述的有源矩阵基板的制造方法，
上述有源矩阵基板具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域，
上述第1TFT配置于上述显示区域内，
上述第2TFT配置于上述周边区域内。
17.根据权利要求12或13所述的有源矩阵基板的制造方法，
上述有源矩阵基板具有由按矩阵状排列的多个像素区域规定的显示区域、和位于上述显示区域周边的周边区域，
上述第1TFT配置于上述周边区域内，
上述第2TFT配置于上述显示区域内。
18.根据权利要求12或13所述的有源矩阵基板的制造方法，
上述氧化物半导体层包括In-Ga-Zn-O系半导体。
19.根据权利要求18所述的有源矩阵基板的制造方法，
上述In-Ga-Zn-O系半导体包括结晶质部分。
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