JP2016224386A - 薄膜トランジスタ基板およびその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ基板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】FFS方式のTFT基板のスイッチングデバイスのチャネル層に酸化物半導体を用いる場合であっても、画素電極のエッチング残渣を防止した構成を提供すると共に、写真製版工程を減らして、製造コストを低減した製造方法を提供する。【解決手段】酸化物半導体膜6が、少なくともゲート電極2の上方および画素電極13の下部に設けられ、画素電極13は、ドレイン電極10の端部上にその一部が接することで、ドレイン電極10に電気的に接続され、ソース電極11およびドレイン電極10は、それぞれソース電極コンタクトホール9およびドレイン電極コンタクトホール8を介して酸化物半導体膜と電気的に接続される。【選択図】図2

Description

本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)をスイッチングデバイスとして用いたTFTアクティブマトリックス基板(以下、「TFT基板(薄膜トランジスタ基板)」と呼称)とその製造方法に関する。
一般的に、液晶表示装置(LCD)の表示モードを大別すると、TN(Twisted Nematic)方式と、IPS(In-Plane Switching)方式(「IPS」は登録商標)およびFFS方式(Fringe Field Switching:フリンジ電界駆動)に代表される横電界方式とに分けられる。横電界方式の液晶表示装置は、広視野角および高コントラストが得られるという特徴がある。IPS方式は、対向する基板間に挟持された液晶に横電界を印加して表示を行う表示方式であるが、横電界を印加する画素電極と共通電極とが同一層に設けられているため、画素電極の真上に位置する液晶分子を十分に駆動することができず、透過率は低くなる。
この問題を改善するために、例えば特許文献1に開示されているようなFFS方式のLCDが提案されている。
FFS方式では、共通電極と画素電極とが間に層間絶縁膜を挟んで対向配置されるため、斜め電界(フリンジ電界)が発生し、画素電極の上側に位置する液晶分子に対しても横方向の電界を印加することができ、その液晶分子を十分に駆動することができる。その結果、広視野角、かつIPS方式よりも高い透過率を得ることができる。
これまで液晶表示装置用のTFT基板のスイッチングデバイスには、活性層(チャネル層)となる半導体膜にアモルファスシリコンが用いられてきた。しかしながら近年では、狭額縁化、低コスト化、高性能化、高精細化などの要求が高まっており、それらの要求に応えるために、高移動度の半導体材料を用いてTFTを微細化することが必要となり、またソース駆動回路およびゲート駆動回路を同一基板上に形成することで、駆動回路の削減および画像表示領域の外縁領域(額縁領域)での実装面積の削減が必要となっている。
近年では高移動度のTFTとして、酸化物半導体を用いたTFTが盛んに開発されている。酸化物半導体としては、酸化亜鉛(ZnO)系材料、酸化亜鉛に酸化ガリウム(Ga)および酸化インジウム(In)を添加した非晶質のInGaZnO系材料が主に用いられ、この技術は例えば特許文献2および3に開示されている。広視野角で透過率が高く、高性能(高移動度)の液晶表示装置を実現するには、酸化物半導体を用いたTFTをスイッチングデバイスとするFFS方式のLCDパネルを使用することが望ましい。
一般的に液晶表示装置のTFT基板の画素電極には、非晶質ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム(In)+酸化スズ(SnO))が用いられる。この非晶質ITOはシュウ酸、カルボン酸などの弱酸性溶液でエッチングが可能である。しかしながら非晶質ITOは、150℃以上の熱が加わると結晶化してしまう。結晶化したITO膜は、上記弱酸性溶液ではエッチングが困難となるが、写真製版プロセスのレジストパターニング後のポストベーク処理は、通常90℃〜130℃であるため、非晶質ITO膜が部分的に結晶化してしまう場合がある。
そうするとITO膜のエッチング残渣が発生し、その残渣に起因する隣接画素間での電流リークに起因する表示異常が発生する可能性がある。残渣を抑制するためには画素間の距離を大きくする等の方法があるが、画素電極面積が小さくなり、開口率が大幅に下がってしまう。またエッチング時間を長くして残渣を除去する方法もあるが、製造時間が長くなるのでコストが高くなる。しかもエッチング時間を長くするとサイドエッチング量が増えるため、例えばソース、ドレイン電極等の段差部で画素電極の断線が発生する可能性もある。
これらの課題に対して、例えば特許文献4ではITOにZnO(酸化亜鉛)を添加し、結晶化温度を上昇させることで残渣を低減する方法が提案されている。しかしながらITO膜の残渣発生は、下地の絶縁膜の種類および表面状態に依存するので最適化が難しい。特に高精細化に伴い、隣接画素間距離が狭くなると、対策はさらに困難となる。またZnOを添加すると透過率の低下、導電率の低下を起こしやすく、液晶パネルの輝度低下を招く可能性がある。
また、特許文献5では非晶質のInGaZnOを用いて半導体チャネル層と画素電極を同一層で形成する方法を提案している。非晶質InGaZnOはシュウ酸、カルボン酸などの弱酸性溶液で容易にエッチングされ、残渣も発生しない。また半導体チャネル層と画素電極の両方で使用するために、用途別に導電率を制御する必要があり、特許文献5では画素電極部分にプラズマ処理を行って導電率を上げる方法を提案している。しかしながら非晶質InGaZnOをプラズマ処理した場合、導電率を上昇させることは可能であるが、その制御が難しい。またプラズマ処理を行ったとしても、非晶質ITOよりも導電率は2桁〜3桁程低く、透明導電膜としての性能は劣ってしまう。
特開2001−56474号公報 特開2005−77822号公報 特開2007−281409号公報 特開2008−010342号公報 国際公開第2011/010415号
画素電極となる非晶質ITOと非晶質の酸化物半導体膜は、シュウ酸およびカルボン酸に溶けるため、FFS方式のTFT基板のスイッチングデバイスのチャネル層に酸化物半導体を用いる場合、マスク枚数を増やす必要がある。例えば特許文献1の図3に開示されているFFS方式のTFT基板は、(1)ゲート電極の形成工程、(2)ゲート絶縁膜および半導体膜の形成工程、(3)ソース・ドレイン電極の形成工程、(4)画素電極の形成工程、(5)保護絶縁膜へのコンタクトホール形成工程、(6)共通電極の形成工程、という6回の写真製版工程を経て形成される。この製造フローでは画素電極をパターニングする際にチャネル層(酸化物半導体)がエッチング液に曝され、チャネル層が消失する可能性が高い。消失を防止するにはチャネル保護膜(エッチングストッパ膜)を形成する必要があり、結果として写真製版工程が1回分増加し、製造コストが増加してしまう。
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、FFS方式のTFT基板のスイッチングデバイスのチャネル層に酸化物半導体を用いる場合であっても、画素電極のエッチング残渣を防止した構成を提供すると共に、写真製版工程を減らして、製造コストを低減した製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る薄膜トランジスタ基板の態様は、画素が複数マトリックス状に配列された薄膜トランジスタ基板であって、前記画素のそれぞれは、基板上に選択的に配設されたゲート電極および共通電極配線と、前記ゲート電極および前記共通電極配線を覆う第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に選択的に配設された酸化物半導体膜と、前記第1の絶縁膜上および前記酸化物半導体膜上に配設された第2の絶縁膜と、前記第2絶縁膜の上に配設されたソース電極、ドレイン電極およびソース配線と、前記ドレイン電極の端部上にその一部が接することで、前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ソース配線および前記画素電極上に配設された第3の絶縁膜と、前記画素電極と対向するように前記第3の絶縁膜上に配設された対向電極と、を備え、前記対向電極は、前記第3の絶縁膜および第1の絶縁膜を貫通する共通電極コンタクトホールを介して、前記共通電極配線と電気的に接続され、前記酸化物半導体膜は、少なくとも前記ゲート電極の上方および前記画素電極の下部に設けられ、前記画素電極は、前記酸化物半導体膜に直接接する部分を有し、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ前記第2の絶縁膜を貫通するソース電極コンタクトホールおよびドレイン電極コンタクトホールを介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続される。
本発明に係る薄膜トランジスタ基板によれば、画素電極の下部に酸化物半導体膜が存在するので、画素電極のパターニングに際してエッチング残渣が発生しない。すなわち、製造工程中の熱処理で画素電極が一部結晶化しても、酸化物半導体層ではエッチングが進むため、結晶化した画素電極はリフトオフされて除去される。このため、残渣に起因する隣接画素間での電流リークによる表示異常が防止される。また、酸化物半導体膜から画素電極に酸素が供給されるので、画素電極の透過率が向上する。また、ドレイン電極の端部では、酸化物半導体膜と画素電極とで挟まれた構造となるので、ドレイン電極と画素電極との密着力が向上し、機械強度も向上するので、ドレイン電極と画素電極との断線が抑制される。
本発明に係る実施の形態1のTFT基板の構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態1の変形例のTFT基板の構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態1の変形例のTFT基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態3のTFT基板の構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態3のTFT基板の構成を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態2のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態3のTFT基板の製造方法を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態3のTFT基板の製造方法を示す断面図である。 本発明に係る実施の形態3のTFT基板の製造方法を示す断面図である。
<実施の形態1>
<TFT基板の画素の構成>
まず、図1および図2を参照して、実施の形態1に係るTFT基板100の構成について説明する。なお、本発明はTFT基板に関するものであるが、特に画素の構成に特徴を有するので、以下においては画素の構成について説明する。図1は、実施の形態1に係るTFT基板100の画素の平面構成を示す平面図であり、図2は、図1におけるX−X線での断面構成、Y−Y線での断面構成およびZ−Z線での断面構成を示す断面図である。
なお、X−X線での断面構成には、TFTの形成領域である「TFT部」と、画素電極13および対向電極18の形成領域である「透過画素部」と、対向電極18と共通電極4とが接続される「電極接続部」とを含んでいる。また、Y−Y線での断面構成は、ゲート配線22にゲート信号を供給するためのゲート端子3およびゲート端子パッド19の形成領域である「ゲート端子部」の断面構成に対応し、Z−Z線での断面構成は、ソース配線21に表示信号を印加するためのソース端子12およびソース端子パッド20の形成領域である「ソース端子部」の断面構成に対応する。
なお、以下においてはTFT基板100は光透過型のFFS方式の液晶表示装置に用いるものとして説明する。
図1に示すように、TFT基板100は、複数のゲート配線22(走査信号線)と複数のソース配線21(表示信号線)とが直交して交差するように配設され、両配線の交点近傍にTFTが配設されており、ゲート配線22の一部がTFTのゲート電極2となり、TFTのソース電極11がソース配線21に接続され、TFTのドレイン電極10は光透過型の画素電極13に接続されている。また、ゲート配線22と平行な方向に延在するように共通電極4が配設されている。
すなわち、ゲート端子3から横方向(X方向)に一定の線幅で延在するように配設されたゲート配線22は、TFTの形成領域(TFT部)において線幅が幅広く形成されてゲート電極2となっているが、隣り合う画素のゲート電極2との間は一定の線幅となって、ゲート電極間を接続している。また、ソース端子12から縦方向(Y方向)に一定の線幅で延在するように配設されたソース配線21からは、ソース電極11が分岐し、TFT部のゲート電極2の上部に設けられた酸化物半導体膜6の上方を覆っている。そして、ソース電極コンタクトホール9を通して酸化物半導体膜6に接続されている。また、平面視的にソース電極11に対向して設けられたドレイン電極10は、その一方端が、ドレイン電極コンタクトホール8を通して酸化物半導体膜6に接続され、他方端が画素電極13に接続されている。
なお、隣接するソース配線21とゲート配線22および共通電極4で囲まれた領域が画素領域となるので、TFT基板100では、画素領域がマトリックス状に配列された構成となる。
ゲート端子3の上には、ゲート端子コンタクトホール15を通してゲート端子3に接続されるゲート端子パッド19が形成されている。また、ソース端子12の上には、ソース端子コンタクトホール16を通してソース端子12に接続するソース端子パッド20が形成されている。
図2に示すように、TFT基板100は、例えば、ガラス等の透明絶縁性基板1上に形成され、透明絶縁性基板1上にゲート端子3、ゲート配線22(図1)、ゲート電極2および共通電極配線4が形成されている。そして、これらを覆うように、絶縁膜5(第1の絶縁膜)が形成されている。
絶縁膜5の上には酸化物半導体膜6、23および24が形成され、それらの上に絶縁膜7(第2の絶縁膜)が形成されている。酸化物半導体膜6、23および24は同一層で形成され、酸化物半導体膜6はTFT部においてゲート電極2の上方に設けられ、チャネル層として機能し、ゲート電極2の上に形成された絶縁膜5がゲート絶縁膜として機能する。また、酸化物半導体膜23はソース配線21およびソース端子12の下方に設けられ、酸化物半導体膜24は画素電極13の下に設けられる。
なお、酸化物半導体膜6の平面パターンは、ゲート電極2の平面パターンよりも小さく形成され、酸化物半導体膜6はゲート電極2の形成領域内に収まっている。
絶縁膜7はTFT部の酸化物半導体膜6を覆うが、絶縁膜7を貫通するようにドレイン電極コンタクトホール8およびソース電極コンタクトホール9が設けられ、それぞれには絶縁膜7上に形成されたドレイン電極10およびソース電極11が埋め込まれて酸化物半導体膜6と電気的に接続されている。また、絶縁膜7は酸化物半導体膜24上においては大部分が除去されており、酸化物半導体膜24上には画素電極13が設けられている。また、絶縁膜7の上にはソース配線21(図1)およびソース端子12も形成されている。
画素電極13は、ドレイン電極10と酸化物半導体膜24に電気的に接続される。なお、図1に示されるように画素電極13と酸化物半導体膜24とは平面視的には矩形をなし、画素電極13は酸化物半導体膜24よりもやや小さく形成され、画素電極13の外縁部は酸化物半導体膜24の外縁部より内側にある。
そして、画素電極13、ドレイン電極10、ソース電極11、絶縁膜7、ソース配線21(図1)、ソース端子12および絶縁膜5を覆うように絶縁膜14(第3の絶縁膜)が設けられ、絶縁膜14を貫通するように、ゲート端子コンタクトホール15、ソース端子コンタクトホール16および共通電極コンタクトホール17が形成されている。
絶縁膜14上には、複数のスリット開口部SLを有する櫛歯状の対向電極18、ゲート端子パッド19およびソース端子パッド20が同じ導電膜を用いて形成され、ゲート端子コンタクトホール15にはゲート端子パッド19が埋め込まれてゲート端子3と電気的に接続され、ソース端子コンタクトホール16にはソース端子パッド20が埋め込まれてソース端子12と電気的に接続され、共通電極コンタクトホール17には対向電極18が埋め込まれて共通電極4と電気的に接続されている。なお、ゲート端子コンタクトホール15および共通電極コンタクトホール17は、絶縁膜14だけでなく絶縁膜5も貫通するように設けられている。
また、図1に示すように対向電極18は、下部電極となる画素電極13上だけでなく、TFT基板100の大部分を覆うように連続したパターンとなるように設けられているが、複数のスリット開口部SLは、画素電極13と対向する部分にのみ設けられている。
なお、本実施の形態1では、酸化物半導体膜6として酸化物半導体が用いられる。例えば、ZnO)系の酸化物半導体、酸化亜鉛(ZnO)に酸化インジウム(In)、および酸化スズ(SnO)を添加したInZnSnO系の酸化物半導体、あるいは、酸化亜鉛(ZnO)系の酸化物半導体、酸化亜鉛(ZnO)に酸化ガリウム(Ga)と酸化インジウム(In)を添加したInGaZnO系の酸化物半導体などを用いることができる。
<製造方法>
以下、図3〜図14を用いて実施の形態1のTFT基板100の製造方法について説明する。なお、最終工程を示す平面図および断面図は、それぞれ図1および図2に相当する。
まず、図3に示す工程において、ガラス等の透明絶縁性基板1の上面全面に導電膜27(第1の導電膜)を形成する。ここでは、導電膜27としてアルミニウム(Al)合金膜、例えばAl-Ni-Nd膜をDCマグネトロンスパッタリング法により200〜300nmの厚さに形成する。
次に、導電膜27上にレジスト材を塗布し、1回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして導電膜27をエッチングによりパターニングする。これにより、透明絶縁性基板1の上にゲート端子3、ゲート配線22(図1)、ゲート電極2および共通電極配線4が形成される。
ここでは導電膜27にAl-Ni-Nd合金を用いているが、配線抵抗がAl-Ni-Nd合金と同程度かさらに低くできるのであれば、他の材料を用いても良い。Al-Ni-Nd合金は、主成分がAlであるので、導電率が高く、添加されているNiによってITO等の透明導電膜との電気的接合も可能な材料である。導電膜27のエッチングには、一般的に公知であるPAN溶液(リン酸(Phosphoric acid)、酢酸(Acetic acid)、硝酸(Nitric acid)を含む混酸)をエッチャントとしたウエットエッチングを用いることができる。
次に、図4に示す工程において、透明絶縁性基板1の上面全面に絶縁膜5を形成する。本実施の形態1では、化学的気相成長(CVD)法を用いて、厚さ400nmの窒化シリコン(SiN)膜と、厚さ50nmの酸化シリコン(SiO)膜をこの順に形成して絶縁膜5とした。
なお、酸化シリコン膜は、水分(HO)、水素(H)、ナトリウム(Na)およびカリウム(K)などのTFT特性に影響を及ぼす不純物元素に対するバリア性が弱いので、絶縁膜5は、SiO膜の下層にバリア性に優れるSiN膜を設けた積層構造とした。その後、図4に示すように絶縁膜5の上面全面に酸化物半導体膜28を形成する。
より具体的には、まず、In:Ga:Zn:Oの原子組成比が1:1:1:4であるInGaZnOターゲット[In・(Ga)・(ZnO)]を用いたスパッタリング法でInGaZnO膜を形成する。このとき、公知のアルゴン(Ar)ガスやクリプトン(Kr)ガスを用いたスパッタリング法を用いた場合、通常は、酸素の原子組成比が化学量論組成よりも少なく、酸素イオン欠乏状態(上記の例ではOの組成比が4未満)の酸化膜となってしまう。従って、Arガスに酸素(O)ガスを混合させてスパッタリングすることが望ましい。ここでは、Arガスに対して分圧比で10%のOガスを添加した混合ガスを用いて、スパッタリングを行い、50nmの厚さでInGaZnO膜を形成した。このInGaZnO膜は、非晶質構造である。また、非晶質構造のInGaZnO膜は、一般的に結晶化温度が500℃以上であり、常温では膜中の大部分が非晶質構造のままで安定する。
次に、酸化物半導体膜28上にレジスト材を塗布し、2回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして酸化物半導体膜28をエッチングによりパターニングする。
酸化物半導体膜28のエッチングには、シュウ酸を含む溶液によるウエットエッチングを用いることができる。シュウ酸を含む溶液としては、シュウ酸を1〜10wt%の範囲で含むものが好ましい。本実施の形態1では、シュウ酸を5wt%で含む水溶液を用いた。
その後、フォトレジストパターンを除去し、基板全体を350℃で60分間、大気雰囲気中でアニールする。酸素を含んだ状態でのアニールにより、酸化物半導体膜にさらに酸素を供給することができ、酸素イオン欠乏状態の解消がより確実なものとなる。また同時に構造緩和も起こるため、構造欠陥が減少して良質な半導体膜となる。
以上の工程を経て、図5に示されるように、絶縁膜5上に、酸化物半導体膜6、23および24が形成される。また、この状態の平面図を図6に示す。図6に示すように、酸化物半導体膜6はゲート電極2の上方に配設され、酸化物半導体膜23は、後に形成されるソース配線21およびソース端子12の下方となる領域に配設され、酸化物半導体膜24は、後に形成される画素電極13の下方となる領域に配設される。
なお、上記では大気雰囲気中でアニールする例を示したが、水蒸気雰囲気中でアニールしても良い。また、酸素ガスと窒素ガスを一定の割合で混合した雰囲気中でアニールしても良い。また、基板表面にUV(紫外)光を照射することで酸化力の高いオゾンを発生させながらアニールしても良い。
次に、透明絶縁性基板1の上面全面に絶縁膜7を形成することで、酸化物半導体膜6、23および24を絶縁膜7で覆う。本実施の形態1では、CVD法を用いて、厚さ100nmのSiO膜を形成して絶縁膜7とした。
次に、絶縁膜7上にレジスト材を塗布し、3回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして絶縁膜7をエッチングによりパターニングする。
絶縁膜7のエッチングには、六フッ化硫黄(SF)に酸素(O)を加えたガスを用いたドライエッチングを使用した。エッチングガスにOを添加することで、エッチング時の下層の酸化物半導体膜6の還元反応によるキャリア濃度変動を抑制することが可能となる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図7に示すように、絶縁膜7が酸化物半導体膜6と酸化物半導体膜23を完全に覆うと共に、酸化物半導体膜24を部分的に覆うように形成される。なお、酸化物半導体膜6の上の絶縁膜7には、ドレイン電極コンタクトホール8およびソース電極コンタクトホール9が設けられており、これらの部分は絶縁膜7で覆われていない。
次に、図8に示す工程において、透明絶縁性基板1の上面全面に導電膜29(第2の導電膜)を形成する。ここでは、導電膜29としてモリブデン(Mo)合金膜、クロム(Cr)合金膜、Al合金膜(例えばAl-Ni-Nd膜)等を、DCマグネトロンスパッタリング法により形成する。本実施の形態1では、それぞれ厚さ100nmのMoNb合金膜とAl-Ni-Nd合金膜をこの順に形成して導電膜29とした。
次に、導電膜29上にレジスト材を塗布し、4回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして導電膜29をエッチングによりパターニングする。
導電膜29のエッチングには、PAN溶液(リン酸、酢酸および硝酸を含む混酸)をエッチャントとしたウエットエッチング法を用いることができる。ここでは、リン酸70wt%、酢酸7wt%、硝酸5wt%を含む水溶液を用いた。
一般に酸化物半導体膜はシュウ酸のみならず、TFTのソース電極およびドレイン電極に用いられる一般的な金属膜(Cr、Ti、Mo、Ta、Al、Cuおよびこれらの合金)のエッチング加工に用いられる酸系溶液に対してもエッチングダメージを受け、特性を劣化させてしまうことがある。本実施の形態1では、この段階において、チャネル層となる酸化物半導体膜6は、絶縁膜7で保護されているのでエッチング液によるダメージを受けることがない。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図9に示されるように、ドレイン電極10、ソース電極11、ソース端子12およびソース配線21(不図示)が形成される。なお、ドレイン電極10はドレイン電極コンタクトホール8を介して酸化物半導体膜6に電気的に接続され、酸化物半導体膜24とも電気的に接続される。ソース電極11はソース電極コンタクトホール9を介して酸化物半導体膜6と電気的に接続される。なお、ドレイン電極コンタクトホール8とソース電極コンタクトホール9の間の酸化物半導体膜がチャネル領域となる。
また、この状態の平面図を図10に示す。図10に示すように、酸化物半導体膜6上にはドレイン電極10およびソース電極11が配設され、酸化物半導体膜23上にはソース配線21およびソース端子12が配設されている。また、絶縁膜7が、酸化物半導体膜6を完全に覆うと共に、ソース配線21およびソース端子12の下方の酸化物半導体膜23を完全に覆っている。なお、絶縁膜7は酸化物半導体膜24の一部上部も覆っている。
次に、図11に示す工程において、透明絶縁性基板1の上面全面に透明酸化物導電膜30(第1の透明酸化物導電膜)を形成する。
ここでは、透明酸化物導電膜30として、酸化インジウム(In)と酸化スズ(SnO)との混合比が、例えば90:10(重量%)のITO膜を用いた。
ITO膜は一般的に、常温中では結晶質(多結晶)構造が安定であるが、ここでは、水素(H)を含むガス、例えば、水素(H)ガスまたは水蒸気(HO)などをアルゴン(Ar)に混合したガス雰囲気中でのスパッタリング法により、厚さ80nmのITO膜を非晶質状態で形成する。
次に、透明酸化物導電膜30上にレジスト材を塗布し、5回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして透明酸化物導電膜30をエッチングによりパターニングする。ここでは、平面視的に画素電極13の外縁部が酸化物半導体膜24の外縁部より内側に配置されるようにフォトレジストパターンを形成する。
透明酸化物導電膜30のエッチングには、シュウ酸を5wt%で含む水溶液によるウエットエッチング法を用いることができる。
本実施の形態1では、透明酸化物導電膜30が写真製版工程の熱で一部が、例えばアイランド状に結晶化した場合でも、画素領域では透明酸化物導電膜30の下層には酸化物半導体膜24が存在するので、酸化物半導体膜24でエッチングが進行することで、結晶化した透明酸化物導電膜30(ITO膜)はリフトオフされて除去される。このため、隣接する画素との間にITO膜の残渣が発生することがなくなり、残渣に起因する隣接画素間での電流リークによる表示異常が防止される。なお、画素領域以外での結晶化した透明酸化物導電膜30は、エッチング時間を長めに設定しておくことで、残渣なく除去することができる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図12に示すように、ドレイン電極10と酸化物半導体膜24に電気的に接続した画素電極13が形成される。
また、この状態の平面図を図13に示す。図13に示すように、酸化物半導体膜24の方が画素電極13よりも平面紙的に大きく形成されている。これは、透明酸化物導電膜30上のフォトレジストパターンをそのように形成したことと、一般的に酸化物半導体膜の方が非晶質のITO膜よりもシュウ酸によるエッチングレートが小さいので、酸化物半導体膜24の端縁部がフォトレジストパターンで覆われていなくても、除去されずに残るためである。
次に、透明絶縁性基板1の上面全面に絶縁膜14(第3の絶縁膜)を形成する。本実施の形態1では、CVD法を用いて、厚さ200nmの酸化シリコン(SiO)膜と、厚さ150nmの窒化シリコン(SiN)膜をこの順に形成して絶縁膜14とした。
次に、絶縁膜14上にレジスト材を塗布し、6回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして絶縁膜14および絶縁膜5をエッチングする。絶縁膜14および絶縁膜5のエッチングには、六フッ化硫黄(SF)に酸素(O)を加えたガスを用いたドライエッチングを使用した。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、ゲート端子3に達するゲート端子コンタクトホール15、ソース端子12に達するソース端子コンタクトホール16および共通電極4に達する共通電極コンタクトホール17が同時に得られる。
その後、図14に示すように、絶縁膜14上に透明酸化物導電膜31(第2の透明酸化物導電膜)を形成する。なお、本実施の形態1では、透明酸化物導電膜30と同じ方法で、同じ組成の非晶質のITO膜を形成して透明酸化物導電膜31とした。なお、透明酸化物導電膜31は、ゲート端子コンタクトホール15、ソース端子コンタクトホール16および共通電極コンタクトホール17内に埋め込まれる。
次に、透明酸化物導電膜31上にレジスト材を塗布し、7回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして透明酸化物導電膜31をエッチングする。
透明酸化物導電膜31のエッチングには、シュウ酸を5wt%で含む水溶液によるウエットエッチング法を用いることができる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図1および図2に示されるように、ゲート端子コンタクトホール15を通してゲート端子3と電気的に接続されたゲート端子パッド19、ソース端子コンタクトホール16を通してソース端子12と電気的に接続されたソース端子パッド20、共通電極コンタクトホール17を通して共通電極4と電気的に接続された対向電極18が得られる。なお、対向電極18には同時に複数のスリット開口部SLも形成されて櫛歯状となる。
その後、製造過程で基板に発生したプラズマダメージ等を解消するため、大気雰囲気中で230℃の温度で60分間の熱処理(アニール)を行う。これにより、非晶質ITOは完全に結晶化する。また、結晶化と共に、熱処理中には酸化物半導体膜24から画素電極13に向かって酸素が供給され、画素電極13の透過率は高くなる。このアニールにより、FFS方式のTFT基板100が完成する。
完成したTFT基板100の表面に配向膜およびスペーサを形成する。配向膜は、液晶を配列させるための膜でありポリイミドなどで構成されている。また、カラーフィルタおよび配向膜を備えた対向基板を準備し、TFT基板100と対向基板とを貼り合わせる。
TFT基板100と対向基板とは、上記スペーサによって一定の間隙を保って貼り合わされ、この間隙に液晶が注入され封止される。すなわち、TFT基板100と対向基板との間に液晶層が挟持される。さらに、TFT基板100および対向基板の外側の面には、偏光板、位相差板およびバックライトユニット等が設けられてFFS方式の液晶表示装置を得ることができる。
以上のように、本実施の形態1では、TFTのチャネル層に酸化物半導体膜6を用いることで高移動度のTFTを得ると共に、画素電極13の下に酸化物半導体膜24を配置することで、シュウ酸によるエッチングで画素電極13をパターニングする際に、隣接する画素との間にITO膜の残渣が発生することがなくなり、残渣に起因する隣接画素間での電流リークによる表示異常が防止される。
さらに酸素を多く含んだ酸化物半導体膜24からの酸素供給で、画素電極13の透過率が改善し、液晶パネルの輝度を上げることも可能となる。また、ドレイン電極10を金属酸化物である酸化物半導体膜24と非晶質のITO膜である画素電極13とで挟んだ構造としているので、ドレイン電極10と画素電極13との密着力が向上し、また機械強度も向上するので、ドレイン電極10の段差部分における画素電極13の断線が抑制される。
また、本実施の形態1では、ソース配線21の下に酸化物半導体膜23と絶縁膜7との積層膜を形成している。このため、ソース配線21とゲート配線22および共通電極配線4との間の電気的ショート(短絡)による不良の発生防止効果も期待できる。
<変形例>
次に、図15および図16を用いて、実施の形態1の変形例に係るTFT基板の構成を説明する。図15は実施の形態1の変形例に係るFFS方式のTFT基板100Aにおける画素の平面構成を示す平面図であり、図16は、図15におけるX−X線での断面構成、Y−Y線での断面構成およびZ−Z線での断面構成を示す断面図である。なお、図1および図2を用いて説明したTFT基板100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図15および図16に示すように、TFT基板100Aにおいてはドレイン電極の代わりに、酸化物半導体膜6の上方にまで延在するように設けられた画素電極13Aの画素電極延在部131が、ドレイン電極コンタクトホール8を介して酸化物半導体膜6Aと直接に電気的に接続された構成となっている。酸化物半導体膜6の上方にドレイン電極を形成しないようにするには、図8を用いて説明した工程で、透明絶縁性基板1の上面全面に導電膜29を形成した後、4回目の写真製版工程で形成されるフォトレジストパターンを、酸化物半導体膜6の上方にドレイン電極を形成しないパターンに変更し、PAN溶液によるエッチングを行うことで実現可能である。
ドレイン電極は一般的に金属で形成されるので光を透過しないが、上記構成によれば、ドレイン電極を設けず、透明酸化物導電膜で構成される画素電極13Aが酸化物半導体膜6と直接に電気的に接続されることになるので光の透過領域が増える。この結果、画素面積を広くなって、開口率が向上し、輝度の高いFFSモードの液晶表示パネルを実現することができる。
<実施の形態2>
以上説明した実施の形態1では7回の写真製版工程を経てTFT基板100を形成しているが、以下に説明する実施の形態2では、写真製版工程の回数を削減した製造方法を説明する。
図17は、実施の形態2に係るFFS方式のTFT基板200における画素の平面構成を示す平面図であり、図18は、図17におけるX−X線での断面構成、Y−Y線での断面構成およびZ−Z線での断面構成を示す断面図である。なお、図1および図2を用いて説明したTFT基板100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図18に示すように、TFT基板200においては、絶縁膜5の上にはTFT部から透過画素部(画素部)にかけて延在するように酸化物半導体膜6Aが形成されており、また、ソース配線21(図17)およびソース端子12の下方の絶縁膜5の上には酸化物半導体膜23が形成され、それらの上に絶縁膜7A(第2の絶縁膜)が形成されている。酸化物半導体膜6Aおよび23は同一層で形成され、酸化物半導体膜6AのうちTFT部のゲート電極2の上方に設けられた部分はチャネル層として機能し、ゲート電極2の上に形成された絶縁膜5がゲート絶縁膜として機能する。また、酸化物半導体膜6Aのうち画素部に設けられた部分は画素電極13に対向するように設けられる。
また、酸化物半導体膜6AのうちTFT部に設けられた部分の平面パターンは、ゲート電極2の平面パターンよりも大きく形成され、全体が絶縁膜7Aで覆われている。
絶縁膜7Aは、酸化物半導体膜6AのうちTFT部に設けられた部分の全体を覆うが、絶縁膜7Aを貫通するようにドレイン電極コンタクトホール8およびソース電極コンタクトホール9が設けられ、それぞれには絶縁膜7A上に形成されたドレイン電極10およびソース電極11が埋め込まれて酸化物半導体膜6Aと電気的に接続されている。また、絶縁膜7Aは、画素部に設けられた酸化物半導体膜6A上においては大部分が除去されており、酸化物半導体膜6A上には画素電極13が設けられている。また、絶縁膜7Aは酸化物半導体膜23の側面は覆わず、酸化物半導体膜23上のみを覆っており、図17においては酸化物半導体膜23は絶縁膜7Aに隠されて不図示となっている。また、絶縁膜7Aの上にはソース配線21(図1)およびソース端子12も形成されている。
画素電極13は、ドレイン電極10と酸化物半導体膜6Aに電気的接続される。なお、図17に示されるように画素電極13と画素部の酸化物半導体膜6Aとは平面視的には矩形をなし、画素電極13は画素部の酸化物半導体膜6Aよりもやや小さく形成され、画素電極13の外縁部は画素部の酸化物半導体膜6Aの外縁部より内側にある。
<製造方法>
以下、図19〜図24を用いて実施の形態2のTFT基板200の製造方法について説明する。また、適宜、実施の形態1の工程図も参照して説明する。なお、最終工程を示す平面図および断面図は、それぞれ図17および図18に相当する。
まず、図3に示す工程において、ガラス等の透明絶縁性基板1の上面全面に導電膜27(第1の導電膜)を形成する。ここでは、導電膜27としてアルミニウム(Al)合金膜、例えばAl-Ni-Nd膜をDCマグネトロンスパッタリング法により200〜300nmの厚さに形成する。
次に、導電膜27上にレジスト材を塗布し、1回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして導電膜27をエッチングによりパターニングする。これにより、図19に示されるように、透明絶縁性基板1の上にゲート端子3、ゲート配線22(図17)、ゲート電極2および共通電極配線4が形成される。
導電膜27のエッチングには、一般的に公知であるPAN溶液をエッチャントとしたウエットエッチングを用いることができる。
次に、図4に示す工程において、透明絶縁性基板1の上面全面に絶縁膜5を形成する。本実施の形態2では、CVD法を用いて、厚さ400nmのSiN膜と、厚さ50nmのSiO膜をこの順に形成して絶縁膜5とした。
なお、酸化シリコン膜は、水分(HO)、水素(H)、ナトリウム(Na)およびカリウム(K)などのTFT特性に影響を及ぼす不純物元素に対するバリア性が弱いので、絶縁膜5は、SiO膜の下層にバリア性に優れるSiN膜を設けた積層構造とした。その後、図4に示すように絶縁膜5の上面全面に酸化物半導体膜28を形成する。
ここでは、スパッタリング法により酸化亜鉛(ZnO)に酸化インジウム(In)および酸化スズ(SnO)を添加したInZnSnO系の酸化物半導体膜を50nmの厚さで形成した。InZnSnO系の酸化物半導体膜は、シュウ酸などのカルボン酸を含むエッチング液に可溶である一方で、Al、Mo、AgおよびCu系の電極材料として一般的に用いられる金属膜のエッチング液として公知であるPAN溶液に対しては、広い組成範囲で不溶性または難溶性を有し、エッチング加工できない酸化物半導体膜である。
次に、基板全体を350℃で60分間、大気雰囲気中でアニールする。酸素を含んだ状態でのアニールにより、酸化物半導体膜の構造緩和を誘起しながら、さらに酸素を供給して膜中の構造欠陥を減少させる。
次に、酸化物半導体膜28上全体を覆うように絶縁膜7Aを成膜する。本実施の形態2では、CVD法を用いて厚さ100nmのSiO膜を形成して絶縁膜7Aとした。
次に、絶縁膜7A上にレジスト材を塗布し、2回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして絶縁膜7Aをエッチングによりパターニングする。
絶縁膜7Aのエッチングには、六フッ化硫黄(SF)に酸素(O)を加えたガスを用いたドライエッチングを使用した。エッチングガスにOを添加することで、エッチング時の下層の酸化物半導体膜28の還元反応によるキャリア濃度変動を抑制することが可能となる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図20に示すように、絶縁膜7Aが酸化物半導体膜28のうちTFT部に設けられた部分の全体を覆うと共に、ソース端子部に設けられた酸化物半導体膜28を部分的に覆うように形成される。また、図示はされていないが、酸化物半導体膜28は、後に形成されるソース配線21の下方となる領域にも配設され、絶縁膜7Aは、その上も部分的に覆うように形成される。
なお、TFT部に設けられた酸化物半導体膜28上の絶縁膜7Aには、ドレイン電極コンタクトホール8およびソース電極コンタクトホール9が設けられており、これらの部分は絶縁膜7Aで覆われていない。
次に、透明絶縁性基板1の上面全面に第2の導電膜として、DCマグネトロンスパッタリング法により、それぞれ厚さ100nmのMoNb合金膜とAl-Ni-Nd合金膜をこの順に形成する。
次に、第2の導電膜上にレジスト材を塗布し、3回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして第2の導電膜をエッチングによりパターニングする。
第2の導電膜のエッチングには、PAN溶液(リン酸、酢酸および硝酸を含む混酸)をエッチャントとしたウエットエッチング法を用いることができる。ここでは、リン酸70wt%、酢酸7wt%、硝酸5wt%を含む水溶液を用いた。酸化物半導体膜28は、PAN溶液に対して不溶性または難溶性を有するので、第2の導電膜のエッチングに際して酸化物半導体膜28が除去されることはない。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図21に示されるように、ドレイン電極10、ソース電極11、ソース端子12およびソース配線21(不図示)が形成される。なお、ドレイン電極10はドレイン電極コンタクトホール8を介してTFT部の酸化物半導体膜28に電気的に接続され、画素部の酸化物半導体膜28とも電気的に接続される。ソース電極11はソース電極コンタクトホール9を介してTFT部の酸化物半導体膜28と電気的に接続される。なお、ドレイン電極コンタクトホール8とソース電極コンタクトホール9の間の酸化物半導体膜がチャネル領域となる。
次に、図22に示す工程において、透明絶縁性基板1の上面全面に透明酸化物導電膜30(第1の透明酸化物導電膜)を形成する。ここでは、透明酸化物導電膜30として、酸化インジウム(In)と酸化スズ(SnO)との混合比が、例えば90:10(重量%)のITO膜を用いた。
ITO膜は一般的に、常温中では結晶質(多結晶)構造が安定であるが、ここでは、水素(H)を含むガス、例えば、水素(H)ガスまたは水蒸気(HO)などをアルゴン(Ar)に混合したガス雰囲気中でのスパッタリング法により、厚さ80nmのITO膜を非晶質状態で形成する。
次に、透明酸化物導電膜30上にレジスト材を塗布し、4回目の写真製版工程でフォトレジストパターン40を形成し、フォトレジストパターン40をマスクとして透明酸化物導電膜30および酸化物半導体膜28を一括でエッチングする。透明酸化物導電膜30および酸化物半導体膜28のエッチングには、シュウ酸を5wt%で含む水溶液によるウエットエッチング法を用いることができる。
このエッチングの結果、図23に示されるように、画素電極13が形成されると共に酸化物半導体膜28の不要部分が除去され、TFT部から画素部にかけて延在する酸化物半導体膜6Aが形成される。なお、画素電極13よりもその下の酸化物半導体膜6Aの方が平面視的に僅かに大きくなる。これは一般的に酸化物半導体膜の方が非晶質ITO膜よりもシュウ酸によるエッチングレートが小さいためである。
その後、フォトレジストパターン40を除去することで、ドレイン電極10とTFT部の酸化物半導体膜6Aに電気的に接続した画素電極13が形成される。
次に、透明絶縁性基板1の上面全面に絶縁膜14(第3の絶縁膜)を形成する。本実施の形態2では、CVD法を用いて、厚さ200nmの酸化シリコン(SiO)膜と、厚さ150nmの窒化シリコン(SiN)膜をこの順に形成して絶縁膜14とした。
次に、絶縁膜14上にレジスト材を塗布し、5回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして絶縁膜14および絶縁膜5をエッチングする。絶縁膜14および絶縁膜5のエッチングには、六フッ化硫黄(SF)に酸素(O)を加えたガスを用いたドライエッチングを使用した。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図24に示すように、ゲート端子3に達するゲート端子コンタクトホール15、ソース端子12に達するソース端子コンタクトホール16および共通電極4に達する共通電極コンタクトホール17が同時に得られる。
その後、絶縁膜14上に第2の透明酸化物導電膜を形成する。なお、本実施の形態2では、透明酸化物導電膜30と同じ方法で、同じ組成の非晶質のITO膜を形成して第2の透明酸化物導電膜とした。
次に、第2の透明酸化物導電膜上にレジスト材を塗布し、6回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして第2の透明酸化物導電膜をエッチングする。
第2の透明酸化物導電膜のエッチングには、シュウ酸を5wt%で含む水溶液によるウエットエッチング法を用いることができる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図17および図18に示されるように、ゲート端子コンタクトホール15を通してゲート端子3と電気的に接続されたゲート端子パッド19、ソース端子コンタクトホール16を通してソース端子12と電気的に接続されたソース端子パッド20、共通電極コンタクトホール17を通して共通電極4と電気的に接続された対向電極18が得られる。なお、対向電極18には同時に複数のスリット開口部SLも形成されて櫛歯状となる。
その後、製造過程で基板に発生したプラズマダメージ等を解消するため、大気雰囲気中で230℃の温度で60分間の熱処理(アニール)を行う。これにより、非晶質ITOは完全に結晶化する。また、結晶化と共に、熱処理中には酸化物半導体6Aから画素電極13に向かって酸素が供給され、画素電極13の透過率は高くなる。このアニールにより、FFS方式のTFT基板200が完成する。
以上のように、本実施の形態2では、TFTのチャネル層に酸化物半導体膜6Aを用いることで高移動度のTFTを有したTFT基板を6回の写真製版工程で製造することが可能となる。
また、本実施の形態2の製造方法では、実施の形態1で得られる効果に加えて、画素電極13をさらに大きくすることができる。すなわち、実施の形態1の製造方法では、2回目の写真製版工程と5回目の写真製版工程で画素電極を形成しているため、写真製版の重ね合わせマージンが必要となり、マージンの分だけ画素電極13が小さくなる。しかし実施の形態2の製造方法では、画素電極のサイズと形状は、4回目の写真製版工程で決まるので、重ね合わせマージンを設ける必要がなく、画素電極の面積が大きくなって開口率が向上することとなる。
<実施の形態3>
以上説明した実施の形態2では6回の写真製版工程を経てTFT基板200を形成しているが、以下に説明する実施の形態3では、写真製版工程の回数をさらに削減した製造方法を説明する。
図25は、実施の形態3に係るFFS方式のTFT基板300における画素の平面構成を示す平面図であり、図26は、図25におけるX−X線での断面構成、Y−Y線での断面構成およびZ−Z線での断面構成を示す断面図である。なお、図17および図18を用いて説明したTFT基板200と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図26に示すように、TFT基板300においては、絶縁膜5の上にはTFT部から画素部にかけて延在するように酸化物半導体膜6Aが形成されており、また、ソース配線21(図17)およびソース端子12の下方の絶縁膜5の上には酸化物半導体膜23が形成され、それらの上に絶縁膜7A(第2の絶縁膜)が形成されている。酸化物半導体膜6Aおよび23は同一層で形成され、酸化物半導体膜6AのうちTFT部のゲート電極2の上方に設けられた部分はチャネル層として機能し、ゲート電極2の上に形成された絶縁膜5がゲート絶縁膜として機能する。また、酸化物半導体膜6Aのうち画素部に設けられた部分は画素電極13Aに対向するように設けられる。
また、酸化物半導体膜6AのうちTFT部に設けられた部分の平面パターンは、ゲート電極2の平面パターンよりも大きく形成され、全体が絶縁膜7Aで覆われている。
絶縁膜7Aは、酸化物半導体膜6AのうちTFT部に設けられた部分の全体を覆うが、絶縁膜7Aを貫通するようにドレイン電極コンタクトホール8およびソース電極コンタクトホール9が設けられている。
また、絶縁膜7Aは、画素部に設けられた酸化物半導体膜6A上においては大部分が除去されており、酸化物半導体膜6A上には画素電極13Aが設けられている。また、絶縁膜7Aは酸化物半導体膜23の側面は覆わず、酸化物半導体膜23上のみを覆っており、図25においては酸化物半導体膜23は絶縁膜7Aに隠されて不図示となっている。
また、絶縁膜7Aの上には画素電極13Aと同一層に同一の材料で形成された冗長ソース配線133が形成され、冗長ソース配線133の上にソース配線21(図1)およびソース端子12が形成されている。
TFT基板300においては、酸化物半導体膜6Aの上方にまで延在するように設けられた画素電極13Aの画素電極延在部131が、ドレイン電極コンタクトホール8を介して酸化物半導体膜6Aと直接に電気的に接続された構成となっており、画素電極延在部131上にドレイン電極10が設けられている。
また、ソース電極コンタクトホール9には、画素電極13Aと同一層に同一の材料で形成された冗長ソース電極132が埋め込まれて酸化物半導体膜6Aと電気的に接続された構成となっており、冗長ソース電極132上にソース電極11が設けられている。
なお、図25に示されるように画素電極13Aと画素部の酸化物半導体膜6Aとは平面視的には矩形をなし、画素電極13Aは画素部の酸化物半導体膜6Aよりもやや小さく形成され、画素電極13Aの外縁部は画素部の酸化物半導体膜6Aの外縁部より内側にある。
このように、TFT基板300においては、酸化物半導体膜6Aの上方にまで延在するように設けられた画素電極13Aの画素電極延在部131が、酸化物半導体膜6Aと電気的に接続され、画素電極延在部131上にはドレイン電極10が設けられている。また、冗長ソース電極132が酸化物半導体膜6Aと電気的に接続され、冗長ソース電極132上にはソース電極11が形成され、冗長ソース配線133の上にソース配線21およびソース端子12が形成されている。このため、ドレイン電極10、ソース電極11およびソース配線21が、冗長構造となって断線を大幅に低減できる。
また、本実施の形態3では、冗長ソース配線133の下に酸化物半導体膜23と絶縁膜7Aとの積層膜を形成している。このため、ソース配線21とゲート配線22および共通電極配線4との間の電気的ショート(短絡)による不良の発生防止効果も期待できる。
<製造方法>
以下、図27〜図32を用いて実施の形態3のTFT基板300の製造方法について説明する。なお、最終工程を示す平面図および断面図は、それぞれ図25および図26に相当する。
なお、実施の形態2において図20を用いて説明した絶縁膜7Aのパターニングまでの工程は、本実施の形態3においても同じであるので説明は省略し、絶縁膜7Aのパターニング以降の工程について説明する。
2回の写真製版工程を経て絶縁膜7Aがパターニングされた透明絶縁性基板1の上面全面に、図27に示すように、透明酸化物導電膜30(第1の透明酸化物導電膜)と導電膜29(第2の導電膜)をこの順に形成する。ここでは、透明酸化物導電膜30として、非晶質のITO膜を80nmの厚さで形成し、導電膜29として、それぞれ厚さ100nmのMoNb合金膜とAl-Ni-Nd合金膜をこの順に形成した。なお、透明酸化物導電膜30および導電膜29の形成方法および組成などは実施の形態1および2と同じである。
次に、導電膜29上にレジスト材を塗布し、図28に示すように、ハーフトーンマスク26を用いて3回目の写真製版工程でフォトレジストパターン41を形成する。
すなわち、導電膜29上に、ノボラック系のポジ型の感光性樹脂で構成されるレジスト材を、塗布法を用いて塗布し、厚さ約1.5μmのフォトレジストを形成する。そして、予め準備したハーフトーンマスク26を用いてフォトレジストの露光を行う。ハーフトーンマスク26には、ドレイン電極10および画素電極延在部131を形成するための遮光膜パターン26b、ソース電極11および冗長ソース電極132を形成するための遮光膜パターン26c、ソース配線21、ソース端子12および冗長ソース配線133を形成するための遮光膜パターン26dが設けられている。これらの遮光膜パターンにより露光光が遮られる領域が遮光領域となる。また、ハーフトーンマスク26には、画素電極13Aを形成するためのパターンとなる部分では露光の光強度を低減させる半透過性の半透過パターン26aが設けられており、この半透過パターン26aにより露光光が減衰した領域が半透過領域となる。
ハーフトーンマスク26を用いてフォトレジストの露光を行った後に、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)を含む有機アルカリ系の現像液を用いて現像を行うことで図28に示すフォトレジストパターン41が得られる。フォトレジストパターン41は、遮光膜パターン26b、26cおよび26dの下に対応する未露光領域では当初の厚さを保って第1の膜厚部分として残るが、半透過パターン26aの下の半露光領域では、第1の膜厚部分よりも薄い厚さで第2の膜厚部分として残存し、露光領域では完全に除去される。なお、本実施の形態3では最小膜厚が約0.2μmとなるように構成されている。また、フォトレジストパターン41は、チャネル領域上の絶縁膜7Aの上方が開口部OPとなっている。
次に、フォトレジストパターン41をマスクとして、導電膜29および透明酸化物導電膜30をエッチングする。MoNb合金膜とAl-Ni-Nd合金膜との積層膜である導電膜29のエッチングには、PAN溶液をエッチャントとしたウエットエッチング法を用いることができ、また、非晶質のITO膜である透明酸化物導電膜30もPAN溶液に対して可溶性を有するため、導電膜29および透明酸化物導電膜30を一括してエッチングすることが可能である。
導電膜29および透明酸化物導電膜30を一括してエッチングした場合、非晶質のITO膜である透明酸化物導電膜30の方がエッチングレートが小さいので、図29に示すように透明酸化物導電膜30がエッチングされて得られる画素電極13Aの方が、その上の導電膜29よりも平面視面積的に少し大きくなる。なお、フォトレジストパターン41の開口部OPを通してPAN溶液によるエッチングが進行するので、チャネル領域の上方の導電膜29および透明酸化物導電膜30も除去され、チャネル領域の上方では絶縁膜7Aが露出する。
続けてフォトレジストパターン41をマスクとして、酸化物半導体膜28をエッチングする。非晶質のInZnSnO膜である酸化物半導体膜28のエッチングには、シュウ酸を含む溶液によるウエットエッチングを用いるが、シュウ酸によるエッチングで非晶質のITO膜も再度エッチングされるため、透明酸化物導電膜30もエッチングされ、図30に示されるように、画素電極13Aの面積は図29に比べて小さくなる。また、酸化物半導体膜28であるInZnSnO膜の方が非晶質のITO膜よりもシュウ酸によるエッチングレートが小さいので、酸化物半導体膜28は画素電極13Aよりも平面視面積的に少し大きくなり酸化物半導体膜6Aとなる。
次に図31に示す工程において、Oアッシングを用いてフォトレジストパターン41の膜厚を全体的に減少させ、最小膜厚となっている画素部のフォトレジストパターン41を完全に除去する。これによって、膜厚が薄くなったフォトレジストパターン411、412および413が得られる。その後、非晶質のITO膜を結晶化させるため、150℃で30分間、大気雰囲気中でのアニールを実施した。このとき、結晶化温度を150℃よりも高くすると、フォトレジストが硬化して除去が困難となるので、ここでは150℃程度が望ましい。
次に、フォトレジストパターン411、412および413をマスクとして、PAN溶液により画素部の導電膜29をエッチングし、フォトレジストパターン411、412および413を除去することで、図32に示されるように、画素電極13A、ドレイン電極10、ソース電極11、ソース配線21(不図示)、ソース端子12、画素電極延在部131、冗長ソース電極132および冗長ソース配線133が形成される。
次に、透明絶縁性基板1の上面全面に第3の絶縁膜を形成する。本実施の形態3では、CVD法を用いて、厚さ200nmの酸化シリコン(SiO)膜と、厚さ150nmの窒化シリコン(SiN)膜をこの順に形成して第3の絶縁膜とした。
次に、第3の絶縁膜上にレジスト材を塗布し、4回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして第3の絶縁膜および絶縁膜5をエッチングする。第3の絶縁膜および絶縁膜5のエッチングには、六フッ化硫黄(SF)に酸素(O)を加えたガスを用いたドライエッチングを使用した。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図26に示されるように、ゲート端子3に達するゲート端子コンタクトホール15、ソース端子12に達するソース端子コンタクトホール16および共通電極4に達する共通電極コンタクトホール17が同時に得られる。
その後、絶縁膜14上に第2の透明酸化物導電膜を形成する。なお、本実施の形態3では、透明酸化物導電膜30と同じ方法で、同じ組成の非晶質のITO膜を形成して第2の透明酸化物導電膜とした。
次に、第2の透明酸化物導電膜上にレジスト材を塗布し、5回目の写真製版工程でフォトレジストパターンを形成し、当該フォトレジストパターンをマスクとして第2の透明酸化物導電膜をエッチングする。
第2の透明酸化物導電膜のエッチングには、シュウ酸を5wt%で含む水溶液によるウエットエッチング法を用いることができる。
その後、フォトレジストパターンを除去することで、図25および図26に示されるように、ゲート端子コンタクトホール15を通してゲート端子3と電気的に接続されたゲート端子パッド19、ソース端子コンタクトホール16を通してソース端子12と電気的に接続されたソース端子パッド20、共通電極コンタクトホール17を通して共通電極4と電気的に接続された対向電極18が得られる。なお、対向電極18には同時に複数のスリット開口部SLも形成されて櫛歯状となる。
その後、製造過程で基板に発生したプラズマダメージ等を解消するため、大気雰囲気中で230℃の温度で60分間の熱処理(アニール)を行う。これにより、非晶質ITOは完全に結晶化する。また、結晶化と共に、熱処理中には酸化物半導体6Aから画素電極13Aに向かって酸素が供給され、画素電極13Aの透過率は高くなる。このアニールにより、FFS方式のTFT基板300が完成する。
以上のように、本実施の形態3では、TFTのチャネル層に酸化物半導体膜6Aを用いることで高移動度のTFTを有したTFT基板を5回の写真製版工程で製造することが可能となる。
なお、本発明はこれらの他にも、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 透明絶縁性基板、2 ゲート電極、3 ゲート端子、4 共通電極配線、5,7 絶縁膜、6,6A,23,24 酸化物半導体膜、8 ドレインコンタクトホール、9 ソースコンタクトホール、10 ドレイン電極、11 ソース電極、12 ソース端子、13,13A 画素電極、18 対向電極、21 ソース配線、22 ゲート配線。

Claims (9)

  1. 画素が複数マトリックス状に配列された薄膜トランジスタ基板であって、
    前記画素のそれぞれは、
    基板上に選択的に配設されたゲート電極および共通電極配線と、
    前記ゲート電極および前記共通電極配線を覆う第1の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上に選択的に配設された酸化物半導体膜と、
    前記第1の絶縁膜上および前記酸化物半導体膜上に配設された第2の絶縁膜と、
    前記第2絶縁膜の上に配設されたソース電極、ドレイン電極およびソース配線と、
    前記ドレイン電極の端部上にその一部が接することで、前記ドレイン電極に電気的に接続された画素電極と、
    前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ソース配線および前記画素電極上に配設された第3の絶縁膜と、
    前記画素電極と対向するように前記第3の絶縁膜上に配設された対向電極と、を備え、
    前記対向電極は、
    前記第3の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を貫通する共通電極コンタクトホールを介して、前記共通電極配線と電気的に接続され、
    前記酸化物半導体膜は、少なくとも前記ゲート電極の上方および前記画素電極の下部に設けられ、
    前記画素電極は、前記酸化物半導体膜に直接接する部分を有し、
    前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ前記第2の絶縁膜を貫通するソース電極コンタクトホールおよびドレイン電極コンタクトホールを介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続される、薄膜トランジスタ基板。
  2. 前記ドレイン電極の代わりに、前記画素電極から前記酸化物半導体膜の上方にまで延在するように設けられた画素電極延在部を備え、
    前記画素電極延在部は、
    前記ドレイン電極コンタクトホールを介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続される、請求項1記載の薄膜トランジスタ基板。
  3. 前記酸化物半導体膜および前記第2の絶縁膜は、前記ソース配線の下部に積層膜として配設される、請求項1記載の薄膜トランジスタ基板。
  4. 画素が複数マトリックス状に配列された薄膜トランジスタ基板であって、
    前記画素のそれぞれは、
    基板上に選択的に配設されたゲート電極および共通電極配線と、
    前記ゲート電極および前記共通電極配線を覆う第1の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上に選択的に配設された酸化物半導体膜と、
    前記第1の絶縁膜上および前記酸化物半導体膜上に配設された第2の絶縁膜と、
    前記第2の絶縁膜を間に介して前記酸化物半導体膜の上方にまで延在するように設けられた画素電極延在部を有する画素電極と、
    前記第2の絶縁膜上に前記画素電極と同一層として設けられた、冗長ソース電極および冗長ソース配線と、
    前記冗長ソース電極および前記画素電極延在部および前記冗長ソース配線の上部にそれぞれ設けられたソース電極、ドレイン電極およびソース配線と、
    前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ソース配線および前記画素電極上に配設された第3の絶縁膜と、
    前記画素電極と対向するように前記第3の絶縁膜上に配設された対向電極と、を備え、
    前記対向電極は、
    前記第3の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を貫通する共通電極コンタクトホールを介して、前記共通電極配線と電気的に接続され、
    前記酸化物半導体膜は、少なくとも前記ゲート電極の上方および前記画素電極の下部に設けられ、
    前記画素電極は、前記酸化物半導体膜に直接接する部分を有し、
    前記冗長ソース電極および前記画素電極延在部は、それぞれ前記第2の絶縁膜を貫通するソース電極コンタクトホールおよびドレイン電極コンタクトホールを介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続される、薄膜トランジスタ基板。
  5. 前記酸化物半導体膜、前記第2の絶縁膜および前記冗長ソース配線は、前記ソース配線の下部に積層膜として配設される、請求項4記載の薄膜トランジスタ基板。
  6. 画素が複数マトリックス状に配列された薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    (a)基板の上面全面に、第1の導電膜を形成する工程と、
    (b)第1回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第1の導電膜をパターニングして、ゲート電極および共通電極配線を形成する工程と、
    (c)前記工程(b)の後、前記基板の上面全面に第1の絶縁膜を形成する工程と、
    (d)前記第1の絶縁膜の上面全面に酸化物半導体膜を形成する工程と、
    (e)前記酸化物半導体膜の上面全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
    (f)第2回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第2の絶縁膜をパターニングして、前記ゲート電極の上方部分の前記酸化物半導体膜を覆うように前記第2の絶縁膜を残すと共に、前記ゲート電極の上方の前記第2の絶縁膜を貫通するソース電極コンタクトホールおよびドレイン電極コンタクトホールを形成する工程と、
    (g)前記(f)の後、前記基板の上面全面に第2の導電膜を形成する工程と、
    (h)第3回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第2の導電膜をパターニングして、ソース電極、ドレイン電極およびソース配線を形成する工程と、
    (i)前記(h)の後、前記基板の上面全面に第1の透明酸化物導電膜を形成する工程と、
    (j)第4回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第1の透明酸化物導電膜と前記酸化物半導体膜を同時にパターニングして、画素電極を形成する工程と、
    (k)前記(j)の後、前記基板の上面全面に第3の絶縁膜を形成する工程と、
    (l)第5回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第3の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を貫通する共通電極コンタクトホールを形成する工程と、
    (m)前記(l)の後、前記基板の上面全面に第2の透明酸化物導電膜を形成する工程と、
    (n)第6回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第2の透明酸化物導電膜をパターニングして、前記画素電極と対向する対向電極を形成する工程と、を備える、薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  7. 画素が複数マトリックス状に配列された薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    (a)基板の上面全面に、第1の導電膜を形成する工程と、
    (b)第1回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第1の導電膜をパターニングして、ゲート電極および共通電極配線を形成する工程と、
    (c)前記工程(b)の後、前記基板の上面全面に第1の絶縁膜を形成する工程と、
    (d)前記第1の絶縁膜の上面全面に酸化物半導体膜を形成する工程と、
    (e)前記酸化物半導体膜の上面全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
    (f)第2回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第2の絶縁膜をパターニングして、前記ゲート電極の上方部分の前記酸化物半導体膜を覆うように前記第2の絶縁膜を残すと共に、前記ゲート電極の上方の前記第2の絶縁膜を貫通するソース電極コンタクトホールおよびドレイン電極コンタクトホールを形成する工程と、
    (g)前記(f)の後、前記基板の上面全面に第1の透明酸化物導電膜を形成する工程と、
    (h)第1の透明酸化物導電膜の上面全面に第2の導電膜を形成する工程と、
    (i)第3回目の写真製版工程により、前記第2の導電膜上に、第1の膜厚部分と、前記第1の膜厚部分よりも薄い第2の膜厚部分とを有するレジストパターンを形成する工程と、
    (j)前記レジストパターンを用いて、エッチング工程により、前記第2の導電膜および前記第1の透明酸化物導電膜をパターニングして、ソース電極とその下部の冗長ソース電極、ソース配線とその下部の冗長ソース配線、ドレイン電極とその下部に画素電極延在部を有する画素電極とを形成する工程と、
    (k)前記工程(j)の後、
    前記レジストパターンの前記第2の膜厚部分が消滅するように前記レジストパターンの膜厚を減じる工程と、
    (l)前記工程(k)の後、膜厚を減じた前記レジストパターンを用いて、エッチング工程により、前記レジストパターンで覆われない前記第2の導電膜を除去する工程と、
    (m)前記(j)の後、前記基板の上面全面に第3の絶縁膜を形成する工程と、
    (n)第4回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第3の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を貫通する共通電極コンタクトホールを形成する工程と、
    (o)前記(n)の後、前記基板の上面全面に第2の透明酸化物導電膜を形成する工程と、
    (p)第5回目の写真製版工程とエッチング工程により、前記第2の透明酸化物導電膜をパターニングして、前記画素電極と対向する対向電極を形成する工程と、を備える、薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  8. 前記工程(d)は、
    前記第2の導電膜のエッチングに対して不溶性または難溶性を有する材質で前記酸化物半導体膜を形成する工程を含む、請求項6または請求項7に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  9. 前記工程(g)は、
    前記第2の導電膜のエッチングに対して可溶性を有する材質で第1の透明酸化物導電膜を形成する工程を含む、請求項7に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
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