JP2023093433A - 多階調フォトマスク、フォトマスク群、パターン転写方法、および表示デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
考えられる。しかし、バックゲートを備える薄膜トランジスタは、構造が複雑化し、製造に必要なフォトマスクの数が増えるといった問題がある。
1-1.トランジスタの構造
図1は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ100aの構造を断面図で示す。トランジスタ100aは、絶縁表面を有する基板102に設けられた、第2絶縁層106、酸化物半導体層112、第1絶縁層114、第1ゲート電極116を含む。
酸化物半導体層112は、元素として、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、シリコン(Si)から選ばれた一種又は複数種を含む透明酸化物半導体である。例えば、酸化物半導体層112を形成する酸化物半導体材料としては、半導体特性を示す、四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、および二元系酸化物材料が適用される。例えば、四元系酸化物材料としてIn2O3-Ga2O3-SnO2-ZnO系酸化物材料、三元系酸化物材料としてIn2O3-Ga2O3-SnO2系酸化物材料、In2O3-Ga2O3-ZnO系酸化物材料、In2O3-SnO2-ZnO系酸化物材料、In2O3-Al2O3-ZnO系酸化物材料、Ga2O3-SnO2-ZnO系酸化物材料、Ga2O3-Al2O3-ZnO系酸化物材料、SnO2-Al2O3-ZnO系酸化物材料、二元系酸化物材料としてIn2O3-SnO2系酸化物材料、In2O3-ZnO系酸化物材料、SnO2-
ZnO系酸化物材料、Al2O3-ZnO系酸化物材料、Ga2O3-ZnO系酸化物材料、SnO2-SiO2系酸化物材料、In2O3-W2O3系酸化物材料等を用いることができ、特にIn2O3-Ga2O3-SnO2系酸化物材料を用いることが好ましい。また、上記酸化物半導体にタンタル(Ta)、スカンジウム(Sc)、ニッケル(Ni)、ランタン(La)、マグネシウム(Mg)、ハフニウム(Hf)、イジトリウム(Y)、チタン(Ti)が含まれていてもよい。なお、例えば、上記で示すIn-Ga-Sn-O系酸化物材料は、少なくともInとGaとSnを含む酸化物材料であり、その組成比に特に制限はない。In-Ga-Sn-O系酸化物材料の組成比は、In、Ga、Snに対して、Inのatm%が60~70、Gaのatm%が10~25、Snのatm%が5~30であることがより好ましい。また、他の表現をすれば、酸化物半導体層112は、化学式InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Mは、Sn、Ga、Zn、Sc、La、Y、Ni、Al、Mg、Ti、Ta、W、HfおよびSiから選ばれた一つ、または複数の金属元素を示す。なお、上記の四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料は、含まれる酸化物が化学量論的組成のものに限定されず、化学量論的組成からずれた組成を有する酸化物材料によって構成されてもよい。
よび酸素ガスを用いて成膜される。第1領域112-1に対し、第2領域112-2を成膜するときの酸素分圧を高めることで、第2領域112-2のドナー欠陥を低減することができ、結晶化率を向上させることができる。それにより、第1領域112-1に比べ、第2領域112-2のキャリア濃度を低くし、これに応じて導電率を低くすることができる。また、第2領域112-2を成膜するときにスパッタガスに酸素を添加することで(酸素分圧を高めることで)、第1領域112-1に対して緻密な膜(密度の高い膜)を形成することができる。
料として、a-Ga2O3のバンドギャップは4.3eVであり、a-GaSnOxのバンドギャップは4.0eVであり、a-GaSiOxバンドギャップは4.5eV以上であり、第1領域112-1と比べて1.0eV以上大きくすることができる。
第1酸化物導電層108a及び第2酸化物導電層108bは、導電性を有する金属酸化物材料、金属窒化物材料又は金属酸窒化物材料を用いて作製される。金属酸化物材料としては、例えば、酸化インジウムスズ(In2O3・SnO2:ITO)、酸化インジウムスズ亜鉛(In2O3・SnO2・ZnO:ITZO)、酸化インジウムスズシリコン(In2O3・SnO2・SiO2:ITSO)、酸化スズ(SnO2)、酸化アルミニウム亜鉛スズ(Al2O3・ZnO・SnO2:AZTO)、酸化ガリウム亜鉛スズ(Ga2O3・ZnO・SnO2:GZTO)、酸化亜鉛スズ(ZnO・SnO2:ZTO)、酸化ガリウムスズ(Ga2O3・SnO2:GTO)などを用いることができる。このような金属酸化物材料は、酸化物半導体層112の第1領域112-1と良好なオーミック接触を形成することができる。
第2絶縁層106及び第1絶縁層114は、無機絶縁材料を用いて形成される。無機絶縁材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム等を適用することができる。第2絶縁層106及び第1絶縁層114は、これらの無機絶縁材料でなる膜の単層又は複数の膜が積層された構造を有する。例えば、第2絶縁層106として、基板102側から、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜が積層された構造を適用することができる。また、第1絶縁層114は、酸化物半導体層112側から、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜が積層された構造を適用することができる。第2絶縁層106及び第1絶縁層114は、このように複数種の無機絶縁膜を積層することで、内部応力の作用を緩和することができ、また水蒸気等に対するバリア性を高めることができる。
を防止することが可能となる。
第1ゲート電極116は、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料を用いて作製される。例えば、第1ゲート電極116は、アルミニウム(Al)、モリブデン・タングステン(MoW)合金等の膜を用いて作製される。また、第1ゲート電極116は、アルミニウム合金、銅合金、または銀合金を用いて作製されてもよい。アルミニウム合金としては、アルミニウム・ネオジム合金(Al-Nd)、アルミニウム・ネオジム・ニッケル合金(Al-Nd-Ni)、アルミニウム・カーボン・ニッケル合金(Al-C-Ni)、銅・ニッケル合金(Cu-Ni)等を適用することができる。さらに、第1ゲート電極116は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等の透明導電膜で形成することもできる。また、Mo/Al/Mo、Mo/Cu/Moなどの3層積層構造の電極も有効である。すなわち、上述する金属材料をモリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、またはこれらの合金材料を含む酸化防止層で挟んだ3層積層構造を適用することもできる。
第1配線110a及び第2配線110bは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の導電率の高い金属材料が用いられる。例えば、第1配線110a及び第2配線110bは、アルミニウム合金、銅合金、または銀合金を用いて作製される。アルミニウム合金としては、アルミニウム・ネオジム合金(Al-Nd)、アルミニウム・チタン合金(Al-Ti)、アルミニウム・シリコン合金(Al-Si)、アルミニウム・ネオジム・ニッケル合金(Al-Nd-Ni)、アルミニウム・カーボン・ニッケル合金(Al-C-Ni)、銅・ニッケル合金(Cu-Ni)等を適用することができる。このような金属材料を用いれば、耐熱性を有すると共に、配線抵抗を低減することができる。また、Mo/Al/Mo、Mo/Cu/Moなどの3層積層構造の電極も有効である。すなわち、上述する金属材料をモリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、またはこれらの合金材料を含む酸化防止層で挟んだ3層積層構造を適用することもできる。
トランジスタ100aは、酸化物半導体層112の一方の面の側(基板102の反対側)に第1ゲート電極116が配置される。酸化物半導体層112が第1ゲート電極116と重畳する領域には、チャネルが形成される。酸化物半導体層112を構成する第2領域112-2は、第1領域112-1よりキャリア濃度が低い。このため、トランジスタ1
00aは、酸化物半導体層112の第1領域112-1にチャネルを形成する。酸化物半導体層112の第1領域112-1の第2領域112-2側(第1ゲート電極116側)に電流が流れることにより、トランジスタ100aの電界効果移動度を向上することができる。
次に、トランジスタ100aの製造工程について説明する。図4(A)は、基板102の上層に、第2絶縁層106、第2導電膜107、第3導電膜109を形成する段階を示す。第2導電膜107からは、第1酸化物導電層108a及び第2酸化物導電層108bが形成され、第3導電膜109からは、第1配線110a及び第2配線110bが形成される。
作製された第2領域112-2も同様に、第1領域112-1に比べてキャリア濃度を低くすることができる。また、例えば、第1領域112-1にIn-Ga-Sn-O系酸化物材料、第2領域112-2にGa2O3系酸化物材料を用いて異なる元素を含む2つの領域を作製してもよい。本実施形態に係る酸化物半導体層112の第1領域112-1及び第2領域112-2は、このような作製方法を用いることで、第1領域112-1よりキャリア濃度が低い第2領域112-2を作製することができる。
本実施形態は、第1実施形態で示すトランジスタと同様の構造を有するトランジスタにより構成される表示装置の一例を示す。図8に示すように、表示装置120は、複数の画素122を含む表示領域121、走査線駆動回路123、データ線駆動回路125を含む。図8では図示されないが、複数の画素122には、表示素子として有機EL素子と、この有機EL素子を駆動するトランジスタが設けられている。
図9は、本実施形態に係る表示装置の画素122の等価回路を示す。画素122は、選択トランジスタ124、駆動トランジスタ126、容量素子128、有機EL素子130を含む。選択トランジスタ124及び駆動トランジスタ126は、第1実施形態で示すトランジスタ100aと同様の構成を有する。すなわち、図9はトップゲート構造のトランジスタを示し、選択トランジスタ124は、第1ゲート電極116bを有し、駆動トランジスタ126は、第1ゲート電極116aを有している。
図9に示す等価回路に対応する画素122aの平面構造の一例を図10に示す。また、図10に示すA1-A2線及びB1-B2線に対応する断面構造を図11(A)及び図11(B)にそれぞれ示す。図11(A)は、駆動トランジスタ126及び有機EL素子130の断面構造を示し、図11(B)は選択トランジスタ124及び容量素子128の断面構造を示す。以下の説明では、図10、図11(A)及び図11(B)を適宜参照して説明する。なお、図10で示す画素122aの平面図において、有機EL素子130の構造は省略されている。
駆動トランジスタ126は、第1実施形態で示すトランジスタ100aと同様の構成を有する。すなわち、駆動トランジスタ126は、第2絶縁層106、第1酸化物半導体層112a(第1領域112-1及び第2領域112-2)、第1絶縁層114、第1ゲート電極116aが積層された構造を有する。第1ゲート電極116aは、第1絶縁層114の上層(基板102と反対側の面)に設けられる。
る。少なくとも第1ゲート電極116aと重なる領域において、第2酸化物導電層108bは平面視でU字状に湾曲されたパターンを有し、第1酸化物導電層108aは第2酸化物導電層108bのU字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線状のパターンを有する。図1に示すトランジスタの断面図は、第1酸化物導電層108aから第2酸化物導電層108bまでの単位構造を示すものであり、図10において駆動トランジスタ126の第2方向(D2方向)の断面図は、図1に示す断面図の繰り返し構造となる。
選択トランジスタ124は、第1実施形態で示すトランジスタ100aと同様の構成を有する。すなわち、選択トランジスタ124は、第2絶縁層106、第2酸化物半導体層112b(第1領域112-1及び第2領域112-2)、第1絶縁層114、第1ゲート電極116bが積層された構造を有する。選択トランジスタ124は、第2酸化物半導体層112bが第1ゲート電極116bと重畳する領域にチャネルが形成される。
容量素子128は、第1容量電極160a、第2絶縁層106、第4酸化物導電層108d、第2容量電極160bが積層された構造を有する。第2容量電極160bはデータ信号線134と同じ層構造で形成される。第4酸化物導電層108dは、第2容量電極160bと電気的に接続された状態にあるので、実質的に容量素子128の他方の電極として機能する。
有機EL素子130は、基板102の側から、陰極に相当する第1電極146、第1酸化物半導体層112a(第1領域112-1及び第2領域112-2)、電子輸送層148、電子注入層150、発光層152、正孔輸送層154、正孔注入層156、陽極に相当する第2電極158が積層された構造を有する。ここで、有機EL素子130は、積層順が基板102に近接した陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極と順次積層される構造を順積み構造と呼ばれるが、本実施形態に係る有機EL素子130は基板102に近接した陰極側から電子輸送層、発光層、正孔輸送層等が積層される構造を有するので、逆積み構造とも呼ばれる。
子注入効率を向上し、有機EL素子130の発光効率を向上することができる。また、本実施形態においては、駆動トランジスタ126がnチャネル型であるので、有機EL素子が順積み構造の場合、ソースが陽極と接続することとなる。その場合駆動トランジスタのドレイン電流は有機EL素子の特性変動により変化してしまうことが問題となる。しかしながら、本実施形態におけるように、有機EL素子を逆積み構造とすると、nチャネル型の駆動トランジスタはドレインが有機EL素子の陰極と接続されるので、ドレイン電流が有機EL素子の特性変動の影響を受けにくい回路構成とすることができる。
有機EL素子の陰極材料としては、従来、アルミニウム・リチウム合金(AlLi)、マグネシウム・銀合金(MgAg)等の材料が用いられている。しかし、これらの材料は、大気中の酸素や水分の影響を受けて劣化しやすく、取扱が困難な材料である。また、これらの陰極材料は金属材料であるので、逆積み構造で、かつボトムエミッション型の有機EL素子を構成するには適していない。
電子輸送層148は、金属酸化物材料を用いて形成される。金属酸化物材料としては、
第1実施形態で述べたものと同様の、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、および一元系酸化物材料が適用される。これらの金属酸化物材料は、アモルファスの形態であっても良く、結晶質の形態であっても良く、あるいはアモルファスと結晶質相の混合相の形態であっても良い。例えば、電子輸送層148、インジウム酸化物、亜鉛酸化物、ガリウム(Ga)酸化物、スズ(Sn)酸化物から選ばれた一種又は複数種を含んで構成される。これらの金属酸化物材料は可視光を吸収せず透明である必要があるので、バンドギャップは3.0eV以上であることが求められる。さらに、電子輸送層148は、可能な限り膜厚を大きくすることで、陰極と陽極との短絡を防止することができる。これにより有機ELパネルの歩留まりを大幅に改善することができる。代表的な電子輸送層としてZnSiOxがある。ZnOにSiO2を10~15atm%程度ドーピングすることでバンドギャップ3.5eV、仕事関数3.5eVの電子輸送層に適した物性値が得られる。MgZnOX系の酸化物半導体でMg20atm%、Zn80atm%の酸化物でも同様な物性値を得ることが可能である。このような電子輸送層148は、スパッタリング法、真空蒸着法、塗布法等により作製することができる。電子輸送層148は、このような成膜方法により、50nm~1000nmの膜厚で作製される。
有機EL素子において、電子注入層は、陰極から電子輸送材料へ電子を注入するためのエネルギー障壁を小さくするために用いられる。本実施形態では、酸化物半導体で形成される電子輸送層148から発光層152へ電子が注入されやすくするために、電子注入層150が用いられる。すなわち、電子注入層150は、電子輸送層148と発光層152との間に設けられる。
発光層152としては種々の材料を用いることができる。例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物、燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
m~100nmの範囲で設けられる。
正孔輸送層154は、正孔輸送性を有する材料を用いて形成される。正孔輸送層154は、例えば、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、およびフルオレン誘導体を含むアミン化合物などであっても良い。正孔輸送層154は、例えば、4,4’-ビス[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル(α-NPD)、N,N’-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン(TPD)、2-TNATA、4,4’,4”-トリス(N-(3-メチルフェニル)N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)、4,4’-N,N’-ジカルバゾールビフェニル(CBP)、4,4’-ビス[N-(9,9-ジメチルフルオレン-2-イル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(DFLDPBi)、4,4’-ビス[N-(スピロ-9,9’-ビフルオレン-2-イル)-N―フェニルアミノ]ビフェニル(BSPB)、スピロ-NPD、スピロ-TPD、スピロ-TAD、TNB等の有機材料が用いられる。
正孔注入層156は、有機層に対して正孔注入性の高い物質を含む。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン(H2Pc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(VOPc)、4,4’,4’’-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(TDATA)、4,4’,4’’-トリス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミン(MTDATA)、4,4’-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(DPAB)、4,4’-ビス(N-{4-[N’-(3-メチルフェニル)-N’-フェニルアミノ]フェニル}-N-フェニルアミノ)ビフェニル(DNTPD)、1,3,5-トリス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]ベンゼン(DPA3B)、3-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(PCzPCA1)、3,6-ビス[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(PCzPCA2)、3-[N-(1-ナフチル)-N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(PCzPCN1)、2,3,6,7,10,11-ヘキサシアノ-1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン(HAT-CN)等の有機化合物を用いることができる。
陽極に相当する第2電極158としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物で作製される。陽極に相当する第2電極158には、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)などが用いられる。これらの導電性金属酸化物材料が用いられる陽極に相当する第2電極158は、真空蒸着法、スパッタリ
ング法により作製される。本実施形態において、有機EL素子130はボトムエミッション型であるため、陽極に相当する第2電極158は光反射性を有しているか、光反射面を有していることが好ましい。酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などの導電性金属酸化物の被膜は透光性を有するので、正孔注入層156と反対側の面に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)などの金属膜が積層されていてもよい。なお、図10、図11(A)及び図11(B)では省略されているが、陽極に相当する第2電極158の上層には、酸素(O2)や水分(H2O)の透過を遮断するパッシベーション層が、表示領域121の略全面に設けられていてもよい。
図11(A)及び(B)で示すように、本実施形態に係る画素122aの構造は、第2電極158が駆動トランジスタ126及び選択トランジスタ124の全面を覆う構造となる。そして、駆動トランジスタ126及び選択トランジスタ124は、チャネルが形成される酸化物半導体層112の下層に第1酸化物導電層108aと第2酸化物導電層108bとが接するように配置され、酸化物半導体層112の上層側に第1ゲート電極116が配置されるボトムコンタクトトップゲート構造を有している。
。
本発明の一実施形態に係る表示装置120の製造方法の一例を説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態で述べるトランジスタ100aの製造方法に係る説明と重複する部分は適宜省略し、相違する部分について述べる。
ーンによって、レジストマスク207a、207b、207c、207dは、第2コモン配線136b(図16(A))、データ信号線134(図16(B))が形成される領域が未露光となり、他の領域の膜厚より厚くなるように形成される。第2導電膜107は透明導電材料で形成され、第3導電膜109は金属材料で形成される。なお、図16(A)に示すように、第2絶縁層106には、第1コモン配線136aを露出させる第1コンタクトホール117aが、あらかじめ形成されている。
物導電層108c及び第4酸化物導電層108dの略全面を覆うように形成される。なお、第1酸化物半導体層112a及び第2酸化物半導体層112bはそれぞれ第1領域112-1及び第2領域112-2を含む積層構造を有する。第1酸化物半導体層112a及び第2酸化物半導体層112bは、酸化物半導体をターゲットとして用いスパッタリング法により第1領域112-1及び第2領域112-2の順に成膜された後、リソグラフィ工程を経て上記のような所定の形状に形成される。第1酸化物半導体層112aの第1領域112-1は、第1酸化物導電層108a及び第2酸化物導電層108bと接して形成され、第2酸化物半導体層112bの第1領域112-1は第3酸化物導電層108c及び第4酸化物導電層108dと接して形成されることで、電気的に接続された状態となる。
用いて、露光処理をすることで形成される。また、第1絶縁層114には、平坦化層142を形成する前に、予め開口部144に相当する領域に開口部が形成される。あるいは、第1絶縁層114には、平坦化層142に開口部144を形成する段階で、第1酸化物半導体層112aを露出させる開口部が形成されてもよい。平坦化層142の開口部144は、有機EL素子130を形成するために、内壁面がテーパー形状となるように形成されていることが好ましい。
第3実施形態では、第1実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第3実施形態においては、酸化物半導体層112の一方の面の側(基板102側)に第2ゲート電極104が配置されることが第1実施形態と相違する。なお、第1実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
図26は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ100bの構造を断面図で示す。トランジスタ100bは、絶縁表面を有する基板102に設けられた、第2ゲート電極104、第2絶縁層106、酸化物半導体層112、第1絶縁層114、第1ゲート電極116を含む。酸化物半導体層112は、基板102側から、第1領域112-1と第2領域112-2とを有する。
10bを、それぞれ第1酸化物導電層108a及び第2酸化物導電層108bと接して設けることで、リソグラフィ工程の回数を削減することができる。
トランジスタ100bは、酸化物半導体層112の一方の面の側(基板102側)に第2ゲート電極104が配置され、他方の面の側(基板102とは反対側)に第1ゲート電極116が配置される。酸化物半導体層112が第2ゲート電極104及び第1ゲート電極116と重畳する領域には、チャネルが形成される。酸化物半導体層112を構成する第2領域112-2は、第1領域112-1よりキャリア濃度が低い。このため、トランジスタ100bは、酸化物半導体層112の第1領域112-1にチャネルを形成する。酸化物半導体層112の第1領域112-1の第2領域112-2側(第1ゲート電極116側)および第1領域112-1の第2絶縁層106側の両方(第1領域112-1の上下両方の界面)に電流が流れることにより、トランジスタ100bの電界効果移動度を向上することができる。また、トランジスタ100bの閾値電圧の変動を抑制することができ、安定した電気的特性により信頼性を向上することができる。
トランジスタ100bの製造工程については、基板102の一表面に第2ゲート電極104を形成し、第2ゲート電極104の上層に第2絶縁層106、第2導電膜107、第3導電膜109を形成すること以外、第1実施形態に係るトランジスタの製造方法と同じであることから、ここでは基板102の上に第2ゲート電極104を形成する段階のみを説明する。なお、第2ゲート電極104は、第1ゲート電極116と同じ金属材料を用い
て作製することができる。
本実施形態は、第3実施形態で示すトランジスタと同様の構造を有するトランジスタにより構成される表示装置の一例を示す。なお、第2実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
図27は、本実施形態に係る表示装置の画素122bの等価回路を示す。画素122bは、選択トランジスタ124b、駆動トランジスタ126b、容量素子128、有機EL素子130を含む。選択トランジスタ124b及び駆動トランジスタ126bは、第3実施形態で示すトランジスタ100bと同様の構成を有する。すなわち、図27はデュアルゲート構造のトランジスタを示し、選択トランジスタ124bは、第2ゲート電極104b及び第1ゲート電極116bを有し、駆動トランジスタ126bは、第2ゲート電極104a及び第1ゲート電極116aを有している。
図27に示す等価回路に対応する画素122bの平面構造の一例を図28に示す。また、図28に示すA1-A2線及びB1-B2線に対応する断面構造を図29(A)及び図29(B)にそれぞれ示す。図29(A)は、駆動トランジスタ126b及び有機EL素子130の断面構造を示し、図29(B)は選択トランジスタ124b及び容量素子128の断面構造を示す。以下の説明では、図28、図29(A)及び図29(B)を適宜参照して説明する。なお、図28で示す画素122bの平面図において、有機EL素子130の構造は省略されている。
駆動トランジスタ126bは、第3実施形態で示すトランジスタ100bと同様の構成を有する。すなわち、駆動トランジスタ126bは、第2ゲート電極104a、第2絶縁層106、第1酸化物半導体層112a、第1絶縁層114、第1ゲート電極116aが積層された構造を有する。第2ゲート電極104aは、基板102と第2絶縁層106との間に設けられる。第1ゲート電極116aは、第1絶縁層114の上層(基板102と反対側の面)に設けられる。
選択トランジスタ124bは、第3実施形態で示すトランジスタ100bと同様の構成を有する。すなわち、選択トランジスタ124bは、第2ゲート電極104b、第2絶縁層106、第2酸化物半導体層112b、第1絶縁層114、第1ゲート電極116bが積層された構造を有する。選択トランジスタ124bは、第2酸化物半導体層112bが第2ゲート電極104b及び第1ゲート電極116bと重畳する領域にチャネルが形成される。
図29(A)及び(B)で示すように、本実施形態に係る画素122bの構造は、第2電極158が駆動トランジスタ126b及び選択トランジスタ124bの全面を覆う構造となる。そして、駆動トランジスタ126b及び選択トランジスタ124bは、チャネルが形成される酸化物半導体層112の下層に第1酸化物導電層108aと第2酸化物導電層108bとが接するように配置され、酸化物半導体層112の下層側に第2ゲート電極104、酸化物半導体層112の上層側に第1ゲート電極116が配置されるボトムコンタクトデュアルゲート構造を有している。
定化することができる。
本発明の一実施形態に係る表示装置120製造工程については、基板102の一表面に第2ゲート電極104を形成し、第2ゲート電極104の上層に第2絶縁層106、第2導電膜107、第3導電膜109を形成すること以外、第1実施形態に係る表示装置の製造方法と同じであることから、ここでは基板102の上に第2ゲート電極104を形成する段階のみを説明する。
モン配線136aを形成する。第2ゲート電極104a、104bと同じ導電膜により、第1コモン配線136a、第1容量電極160aが形成される。このため、第2ゲート電極104aとゲート信号線132aとは、同一層に形成された導電膜による、連続する一つのパターンとして形成される。同様に、第1コモン配線136aと第1容量電極160aとは、同一層に形成された導電膜による、連続する一つのパターンとして形成される。
第5実施形態では、第1実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第5実施形態においては、第1配線110aは第1酸化物導電層108aと第2絶縁層106との間に配置され、第2配線110bは第2酸化物導電層108bと第2絶縁層106との間に配置されることが第1実施形態と相違する。なお、第1実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
図32は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ100cの構造を断面図で示す。トランジスタ100cは、絶縁表面を有する基板102に設けられた、第2絶縁層106、酸化物半導体層112、第1絶縁層114、第1ゲート電極116を含む。
第6実施形態では、第5実施形態とは異なる構成のトランジスタについて説明する。第6実施形態においては、酸化物半導体層112の一方の面の側(基板102側)に第2ゲート電極104が配置されることが第5実施形態と相違する。なお、第1実施形態から第5実施形態と同様である部分は、前の説明と同じ番号を付すことで繰り返しの説明は省略する。
図33は、本発明の一実施形態に係るトランジスタ100dの構造を断面図で示す。トランジスタ100dは、絶縁表面を有する基板102に設けられた、第2ゲート電極104、第2絶縁層106、酸化物半導体層112、第1絶縁層114、第1ゲート電極116を含む。
08bの一方はソース領域として、他方はドレイン領域として機能する。図33に示す構造によれば、第1酸化物導電層108a及び第2酸化物導電層108bの一端が、第2ゲート電極104及び第1ゲート電極116と重なるように配置されることで、酸化物半導体層112にオフセット領域(抵抗が高い領域)が形成されないので、オン電流を高めることができる。
Claims (10)
- データ信号線が形成される領域に対応するパターンを有する非透過領域と、
第1酸化物導電層および第2酸化物導電層が形成される領域に対応するパターンを有する半透過領域と、を有する、トランジスタを形成するための多階調フォトマスク。 - 前記非透過領域は、第2容量電極が形成される領域に対応するパターンをさらに有し、容量素子をさらに形成するための請求項1に記載の多階調フォトマスク。
- 前記データ信号線と接続する前記トランジスタは、
基板上に配置される酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と重なる領域を有し、前記酸化物半導体層の前記基板側とは反対の面に配置された第1ゲート電極と、
前記第1ゲート電極と前記酸化物半導体層との間の第1絶縁層と、
前記酸化物半導体層と前記基板との間に配置され、前記酸化物半導体層と接する領域を含む前記第1酸化物導電層及び前記第2酸化物導電層と、を有し、
前記容量素子は、
前記トランジスタと電気的に接続され、第1容量電極と、前記第2酸化物導電層と前記酸化物半導体層との間に配置される前記第2容量電極が積層される、請求項2に記載の多階調フォトマスク。 - 前記半透過領域は、
前記第1酸化物導電層の、少なくとも前記第1ゲート電極と重なる領域において、平面視で、U字状に湾曲されたパターンに対応するパターンと、
前記第2酸化物導電層の、平面視で、前記U字状に湾曲されたパターンの内側に伸びる直線棒状のパターンに対応するパターンと、を有する、請求項3に記載の多階調フォトマスク。 - 前記直線棒状のパターンの幅は、3μm以下である、請求項4に記載の多階調フォトマスク。
- 前記第1ゲート電極と重なる領域における前記第1酸化物導電層と前記第2酸化物導電層との最短距離は、1.5μm~10μmの範囲である、請求項4に記載の多階調フォトマスク。
- 請求項3乃至6の何れか1項に記載の多階調フォトマスクと、
前記第2酸化物半導体層が形成される領域に対応するパターンを有する非透過領域を有する第1フォトマスク、を含むフォトマスク群。 - 前記第1ゲート電極が形成される領域に対応するパターンを有する非透過領域を有する第2フォトマスク、をさらに含む、請求項7に記載のフォトマスク群。
- 請求項1乃至6の何れか1項に記載の多階調フォトマスクの、前記半透過領域は、露光機の解像度以下のスリットまたは半透過膜を有し、前記スリットまたは前記半透過膜が光の一部を遮って中間露光を実現する、パターン転写方法。
- 請求項1乃至6の何れか1項に記載の多階調フォトマスクを用いて作られたトランジスタを有する表示デバイス。
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