JP5299190B2 - 光マトリックスデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、テレビやパーソナルコンピュータのモニターとして用いられる薄型画像表示装置、あるいは医療分野や、非破壊検査、ＲＩ（Radio Isotope）検査を含む産業分野などに用いられる放射線撮像装置に備わる放射線検出器など、表示素子または受光素子で形成される画素を二次元マトリックス状に配列した構造を有する光マトリックスデバイスの製造方法に関するものである。

現在、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等で形成されるアクティブ素子とコンデンサとを備えた光に関する素子を二次元マトリックス状に配列した光マトリックスデバイスが汎用されている。光に関する素子として、受光素子と表示素子とが挙げられる。また、この光マトリックスデバイスを大別すると、受光素子で構成されたデバイスと表示素子で構成されたデバイスとに分けられる。受光素子で構成されたデバイスとしては、光撮像センサや、医療分野または産業分野などで用いられる放射線撮像センサなどがある。表示素子で構成されたデバイスとしては、透過光の強度を調節する素子を備えた液晶型や、発光素子を備えたＥＬ型などの、テレビやパーソナルコンピュータのモニターとして用いられる画像ディスプレイがある。ここで光とは、赤外線、可視光線、紫外線、放射線（Ｘ線）、γ線等をいう。

従来、光マトリックスデバイスの薄膜トランジスタの製造方法として、基板上に形成された半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域を選択的に処理を施すため、半導体膜上にレジスト膜を形成し、フォトマスクを介して露光し、そして現像することで、半導体膜上のソース・ドレイン領域以外のゲートチャネルが形成される領域に、マスクとして機能するレジスト膜パターンを形成していた。

しかしながら、このような製造方法では、専用のフォトマスクが必要となるため、製造コストが高くなってしまう問題点があった。このような問題点の解決方法として、例えば、特許文献１が開示されている。

特許文献１では、凹凸パターンを有する転写型の凸部分に金属を含む溶液を付着させ、それを基板上に形成された半導体膜上に転写することで、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に選択的に溶液を付着することができる。それにより、溶液を塗布するために使用していたフォトマスクを使用しないで処理を行うことができる。

また、フォトマスクを使用しない製造方法として、次のようなものがある。図２２を参照する。基板１０１上には、ゲート電極１０２、絶縁膜１０３、ゲート絶縁膜１０８、および半導体膜１０７が形成されている。ここで、これらをおおうようにレジスト膜１０６を形成する。そして、基板１０１を挟んでレジスト膜１０６の反対側から、すなわち、基板１０１越しに紫外線（ＵＶ）等を照射して露光する。このとき、ゲート電極１０２がマスクとして機能し、ゲート電極１０２で影になった部分のレジスト膜１０６には、紫外線が照射されず、ゲート電極１０２の影にならなかった部分のレジスト膜１０６には、紫外線が照射される。そのため、現像すると、図２３に示すように、ゲート電極１０２で影になった部分のレジスト膜１０６が残り、その他のレジスト膜１０６は除去される。これにより、ゲート電極１０２上方の、ゲートチャネルが形成される領域にあたる半導体膜１０７上に、ソース・ドレイン部分の領域の半導体膜１０７を選択的に処理するためのマスクとして機能するレジスト膜１０６パターンを形成することができる。

特開２００７‐７３８５５号公報

しかしながら、このような製造方法では、次のような問題点がある。レジスト膜１０８を塗布する工程、露光する工程、または現像する工程が必要であること、また、塗布・露光または現像するための基板１０１の大きさに対応した製造装置が必要であること、また、基板１０１を挟んでレジスト膜１０８の反対側から露光しなければならないので、ゲート電極１０２以外の基板１０１、絶縁膜１０３、ゲート絶縁膜１０８、半導体膜１０７を透明な材料で、または、光が十分透過する厚みで形成しなければならないこと、等により、製造工程が多くて複雑であり、製造コストが高くなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、製造工程が簡単であり低コスト化を可能にする光マトリックスデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわち、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法は、薄膜トランジスタを備えた光に関する素子を基板上に２次元マトリックス状に配列して構成された光マトリックスデバイスの製造方法であって、少なくとも深さの異なる２種類の段差パターンを有する転写型に、前記転写型の、所定の物質を形成させる転写面上に設けられた段差を平坦化させるための平坦化膜を形成する平坦化膜形成ステップと、前記平坦化膜が形成された転写型に半導体膜を形成する半導体膜形成ステップと、前記半導体膜が形成された前記転写型にゲート絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、基板上に予め形成されたゲート線上に、接着用樹脂を介して、前記平坦化膜、前記半導体膜、および前記ゲート絶縁膜を転写する転写ステップと、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法によれば、少なくとも深さの異なる２種類の段差パターンを有する転写型に、転写型の、物質を形成させる転写面に設けられた段差が平坦化するように平坦化膜を形成する。そのため、半導体膜およびゲート絶縁膜に段差をつけることなく、物質を形成させる転写型の転写面に設けられた段差により、所定のパターンの平坦化膜を半導体膜に接して形成することができる。これにより、フォトリソグラフィ法を使用しないで、半導体膜上にマスクとして機能する平坦化膜パターンを形成することができるので、製造工程が簡単で低コスト化を可能にすることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記平坦化膜形成ステップは、前記転写型に、前記転写面上まで積層して平坦化膜を形成することが好ましい。転写型の転写面に設けられた段差を埋めて、転写面上まで積層して平坦化膜を形成することにより、平坦化膜を簡易に平坦化させることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記転写ステップの後に、不活性ガスと水素を供給してプラズマ処理するプラズマ処理ステップを備えていることが好ましい。不活性ガスと水素ガスは、電磁波を印加することによりプラズマ状態になる。不活性ガスがプラズマ状態になりイオン化されたものは、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に薄く被膜している平坦化膜を除去することができる。また、水素ガスがプラズマ状態になりイオン化された水素イオンは、半導体膜内にドープされる。そのため、半導体膜の抵抗率を低下することができる。このとき、転写型の転写面に設けられた段差に形成され、半導体膜上に厚く被膜している平坦化膜がマスクとして機能するので、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に水素イオンを選択的にドープさせることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記プラズマ処理ステップは、前記不活性ガスを供給してプラズマ処理した後に、前記水素ガスを供給してプラズマ処理することが好ましい。不活性ガスを供給してプラズマ処理をして、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に被膜している平坦化膜を除去した後に、水素ガスを供給してプラズマ処理して半導体膜内に水素イオンをドープさせる。それにより、効果的にプラズマ処理をすることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記転写ステップの後に、水蒸気および水素の少なくともいずれか一方を供給して紫外線を照射する処理を行う紫外線処理ステップを備えていることが好ましい。水蒸気および水素のいずれか一方を供給して紫外線を照射すると、水蒸気の場合は、水分子と、大気中の酸素と二酸化炭素等とが、水素の場合は、水素と、大気中の酸素と二酸化炭素等とが紫外線のエネルギーを吸収して励起し、オゾンや原子状酸素等の酸素ラジカルと水素イオンが生成される。酸素ラジカルは、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に薄く被膜している平坦化膜と反応し除去することができる。また、水素イオンは半導体膜内にドープされ、半導体膜の抵抗率を低下することができる。このとき、転写型の転写面に設けられた段差に形成され、半導体膜上に厚く被膜している平坦化膜がマスクとして機能するので、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に水素イオンを選択的にドープさせることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記紫外線処理ステップは、紫外線を所定時間照射した後に、水蒸気および水素の少なくともいずれか一方を供給して紫外線を照射する処理を行うことが好ましい。基板上に紫外線を照射して、大気中の酸素と二酸化炭素等からオゾンや原子状酸素等の酸素ラジカルを生成させ、半導体膜上のソース・ドレイン部分の領域に被膜している平坦化膜を除去した後に、水蒸気を供給して紫外線を照射することで、半導体膜内に水素イオンをドープさせる。それにより、効果的に紫外線を照射する処理をすることができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記光マトリックスデバイスは、放射線検出器であることが好ましい。転写型に、半導体膜のマスクとして機能する平坦化膜を形成することにより、製造工程が簡単であり低コスト化を可能にする放射線検出器を製造することができる。

また、本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法において、前記光マトリックスデバイスは、画像表示装置であることが好ましい。転写型に、半導体膜のマスクとして機能する平坦化膜を形成することにより、製造工程が簡単であり低コスト化を可能にする画像表示装置を製造することができる。

本発明に係る光マトリックスデバイスの製造方法によれば、深さの異なる２種類の段差パターンを有する転写型に、転写型の、物質を形成させる転写面に設けられた段差が平坦化するように平坦化膜を形成する。そのため、半導体膜およびゲート絶縁膜に段差をつけることなく、転写型の、物質を形成させる転写面に設けられた段差により、所定パターンの平坦化膜を半導体膜に接して形成することができる。これにより、フォトリソグラフィ法を使用しないで、半導体膜上にマスクとして機能する平坦化膜パターンを形成することができるので、製造工程が簡単で低コスト化を可能にすることができる。

実施例１に係るフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）の製造工程を示すフローチャートである。 実施例１に係るステップＳ０１の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ０１の説明に供する平面図である。 実施例１に係るステップＳ０２の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係る転写型の概略斜視図である。 実施例１に係るステップＳ１１の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ１２の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ１３の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２１の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２１の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２１の説明に供する平面図である。 実施例１に係るステップＳ２３の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２４の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２５の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２５の説明に供する平面図である。 実施例１に係るステップＳ２６〜Ｓ２８の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るステップＳ２９，Ｓ３０の説明に供する縦断面図である。 実施例１に係るフラットパネル型Ｘ線検出器に備わるアクティブマトリックス基板および周辺回路の構成を示す回路図である。 実施例２に係るステップＳ１１′〜Ｓ１３′の説明に供する縦断面図である。 実施例２に係るステップＳ２１′の説明に供する縦断面図である。 実施例２に係るステップＳ２１′の説明に供する縦断面図である。 従来例に係る塗布・露光工程の説明に供する縦断面図である。 従来例に係る現像工程の説明に供する縦断面図である。

＜フラットパネル型Ｘ線検出器製造方法＞
以下、図面を参照して、本発明の光マトリックスデバイスの一例として、フラットパネル型Ｘ線検出器（以下、ＦＰＤと称す）の製造方法を説明する。図１は実施例１に係るＦＰＤの製造工程を示すフローチャート図であり、図２から図１７までは実施例１に係る各ステップの説明に供する図である。なお、図２は図３のＡ−Ａ視縦断面図であり、図１０は図１１のＡ−Ａ視縦断面図であり、図１４は図１５のＡ−Ａ視縦断面図である。

図１を参照する。本実施例におけるＦＰＤの製造方法として、大別して２つの工程がある。１つは、基板上にアクティブマトリックス基板および放射線変換層などを形成する工程（ステップＳ０１，Ｓ０２、およびステップＳ２１〜Ｓ３０）であり、もう１つは、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）の半導体膜およびゲート絶縁膜を形成する工程（ステップＳ１１〜Ｓ１３）である。なお、説明は、図１のフローチャートに沿って行い、必要に応じて図２〜図１８を参照する。

先ず、転写前までの基板側における製造工程（ステップＳ０１，Ｓ０２）について説明する。

（ステップＳ０１）ゲート線・グランド線の形成
図２および図３に示すように、基板１の表面上にゲート線２およびグランド線３を形成する。基板１は、ガラス、合成樹脂、金属等のいずれのものでもよい。合成樹脂の場合は、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等が挙げられるが、耐熱性に優れたＰＩが好ましい。金属を採用する場合は、ゲート線２およびグランド線３を形成する前に、基板１上に絶縁膜を形成する必要がある。また、基板１をグランド線３として兼用することもできる。ゲート線２およびグランド線３は、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、ロール・ツー・ロール法等により所定のパターンを形成する。

（ステップＳ０２）接着用樹脂の形成
図４に示すように、基板１上に形成されたゲート線２およびグランド線３をおおうように接着用樹脂４を形成する。接着用樹脂４の形成は、インクジェット法、ディスペンサ法、スピンコート法等により形成する。接着用樹脂４の厚みは、０．１μｍ〜１．０μｍの範囲内であることが好ましい。接着用樹脂４の材料としては、アクリル系の樹脂やＰＩなどの合成樹脂が挙げられる。接着用樹脂４の硬化は、形成後に直ぐには行わず、粘度を保った状態にしておく。それは、後述する転写の工程の際に、接着用樹脂４の粘着力を利用して、転写型に形成された転写物質を転写型から基板１側に転写させるためである。接着用樹脂４の粘度は、１０ｍＰａ・ｓ〜５０００ｍＰａ・ｓの範囲内であることが好ましい。なお、硬化後の接着用樹脂４は絶縁膜として機能する。

なお、接着用樹脂４の形成は、図４では全面に形成されているが、製造方法によっては、ＴＦＴが形成される近傍のみに形成してもよい。また、後述する転写型に形成する転写物質の最上層に形成してもよい。転写の際に最上層に形成された接着用樹脂４の粘着力により、接着用樹脂４を含む転写物質を転写型から基板１側に転写することができる。

次に、上記ステップＳ０１，Ｓ０２とは別工程である、転写型に平坦化膜、半導体膜、およびゲート絶縁膜を形成する工程について説明する。

図５に示すように、転写型５は、深さの異なる２種類の段差（凹凸）パターンを有している。基板１上に２次元マトリックス状に配置されるＴＦＴが形成される位置に転写物質を転写するように、転写型５は、例えば、物質を形成して転写させる転写面が、転写型５の凸部分の表面にある凸部５ａと、凸部５ａの転写面（表面）に設けられた凹部５ｂと、を有する構成となっている。転写型５の段差パターンの形成は、ナノインプリント法、またはフォトリソグラフィ法により行われる。転写型５の材料としては、例えば、金属であれば、Ｎｉ（ニッケル）、無機物であれば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＯ２（酸化シリコン）やＳｉＣ（炭化ケイ素）、そして、合成樹脂であれば、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）やＰＭＭＡ（Poly methylmethacrylate）が挙げられる。

（ステップＳ１１）平坦化膜の形成
図６に示すように、転写型５上に平坦化膜６を形成する。本実施例では、平坦化膜６は、転写型５の凸部５ａの転写面に設けられた凹部５ｂを平坦化膜６の材料で埋めるとともに、転写型５の凹部５ｂを含み凸部５ａの転写面上まで平坦化膜６を積層して、その表面が平坦化するように形成する。平坦化膜６の材料は、レジスト、ＰＩ、アクリル系の樹脂等が挙げられる。平坦化膜６の形成は、スピンコート法、ディップ法等で行われる。なお、先に凹部５ｂをインクジェット法、ディスペンサ法で満たした後に、スピンコート法、ディップ法等で平坦化膜６を形成してもよい。凹部５ｂを平坦化膜６の材料で満たして形成された平坦化膜６は、後述する水素イオンのドープ処理工程でマスクとして機能する。

（ステップＳ１２）半導体膜の形成
図７に示すように、平坦化膜６が形成された転写型５の平坦化膜６上に、真空中にて半導体膜７を形成する。半導体膜７の形成は、チャンバー内に転写型５を収容し、チャンバー内を減圧して行う。チャンバー内の真空度は、約１Ｐａ以下であることが好ましい。また、約０．１Ｐａ以下に減圧した後、Ａｒ（アルゴン）、Ｏ_２（酸素）、Ｎ_２（窒素）等のガスを別途供給することで、約１Ｐａ以下にしてもよい。半導体膜７の形成は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＰＥＣＶＤ法等で行われる。半導体膜７の材料としては、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｚｎ（亜鉛）の少なくとも一つを有する酸化物半導体、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＩｎＧａＺｎＯ_４（ガリウム・インジウム酸化亜鉛）が挙げられる。

（ステップＳ１３）ゲート絶縁膜の形成
図８に示すように、半導体膜７が形成された転写型５の半導体膜７上に、真空中にて連続してゲート絶縁膜８を形成する。ゲート絶縁膜８の形成は、引き続きチャンバー内に転写型５を収容した状態で行う。チャンバー内の真空度は、約１Ｐａ以下であることが好ましい。また、約０．１Ｐａ以下に減圧した後、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２等のガスを別途供給することで、約１Ｐａ以下にしてもよい。ゲート絶縁膜８の形成は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＰＥＣＶＤ法等で行われる。ゲート絶縁膜８の材料としては、無機物であれば、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、ＴｉＯ_２（酸化チタン）、ＳｉＯ_２やＳｉＮ_Ｘ（窒化シリコン）、有機物であれば、ＰＩやアクリル系樹脂が挙げられる。また、Ｙ（イットリウム）やＨｆ（ハフニウム）を有する強誘電体材料を用いるものであってもよい。これにより、ゲート線２に与える電圧を低くすることができる。

上述のように、転写型５をチャンバー内に収容し、チャンバー内を真空にした状態で、転写型５に連続して半導体膜７とゲート絶縁膜８を形成する。そのため、半導体膜７とゲート絶縁膜８との界面に、有機物等の汚れが付着することで生じる界面の欠陥の欠陥密度を低減させることができる。それにより、ゲートＯＦＦ時の漏れ電流値、ＯＮ／ＯＦＦ電流比、モビリティ等の特性が良好なＴＦＴを形成することができる。

次に、ステップＳ１１〜Ｓ１３において、転写型５に積層して形成した平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を、ステップＳ０１，Ｓ０２後の基板１上に転写する工程から、それ以降のＴＦＴの製造方法について説明する。

（ステップＳ２１）転写
図９に示すように、基板１上に予め形成されたゲート線２上に、接着用樹脂４を介して、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を転写する。これらの転写は、ゲート線２上に所定の位置に位置合せしてから転写型５を押圧して行う。接着用樹脂４に押圧された平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８は、ゲート絶縁膜８が接着用樹脂４に粘着し、基板１から転写型５を離して行う離型の際に、転写型５と平坦化膜６との界面で剥離することで転写される。それにより、図１０および図１１に示すように、基板１のゲート線２上に、接着用樹脂４を介して、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８が形成される。

なお、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８の転写は、基板１全面に一括して転写してもよいし、小面積に分けて、複数回繰り返すことにより転写してもよい。この場合、例えば、複数枚の小面積の転写型５に平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を形成したものを準備し、順次、大面積の基板１上に複数回転写してもよい。また、小面積の転写型５に平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を形成して大面積の基板１上に転写し、再度、転写型５に平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を形成して基板１上に転写し、これを複数回繰り返してもよい。それにより、小面積の転写型５でも大面積の基板１上に２次元マトリックス状にアレイ化して形成することができる。そのため、基板１全面に一括して転写する方法のように、大面積の転写型５や、大面積の転写型５が収容できる真空蒸着装置を必要としない利点がある。

（ステップＳ２２）接着用樹脂の硬化
基板１上に平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を転写した後、接着用樹脂４を硬化させる。接着用樹脂４の硬化は、加熱して、または紫外線を照射して行う。なお、接着用樹脂４の硬化は、半導体膜７とゲート絶縁膜８の転写中、すなわち、半導体膜７とゲート絶縁膜８を未硬化の接着用樹脂４に押圧している途中で行ってもよい。また、半導体膜７とゲート絶縁膜８を未硬化の接着用樹脂４に押圧して所定の高さに保持した状態で行ってもよい。

（ステップＳ２３）絶縁膜の形成
図１２に示すように、接着用樹脂４の硬化の後、平坦化膜６上以外の接着用樹脂上４に絶縁膜９を形成する。絶縁膜９の形成はインクジェット法で行うのが好ましい。これにより、グランド線３上に絶縁体を形成するとともに、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８の転写で生じた基板１上の段差を解消する。

（ステップＳ２４）水素イオンのドープ処理
図１３に示すように、基板１上の半導体膜６に水素イオン（Ｈ^＋）をドープする処理を行う。この処理で、ＴＦＴのゲートがＯＮ状態のときのソース・ドレイン間の接続抵抗を低下させることができる。

水素イオンをドープする処理は、Ａｒガス等の不活性ガスとＨ_２（水素）ガスを供給してプラズマ処理して行われる。ＡｒガスとＨ_２ガスに電磁波を印加して励起させることによりプラズマ状態になり、Ａｒイオンと水素イオンが生成される。Ａｒイオンは、基板１表面に衝突して半導体膜７上に形成されたソース・ドレイン部分の領域の平坦化膜６を除去する。このとき、ゲート線２上方の、ゲートチャネルが形成される領域にあたる半導体膜７に形成された平坦化膜６もＡｒイオンの衝突により削られるが、平坦化膜６は完全に除去されないような厚みを有している。なお、平坦化膜６が除去された半導体膜７上に有機物等の汚れが付着している場合には、その汚れも除去することができる。一方、水素イオンは、Ａｒイオンにより平坦化膜６が除去された半導体膜７内に、ドナーとしてドープされる。これにより、酸化物半導体である半導体膜７の抵抗率を低下させることができる。なお、この処理は、ＡｒガスとＨ_２ガスは同時に供給してプラズマ状態にして処理してもよいし、Ａｒガスを供給してプラズマ状態にして所定時間処理した後に、Ｈ_２ガスを供給してプラズマ状態にして処理してもよい。これにより、効果的な処理を行うことができる。

また、水素イオンをドープする処理は、次のような方法で行ってもよい。すなわち、水素イオンをドープする処理は、水蒸気を供給して低水銀ランプ等で紫外線を照射して行われる。紫外線を照射すると、水蒸気中の水分子、または大気中のＯ_２（酸素）、ＣＯ_２（二酸化炭素）等が、紫外線のエネルギーを吸収して励起して、Ｏ_３（オゾン）や原子状酸素等のラジカル、および水素イオンを生成させる。酸素ラジカルは、ソース・ドレイン部分の領域の半導体膜７上に形成された平坦化膜６と反応して、これを除去する。このとき、上述したように、ゲート線２上方の、ゲートチャネルが形成される領域にあたる半導体膜７に形成された平坦化膜６も反応して除去されるが、平坦化膜６は完全に除去されないような厚みを有している。なお、平坦化膜６が除去された半導体膜７上に有機物等の汚れが付着している場合には、その汚れも除去することができる。一方、水素イオンは、Ａｒイオンにより平坦化膜６が除去されて露出した半導体膜７内に、ドナーとしてドープされる。そのため、酸化物半導体である半導体膜７の抵抗率を低下させることができる。なお、水蒸気の他に、Ｈ_２ガスを供給して行ってもよい。この場合、紫外線の照射により、Ｈ_２、または大気中の大気中のＯ_２、ＣＯ_２等から、酸素ラジカルと水素イオンが生成される。また、処理の開始時から水蒸気やＨ_２ガスを供給し、紫外線を照射してラジカルとイオンの状態にして処理してもよい。また、紫外線を所定時間照射した後に、水蒸気およびＨ_２ガスのいずれか一方を供給して紫外線を照射する処理を行ってもよい。これにより、効果的な処理を行うことができる。なお、水蒸気と水素を両方供給してもよい。

なお、図１３において、ゲートチャネルが形成される領域にあたる半導体膜７は、半導体膜７上に形成された平坦化膜６によりマスクされる。これにより、ソース・ドレイン部分の領域を選択して、上述の水素イオンをドープする処理が行われる。この処理がされていない部分（ゲートチャネルが形成される領域に相当する）を未処理部分７ａとして示し、この処理がされて低抵抗化した部分を処理部分７ｂとして示す。なお、未処理部分７ａと処理部分７ｂを特に区別しないで説明するときは、半導体膜７として説明する。

なお、水素イオンをドープする処理は、大気圧で行うことが好ましい。これにより、大きな真空チャンバーを備える必要がなくなり、装置の設置スペースを抑える等の利点がある。

（ステップＳ２５）データ線・容量電極の形成
図１４および図１５に示すように、水素イオンをドープする処理がされた半導体膜７上に、ゲート線２を挟んで、データ線１０と容量電極１１を形成する。また、容量電極１１は、接着用樹脂４と絶縁膜９を挟んでグランド線３と対向するように形成する。データ線１０と容量電極１１の形成は、インクジェット法で行われることが好ましい。

なお、半導体膜７に対向する部分のゲート線２と、半導体膜７に接続する部分のデータ線１０と、半導体膜７に接続する部分の容量電極１１と、半導体膜７と、ゲート絶縁膜８と、を備えたＴＦＴ１２を構成する。また、容量電極１１と、グランド線３と、容量電極１１とグランド線３との間に介在する接着用樹脂４および絶縁膜９と、を備えたコンデンサ１３を構成する。これにより、基板１、ゲート線２、グランド線３、接着用樹脂４、平坦化膜６、半導体膜７、ゲート絶縁膜８、絶縁膜９、データ線１０、容量電極１１、ＴＦＴ１２およびコンデンサ１３を備えたアクティブマトリックス基板１４を構成する。

なお、データ線１０と容量電極１１の形成後、ゲート線２直上の平坦化膜６は、除去してもよいし、除去せずにそのまま封止用のキャップとしてもよい。

（ステップＳ２６）絶縁膜の形成
図１６に示すように、データ線１０、容量電極１１、平坦化膜６、および絶縁膜９上に絶縁膜１５を形成する。この後に形成する画素電極と接続するため、容量電極１１上の中央部を除き、容量電極１１上の外周部まで絶縁膜１５を形成する。絶縁膜１５はＴＦＴ１２のパッシべーション膜としても機能する。

（ステップＳ２７）画素電極の形成
図１６に示すように、容量電極１１および絶縁膜１５上に画素電極１６を形成する。これにより、画素電極１６は、容量電極１１と電気的に接続される。

（ステップＳ２８）絶縁膜の形成
図１６に示すように、画素電極１６および絶縁膜１５上に絶縁膜１７を形成する。この後に形成するＸ線変換層によって生成されたキャリアを画素電極１６に収集するため、Ｘ線変換層と直接、電気的に接触させる画素電極１６の中央部には、絶縁膜１７を形成せずに、画素電極１６の外周部まで絶縁膜１７を形成する。

なお、絶縁膜１５，１７の形成方法は、インクジェット法が好ましい。また、このほかにも、凸版印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等により形成してもよい。

（ステップＳ２９）Ｘ線変換層の形成
図１７に示すように、画素電極１６および絶縁膜１７上にＸ線変換層１８を形成する。本実施例の場合、受光素子であるＸ線変換層１８としてアモルファスセレン（ａ‐Ｓｅ）を積層するので、真空蒸着法等を用いる。Ｘ線変換層１８にどのような半導体を用いるかで形成方法を変えてもよい。

（ステップＳ３０）電圧印加電極の形成
図１７に示すように、Ｘ線変換層１８上に電圧印加電極１９を形成する。この後、図１８に示すように、ゲート駆動回路２０、電荷‐電圧変換器群２１、マルチプレクサ２２等の周辺回路を接続することでＦＰＤ２３の一連の製造を終了する。

＜フラットパネル型Ｘ線検出器＞
以上のようにして製造されたＦＰＤ２３は、図１７および図１８に示すように、Ｘ線が入射されるＸ線検出部ＳＣには、ＸＹ方向に２次元マトリックス状にＸ線検出素子ＤＵが配列されている。Ｘ線検出素子ＤＵは、入射されたＸ線に感応して電荷信号を画素ごとに出力するものである。なお、説明の都合上、図１８では、Ｘ線検出素子ＤＵが３×３画素分の２次元状マトリックス構成としているが、実際のＸ線検出部ＳＣにはＸ線検出素子ＤＵが、例えば、４０９６×４０９６画素分程度に、ＦＰＤ２３の画素数に合わせたマトリックス構成としている。なお、Ｘ線検出素子ＤＵは本発明における光に関する素子に相当する。

また、Ｘ線検出素子ＤＵは、図１７に示されるように、バイアス電圧が印加される電圧印加電極１９の下層に、Ｘ線の入射によりキャリア（電子・正孔対）を生成するＸ線変換層１８が形成されている。そして、Ｘ線変換層１８の下層には、画素ごとにキャリアを収集する画素電極１６が形成され、さらに、画素電極１６に収集されたキャリアにより発生した電荷を蓄積するコンデンサ１３と、コンデンサ１３と電気的に接続されたＴＦＴ１２と、ＴＦＴ１２へスイッチ作用の信号を送るゲート線２と、ＴＦＴ１２を通してコンデンサ１３に蓄積された電荷をＸ線検出信号として読み出すデータ線１０と、それらを支持する基板１とを備えるアクティブマトリックス基板１４が形成されている。このアクティブマトリックス基板１４によりＸ線変換層１８にて生成したキャリアからＸ線検出信号を画素ごとに読み出すことができる。このように、各Ｘ線検出素子ＤＵには、Ｘ線変換層１８と、画素電極１６と、コンデンサ１３と、ＴＦＴ１２とが備えられている。

Ｘ線変換層１８は、Ｘ線感応型半導体からなり、例えば、非晶質のアモルファスセレン（ａ‐Ｓｅ）膜で形成されている。また、Ｘ線変換層１８にＸ線が入射すると、このＸ線のエネルギーに比例した所定の個数のキャリアが直接生成される構成（直接変換型）となっている。このａ‐Ｓｅ膜は特に検出エリアの大面積化を容易にすることができる。Ｘ線変換層１８として、上記以外にも他の半導体膜、例えば、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）等の多結晶半導体膜でもよい。

このように、本実施例１のＦＰＤ２３は、Ｘ線検出画素である検出素子ＤＵがＸ，Ｙ方向に沿って多数配列された２次元アレイ構成のフラットパネル型Ｘ線センサとなっているので、検出素子ＤＵごとに局所的なＸ線検出を行うことができ、Ｘ線強度の２次元分布測定が可能となる。

本実施例１のＦＰＤ２３によるＸ線検出動作は以下の通りである。
すなわち、被検体にＸ線を照射してＸ線撮像を行う場合には、被検体を透過した放射線像がａ‐Ｓｅ膜上に投影されて、像の濃淡に比例したキャリアがａ‐Ｓｅ膜内に発生する。発生したキャリアは、バイアス電圧が生じる電界により画素電極１６に収集され、キャリアの生成した数に相応して電荷がコンデンサ１３に誘起されて所定時間蓄積される。その後、ゲート駆動回路２０からゲート線２を介して送られるゲート電圧により、ＴＦＴ１２は、スイッチング作用をして、コンデンサ１３に蓄積された電荷が、ＴＦＴ１２を経由し、データ線１０を介して電荷‐電圧変換器群２１で電圧信号に変換され、マルチプレクサ２２によりＸ線検出信号として順に外部に読み出される。

上述したＦＰＤ２３におけるデータ線１０、ゲート線２、グランド線３、画素電極１６、容量電極１１および電圧印加電極１９を形成する導電体は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属をペースト状にした金属インクで形成したものでもよいし、ＩＴＯインクや、ポリスチレンスルホン酸をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などに代表される光電導性の有機物インクを印刷することで形成してもよい。また、ＩＴＯとＡｕ薄膜などの構成でもよい。

以上のような各工程を備えた光マトリックスデバイスの製造方法によれば、深さの異なる２種類の段差パターンを有する転写型５に、転写型の、物質を形成させる転写面に設けられた段差を埋めて転写面を平坦化するように平坦化膜を形成する。そのため、平坦化膜を形成した後に転写型に形成する半導体膜７およびゲート絶縁膜８に段差をつけることなく、転写型の転写面に設けられた段差により、マスクとして機能する所定パターンの平坦化膜を半導体膜に接して形成することができる。これにより、フォトリソグラフィ法を使用しないで、半導体膜上にマスクとして機能する平坦化膜パターンを形成することができるので、製造工程が簡単であり低コスト化を可能にすることができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。図１９は、実施例２に係るステップＳ１１′（平坦化膜の形成）〜Ｓ１３′（ゲート絶縁膜の形成）の説明に供する縦断面図であり、図２０および図２１は、実施例２に係るステップＳ２１′（転写）の説明に供する縦断面図である。

実施例１では、凸版印刷のように、転写型５の凸部の転写面に形成された物質を基板１側に転写していたが、凹版印刷のように、転写型の凹部の転写面に形成された物質を基板側に転写してもよい。以下に説明する。なお、上述した実施例１と重複する部分の説明は省略する。

実施例２のＦＰＤの製造方法は、実施例１のステップＳ０１、Ｓ０２、そして、ステップＳ２２〜Ｓ３０のステップが同じであり、ステップＳ１１〜Ｓ１３、およびステップＳ２１が異なる。ステップＳ１１〜Ｓ１３、およびステップＳ２１の代わりにそれぞれ、以下のステップＳ１１′〜Ｓ１３′、およびステップＳ２１′が実施される。

先ず、使用する転写型について説明する。図１９に示すように、転写型３０は、深さの異なる２種類の段差（凹凸）を有している。基板１上に２次元マトリックス状に配置されるＴＦＴが形成される位置に転写物質を転写するように、転写型３０は、例えば、物質を形成して転写させる転写面が、転写型３０の凹部分の表面にある第１凹部３０ａと、第１凹部３０ａの転写面（内側の表面）にさらに設けられた第２凹部３０ｂと、を有する構成となっている。

（ステップＳ１１′）平坦化膜の形成
図１９に示すように、転写型３０上に平坦化膜６を形成する。本実施例では、平坦化膜６は、転写型３０の第１凹部３０ａの転写面に設けられた第２凹部３０ｂを平坦化膜６の材料で埋めるとともに、第２凹部３０ｂを含み第１凹部３０ａの転写面上まで平坦化膜を積層して、その表面が平坦化するように形成される。平坦化膜６の形成は、インクジェット法、ディスペンサ法等で行われる。

（ステップＳ１２′）半導体膜の形成
平坦化膜６が形成された転写型３０の平坦化膜６上に半導体膜７を形成する。半導体膜７の形成は、インクジェット法により転写型３０の第１凹部３０ａ内に形成された平坦化膜６上に選択的に形成される。

（ステップＳ１３′）ゲート絶縁膜の形成
半導体膜７が形成された転写型３０の半導体膜７上にゲート絶縁膜８を形成する。ゲート絶縁膜８の形成は、上述した半導体膜７の形成方法と同様に、インクジェット法により転写型３０の第１凹部３０ａ内に形成された半導体膜７上に選択的に形成される。

（ステップＳ２１′）転写
図２０および図２１に示すように、基板１上に予め形成されたゲート線２上に、接着用樹脂４を介して、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８を転写する。これらの転写は、ゲート線２上に所定の位置に位置合せしてから転写型３０を押圧して行う。接着用樹脂４に押圧された平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８は、ゲート絶縁膜８が接着用樹脂４に粘着し、基板１から転写型３０を離して行う離型の際に、転写型３０の第１凹部３０ａおよび第２凹部３０ｂから剥離することで転写される。なお、転写型３０を、曲面に第１凹部３０ａおよび第２凹部３０ｂが形成された円筒状のものを採用して、ロール・ツー・ロール法で、平坦化膜６、半導体膜７、およびゲート絶縁膜８をそれぞれ形成し、基板１上に所定の位置に押圧して転写してもよい。これにより、生産性を向上させることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、転写型５，３０転写面上まで平坦化膜６を形成していたが、転写面に設けられた段差である凹部５ｂ，３０ｂを埋めることのみで平坦化することができるときは、転写面上まで積層して平坦化膜を形成しなくともよい。

（２）上述した各実施例では、転写型５，３０の転写面に設けられた段差である凹部５ｂ，３０ｂは、断面形状が矩形であるが、これに限られない。断面形状が例えば、矩形の角を面取りした形状もの、矩形の角を丸めた形状のもの、矩形の対向する２辺にテーパーがついている形状のもの（例えば、台形状）、半円状のもの、半楕円状のもの、多段状のものであってもよい。

（３）上述した各実施例では、転写型５，３０の転写面に設けられた段差は１つであったが、これに限られない。２つ以上の段差を有していてもよいし、２つ以上の異なる深さの段差を有していてもよい。

（４）上述した各実施例では、Ｘ線変換層１８はＸ線によりキャリアを生成するものであったが、これに限られない。γ線等の放射線に感応する放射線変換層や光に感応する光変換層を用いてもよい。また、光変換層の代わりにフォトダイオードを用いてもよい。こうすれば、同じ構造でありながら放射線検出器や光検出器を製造することができる。

（５）上述した各実施例では、光マトリックスデバイスの一例に、受光素子で構成されたデバイスとしてフラットパネル型Ｘ線検出器の製造方法を説明したが、これに限られない。表示素子で構成されるデバイスとして、例えば、液晶ディスプレイ、カラー液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの製造方法に適用してもよい。

（６）上述した各実施例では、転写型５，３０に平坦化膜６をそのまま形成したが、転写型５，３０からの離型性が良好でない場合は、剥離層を設けてもよい。剥離層としては、フッ素プラズマ処理を施して形成されるものであってもよいし、例えば８０度程度に加熱すると粘着性が低下する樹脂や、紫外線が照射されると粘着性が低下する樹脂であってもよいし、また、フッ素系やシリコーン系の剥離剤を塗布するものであってもよい。

１ …基板
２ …ゲート線
３ …グランド線
４ …接着用樹脂
５ …転写型
５ａ …凸部
５ｂ …凹部
６ …平坦化膜
７ …半導体膜
７ａ …未処理部分
７ｂ，７ｃ …処理部分
８ …ゲート絶縁膜
９ …絶縁膜
１０ …データ線
１１ …容量電極
１２ …薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
１３ …コンデンサ
１４ …アクティブマトリックス基板
２３ …フラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）
３０ …転写型
３０ａ…第１凹部
３０ｂ…第２凹部

Claims (8)

1. 薄膜トランジスタを備えた光に関する素子を基板上に２次元マトリックス状に配列して構成された光マトリックスデバイスの製造方法であって、
   少なくとも深さの異なる２種類の段差パターンを有する転写型に、前記転写型の、所定の物質を形成させる転写面上に設けられた段差を平坦化させるための平坦化膜を形成する平坦化膜形成ステップと、
   前記平坦化膜が形成された転写型に半導体膜を形成する半導体膜形成ステップと、
   前記半導体膜が形成された前記転写型にゲート絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
   基板上に予め形成されたゲート線上に、接着用樹脂を介して、前記平坦化膜、前記半導体膜、および前記ゲート絶縁膜を転写する転写ステップと、
   を備えていることを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記平坦化膜形成ステップは、前記転写型に、前記転写面上まで積層して平坦化膜を形成することを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記転写ステップの後に、不活性ガスと水素を供給してプラズマ処理するプラズマ処理ステップを備えていることを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
4. 請求項３に記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記プラズマ処理ステップは、前記不活性ガスを供給してプラズマ処理した後に、前記水素ガスを供給してプラズマ処理することを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
5. 請求項１または２に記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記転写ステップの後に、水蒸気および水素の少なくともいずれか一方を供給して紫外線を照射する処理を行う紫外線処理ステップを備えていることを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
6. 請求項５に記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記紫外線処理ステップは、紫外線を所定時間照射した後に、水蒸気および水素の少なくともいずれか一方を供給して紫外線を照射する処理を行うことを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記光マトリックスデバイスは、放射線検出器であることを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の光マトリックスデバイスの製造方法において、
   前記光マトリックスデバイスは、画像表示装置であることを特徴とする光マトリックスデバイスの製造方法。

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