JP6727414B2 - 薄膜トランジスタ基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜トランジスタ基板及びその製造方法に関する。

従来の一般的な薄型パネルの１つである液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）は、低消費電力や小型軽量といったメリットを活かして、パーソナルコンピュータや携帯情報端末機器のモニタなどに広く用いられている。近年では、液晶表示装置は、ＴＶ用途としても広く用いられている。

また、液晶表示装置で問題となる視野角やコントラストの制限、あるいは動画対応の高速応答への追従が困難であるといった問題を解決するため、ＥＬ（Electro-Luminescence）素子のような発光体を画素に用いた電界発光型ＥＬ表示装置も次世代の薄型パネル用デバイスとして用いられるようになってきている。なお、ＥＬ素子は、自発光型で広視野角、高コントラスト及び高速応答等の液晶表示装置にはない特徴を有する。

これらの表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）には、チャネル層（活性層）として半導体層を用いたＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）構造が多用される。ＭＯＳ構造の薄膜トランジスタには、逆スタガ型（ボトムゲート型）やトップゲート型といった種類がある。また、チャネル層には、非晶質Ｓｉ膜や多結晶Ｓｉ膜が用いられる。例えば、小型の表示パネルでは、表示領域の開口率の向上、解像度の向上、及び、ゲートドライバなどの周辺駆動回路を薄膜トランジスタによって構成する必要性などの観点から、多結晶Ｓｉ膜を使用することが多い。しかし、最近では、アモルファスシリコンよりも高移動度であり、かつ低温成膜が可能なＩｎＧａＺｎＯ系の酸化物半導体層が薄膜トランジスタのチャネル層に使用されるようになってきている。当該酸化物半導体層は、スパッタリング法で成膜することが可能である。

表示装置に用いられる薄膜トランジスタは、ガラス基板などの透明基板上に配設され、バックライトからの光照射を常に受けた状態で使用される。バックライトには一般的に白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられており、白色ＬＥＤの発光スペクトルは波長４５０ｎｍ付近で強いピークを有する。

一方、ＩｎＧａＺｎＯ系の酸化物半導体層のエネルギーバンドギャップは、例えば３．１ｅＶ程度であり、可視光に対しては透明である。しかし、エネルギーバンド内には、波長４５０ｎｍ付近の光によって励起されることによってキャリアを生成する準位が存在する。生成されたキャリアは、薄膜トランジスタの特性バラツキや特性変動を引き起こす原因となる。

そこで、上記のような光照射の影響、つまり薄膜トランジスタの特性バラツキや特性変動を抑制するために、半導体層への光入射を抑制するための様々な工夫がなされている。例えば特許文献１の技術では、活性層の上に酸化物半導体からなる遮光層が配設されている。

特開２０１２−２２２１７６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では上述のように活性層の上に遮光層が配設されているが、ゲート電極同士の隙間から活性層に直接入射する光は遮光できない。また、ＴＦＴ内の各層の界面で反射して活性層に横側から入射する光などもあることから、遮光性能が不十分であるという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、有害な波長の光が活性層に到達することを抑制可能な技術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は、基板と、前記基板上に配設されたゲート電極と、前記基板上に前記ゲート電極と離間して配設された、酸化物半導体を含む吸収層と、前記ゲート電極及び前記吸収層上に配設されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配設され、前記ゲート電極と平面視で重ねられた、酸化物半導体を含む活性層と、前記活性層にそれぞれ接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記活性層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に配設された保護絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜または前記ゲート絶縁膜及び前記保護絶縁膜を含む絶縁膜上で、かつ前記吸収層上方に配設され、前記ドレイン電極に接続された画素電極とを備える。

本発明によれば、基板上にゲート電極と離間して配設された、酸化物半導体を含む吸収層を備える。これにより、活性層に有害な光を吸収層で効果的に吸収することができるので、当該光が活性層に到達することを抑制することができる。

本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１〜３に係る薄膜トランジスタ基板の全体構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態１〜３に係る薄膜トランジスタ基板を備える液晶表示装置の別構成の一例を示す平面図である。 実施の形態１に係る薄膜トランジスタ基板を備える液晶表示装置の構成の一例を示す平面図である。 バックライトのスペクトルの一例を示す平面図である。 実施の形態１に係る薄膜トランジスタ基板の構成の一例を示す断面図である。 実施の形態１に係る吸収層の構成の一例を示す平面図である。 ＩｎＧａＺｎＯ膜の反射率特性の一例を示す平面図である。 実施の形態１に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る薄膜トランジスタ基板の構成の一例を示す断面図である。 実施の形態３に係る薄膜トランジスタ基板の構成の一例を示す断面図である。

以下に説明する本発明の実施の形態１〜３に係る半導体装置内に配設される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、スイッチングデバイスとして用いられる。なお、ＴＦＴは、例えば液晶表示装置及び電界発光型ＥＬ表示装置等の平面型表示装置（フラットパネルディスプレイ）に設けられる、画素用、駆動回路用のスイッチングデバイスなどに適用することができる。

図１は、薄膜トランジスタ基板であるＴＦＴ基板１００の全体構成を模式的に示す平面図である。同図１に示すように、ＴＦＴ基板１００では、画素ＴＦＴ３０を含む画素（領域）がマトリクス状に配列されてなる表示領域２４と、表示領域２４を囲むように表示領域２４の周辺に配設された額縁領域２３とが規定されている。

表示領域２４には、複数のソース配線１２と複数のゲート配線１３とが互いに直交するように交差して配設され、ソース配線１２とゲート配線１３との各交差部に対応して画素ＴＦＴ３０及び画素電極を含む画素領域が配設されている。

ゲート配線１３に駆動電圧を与える走査信号駆動回路２５と、ソース配線１２に駆動電圧を与える表示信号駆動回路２６とが額縁領域２３に配設されている。なお図１では、ゲート配線１３と走査信号駆動回路２５との間の接続、及び、ソース配線１２と表示信号駆動回路２６との間の一部の接続については、詳細な図示を省略している。

走査信号駆動回路２５により選択的に１本のゲート配線１３に電流が流れ、表示信号駆動回路２６により選択的に１本のソース配線１２に電流が流れた時に、それらの配線の交点に存在する画素の画素ＴＦＴ３０がオン状態となり、当該画素ＴＦＴ３０に接続された画素電極に電荷が蓄積される。

以下で説明する実施の形態１及び２では、遮光層である吸収層１が、画素電極７との間に電界を形成する共通電極として用いられ、吸収層１には遮光層接続配線１４が接続される。一方、後述する実施の形態３では、遮光層である吸収層１が、画素電極７における電荷の蓄積の保持を補助する保持容量電極として用いられる。

吸収層１と、吸収層１に電圧を印加するための取り出し電極の接続には、次のような方法が考えられる。一つは、額縁領域２３などに規定された端子部において、吸収層１上のコンタクトホールを通じて電気的に接続された図示しない取り出し電極を形成し、当該取り出し電極と吸収層１とを接続する方法である。

もう一つは、図１に図示した遮光層接続配線１４を用いる方法である。遮光層接続配線１４と吸収層１とが接続された構成の一例を図２に示す。吸収層接続配線１４は、ゲート電極３と同一材料でゲート電極３と同層に配設される。また、遮光層接続配線１４は、ゲート配線１３と同一方向に延伸した形状を有し、かつ、吸収層１の一部の領域と重なり接するように配設される。両者が重なる領域では吸収層１が上層に配置され、吸収層１と遮光層接続配線１４とは互いに電気的に接続される。また、額縁領域２３などに規定された端子部において、遮光層接続配線１４上のコンタクトホールを通じて電気的に接続された図示しない取り出し電極を形成し、当該取り出し電極と遮光層接続配線１４とを接続する。

このようにすることで、吸収層１の抵抗が比較的高い場合に、低抵抗で電圧降下の小さい遮光層接続配線１４から吸収層１へ電圧が印加される。このため、吸収層１の基板面内の電圧ばらつきを低減でき、その結果、基板内の液晶表示の色ムラを低減できる。

また、他に、このような液晶表示の色ムラ対策として、吸収層１の一部の領域を低抵抗にすることも効果的である。例えば、ゲート配線１３と同一延伸方向の吸収層１の一部に低抵抗領域を形成する。低抵抗領域の形成する方法として、吸収層１のうち低抵抗にしたい領域に水素を多く注入し、吸収層１の中で他の領域に比べ水素濃度を高めた領域を形成する。

このようにすることで吸収層１の一部の領域に低抵抗領域が形成され、これが遮光層接続配線１４と同様の役割を担うことができる。このため、遮光層接続配線１４を画素領域内に張り巡らす必要がなくなり、遮光層接続配線１４の画素領域内を占める面積を減らすことができる。その結果、遮光層接続配線１４によりバックライト光が遮られることがなくなるので、開口率を上げることができ、表示性能を向上させることができる。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタひいては薄膜トランジスタ基板の構成について説明する。なお、以下では、バックチャネルエッチング構造と呼ばれる一般的なＴＦＴ構造に適用する場合を一例として説明する。

図３は、本実施の形態１に係る薄膜トランジスタ基板を有する液晶表示装置の構成の一例を示す平面図であり、液晶表示装置におけるＴＦＴアレイ基板の画素部を例示したものである。なお、ＴＦＴアレイ基板は、図１のＴＦＴ基板１００に相当する基板であり、以下の説明では「アレイ基板」と記すこともある。

液晶表示装置は、一般に、アレイ基板と対向基板との間に液晶層が挟まれた構造を有する液晶パネル（図示せず）と、この液晶パネルに接続される駆動用プリント基板（図示せず）と、バックライトユニット（図示せず）とを備える。アレイ基板の基板上にはマトリクス状にゲート配線１３（図１）及びソース配線１２（図１）が配設され、図３に示すように、ゲート配線１３の一部であるゲート電極３と、ソース配線１２の一部であるソース電極４との交差部には薄膜トランジスタである画素ＴＦＴ３０が配設されている。

バックライトは、アレイ基板の面のうち対向基板と逆側の面、つまりアレイ基板の下面に配設される。液晶表示装置に用いられる白色のバックライトは、図４に示される一例のように示すスペクトルを持っている。図４のスペクトルは波長４５０〜４６０ｎｍ付近にピークを持つ。

図３に戻って、ゲート電極３の脇に吸収層１が設けられ、ゲート電極３上に薄膜トランジスタの活性層５が設けられ、活性層５上にソース電極４とドレイン電極６とが互いに離間して配設されている。ドレイン電極６は、図３には図示されていないコンタクトホールを介して、透明電極である画素電極７に接続されている。画素電極７は、櫛歯状またはスリット状の形状を有していればよく、図３には、画素電極７が櫛歯状の形状を有している例が示されている。

図５は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、本実施の形態１に係るアレイ基板の構成の一例を示す断面図である。アレイ基板は、吸収層１と、ゲート絶縁膜２と、ゲート電極３と、ソース電極４と、活性層５と、ドレイン電極６と、画素電極７と、保護絶縁膜８と、基板１１とを備える。

ゲート電極３は、基板１１上に配設されている。基板１１は、ガラス基板や石英基板等の光透過性を有する絶縁性の基板である。また、ゲート電極３は、アルミニウム等の金属材料を含む。なお、ゲート電極３は、上下面あるいはいずれか一方側の面に別組成の材料を含む多層構造であってもよい。

吸収層１は、基板１１上にゲート電極３と離間して配設されている。この吸収層１は、酸化物半導体を含んでいる。

ゲート電極３及び吸収層１を被覆するように、ゲート電極３及び吸収層１上にゲート絶縁膜２が配設されている。ゲート絶縁膜２は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、アルミナ膜等の絶縁性の材料のいずれか１つを含む単層、または、これらの複数を含む多層構造で構成されている。

活性層５は、ゲート絶縁膜２上に配設され、ゲート電極３と平面視で重ねられている。この活性層５は、酸化物半導体を含んでいる。

ソース電極４は、活性層５の一端側部分の上部上及び側部上に配設され、活性層５の一端側部分に接続されている。ドレイン電極６は、活性層５の他端側部分の上部上及び側部上に配設され、活性層５の他端側部分に接続されている。そして、ソース電極４及びドレイン電極６は互いに離間している。ソース電極４及びドレイン電極６は、モリブデン、チタン、アルミニウム等の金属、またはそれらの金属の積層膜を含む。

ソース電極４、活性層５及びドレイン電極６上に保護絶縁膜８が配設されている。本実施の形態１では、保護絶縁膜８は、ソース電極４及び活性層５を被覆し、ドレイン電極６の一部上に設けられたコンタクトホール９を除いてドレイン電極６を被覆する。保護絶縁膜８は、外部から侵入する水分等を抑制するために配設され、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、アルミナ等を含む。

絶縁膜上に、コンタクトホール９を通じてドレイン電極６と接続された画素電極７が配設される。本実施の形態１では、当該絶縁膜は、ゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８を含む。

ここで、従来の構成では、バックライトからの光のうち、ゲート電極同士の間の隙間を通って各層の界面で反射されるなどした光が活性層５に入射されていた。これに対して、本実施の形態１に係るアレイ基板によれば、ゲート電極３同士の間の、光が入射される入口に吸収層１が配設されており、薄膜トランジスタに有害な光を吸収層１で効果的に吸収することができるので、薄膜トランジスタの特性の変動を抑制できる。また、画素電極７が吸収層１上方に配設され、画素電極７及び吸収層１が互いにゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８によって絶縁されている。このため、吸収層１に電圧を印加することによって画素電極７に電界を及ぼすことができる。

また本実施の形態１では、画素電極７が櫛歯状またはスリット状の形状を有するので、吸収層１をコモン（共通）電極として用いることができる。すなわち、吸収層１及び画素電極７のそれぞれに電圧を印加することで、画素電極７の上方にも電界を形成することができる。この電界によって、画素電極７の上層に位置する液晶層の配向を制御することができ、液晶表示のＯＮ及びＯＦＦなどの制御を行うことができる。さらに、吸収層１をコモン電極としても利用することによって、吸収層１及びコモン電極を形成するためのマスクを低減することができる。その結果、製造工程全体で用いるマスク数の増加を抑制することができるので、コストの増加を抑制することができる。

なお、画素電極７は必ずしも櫛歯状またはスリット状の形状を有する必要はない。例えば、後述する実施の形態３で説明するように、櫛歯状などが設けられていない形状を有するように画素電極７が構成されている場合には、吸収層１は画素電極７の電荷保持するための電極として利用できる。この場合、ＴＦＴのオフ時のリークが低減するため、ＴＦＴの特性を向上できる。

なお、図３で示すように、吸収層１は、ゲート電極３を取り囲むように配設され、図５に示すように、これら吸収層１とゲート電極３との間にはゲート絶縁膜２が配設されている。このような構成において、ゲート電極３と吸収層１との間の距離を小さくすれば、活性層５への光入射の抑制を高めることができる。ウェットエッチングの場合、ゲート電極３と吸収層１との間の距離は例えば約３μｍ程度となるが、この距離は、プロセスの加工精度に依存する。例えばドライエッチング技術を用いた微細加工が可能である場合は、ゲート電極３と吸収層１との間の距離を、ウェットエッチングで形成した場合の同距離よりも小さくすることができる。

ただし、活性層５への光入射の抑制よりも、表示の光強度を確保することを優先する場合には、吸収層１の面積を比較的小さくことによって、ゲート電極３との間の距離を比較的大きくしてもよい。特に青色表示の画素領域においては、吸収層１の面積を比較的小さくすることによって光強度を確保することが好ましい。

また、図６に示すように部分的に吸収層１に穴１ａが設けられてもよい。穴１ａの形状は、正方形、長方形、円、楕円、多角形等のいずれでもよく、液晶表示装置の形に合わせて形状を決めればよい。このような構成によれば、光強度を確保することができる。

ところで本実施の形態１では、吸収層１の酸化物半導体は、活性層５の酸化物半導体と同じ金属元素を含んでいる。そして、吸収層１の金属元素の金属における組成比は、活性層５の金属元素の金属における組成比と同じとなっている。吸収層１及び活性層５の酸化物半導体としては、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの元素を少なくとも１つ含む酸化物半導体、例えばＩｎＧａＺｎＯ系酸化物半導体を用いればよい。ただしこれに限ったものではなく、吸収層１及び活性層５には、例えばＳｎ、Ａｌ、Ｂが含まれてもよい。

このような構成によれば、バンドキャップ内の同種の欠陥準位が同じエネルギー位置に形成される。これにより、バックライトからの光のうち活性層５に吸収される有害な光を、吸収層１で事前に選択的に吸収することができるので、薄膜トランジスタの特性の変動を抑制できる。また、薄膜トランジスタの特性変動に影響を与えない光は透過され、光強度を確保できるので、表示性能の低下を抑制することができる。

図７は、Ａｌ膜上に配設されたＩｎＧａＺｎＯ膜の反射率特性の一例を示す図である。図の点線は、Ａｌ膜の反射率特性を示し、一点鎖線は、ＩｎＧａＺｎＯ膜の反射率特性を示し、二点鎖線は、Ｈの含有量が比較的多いＩｎＧａＺｎＯ膜の反射率特性を示す。以下、Ｈの含有量が比較的多いＩｎＧａＺｎＯ膜を水素含有ＩｎＧａＺｎＯ膜と記すこともある。

図７の反射率特性から、ＩｎＧａＺｎＯ膜及び水素含有ＩｎＧａＺｎＯ膜のいずれも、波長５００ｎｍ程度から短波長になるにつれて低下している。このことからＩｎＧａＺｎＯ膜の吸収率が、波長５００ｎｍ程度から短波長になるにつれて上昇することが分かる。また、波長が５００ｎｍ程度から短くなる範囲において、水素含有ＩｎＧａＺｎＯ膜は、ＩｎＧａＺｎＯ膜よりも多くの光を吸収していることが分かる。

この５００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の波長の吸収は、ＩｎＧａＺｎＯ膜のバンドギャップ内の欠陥準位が光を吸収することに起因する。このように活性層５の欠陥準位が光を吸収してしまうと、薄膜トランジスタの特性変動ひいては劣化が生じてしまう。このことに鑑みて、上述したように本実施の形態１では、吸収層１が欠陥準位の励起に寄与する光を事前に吸収することによって、活性層５の光の吸収を抑制するので、薄膜トランジスタの劣化を抑えることができる。ここで、図７の特性に鑑みて、吸収層１における水素の含有量は、活性層５における水素の含有量よりも多いことが好ましい。このような構成によれば、活性層５に有害な光を吸収層１において選択的に吸収する効果を高めることができる。

なお、吸収層１における酸素の含有量は、活性層５における酸素の含有量よりも多くてもよい。これによって吸収層１のバンドギャップを広げることができるため、吸収層１の短波長側の透過性が向上する。このため活性層５に有害な光を活性層５において吸収しにくくすることができる。

また、吸収層１の膜厚は厚くするほど、指数関数的に吸収層１での光の吸収量が増える。このため、活性層５の膜厚が例えば５０ｎｍ程度である場合には、吸収層１の膜厚は例えば１０ｎｍ〜５００ｎｍの間で、吸収を重視する場合は厚く、透過を重視する場合は薄くすればよい。

＜製造方法＞
次に、本実施の形態１に係るアレイ基板の製造方法について説明する。図８は、本実施の形態１に係るアレイ基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、本文中で記載したレジスト塗布及びパターニングを、図８中では写真製版と記載した。また本文中で記載したレジスト除去を、図８中ではレジスト剥離及び純水洗浄と記載した。

まずステップＳ１にて、基板１１を純粋洗浄する。ステップＳ２にて、基板１１上に例えばアルミニウムからなる金属膜を形成した後、ステップＳ３にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ４にて、レジストをマスクとして金属膜をウェットエッチングした後、ステップＳ５にて、レジストを除去してゲート電極３を形成する。ゲート電極３の厚みは例えば２００ｎｍ程度である。

次にステップＳ６にて、基板１１のゲート電極３が形成されていない領域上に酸化物半導体を形成した後、ステップＳ７にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ８にて、レジストをマスクとして酸化物半導体膜をウェットエッチングした後、ステップＳ９にて、レジストを除去して基板１１上にゲート電極３と離間する吸収層１を形成する。

本実施の形態１では、吸収層１となる酸化物半導体膜として、例えば、可視光に対して透明で、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎの元素を少なくとも１つ含む酸化物半導体、例えばＩｎＧａＺｎＯ系酸化物半導体を形成する。吸収層１となるＩｎＧａＺｎＯ膜の形成方法として、スパッタリング法を用いる。ターゲットには、例えばＩｎＧａＺｎＯを含み、組成比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１であるターゲットを用いる。上記スパッタリング法を、例えば、直流（ＤＣ）電力が１００Ｗ〜１０００Ｗ、基板温度が２５℃〜３００℃、圧力が０．１Ｐａ〜１．０Ｐａ、Ａｒ雰囲気中全圧に対するＯ_２の割合が１％〜２０％である状態下で行う。

なお、水分分圧、つまりＨ_２Ｏ圧力を５Ｅ−３Ｐａ〜５Ｅ−５Ｐａの間にするように制御及び調整することによって、ＩｎＧａＺｎＯ膜中のＨ濃度を１０ａｔｏｍｓ％〜０．１ａｔｏｍｓ％の間に制御できる。この際、ＩｎＧａＺｎＯ膜形成時のＨ_２Ｏ圧力の値が大きいほど、ＩｎＧａＺｎＯ膜中の水素含有量を増やすことができる。

そこで本実施の形態１では、吸収層１を、後述する活性層５の形成に用いるターゲットと金属元素の組成比が同じターゲットを用いて、スパッタリング法によって形成する。そして、吸収層１を、後述する活性層５の形成時の水分分圧よりも高い水分分圧の状態下で形成する。これにより、吸収層１における水素の含有量は、活性層５における水素の含有量よりも多くすることができる。したがって、活性層５に有害な光を吸収層１において選択的に吸収する効果を高めることができる。

また、ＩｎＧａＺｎＯ膜形成時のＡｒ圧力に対するＯ_２の割合を高いほど、ＩｎＧａＺｎＯ膜中の酸素含有量を増やすことができる。そこで本実施の形態１では、吸収層１を、後述する活性層５の形成時の酸素分圧よりも高い酸素分圧の状態下で形成する。これにより、吸収層１における酸素の含有量は、活性層５における酸素の含有量よりも多くすることができる。したがって、吸収層１のバンドギャップを広げることができ、吸収層１の短波長側の透過性が向上するため、活性層５に有害な光を活性層５において吸収しにくくすることができる。

次にステップＳ１０にて、ゲート電極３及び吸収層１を被覆するようにゲート絶縁膜２を形成する。ゲート絶縁膜２はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法やスパッタリング法を用いてシリコン窒化膜やシリコン酸化膜、アルミナ膜、またはそれらの積層膜として形成する。ゲート絶縁膜２のトータルの膜厚は例えば２００〜６００ｎｍ程度である。

次に、ゲート絶縁膜２上にスパッタリング法で酸化物半導体であるＩｎＧａＺｎＯ膜を例えば５０ｎｍ程度の厚さで形成する。なお、上述したように本実施の形態１では、吸収層１を、後述する活性層５の形成に用いるターゲットと金属元素の組成比が同じターゲットを用いてスパッタリング法によって形成する。これにより、吸収層１の酸化物半導体に含まれる金属元素と、活性層５の酸化物半導体に含まれる金属元素とを同じにすることができ、バンドキャップ内の同種の欠陥準位が同じエネルギー位置に形成される。この結果、薄膜トランジスタの特性の変動を抑制でき、かつ、表示性能の低下を抑制することができる。

なお、活性層５における水素の含有量が少ないほど、バンドギャップ内に特性劣化を引き起こす欠陥準位が少なくなり、薄膜トランジスタの特性劣化が生じ難くなる。そこで、活性層５の形成時の水分分圧をなるべく低くして、活性層５における水素の含有量をなるべく少なくすることが好ましい。

この後ステップＳ１１にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ１２にて、レジストをマスクとしてＩｎＧａＺｎＯ膜をウェットエッチングした後、ステップＳ１３にて、レジストを除去して活性層５を形成する。ゲート電極３の厚みは例えば２００ｎｍ程度である。なお、ＩｎＧａＺｎＯ膜のエッチングには、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングが用いられてもよい。

ステップＳ１４にて、ゲート絶縁膜２及び活性層５上に、例えばチタン、アルミニウム、モリブデン等からなる金属膜を形成した後、ステップＳ１５にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ１６にて、レジストをマスクとして金属膜をウェットエッチングした後、ステップＳ１７にて、レジストを除去してソース電極４及びドレイン電極６を形成する。ソース電極４は活性層５の一方側に接続され、ドレイン電極６は活性層５の他方側に接続され、ソース電極４及びドレイン電極６は互いに離間している。ソース電極４及びドレイン電極６のエッチングには、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングが用いられてもよい。ソース電極４などの材料に応じてドライエッチングのガス種やエッチャントが適切に選定される。

ステップＳ１８にて、活性層５、ソース電極４及びドレイン電極６の表面を覆うように保護絶縁膜８を形成する。保護絶縁膜８としてＣＶＤでシリコン酸化膜を形成する。膜厚は１００ｎｍ程度形成する。同じく保護絶縁膜８としてその上に塗布法によって有機物を含んだシリコン酸化膜（有機膜）を形成する。塗布法にはスリットコーターやスピンコーターを用いる。塗布法を用いることにより保護絶縁膜８上の上面を平坦化することができる。

この有機膜に感光性樹脂を用いると工程を削減できるメリットがある。有機膜の膜厚は例えば１．５μｍ程度である。なお、ＣＶＤで形成したシリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜を積層してもよい。シリコン窒化膜を形成することで、薄膜トランジスタへの水分の影響を抑制することが可能である。保護絶縁膜８は、シリコン酸化膜に限らずシリコン窒化膜など絶縁体であればよい。

ステップＳ１９にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ２０にて、ドレイン電極６上の保護絶縁膜８をドライエッチングした後、ステップＳ２１にて、レジストを除去してコンタクトホール９を形成する。

ステップＳ２２にて、コンタクトホール９の内壁及び保護絶縁膜８上にＩＴＯ膜（Ｉｎ、Ｓｎ、Ｏを含有する膜）などの透明導電膜をスパッタリング法などによって成膜した後、ステップＳ２３にて、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ステップＳ２４にて、ＩＴＯ膜をウェットエッチングした後、ステップＳ２５にて、レジストを除去して画素電極７を形成する。

本実施の形態１では、上記パターニングによって櫛歯状を有する画素電極７を形成する。また、ゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８を含む絶縁膜上で、かつ吸収層１上方に配設された画素電極７を形成する。なお、画素電極７の材料は、上記元素に限らず酸化物半導体などの可視領域を透過する導電特性があればＩＴＯに限ったものではなく、例えば、ＩｎＺｎＯ、ＩｎＯ、ＺｎＯなどであってもよい。

以上のように構成された本実施の形態１に係るアレイ基板を備える表示装置では、吸収層１及び画素電極７に電圧を印加することによって、吸収層１をコモン電極として用いることができ、画素電極７の上方に電界を形成することができる。なお、画素電極７に電圧を印加する状態は、ゲート電極３及びソース電極４に適切な電圧を印加して、画素電極７に電荷を供給することによって実現することができる。

なお、吸収層１に電圧を印加するための取り出し電極は次のようにして作製できる。表示領域２４（図１）とは別の領域、例えば額縁領域２３などに規定された端子部において、吸収層１上のゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８に、コンタクトホール９の形成と同時に別のコンタクトホール（図示せず）を形成する。次に、上記端子部における保護絶縁膜８上に、吸収層１に上記別のコンタクトホールを通じて電気的に接続された取り出し電極を、画素電極７のパターニングと同時に形成する。このようにして、吸収層１に電圧を印加する取り出し電極などの構成を、新たに工程を追加することなく、表示領域２４の構成の作製と並行して作製できる。

＜実施の形態１のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係るアレイ基板は、基板１１と、基板１１上に配設されたゲート電極３と、基板１１上にゲート電極３と離間して配設された、酸化物半導体を含む吸収層１と、ゲート電極３及び吸収層１上に配設されたゲート絶縁膜２とを備える。そして、当該アレイ基板は、ゲート絶縁膜２上に配設され、ゲート電極３と平面視で重ねられた、酸化物半導体を含む活性層５と、活性層５にそれぞれ接続されたソース電極４及びドレイン電極６と、活性層５、ソース電極４及びドレイン電極６上に配設された保護絶縁膜８と、ゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８を含む絶縁膜上で、かつ吸収層１上方に配設され、ドレイン電極６に接続された画素電極７とを備える。

以上のような構成によれば、吸収層１を設けることによって、例えば活性層５に入射するバックライト光のうち活性層５に有害な波長の光を吸収層１により吸収できる。このため、有害な波長の光が活性層５に到達することを抑制することができる。また、吸収層１は活性層５に有害な波長のみ吸収できるので、光強度を確保することができ、表示性能への影響を小さくすることができる。

＜実施の形態２＞
図９は、本発明の実施の形態２に係るアレイ基板の構成の一例を示す断面図である。以下、本実施の形態２で説明する構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

上述した実施の形態１では、ゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８を含む絶縁膜上に画素電極７が配設された構造について説明した。これに対して本実施の形態２では、図９に示すように、保護絶縁膜８を含まずにゲート絶縁膜２を含む絶縁膜上に画素電極７が配設されている。すなわち、画素電極７と吸収層１との間の絶縁膜が、ゲート絶縁膜２のみである。このような構成によれば、吸収層１と画素電極７との間の距離はゲート絶縁膜２のみの膜厚で決まるため、当該距離の制御が容易であり平面内での当該距離のばらつきを低減できる。したがって平面内における表示性能のばらつきを低減できる。

次に、本実施の形態２に係るアレイ基板の製造方法について説明する。本実施の形態２では、実施の形態１と同様に図８のステップＳ１からステップＳ１７までの処理を行い、ソース電極４及びドレイン電極６を形成する。

その後、活性層５、ソース電極４及びドレイン電極６の表面を覆うようにＩＴＯ膜（Ｉｎ、Ｓｎ、Ｏを含有する膜）などの透明導電膜を成膜した後、レジストを塗布及びパターニングする。そして、ＩＴＯ膜をウェットエッチングした後、レジストを除去して画素電極７を形成する。このように構成された画素電極７は、ドレイン電極６と接続される。また、画素電極７は、ゲート絶縁膜２のみを含む絶縁膜上で、かつ吸収層１上方に配設され、櫛歯状の形状を有する。

次に、ソース電極４、活性層５、ドレイン電極６及び画素電極７上に保護絶縁膜８を形成する。

なお図示しないが、表示領域２４（図１）とは別の領域、例えば額縁領域２３などに規定された端子部において、吸収層１上のゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８をエッチングして、吸収層１を露出するコンタクトホールを形成することができる。

＜実施の形態２のまとめ＞
以上のような本実施の形態１に係るアレイ基板では、画素電極７下の絶縁膜は、保護絶縁膜８を含まずにゲート絶縁膜２を含む。このような構成によれば、吸収層１と画素電極７との間の距離について平面内のばらつきを低減できる。したがって、活性層５への高い遮光効果を得ながら、平面内でばらつきの少ない良好な表示性能を得ることができる。

＜実施の形態３＞
図１０は、本発明の実施の形態３に係るアレイ基板の構成の一例を示す断面図である。以下、本実施の形態３で説明する構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。

上述した実施の形態１及び２では、画素電極７の形状を櫛歯状などにすることにより、吸収層１をコモン電極として利用する場合について説明した。これに対して本実施の形態３では、吸収層１を保持容量電極として用いる。このため本実施の形態３では、画素電極７の形状を櫛歯状などにする必要がない。

次に、本実施の形態３に係るアレイ基板の製造方法について説明する。本実施の形態３では、実施の形態１と同様に図８のステップＳ１からステップＳ２２までの処理を行い、コンタクトホール９の内壁及び保護絶縁膜８上にＩＴＯ膜などの透明導電膜を成膜する。その後、ゲート絶縁膜２及び保護絶縁膜８を含む絶縁膜上で、かつ吸収層１上方に配設された画素電極７を形成する。この際、画素電極７の形状を櫛歯状などにする必要はない。

ＴＮ（Twisted Nematic）構造やＶＡ（Vertical Alignment）構造においては、画素電極７は、上部電極との間で液晶層に電界を形成する下部電極として用いられる。当該電界を制御することによって、液晶表示のＯＮ及びＯＦＦなどの制御を行うことができる。この構造によれば、製造マージンが高い、あるいは高コントラストな液晶表示を実現できる。

＜実施の形態３のまとめ＞
吸収層１は、絶縁膜下で、かつ吸収層１下方に配設されているため、吸収層１に電圧を印加することによって画素電極７の電荷保持性能を向上できる。すなわち、吸収層１を画素電極７の電荷保持用電極として利用できる。

従来、電荷保持用電極はゲート電極と同様の金属を用いていたため、透過率の低下を招いていた。この低下が生じないようにするため、平面上で大きな面積を有する電荷保持用電極を形成することができず、電荷保持用電極と画素電極との間の容量を高めることができなかった。

これに対して本実施の形態３では、大きな面積を有することが可能な透明な吸収層１を電荷保持用電極に利用することによって、画素電極７と吸収層１との間により大きな容量を形成することができる。このため、光の透過率の低減を抑えながら、画素電極７の電荷保持特性の向上、ひいては薄膜トランジスタの特性の向上が可能となる。

なお、ＦＦＳ（fringe field switching）構造として利用するには、上述したアレイ基板を形成した後、画素電極７上に層間絶縁膜（図示せず）を形成し、その上に例えばＩＴＯ膜などの酸化物半導体膜（図示せず）を成膜し、当該酸化物半導体膜を櫛歯状にパターニングして得られた電極をコモン電極として用いればよい。こうすることで画素電極７とコモン電極間に電界を形成することができ、液晶表示のＯＮ及びＯＦＦなどの制御を行うことができる。

なお、本発明は、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、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 吸収層、１ａ 穴、２ ゲート絶縁膜、３ ゲート電極、４ ソース電極、５ 活性層、６ ドレイン電極、７ 画素電極、８ 保護絶縁膜、１１ 基板。

Claims (12)

1. 基板＜１１＞と、
   前記基板上に配設されたゲート電極＜３＞と、
   前記基板上に前記ゲート電極と離間して配設された、酸化物半導体を含む吸収層＜１＞と、
   前記ゲート電極及び前記吸収層上に配設されたゲート絶縁膜＜２＞と、
   前記ゲート絶縁膜上に配設され、前記ゲート電極と平面視で重ねられた、酸化物半導体を含む活性層＜５＞と、
   前記活性層にそれぞれ接続されたソース電極＜４＞及びドレイン電極＜６＞と、
   前記活性層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に配設された保護絶縁膜＜８＞と、
   前記ゲート絶縁膜または前記ゲート絶縁膜及び前記保護絶縁膜を含む絶縁膜上で、かつ前記吸収層上方に配設され、前記ドレイン電極に接続された画素電極＜７＞と
   を備える、薄膜トランジスタ基板。
2. 請求項１に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   前記絶縁膜は、前記保護絶縁膜＜８＞を含まずに前記ゲート絶縁膜＜２＞を含む、薄膜トランジスタ基板。
3. 請求項１または請求項２に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   前記画素電極＜７＞は、櫛歯状またはスリット状の形状を有する、薄膜トランジスタ基板。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   前記吸収層＜１＞は、前記活性層＜５＞と同じ金属元素を含む、薄膜トランジスタ基板。
5. 請求項４に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   前記吸収層＜１＞の前記金属元素の金属における組成比は、前記活性層＜５＞の前記金属元素の金属における組成比と同じであり、
   前記吸収層における水素の含有量は、前記活性層における水素の含有量よりも多い、薄膜トランジスタ基板。
6. 請求項５に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   前記吸収層＜１＞における酸素の含有量は、前記活性層＜５＞における酸素の含有量よりも多い、薄膜トランジスタ基板。
7. 請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ基板であって、
   平面視にて前記吸収層＜１＞に、１以上の穴＜１ａ＞が設けられている、薄膜トランジスタ基板。
8. 基板上にゲート電極を形成する工程と、
   前記基板上に前記ゲート電極と離間して配設された、酸化物半導体を含む吸収層を形成する工程と、
   前記ゲート電極及び前記吸収層上に配設されたゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜上に配設され、前記ゲート電極と平面視で重ねられた、酸化物半導体を含む活性層を形成する工程と、
   前記活性層にそれぞれ接続されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
   前記活性層、前記ソース電極及び前記ドレイン電極上に配設された保護絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜または前記ゲート絶縁膜及び前記保護絶縁膜を含む絶縁膜上で、かつ前記吸収層上方に配設され、前記ドレイン電極に接続された画素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。
9. 請求項８に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
   前記画素電極は、櫛歯状またはスリット状の形状を有する、薄膜トランジスタ基板の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    前記吸収層は、前記活性層の形成に用いるターゲットと金属元素の組成比が同じターゲットを用いて、スパッタリング法によって形成される、薄膜トランジスタ基板の製造方法。
11. 請求項１０に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    前記吸収層は、前記活性層の形成時の水分分圧よりも高い水分分圧の状態下で形成される、薄膜トランジスタ基板の製造方法。
12. 請求項１１に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    前記吸収層は、前記活性層の形成時の酸素分圧よりも高い酸素分圧の状態下で形成される、薄膜トランジスタ基板の製造方法。

Images