JPWO2002067335A1 - 薄膜トランジスタ構造、該薄膜トランジスタ構造の製造方法、および該薄膜トランジスタ構造を使用したディスプレイ・デバイス - Google Patents

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Abstract

信号遅延を生じさせずに高精細な表示を可能とし、かつ大型の表示画面を提供することを可能とする薄膜トランジスタ構造、薄膜トランジスタ構造の製造方法、および該薄膜トランジスタ構造を含むディスプレイ・デバイスを提供する。本発明は、少なくともトレンチ１０９が形成された絶縁性ポリマー膜１０１とを基板１００上に形成してなる薄膜トランジスタ構造であって、絶縁性ポリマー膜１０１に形成されたトレンチ１０９が、複数の導電層により構成されるゲート配線１１０を収容する、薄膜トランジスタ構造を提供する。また本発明は上記構成を含む薄膜トランジスタ構造の製造方法、および上記構成の薄膜トランジスタから構成されたＴＦＴアレイを含むディスプレイ・デバイスを提供する。

Description

技術分野
本発明は、薄膜トランジスタ構造、薄膜トランジスタ構造の製造方法、および該薄膜トランジスタ構造を含むディスプレイ・デバイスに関し、より詳細には、薄膜トランジスタに接続されるゲート配線を、浮遊容量を低減させつつ大断面積化して、信号遅延を生じさせずに高精細な表示を可能とし、かつ大型の表示画面を提供することを可能とする薄膜トランジスタ構造、薄膜トランジスタ構造の製造方法、および該薄膜トランジスタ構造を含むディスプレイ・デバイスに関するものである。
背景技術
これまで、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を使用した液晶ディスプレイは、コンピュータ、セルラ電話、腕時計、テレビジョン装置といった種々の表示を行うための装置におけるディスプレイ・デバイスとして多用されている。特に、近年ではコンピュータなどの能力、記憶容量の増大に伴いＴＦＴを使用したディスプレイ・デバイスに対して大画面化、高精細化の要望が高まってきている状況にある。ＴＦＴを使用したディスプレイ・デバイスの大画面化、高精細化を達成するためには、特にゲート配線を低抵抗化して、信号の伝搬遅延を防止する必要がある。このため、従来からゲート線の材料の低抵抗化が検討されており、Ｍｏ、ＭｏＷ、ＭｏＴａといった比較的抵抗率の高い材料からＡｌ、Ｃｕといった抵抗率の低い材料へと低抵抗率の材料が採用されつつある。
しかしながら、上述したＣｕといった抵抗率のきわめて低い材料を使用し、さらに薄膜トランジスタのスイッチング速度を無視した条件で対角線で測定した３０インチのディスプレイ・デバイスについて考察すれば、２００ＰＰＩ以上の高精細化を達成することは、現在のゲート配線の抵抗では困難である。この理由としては、抵抗率の低い材料を使用したとしても、材料の抵抗率と、断面積とに依存して定まることによる。
すなわち、ＴＦＴを使用したディスプレイ・デバイスにおいて大画面化、および高精細化を達成するためには、低抵抗率材料の使用に加え、ゲート配線の断面積を大きくする必要がある。しかしながら、ゲート配線の断面積を増加させるべく、ゲート電極の平面的な広がりを増大させると、必然的に画素電極の開口率が減少することに加え、ゲート配線と、それ以外の配線または電極との間にキャパシタが形成され、浮遊容量が発生することとなり、かえって伝達遅延を生じさせることにもなる。さらには、ゲート配線の厚さを単に増加させることも可能ではあるものの、ゲート配線の厚さを単に増大させたのみでは、ゲート配線と交差する別の信号配線といった他の配線の断線を生じさせてしまうといった別の不都合を生じさせることになる。
さらに、ゲート配線の製造方法についてみれば、ゲート配線は、従来ではスパッタリングなどの気相成長法により形成されている。しかしながら、従来のようなスパッタリング法などの気相成長法は、成膜速度が遅く、ゲート配線の厚さを大幅に増大させることも可能であるものの、製品歩留まり、コスト高といった製造上の不都合を生じさせることもあり、ゲート配線をより効率の良い方法により製造することが必要とされる。
これまで、基板上に形成される配線を微細化するため、種々の試みがなされており、例えば特開平１０−２６８５２２号公報では、基板上にポジ型フォトレジストを使用してパターニングを行い、該基板に対して無電解メッキを施すことにより露出した基板上に導電パターンを形成する導電パターンの形成方法が開示されている。
また、特開平１１−３３９６７２号公報においては、基板上にフォトレジストを塗布し、パターニングを行い、電解メッキ法、無電解メッキ法、または無電解メッキ法と電解メッキ法とにより電極を形成した後、フォトレジストを剥離する画像表示装置の製造方法が開示されている。
さらに、特開平１１−２３１３３５号には、基板上に堆積された二酸化珪素被膜をパターニングし、露出した基板に無電解メッキ法により電極を形成させる埋設電極付き基板の製造方法が開示されている。
しかしながら、上述したいずれの方法も、ＴＦＴ構造を含むディスプレイ・デバイスの伝搬遅延を最小とさせつつ、大画面化、高精細化、および製造歩留まりの向上、製造コストの削減を達成する点から充分なものとはいえなかった。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、ＴＦＴを使用したディスプレイにおいて、ゲート配線の伝搬遅延の問題を解決しつつ、大画面化、高精細化を、製造歩留まりを向上させつつ、低コストに達成することを目的とする。
発明の開示
すなわち、本発明によれば、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、該ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成してなる薄膜トランジスタ構造であって、前記絶縁性ポリマー膜に形成された前記トレンチが、導電層により構成される前記ゲート配線を自己整合的に収容する、薄膜トランジスタ構造が提供される。本発明においては、前記ゲート配線は、２μｍ〜１５μｍの厚さとされ、かつ前記ゲート配線の縦横比は、０．３〜３であることが好ましい。さらに、本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜は、光学的特性を調節するための処理が施されていてもよい。
さらに本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜は、複数の異なるポリマーから構成することができる。また、本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含んでいてもよい。本発明においては、前記ゲート配線は、無電解メッキにより堆積されたシード層を形成する導電層と、電界メッキにより堆積された導電層とから構成することができる。本発明においては、前記薄膜トランジスタは、ボトムゲート型薄膜トランジスタまたはトップゲート型薄膜トランジスタとすることができる。本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜は、感光性樹脂または感光性樹脂組成物を含んでいてもよい。
本発明によれば、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成してなる薄膜トランジスタを形成する方法において、該方法は、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層とを形成する段階と、前記基板上に絶縁性ポリマー膜を形成する段階と、前記絶縁性ポリマー膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、前記トレンチに導電層を堆積させ、前記絶縁性ポリマー膜と自己整合的に前記ゲート配線を形成する段階とを含む、薄膜トランジスタ構造の製造方法が提供される。
本発明によれば、前記ゲート配線を、無電解メッキによりシード層を形成する導電層を堆積させる段階と、電解メッキにより前記シード層とは異なる導電層を堆積させる段階とにより形成することができる。
本発明においては、前記ゲート配線を形成する段階は、前記電解メッキの電流量および時間を制御して行う段階を含んでいてもよい。本発明においては、前記ゲート配線を形成する段階は、前記シード層を形成する導電層とは異なる導電層を電解メッキにより形成する段階と、前記電解メッキにより形成された導電層を前記絶縁性ポリマーのレベルとする段階とを含んでいてもよい。本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜に対して、光学的特性を調節するための処理を施す段階を含んでいてもよい。本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含んでいてもよい。本発明においては、前記絶縁性ポリマー膜を、感光性樹脂または感光性樹脂組成物から形成することもできる。
本発明によれば、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成し、前記絶縁性ポリマー膜に形成された前記トレンチが導電層により構成される前記ゲート配線を自己整合的に収容する、薄膜トランジスタ構造を含むディスプレイ・デバイスが提供される。本発明においては、前記ゲート配線は、２μｍ〜１５μｍの厚さとされ、かつ前記ゲート電極の縦横比は、０．３〜３とすることができる。本発明によれば、前記絶縁性ポリマー膜は、光学的特性を調節するための処理を施すことができる。本発明によれば、前記絶縁性ポリマー膜は、感光性樹脂または感光性樹脂組成物を含んでいてもよい。本発明によれば、前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含んでいてもよい。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の薄膜トランジスタ構成を示した図である。図１（ａ）には、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ構成を示し、図１（ｂ）には、トップゲート型の薄膜トランジスタ構成を示す。図１（ａ）に示した薄膜トランジスタ構成は、絶縁性のガラス、セラミックスといった基板１０上に、絶縁性ポリマー膜１１が設けられており、この絶縁性ポリマー膜１１に形成されたトレンチ１２に、複数の導電層１３ａ、１３ｂから形成されたゲート配線が埋設されている。本発明において使用することができる絶縁性ポリマー膜１１は、絶縁性のポリマー材料またはポリマー組成物から構成することができる。
本発明において使用することができるポリマー組成物としては、具体的には例えば、ポリアクリレート、ポリスチレン、ポリ（アクリレート−スチレン）、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性または熱硬化性樹脂を挙げることができる。また、本発明において絶縁性ポリマー膜１１として使用することができるポリマー材料としては、さらにアクリル系、アクリル−スチレン系、エポキシ系のポリマーに対して感光性成分を混合、または化学的に結合させた感光性樹脂組成物または感光性樹脂、いわゆるフォトレジストとして使用することができるポリマー、またはポリマー組成物から形成することができる。
上述したような感光性樹脂組成物としては、例えばアクリル系樹脂、フェノール・ノボラック樹脂に対してキノンジアゾ誘導体を混合したポジ型のフォトレジスト、アクリル系樹脂、アクリル−スチレン共重合体またはアクリル−ヒドロキシスチレン共重合体、アクリル−アルコキシスチレン共重合体に対して光酸発生剤を混合した、いわゆる化学増幅系のポジ型またはネガ型のフォトレジスト、アクリル樹脂とエチレン性の不飽和結合を有するアクリレート（メタクリレート）単量体とを混合し、ジアゾ化合物により光重合を可能としたネガ型のフォトレジスト、エポキシ樹脂に対して、カチオン重合開始剤を混合したエポキシ系のフォトレジスト等を挙げることができる。
しかしながら、本発明においては上述したポリマーまたはフォトレジストに限定されるものではなく、ポリマー材料に対して適切なパターニング・プロセスを使用してトレンチ１２を形成することができるポリマーまたはポリマー組成物であれば、いかなるものでも用いることができる。
図１（ａ）に示した絶縁性ポリマー膜１１の厚さは、絶縁性と言った電気的な特性から、１μｍ〜１５μｍの範囲とすることができる。さらに、本発明においてゲート配線をトレンチ１２内に形成することを考慮すれば、トレンチ１２の形成性といった点から２μｍ〜１０μｍの範囲とされることが好ましく、さらには、本発明において特に高精細、大画面化を行うためには、２μｍ〜５μｍの範囲とされることが好ましい。
図１（ａ）に示されるように、このゲート配線は、導電層１３ａと、１３ｂとが積層して形成されていて、導電層１３ａは、無電解メッキにより形成されるＮｉといった金属から形成されるシード層とされている。また、導電層１３ｂは、電解メッキ法により形成され、ゲート配線を低抵抗とするための材料を含んで形成されている。
本発明において、伝搬遅延を生じさせることなく、高精細、大画面化を達成するためには、導電層１３ｂを、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇといった低抵抗率の金属から形成することが好ましい。さらに、本発明において導電層１３ｂの安定性といった観点からは、導電層１３ｂを、ＡｌまたはＣｕから形成することが好ましい。
図１（ａ）に示すゲート配線の厚さは、本発明においてはゲート配線が絶縁性ポリマー膜１１に埋設されて形成されるので、絶縁性ポリマー膜１１のレベルと同一レベルとされることが望ましく、必要に応じて１μｍ〜１５μｍの範囲とすることができる。さらに、本発明においては、ゲート配線の厚さは、高精細化および大画面化といった点、およびフォトリソグラフィーの再現性・安定性といった絶縁性ポリマー膜１１の製造といった観点から、１μｍ〜１０μｍの範囲とされることが好ましく、さらには、２μｍ〜５μｍとされることが、高精細化、大画面化と絶縁性ポリマー膜１１を含めた製造プロセスの容易性をバランスさせる上で好ましい。
また、本発明においては、絶縁性ポリマー膜１１と、ゲート配線の上端は、ゲート配線に隣接する薄膜トランジスタに対して電気的な悪影響を与えないように、自己整合的に形成されていることが好ましい。
絶縁性ポリマー膜１１およびゲート配線の上側には、絶縁膜１４が堆積され、この絶縁膜１４上に、ソース電極１５、ドレイン電極１６、Ｐ＋ａ−Ｓｉ、Ｎ＋ａ−Ｓｉといった材料で構成される活性層１７といった層が堆積され、パターニングされ、さらにＭｏ、ＭｏＷ、ＭｏＴａといった金属または合金によりそれぞれの電極が形成され、薄膜トランジスタ要素とされている。図１においては、これらの電極の詳細な構成については省略して示しているが、これまで知られたいかなる電極構成でも、本発明においては使用することができる。
図１（ａ）においては、ゲート配線と、薄膜トランジスタ要素であるゲート電極とは、隣接して形成されている。しかしながら、本発明においては、ゲート配線と、薄膜トランジスタ要素であるゲート電極とを位置的にずらして形成することも可能であり、この場合には、ゲート電極と、ゲート配線とは、絶縁膜１４上において位置的に水平方向に位置的にずらして形成することができる。さらに、本発明においては、ゲート電極のサイズは、薄膜トランジスタ構造に必要とされるいかなるサイズともすることができる。
図１（ａ）において、ソース電極１５、ドレイン電極１６、半導体層１７といった薄膜トランジスタ要素の上には、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｙ、ＳｉＯｘＮｙといった絶縁性材料から構成されるパッシベーション層１８が形成されていて、薄膜トランジスタ要素の動作を保証する構成とされている。
パッジベーション層１８には、コンタクトホール２０ａ、２０ｂが形成されていて、これらのコンタクトホール２０ａ、２０ｂを通してコンタクト用電極２１ａ、および信号配線２１ｂがそれぞれソース電極１５およびドレイン電極１６に接続されている。
図１（ｂ）は、本発明の薄膜トランジスタ構成をトップゲート型の薄膜トランジスタに適用した実施の形態を示す。図１（ｂ）に示した薄膜トランジスタは、絶縁性の基板１０上に、絶縁層２２が形成され、絶縁層２２上にソース電極２３、ドレイン電極２４、活性層２５が形成されて、薄膜トランジスタ要素を構成している。ソース電極２３、ドレイン電極２４、活性層２５といった薄膜トランジスタ要素の上側には、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｙ、ＳｉＯｘＮｙといった絶縁性材料から構成される絶縁膜２６が、ＣＶＤといった適切な方法により堆積されている。また、本発明においては、絶縁層２２は、特性、コストなどの点から用いても、用いなくともよい。
絶縁膜２６上には、ポリマー材料を含んで構成される絶縁性ポリマー膜２７が形成されていて、絶縁性ポリマー膜２７に形成されたトレンチ２８にゲート配線２９が埋設されて形成されている。図１（ａ）で説明したように、図１（ｂ）に示した実施の形態では、ゲート電極は、ゲート配線２９に隣接して形成されているものとして説明するが、本発明においては、特にゲート電極とゲート配線２９とを隣接して形成する必要はなく、必要に応じて水平方向に離間させて形成することもできる。
図１（ｂ）に示したゲート配線についても、無電解メッキ法により形成されるシード層と、電解メッキ法により形成される導電層といった複数の層から構成されている、なお、本発明においては、ゲート配線を２層構成とする必要はなく、必要に応じて２層以上の構成として形成することもできる。
絶縁性ポリマー膜２７上には、パッシベーション膜３１が堆積されており、このパッシベーション膜３１と、絶縁性ポリマー膜２７と、絶縁膜２６とを通してコンタクト用電極３２ａおよび信号配線３２ｂがそれぞれソース電極２３とドレイン電極２４とに接続されている。図１（ｂ）において説明した各膜については、図１（ａ）で説明した各層と同様の材料、構成を用いることができる。
図２は、本発明の薄膜トランジスタ構成における作用を詳細に説明した図である。図２（ａ）は、従来の薄膜トランジスタ構成のゲート配線を示した図であり、図２（ｂ）が、本発明の薄膜トランジスタ構成のゲート配線を示した図である。図２（ａ）に示されるように、従来のゲート配線３５の構成では、ゲート配線３５の断面積を増加させようとすると、スパッタリングといった成膜方法の成膜速度等の点から、ゲート配線３５の平面的な広がりを増大せざるを得ない。また、ゲート配線３５を厚く形成することによってゲート電極３５の断面積を増加させたとしても、ゲート電極３５が厚くなったことにより形成される段差のため、さらに上部に形成される配線などの断線を生じさせることになる。
図２（ｂ）に示した、本発明におけるゲート配線の構成では、ゲート配線３５を、絶縁性ポリマー膜３６に形成されたトレンチ内に、絶縁膜と自己整合的に高い縦横比で構成するものである。本発明における縦横比（アスペクト比）は、以下の式で示されるように、ゲート配線３５の断面における高さ（ｈ）を幅（ｗ）で除したものとして定義される。
縦横比（アスペクト比）＝Ａｓ＝ｈ／ｗ （１）
すなわち、図２においてゲート配線３５の断面積が一定である場合（Ｓ１＝Ｓ２）を考えてみると、ゲート線３５と、ゲート配線３５上に構成される各層３７との間に形成される浮遊容量は、ゲート配線３５の水平方向の面積に応じて増大する。このため、単に断面積を増加させただけでも、抵抗を低下させることが可能となるものの、浮遊容量が増加するため充分に信号遅延に対応できないこととなる。しかしながら、本発明においては、縦横比を、所定の範囲としつつ、ゲート電極３５の厚膜化を行うため、同一の断面積であれば、図２に示すように浮遊容量は、Ｌｂ／Ｌａの比で低減させることができる。したがって、縦横比（アスペクト比Ａｓ）を大きくすることにより信号遅延をよりいっそう減少させることができる。
図２（ｂ）に示すように本発明のゲート電極３５の構成は、ゲート電極３５の大断面積化を、ゲート電極３５の厚さを、充分な特性を保ちつつ増加させることにより、信号遅延といった問題を生じさせずに大画面化、高精細化といった所望する特性を得ることを可能とする。本発明におけるゲート電極３５の縦横比（Ａｓ）は、従来よりも大きなゲート電極断面積を与えつつ、高精細、大画面化といった本発明の目的を充分に達成するためには、ゲート配線３５の厚さが２μｍ〜１５μｍの範囲で０．３≦Ａｓ≦３の範囲とすることができ、さらに、高精細化、大画面化といった目的のためゲート電極３５の低抵抗化を達成するためには、ゲート配線３５の厚さが２μｍ〜１５μｍの範囲において特に０．４≦Ａｓ≦３の範囲とすることが好ましい。
図３は、本発明の薄膜トランジスタ構造を形成するための製造方法を示した工程図である。本発明の薄膜トランジスタ構造の製造方法においては、図３（ａ）に示すように、必要に応じて表面処理などを行ったガラス、セラミックスといった絶縁性の基板１０を用意する。ついで、図３（ｂ）に示すように、この基板１０をまず、シランカップリング剤、具体的にはアミノシランカップリング剤により処理してＰｄを含む無電解メッキを行うための触媒層４１を形成する。触媒層４１の形成は、例えば市販のＰｄイオンまたはＰｄコロイドを含む触媒水溶液に基板１０を浸漬し、その後必要に応じてＰｄイオンを還元するなどして金属を析出させることにより行うことができる。
ついで、図３（ｃ）に示すように、基板１０に対してポリマーを含んで構成される絶縁性ポリマー膜４２を適切な塗布方法、例えば、スピンコーティングなどを用いて形成する。この際に使用できるポリマーとしては、図１において説明した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、またはフォトレジストを使用することができる。特に、上述したポリマー材料として感光性樹脂または感光性樹脂組成物を使用することにより、露光・現像工程を増加させることなく、埋設されたゲート配線を形成することが可能となる。
ついで、図３（ｄ）に示されるように、適切なフォトマスクを使用して、フォトレジストから構成される絶縁性ポリマー膜４２に対して露光・現像を行い、ゲート配線を形成するためのトレンチ４３を形成する。このトレンチ４３の下部面には、Ｐｄ触媒が露出しておりシード層を無電解メッキ法により選択的に形成させることができる。
また、本発明において、絶縁性ポリマー膜４２を、感光性樹脂または感光性樹脂組成物ではなく、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から構成する場合には、露光・現像工程ではなく、スクリーン印刷といった方法を使用してトレンチ４３を形成することもできる。スクリーン印刷を使用することにより、使用する絶縁性ポリマー膜４２が感光性樹脂または感光性樹脂組成物であるか、熱可塑性または熱硬化性樹脂であるかを問わず、プロセス工程を低減させることも可能である。
図３（ｅ）には、本発明においてトレンチ４３に無電解メッキでシード層４４ａを形成する工程を示す。導電層として機能するシード層４４ａを形成する導電材料は、これまでに知られたいかなる金属でも使用することができるが、本発明においては特に、無電解メッキ法によりニッケル（Ｎｉ）を使用してシード層４４ａを形成することが好ましい。本発明においてシード層４４ａをＮｉにより形成する場合には、比較的厚く形成される後述するＣｕといった金属の基板１０に対する付着性を向上させることができ、絶縁性ポリマー膜４２の厚膜化とともに発生する膜内応力の増加による、ゲート配線の基板１０の表面からの剥離、ガラス基板の反りにより発生する不都合を改善することが可能となる。
本発明において上述したシード層４４ａは、例えば、次亜リン酸を使用する硫酸ニッケル水溶液による無電解メッキ法により形成することができる。このシード層４４ａを形成させる水溶液には、硫酸ニッケル以外にも、これまで知られたいかなる添加剤が添加されていても良い。図３（ｅ）に示すシード層４４ａの厚さは、本発明においては特に制限されるものではなく、シード層４４ａを形成することによりゲート配線の剥離や、基板の反りといった不都合を生じさせない限りいかなる厚さとすることもできる。また、シード層４４ａを形成させるための無電解メッキ手法としては、これまで知られたいかなる手法でも用いることができる。
ついで、本発明の薄膜トランジスタ構造の製造方法においては、図３（ｆ）に示すようにＡｌ、Ｃｕ、Ａｇといった低抵抗率の金属から形成される導電層４４ｂを、電解メッキ法により堆積させ、ゲート配線を形成させる。電解メッキ法を適用して、導電層４４ｂを、銅（Ｃｕ）といった金属から形成する場合には、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）水溶液に図３（ｅ）に示した構造が形成された基板１０を浸漬して電流を通じ、電流量と、時間との積から、ファラデーの法則にしたがって析出したＣｕの析出量を制御し、ゲート配線を絶縁性ポリマー膜４２と自己整合的に形成することが可能となる。
上述したようにしてゲート配線４５を自己整合的に形成することができる理由としては、図３（ｅ）に示した工程においてシード層４４ａを形成する際に、Ｐｄ触媒が付着した部分ばかりではなく、本発明においては絶縁性ポリマー膜４２にトレンチ４３を形成するため、このトレンチ４３の壁面にもある程度Ｐｄ触媒が付着し、Ｃｕの堆積が厚さ方向ばかりではなく、横方向に対しても良好に行うことができるためと推定している。
また、本発明においては、特に電流量および時間といった電解メッキ条件を厳密にコントロールして自己整合的にゲート配線を形成させるばかりではなく、ゲート配線をトレンチ４３から突出するような高さにまで堆積させ、研磨、エッチング、といった表面処理を行うことにより、ゲート配線の自己整合性を改善することが可能である。
その後、本発明においてはＮ＋ａ−ＳｉまたはＰ＋ａ−Ｓｉ、多結晶Ｓｉといった材料をこれまで知られた方法を使用してゲート電極を堆積させ、ゲート配線に隣接したゲート電極が形成される。上述したようにゲート電極と、ゲート配線とは、薄膜トランジスタ構造の必要に応じて、互いに隣接して形成することもできるし、離間して形成することもできる。
本発明においては、シード層４４ａとして特にＮｉを用い、導電層４４ｂとしてＣｕを使用することにより、厚膜配線を含む薄膜トランジスタにおける低抵抗化を、大画面化、高精細化の要求を満たしつつ、膜内応力により生じる不都合を発生させることなく達成することを可能とする。
また、本発明においては、絶縁性ポリマー膜４２を使用し、さらにシード層４４ａによりゲート配線と基板１０との一体性を向上させているため、絶縁膜としてＳｉＯ２を使用した場合に比較して膜内応力／膨張率の差を吸収でき、より信頼性の高い薄膜トランジスタ構造を提供することが可能となる。さらには、ゲート配線と、基板１０との一体性が向上する結果、導電処理したフレキシブルな基板上に薄膜トランジスタ構造を形成することも可能であり、フレキシビリティが向上したディスプレイ・デバイスを提供することも可能となる。
図４は、本発明の薄膜トランジスタ構成の製造方法において、薄膜トランジスタ要素を形成するための、図３に示した工程に続く工程を示した図である。図３の各工程の後、図４（ａ）に示すように、ゲート配線およびゲート電極が形成された絶縁性ポリマー膜４２上に、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｙ、ＳｉＯｘＮｙといった絶縁層から構成される絶縁膜４７が、ＣＶＤといった適切な方法により堆積される。ついで、図４（ｂ）に示すようにゲート絶縁膜４７上に、ソース電極４８、ドレイン電極４９、活性層５０が、堆積・パターニング・イオン注入などのこれまで知られたいかなる方法により堆積され、さらにこれらの電極は、堆積・パターニングされたＭｏ、ＭｏＴａ、ＭｏＷ、Ａｌ、といった適切な金属または合金を含んで構成されている。
その後、図４（ｃ）に示すように、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙといった絶縁層からなるパッシベーション層５１を堆積し、適切なパターニング・プロセスを使用してコンタクト・ホールを形成させ、コンタクト用電極５２ａおよび信号配線５２ｂを形成させて、図４（ｄ）に示した本発明の薄膜トランジスタ構造が形成される。図４に示すように、本発明においてゲート配線を埋設構造として形成する。このため、本発明によれば、薄膜トランジスタ構成を形成する際に不要な段差を生じさせることがなく、薄膜トランジスタの信頼性を向上させることができる。
図５は、本発明の薄膜トランジスタ構造をトップゲート型薄膜トランジスタに適用する場合の、薄膜トランジスタ構造の製造方法の実施の形態を示した工程図である。図５に示すトップゲート型薄膜トランジスタ構造を本発明にしたがって形成する場合には、図５（ａ）に示すように、まず、適切な表面処理を行った基板１０を用い、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｙ、ＳｉＯｘＮｙといった材料から形成される絶縁層６１を、ＣＶＤといった適切な方法により堆積させる。
ついで、図５（ｃ）では、図４（ｂ）において説明したと同様のプロセスを使用して、ソース電極６２、ドレイン電極６３、活性層６４を堆積およびパターニングする。
ついで、図５（ｄ）に示されるように絶縁膜６５をＣＶＤといった方法により堆積させる。絶縁膜６５が堆積された後、Ｐｄ触媒６６を図３において説明したと同様にして絶縁膜６５表面に付着させ、その後絶縁膜６５上に本発明において使用する絶縁性ポリマー膜６７を形成する。上述した各工程は、図３において説明したと同様の方法を使用して行うことができる。
図６には、図５（ｄ）において堆積された絶縁性ポリマー膜６７にトレンチ６８を形成して、無電解メッキ法によるシード層６９ａの形成（図６（ｂ））、導電層６９ｂの電解メッキ法による堆積の後（図６（ｃ））、パッシベーション層７０の堆積、コンタクト用電極７１ａおよび信号配線７１ｂの形成を上述したようにして行い（図６（ｄ））、トップゲート型薄膜トランジスタを形成する。
図７は、本発明の薄膜トランジスタ構造の製造方法のさらに別の実施の形態を示した図である。図７に示した製造方法においては、図７（ａ）に示すように必要に応じて表面処理された基板１０を用い、この基板１０上に絶縁性ポリマー膜８０を形成する（図７（ｂ））。図７（ｃ）に示した工程では、図３において詳細に説明したと同様な方法を用いて、トレンチ８１を形成する。トレンチ８１が形成された後、シリコーン粒子を分散させた分散液により絶縁性ポリマー膜８０および基板１０とを処理して撥水層８２を転写または形成する。
その後、図７（ｄ）に示すように、Ｐｄ触媒水溶液に基板１０と、絶縁性ポリマー膜８０とが形成された基板１０を浸漬して、Ｐｄ触媒による処理が行われる。撥水層８２が付着または含浸しない部分には、ＰｄまたはＰｄコロイドが付着し、撥水層８２が付着または含浸される部分には、ＰｄイオンまたはＰｄコロイド８３が付着しない。このため、図７（ｅ）に示すように、無電解メッキ法によりシード層８４ａを良好に形成することが可能となる。この後、電解メッキ法を使用し、Ｃｕといった低抵抗率の導電層を堆積させて、ゲート配線を形成する。
本発明の薄膜トランジスタ構造の製造方法のさらに別の実施の形態では、撥水層８２の転写を、図７（ｃ）のトレンチ８１の形成工程の前に行うこともできる。さらに、本発明においては、絶縁性ポリマー膜８０を形成する際にシリコーン・セグメントを含むシリコーン含有重合体を混合、またはポリマー自体がシリコーン・セグメントを含んで形成されるシリコーン含有重合体を、ポリマーとして使用することもできる。この場合にも、シリコーン・セグメントは、絶縁性ポリマー膜８０の表面に露出する。
上述したシリコーン含有重合体を使用しても撥水層８２を別工程を使用して転写させた場合のような撥水効果を得ることができ、かつＰｄ触媒を選択的に付着させることが可能となる。上述したシリコーン・セグメントを含むポリマー、またはポリマー組成物は、さらには感光性樹脂または感光性樹脂組成物として構成することもできる。
さらに本発明の薄膜トランジスタ構造の実施の形態では、図３および図５で詳細に説明した絶縁性ポリマー膜を形成した後、さらに絶縁性ポリマー膜の光学的特性を調節するために、各種の処理を施すことができる。
図８および図９は、ボトムゲート型薄膜トランジスタ構成に対して、上述した絶縁性ポリマー膜に対する処理を施した薄膜トランジスタの実施の形態を示した図である。図８（ａ）に示した薄膜トランジスタ構造の実施の形態においては、絶縁性ポリマー膜９０の表面は、例えば適切なフォトリソグラフィー・プロセスを使用して粗面化処理が行われており、この粗面化処理された面に反射膜９０ａが形成されていて、視野角を広げる構成とされている。反射膜９０ａとしては、種々の材料を使用した例えばＣＶＤプロセスにより形成される、これまで知られたいかなる材料・構成の反射膜でも使用可能であり、例えば１層構成、または誘電体からなる多層膜構成として形成することができる。
さらに、図８（ａ）に示した実施の形態においては、粗面化処理面の上側に平坦化させるための絶縁膜９１が形成されており、薄膜トランジスタ要素に対して悪影響を与えない構成とされている。平坦化させるための絶縁膜９１としては、絶縁性ポリマー膜９０を構成する材料と同一の材料を使用することもできるし、互いに屈折率の異なる材料を積層して散乱効果を生じさせるように構成することもできる。
図８（ｂ）には、本発明の薄膜トランジスタ構造のさらに別の実施の形態を示す。図８（ｂ）に示した薄膜トランジスタの実施の形態においては、絶縁性ポリマー膜９０には、プリズムを形成させるべくスロープ９０ｂが形成されている。絶縁性ポリマー膜９０の上側には、さらに異なった屈折率のポリマー層９２が積層されていて、プリズムが構成されている。図８（ｂ）に示した構成の薄膜トランジスタ構造を使用しても視野角の向上および高輝度化を達成することが可能となる。
図９に示す薄膜トランジスタ構成においては、絶縁性ポリマー膜９０の表面にフレネル・レンズ９０ｃが形成されており、さらに屈折率の異なる別の絶縁性材料９３により平坦化されていて、光線の指向性が制御されている。絶縁性材料９３としては、絶縁性材料９１、９２と同様に、ポリマー材料を使用することもできるが、必要に応じてポリマー以外の誘電体から形成することができる。図８および図９に示した薄膜トランジスタ構造では、いずれの場合にも絶縁性ポリマー膜９０とゲート配線９４とは、隣接部において自己整合的に形成されていて、上側に形成される薄膜トランジスタ要素に対して悪影響を与えることがないようにされている。
図１０は、図２に示した本発明の薄膜トランジスタの実施の形態において、画面サイズ（インチ）と、解像度（ＰＰＩ）とをプロットした図である。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示される各ラインが、従来の方法により形成されたゲート配線の場合に得られるプロットであり、図１０（ｄ）に示されるプロットが本発明による、埋設されたゲート配線に対して得られるプロットである。図１０に示されるように、解像度を高めようとして、ゲート配線を細くして行けば行くほど、いずれの場合にも抵抗の増加にともなう信号遅延のため、画面サイズが低下することが示される。
従来のゲート配線の構成を採用する場合には、図１０に示すように、４００ＰＰＩの解像力を達成しようとすると最も抵抗率の低いＣｕを用いたゲート配線でも、画面サイズは、約２０インチにまで低下することになる。このため、高精細化と、大画面化とはトレード・オフの関係となることが示されている。
しかしながら、本発明による埋設ゲート配線の構成を採用することにより形成された薄膜トランジスタ構成では、図１０（ｄ）に示すようにゲート配線の断面積を向上できることに加え、浮遊容量の問題も生じさせることがないので、４００ＰＰＩといった高精細な解像度のまま、約２５インチの画面サイズを提供することが可能となる。この傾向は、より低い解像度の場合を比較するとより明瞭であり、本発明のゲート配線を使用した薄膜トランジスタ構成を使用するディスプレイ・デバイスは、従来に比較して、より大画面のディスプレイ・デバイスを提供することが可能となることが示される。
図１１は、本発明の薄膜トランジスタ構成を使用してＴＦＴアレイとしたディスプレイ・デバイスを示した斜視図である。図１１に示したＴＦＴアレイは、ボトムゲート型ＴＦＴとして構成されており、絶縁性の基板１００上に形成された絶縁性ポリマー膜１０１と、絶縁性ポリマー膜１０１の上に堆積された絶縁膜１０２を含んでいるのが示されている。
さらには、図１１に示した薄膜トランジスタ構成では、絶縁膜１０２の上には、ソース電極１０３と、ドレイン電極１０４と、活性層１０５とがパターニングされていて、これらの薄膜トランジスタ要素を、パッシベーション膜１０６が被覆して、薄膜トランジスタ要素を保護している。さらに図１１に示される薄膜トランジスタ構造では、パッシベーション膜１０６を通して形成されたコンタクト・ホールを介して、それぞれコンタクト用電極１０７と、信号配線１０８とがソース電極１０３とドレイン電極１０４とにそれぞれ接続されていて、これらがアレイとして配置されている。
さらに図１１に示すように、ゲート配線１１０は、本発明に従い絶縁性ポリマー膜１０１に形成されたトレンチ１０９の内部に複数の導電層が堆積された構成で埋設されている。図１１に示されるように本発明の薄膜トランジスタ構成では、従来にましてゲート配線１１０の断面積を大きくすることが可能である。さらに、本発明においては、大断面積のゲート配線１１０は、絶縁性ポリマー膜１０１内に埋設されて、無電解メッキおよび電解メッキにより堅固に一体化されているので、膜内の残留応力による剥離、曲がり、ひび割れといった不都合を生じさせることなく、薄膜トランジスタの信頼性を保証しつつ、大画面化、高精細化を達成することが可能となる。
図１２は、本発明の薄膜トランジスタ構成を、トップゲート型薄膜トランジスタに適用した場合のＴＦＴアレイを示した図である。図１１において説明したと同様に、ゲート配線１１０は、絶縁性ポリマー膜１０１に形成されたトレンチに埋設されて形成されており、上部に形成される配線の断線といった不都合を生じさせずに、ゲート電極の断面積を増大することが可能とされている。
本発明の薄膜トランジスタ構成は、上述したように薄膜トランジスタをアレイとして配置する、いわゆるアクティブ・マトリックス駆動方式を使用するいかなるディスプレイ・デバイスにでも使用することができ、このようなディスプレイ・デバイスとしては、具体的には例えば液晶ディスプレイ・デバイス、有機または無機の活性材料を使用するエレクトロ・ルミネッセンス・デバイスなどを挙げることができる。
これまで、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、細部の構成、材料、寸法といった種々の構成要件においてこれまで知られたいかなる材料、構成、寸法であっても、本発明の作用・効果を奏する限り使用することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の薄膜トランジスタ構成を示した図である。
図２は、本発明の作用を説明した図である。
図３は、本発明の薄膜トランジスタ構成の製造方法を示した図である。
図４は、本発明の薄膜トランジスタ構成の製造方法の図３に続く工程を示した図である。
図５は、本発明の別の実施の形態の薄膜トランジスタ構成の製造方法を示した図である。
図６は、本発明の別の実施の形態の薄膜トランジスタ構成の製造方法の図５に続く工程を示した図である。
図７は、本発明の薄膜トランジスタ構成の製造方法の別の実施の形態を示した図である。
図８は、本発明の薄膜トランジスタ構成のさらに別の実施の形態を示した図である。
図９は、本発明の薄膜トランジスタ構成のさらに別の実施の形態を示した図である。
図１０は、本発明の薄膜トランジスタ構成により画面サイズと、解像度とを示した図である。
図１１は、本発明の薄膜トランジスタ構造を使用したディスプレイ・デバイスに使用されるＴＦＴアレイの斜視図である。
図１２は、本発明の別の実施の形態の薄膜トランジスタ構造を使用したディスプレイ・デバイスに使用されるＴＦＴアレイの斜視図である。

Claims (20)

  1. ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、該ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成してなる薄膜トランジスタ構造であって、
    前記絶縁性ポリマー膜に形成された前記トレンチが、導電層により構成される前記ゲート配線を自己整合的に収容する、薄膜トランジスタ構造。
  2. 前記ゲート配線は、２μｍ〜１５μｍの厚さとされ、かつ前記ゲート配線の縦横比は、０．３〜３である、請求項１に記載の薄膜トランジスタ構造。
  3. 前記絶縁性ポリマー膜は、光学的特性を調節するための処理が施される、請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ構造。
  4. 前記絶縁性ポリマー膜は、複数の異なるポリマーから構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造。
  5. 前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造。
  6. 前記ゲート配線は、無電解メッキにより堆積されたシード層を形成する導電層と、電界メッキにより堆積された導電層とから構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造。
  7. 前記薄膜トランジスタは、ボトムゲート型薄膜トランジスタまたはトップゲート型薄膜トランジスタである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造。
  8. 前記絶縁性ポリマー膜は、感光性樹脂または感光性樹脂組成物を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造。
  9. ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成してなる薄膜トランジスタを形成する方法において、該方法は、
    ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層とを形成する段階と、
    前記基板上に絶縁性ポリマー膜を形成する段階と、
    前記絶縁性ポリマー膜をパターニングしてトレンチを形成する段階と、
    前記トレンチに導電層を堆積させ、前記絶縁性ポリマー膜と自己整合的に前記ゲート配線を形成する段階とを含む、薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  10. 前記ゲート配線を、無電解メッキによりシード層を形成する導電層を堆積させる段階と、電解メッキにより前記シード層とは異なる導電層を堆積させる段階とにより形成する、請求項９に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  11. 前記ゲート配線を形成する段階は、前記電解メッキの電流量および時間を制御して行う段階を含む、請求項１０に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  12. 前記ゲート配線を形成する段階は、
    前記シード層を形成する導電層とは異なる導電層を電解メッキにより形成する段階と、
    前記電解メッキにより形成された導電層を前記絶縁性ポリマーのレベルとする段階とを含む、請求項１０に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  13. 前記絶縁性ポリマー膜に対して、光学的特性を調節するための処理を施す段階を含む、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  14. 前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含む、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  15. 前記絶縁性ポリマー膜を、感光性樹脂または感光性樹脂組成物から形成する、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ構造の製造方法。
  16. ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、活性層と、前記ゲート電極に接続されるゲート配線と、少なくともトレンチが形成された絶縁性ポリマー膜とを基板上に形成し、前記絶縁性ポリマー膜に形成された前記トレンチが導電層により構成される前記ゲート配線を自己整合的に収容する、薄膜トランジスタ構造を含むディスプレイ・デバイス。
  17. 前記ゲート配線は、２μｍ〜１５μｍの厚さとされ、かつ前記ゲート電極の縦横比は、０．３〜３である、請求項１６に記載のディスプレイ・デバイス。
  18. 前記絶縁性ポリマー膜は、光学的特性を調節するための処理が施される、請求項１６または１７に記載のディスプレイ・デバイス。
  19. 前記絶縁性ポリマー膜は、感光性樹脂または感光性樹脂組成物を含む、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のディスプレイ・デバイス。
  20. 前記絶縁性ポリマー膜は、シリコーン含有重合体を含む、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載のディスプレイ・デバイス。
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