JPWO2013046606A1 - 薄膜トランジスタ、および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、光透過性を有する薄膜トランジスタの半導体層には、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛等がよく用いられている(非特許文献2参照)。
また、薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜された窒化シリコン等がよく用いられている。基板上に、CVD法で窒化シリコン等を成膜する場合、基板清浄手段として、H2プラズマによる表面処理を行い、その後、SiH4等の反応性ガスを用いて成膜を行うのが一般的である。
光透過性を有する薄膜トランジスタを構成するゲート電極およびキャパシタ電極の光透過率の低下は、最終的に、カラーフィルタ上に光透過性を有する薄膜トランジスタを形成する構造を持つ画像表示装置の表示画面の明度やコントラストの低下を招く。
そこで、本発明では、上記のような要求を解決するため、高い光透過性を有する薄膜トランジスタ、および当該薄膜トランジスタを用いた画像表示装置を実現することを目的とする。
光透過性を有する絶縁基板上に、少なくともゲート電極、キャパシタ電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極およびドレイン電極が光透過性を有する材料で形成されている薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極および前記キャパシタ電極、または前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記絶縁基板に接する第一層と、前記ゲート絶縁層に接する第二層とから構成され、前記第一層が、酸化インジウム錫であり、前記第二層が、インジウム、ガリウム、および亜鉛の少なくとも一種を含む金属酸化物であることを特徴とする。
さらに、前記ゲート電極および前記キャパシタ電極、または前記ソース電極および前記ドレイン電極の可視光領域における平均透過率が70%以上であってもよい。
また、前記半導体層が、インジウム、ガリウム、および亜鉛の少なくとも一種を含む金属酸化物であってもよい。
また、前記薄膜トランジスタがボトムゲート型TFTであってもよい。
さらに、前記薄膜トランジスタがトップゲート型TFTであってもよい。
前記薄膜トランジスタのアレイと、前記薄膜トランジスタのアレイのソース電極又はドレイン電極に接続された画素電極と、前記画素電極上に配置された画像表示媒体とを備えることを特徴とする。
また、前記薄膜トランジスタのアレイの絶縁基板上にカラーフィルタが形成されているものであってもよい。
また、ゲート電極の第二層およびキャパシタ電極の第二層を半導体層と同材料で形成することで、異種材料を用いる場合と比較し、プロセスコストを低減させることができる。
また、半導体層をインジウム、ガリウム、および亜鉛の少なくとも一種を含む金属酸化物で形成することで、高い光透過性を有しかつ高性能な薄膜トランジスタを実現することができる。
さらに、ゲート絶縁層として、CVD法で成膜した酸化シリコン、窒化シリコン、およびシリコンオキシナイトライドのいずれか一種の化合物を含むことで、安価でかつ十分な耐電圧性を持つゲート絶縁層を得ることができる。
また、カラーフィルタが形成されている絶縁基板上に、上記の光透過性を有する薄膜トランジスタのアレイを形成することで、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板の位置合わせの工程が不要で、高輝度、高コントラストを有する画像表示装置を実現できる。
本実施形態では、本発明に係る薄膜トランジスタをボトムゲート型TFT(Thin Film Transistor)に適用したものである。なお、本発明に係る薄膜トランジスタは、ボトムゲート型TFTに限られるものではない。例えばトップゲート型TFTに適用してもよい。
図1に示すように、薄膜トランジスタは、絶縁基板0、ゲート電極1、キャパシタ電極2、ゲート絶縁層3、半導体層4、ソース電極5、およびドレイン電極6を備える。
絶縁基板0は、光透過性を有する材料で形成されている。本実施形態では、「光透過性を有する」とは、可視光領域(λ=400〜700nm)における平均透過率が70%以上であることをいう。具体的には、絶縁基板0の材料としては、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ガラス、石英等を使用することができる。これらは、単独の基材として使用してもよいが、二種以上を積層した複合基材として使用することもできる。
(実施例1)
次に、本実施形態の薄膜トランジスタの実施例1を図面に基づき説明する。
図1は、実施例1で作製した薄膜トランジスタの模式図である。
実施例1では、図1に示すような薄膜トランジスタを作製した。具体的には、コーニング社製の無アルカリガラス1737を絶縁基板0として用い、絶縁基板0上に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ゲート電極1およびキャパシタ電極2の第一層1a、2aとなるITO(厚さ100nm)および第二層1b、2bとなるIGZO(厚さ10nm)を室温成膜した。次に、フォトリソグラフィー法を用いた同時エッチングにより、室温成膜したITO、IGZOからゲート電極1およびキャパシタ電極2を形成した。ITO成膜時の投入電力は200W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=1SCCM、成膜圧力は1.0Pa、IGZO成膜時の投入電力は200W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=2SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。次に、ゲート電極1およびキャパシタ電極2を形成した絶縁基板0上に、プラズマCVD装置を用いてH2プラズマ処理を行った後、SiNx(厚さ300nm)を成膜して、ゲート絶縁層3を形成した。SiNx成膜時には、原料ガスとしてSiH4=50SCCM、NH3=50SCCMを流し、投入電力300W、成膜圧力3.0Pa、基板温度は200℃とした。次に、ゲート絶縁層3を形成した絶縁基板0上に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いてIGZO(厚さ40nm)を室温成膜し、室温成膜したIGZOからフォトリソグラフィー法を用いたエッチングにより酸化物で半導体層4を形成した。IGZO成膜時の投入電力は100W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=2SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。最後に、半導体層4を形成した絶縁基板0上に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いてITO(厚さ50nm)を室温成膜し、室温成膜したITOからフォトリソグラフィー法を用いたエッチングによりソース電極5とドレイン電極6とを形成した。これにより、薄膜トランジスタを作製した。ITO成膜時の投入電力は200W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=1SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。ソース電極5とドレイン電極6との間の長さ(ゲート長)は20μmとした。また、ソース電極5とドレイン電極6との間の幅(ゲート幅)は5μmとした。
次に、本実施形態の薄膜トランジスタの実施例2を図面に基づき説明する。
図2は、実施例2の薄膜トランジスタの構造を表す概略断面図である。図3は、実施例2の画像表示装置の構造を表す概略断面図である。
実施例2では、図2に示すような薄膜トランジスタおよび図3に示すような画像表示装置を作製した。具体的には、コーニング社製の無アルカリガラス1737を絶縁基板0として用い、絶縁基板0上に、R(赤)の感光性樹脂をスピンコート法を用いて塗布した後、フォトリソグラフィー法を用いてパターン形成を行った。同様に、G(緑)およびB(青)の感光性樹脂をスピンコート法を用いて塗布した後、フォトリソグラフィー法を用いてパターン形成を行って、カラーフィルタ層(カラーフィルタ)20を形成した。次に、カラーフィルタ層20上に、光透過性を有する樹脂をスピンコート法を用いて塗布して、オーバーコート層21を形成した。これにより、カラーフィルタ基板を作製した。
このように、本実施形態の画像表示装置は、本実施形態の薄膜トランジスタを用いて、薄膜トランジスタのアレイを作製した。それゆえ、本実施形態の画像表示装置は、高い光透過性を有しかつ高特性を有する薄膜トランジスタのアレイを実現できる。
また、本実施形態の画像表示装置は、カラーフィルタ層20が形成されている絶縁基板0上に、薄膜トランジスタのアレイを形成するようにした。それゆえ、本実施形態の画像表示装置は、薄膜トランジスタとカラーフィルタ層20の位置合わせの工程を不要とすることができる。また、高輝度、高コントラストを有する画像表示装置を実現できる。
次に、本実施形態の薄膜トランジスタの比較例1を図面に基づき説明する。
図4は、比較例1で作製した薄膜トランジスタの模式図である。
比較例1では、図4に示すような薄膜トランジスタを作製した。具体的には、コーニング社製の無アルカリガラス1737を絶縁基板0として用い、絶縁基板0上に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ゲート電極1の第一層1aとなるITO(厚さ100nm)を室温成膜した。次に、フォトリソグラフィー法を用いた同時エッチングにより、室温成膜したITO、IGZOからゲート電極1およびキャパシタ電極2を形成した。ITO成膜時の投入電力は200W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=1SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。次に、ゲート電極1およびキャパシタ電極2を形成した絶縁基板0上に、プラズマCVD装置を用いてH2プラズマ処理を行った後、SiNx(厚さ300nm)を成膜して、ゲート絶縁層3を形成した。SiNx成膜時には、原料ガスとしてSiH4=50SCCM、NH3=50SCCMを流し、投入電力300W、成膜圧力3.0Pa、基板温度は150℃とした。次に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いてIGZO(厚さ40nm)を室温成膜し、室温成膜したIGZOからフォトリソグラフィー法を用いたエッチングにより酸化物で半導体層4を形成した。IGZO成膜時の投入電力は100W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=2SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。最後に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いてITO(厚さ50nm)を室温成膜し、室温成膜したITOからフォトリソグラフィー法を用いたエッチングによりソース電極5とドレイン電極6とを形成した。これにより、薄膜トランジスタを作製した。ITO成膜時の投入電力は200W、ガス流量はAr=100SCCM、O2=1SCCM、成膜圧力は1.0Paとした。ソース電極5とドレイン電極6との間の長さ(ゲート長)は20μmとした。また、ソース電極5とドレイン電極6との間の幅(ゲート幅)は5μmとした。
1 ゲート電極
1a ゲート電極の第一層
1b ゲート電極の第二層
2 キャパシタ電極
2a キャパシタ電極の第一層
2b キャパシタ電極の第二層
3 ゲート絶縁層
4 半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 保護層
9 画素電極
20 カラーフィルタ層
21 オーバーコート層
22 配向膜
23 画像表示用基板
24 共通電極
25 配向膜
26 液晶
27 位相差板
28 偏光板
Claims (9)
- 光透過性を有する絶縁基板上に、少なくともゲート電極、キャパシタ電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極およびドレイン電極が光透過性を有する材料で形成されている薄膜トランジスタであって、
前記ゲート電極および前記キャパシタ電極、または前記ソース電極および前記ドレイン電極が、前記絶縁基板に接する第一層と、前記ゲート絶縁層に接する第二層とから構成され、
前記第一層が、酸化インジウム錫であり、
前記第二層が、インジウム、ガリウム、および亜鉛の少なくとも一種を含む金属酸化物であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記第二層が、前記半導体層と同材料であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート電極および前記キャパシタ電極、または前記ソース電極および前記ドレイン電極の可視光領域における平均透過率が70%以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記半導体層が、インジウム、ガリウム、および亜鉛の少なくとも一種を含む金属酸化物であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁層が、CVD法で形成された酸化シリコン、窒化シリコン、およびシリコンオキシナイトライドのいずれか一種を含む化合物であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記薄膜トランジスタがボトムゲート型TFTであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記薄膜トランジスタがトップゲート型TFTであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタのアレイと、
前記薄膜トランジスタのアレイのソース電極又はドレイン電極に接続された画素電極と、
前記画素電極上に配置された画像表示媒体とを備えることを特徴とする画像表示装置。 - 前記薄膜トランジスタのアレイの絶縁基板上にカラーフィルタが形成されていることを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。
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