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WO2015049818A1 - 薄膜トランジスタ基板の製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ基板の製造方法 Download PDF

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WO2015049818A1
WO2015049818A1 PCT/JP2014/003508 JP2014003508W WO2015049818A1 WO 2015049818 A1 WO2015049818 A1 WO 2015049818A1 JP 2014003508 W JP2014003508 W JP 2014003508W WO 2015049818 A1 WO2015049818 A1 WO 2015049818A1
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WO
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film
layer
insulating film
insulating
forming
Prior art date
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Application number
PCT/JP2014/003508
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English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤 栄一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Priority to JP2015540363A priority patent/JP6082912B2/ja
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    • H10P52/00
    • H10P95/70
    • H10W20/071
    • H10W20/082
    • H10W20/4424

Definitions

  • the technology disclosed herein relates to a method for manufacturing a thin film transistor substrate.
  • An active matrix display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device uses a TFT substrate on which a thin film transistor (TFT) is formed as a switching element or a driving element.
  • TFT thin film transistor
  • Patent Document 1 discloses an active matrix organic EL display device using a TFT substrate.
  • a plurality of conductive layers composed of TFT electrodes or various wirings are formed on the TFT substrate.
  • an insulating layer made of a silicon oxide film, a silicon nitrogen film, or the like is formed as an interlayer insulating film between the conductive layers.
  • An opening is formed in the insulating layer in order to connect electrodes, wirings, and the like in the upper and lower conductive layers, but when the opening is formed in the insulating layer, film floating may occur in the insulating layer. As a result, there is a problem that a TFT substrate having desired performance cannot be obtained.
  • the technique disclosed herein is intended to provide a TFT substrate having a desired performance.
  • one aspect of a method of manufacturing a thin film transistor substrate is a method of manufacturing a thin film transistor substrate including a thin film transistor having a semiconductor layer, the step of forming a CuMn alloy film above the substrate, Forming a first silicon oxide film on the CuMn alloy film at a temperature; forming an aluminum oxide film on the first silicon oxide film; and a second temperature higher than the first temperature. Forming a second silicon oxide film on the aluminum oxide film at a temperature of.
  • a TFT substrate having desired performance can be realized.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a pixel bank of the organic EL display device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a configuration of a pixel circuit in the organic EL display device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the TFT substrate according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a process cross-sectional view of the TFT substrate manufacturing method according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a process cross-sectional view of the TFT substrate manufacturing method according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a process cross-sectional view of the manufacturing method of the TFT substrate according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a film formation process of the third insulating layer in the TFT substrate according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a process of processing the third insulating layer in the TFT substrate according to the embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a process of processing the third insulating layer in the TFT substrate according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a process of processing the third insulating layer in the TFT substrate according to the comparative example.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the deposition temperature of the first insulating film (lower SiO) and the third insulating film (upper SiO) and the number of floating defects in the insulating film.
  • FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a pixel bank of the organic EL display device according to the embodiment.
  • an organic EL display device 100 includes a TFT substrate (TFT array substrate) 1 on which a plurality of thin film transistors are arranged, an anode 131 that is a lower electrode (reflection electrode), and an EL layer (light emitting layer) 132. And a laminated structure with an organic EL element (light emitting part) 130 composed of a cathode 133 which is an upper electrode (transparent electrode).
  • the TFT substrate 1 has a plurality of pixels 110 arranged in a matrix, and each pixel 110 is provided with a pixel circuit 120.
  • the organic EL element 130 is formed corresponding to each of the plurality of pixels 110, and the light emission of each organic EL element 130 is controlled by the pixel circuit 120 provided in each pixel 110.
  • the organic EL element 130 is formed on an interlayer insulating film (planarization film) formed so as to cover a plurality of thin film transistors.
  • the organic EL element 130 has a configuration in which an EL layer 132 is disposed between the anode 131 and the cathode 133.
  • a hole transport layer is further laminated between the anode 131 and the EL layer 132, and an electron transport layer is further laminated between the EL layer 132 and the cathode 133.
  • another functional layer may be provided between the anode 131 and the cathode 133.
  • the functional layer formed between the anode 131 and the cathode 133 including the EL layer 132 is an organic layer made of an organic material.
  • Each pixel 110 is driven and controlled by the respective pixel circuit 120.
  • Source wiring (signal wiring) 150 and a plurality of power supply wirings (not shown in FIG. 1) arranged in parallel with the source wiring 150 are formed.
  • Each pixel 110 is partitioned by, for example, an orthogonal gate wiring 140 and a source wiring 150.
  • the gate wiring 140 is connected to the gate electrode of the first thin film transistor that operates as a switching element included in each pixel circuit 120 for each row.
  • the source wiring 150 is connected to the source electrode of the first thin film transistor for each column.
  • the power supply wiring is connected to the drain electrode of the second thin film transistor operating as a drive element included in each pixel circuit 120 for each column.
  • each pixel 110 of the organic EL display device 100 is configured by sub-pixels 110R, 110G, and 110B of three colors (red, green, and blue), and these sub-pixels 110R, 110G, and 110B. Are formed in a matrix on the display surface.
  • the sub-pixels 110R, 110G, and 110B are separated from each other by the bank 111.
  • the banks 111 are formed in a lattice shape so that the ridges extending in parallel to the gate wiring 140 and the ridges extending in parallel to the source wiring 150 intersect each other.
  • Each of the portions surrounded by the protrusions (that is, the opening of the bank 111) and the sub-pixels 110R, 110G, and 110B have a one-to-one correspondence.
  • the bank 111 is a pixel bank, but may be a line bank.
  • the anode 131 is formed for each of the sub-pixels 110R, 110G, and 110B on the interlayer insulating film (flattening film) on the TFT substrate 1 and in the opening of the bank 111.
  • the EL layer 132 is formed for each of the sub-pixels 110R, 110G, and 110B on the anode 131 and in the opening of the bank 111.
  • the transparent cathode 133 is continuously formed on the plurality of banks 111 so as to cover all the EL layers 132 (all the subpixels 110R, 110G, and 110B).
  • the pixel circuit 120 is provided for each of the sub-pixels 110R, 110G, and 110B, and each of the sub-pixels 110R, 110G, and 110B and the corresponding pixel circuit 120 are electrically connected by a contact hole and a relay electrode.
  • the sub-pixels 110R, 110G, and 110B have the same configuration except that the emission color of the EL layer 132 is different.
  • FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a configuration of a pixel circuit in the organic EL display device according to the embodiment.
  • the pixel circuit 120 includes a first thin film transistor SwTr that operates as a switching element, a second thin film transistor DrTr that operates as a driving element, and a capacitor C that stores data to be displayed on the corresponding pixel 110. Consists of.
  • the first thin film transistor SwTr is a switching transistor for selecting the pixel 110
  • the second thin film transistor DrTr is a drive transistor for driving the organic EL element 130.
  • the first thin film transistor SwTr includes a gate electrode G1 connected to the gate line 140, a source electrode S1 connected to the source line 150, a drain electrode D1 connected to the capacitor C and the gate electrode G2 of the second thin film transistor DrTr, It is comprised with a semiconductor film (not shown).
  • a predetermined voltage is applied to the connected gate line 140 and source line 150
  • the voltage applied to the source line 150 is stored in the capacitor C as a data voltage.
  • the second thin film transistor DrTr is connected to the drain electrode D1 of the first thin film transistor SwTr and the gate electrode G2 connected to the capacitor C, the drain electrode D2 connected to the power supply wiring 160 and the capacitor C, and the anode 131 of the organic EL element 130.
  • Source electrode S2 and a semiconductor film (not shown).
  • the second thin film transistor DrTr supplies a current corresponding to the data voltage held by the capacitor C from the power supply wiring 160 to the anode 131 of the organic EL element 130 through the source electrode S2. Thereby, in the organic EL element 130, a drive current flows from the anode 131 to the cathode 133, and the EL layer 132 emits light.
  • the organic EL display device 100 having the above configuration employs an active matrix system in which display control is performed for each pixel 110 located at the intersection of the gate wiring 140 and the source wiring 150. Accordingly, the corresponding organic EL element 130 selectively emits light by the first thin film transistor SwTr and the second thin film transistor DrTr in each pixel 110 (each sub pixel 110R, 110G, 110B), and a desired image is displayed.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the TFT substrate according to the embodiment.
  • the TFT substrate 1 in the organic EL display device 100 will be described.
  • the TFT substrate 1 is formed with a first thin film transistor SwTr, a second thin film transistor DrTr, a capacitor portion (capacitor C), and a wiring portion.
  • the TFT substrate 1 is formed on the substrate 10 on the first conductive layer 20L, the first insulating layer 30L, the semiconductor layer 40L, the second insulating layer 50L, the second conductive layer 60L, the third insulating layer 70L, the third conductive layer 80L, and the like.
  • the fourth insulating layer 90L is provided, and each layer constitutes an electrode, a wiring, and an insulating film in the first thin film transistor SwTr, the second thin film transistor DrTr, the capacitor portion (capacitor C), and the wiring crossover portion.
  • the first thin film transistor SwTr includes a gate electrode 21 (first conductive layer 20L), an insulating film 30 (first insulating layer 30L) that is a gate insulating film, and an oxide semiconductor layer 41 (semiconductor layer 40L) that is a channel layer. And an insulating film 50 (second insulating layer 50L), and a source electrode 61S and a drain electrode 61D (second conductive layer 60L).
  • the gate electrode 21, the source electrode 61S, and the drain electrode 61D correspond to the gate electrode G1, the source electrode S1, and the drain electrode D1 in FIG. 3, respectively.
  • the second thin film transistor DrTr includes a gate electrode 22 (first conductive layer 20L), an insulating film 30 (first insulating layer 30L) that is a gate insulating film, and an oxide semiconductor layer 42 (semiconductor layer 40L) that is a channel layer. And an insulating film 50 (second insulating layer 50L), and a source electrode 62S and a drain electrode 62D (second conductive layer 60L).
  • the gate electrode 22, the source electrode 62S, and the drain electrode 62D correspond to the gate electrode G2, the source electrode S2, and the drain electrode D2 in FIG. 3, respectively.
  • the first thin film transistor SwTr and the second thin film transistor DrTr according to the present embodiment are channel protection type, bottom gate type TFTs, and employ a top contact structure.
  • the capacitor portion includes the first electrode 23 (first conductive layer 20L) and the second electrode 63 (second conductive layer 60L).
  • the wiring part forms various wirings, and includes, for example, a first wiring 24 (first conductive layer 20L) and a second wiring 64 (second conductive layer 60L).
  • the substrate 10 is, for example, a glass substrate, but is not limited to a glass substrate and may be a resin substrate or the like.
  • the substrate 10 may be a sheet-like or film-like flexible substrate such as a flexible glass substrate or a flexible resin substrate instead of a rigid substrate.
  • An undercoat layer may be formed on the surface of the substrate 10.
  • the first conductive layer 20 ⁇ / b> L constitutes the gate electrodes 21 and 22, the first electrode 23, and the first wiring 24.
  • the gate electrodes 21 and 22, the first electrode 23, and the first wiring 24 are formed on the substrate 10 in a predetermined shape.
  • the first conductive layer 20L for example, a metal such as Ti, Mo, W, Al, or Au, or a conductive oxide such as ITO (indium tin oxide) is used.
  • a metal such as Ti, Mo, W, Al, or Au
  • a conductive oxide such as ITO (indium tin oxide)
  • an alloy such as MoW can be used.
  • Ti, Al, Au, or the like is used as a metal having good adhesion to the oxide, and a laminate sandwiching these metals may be used as the first conductive layer 20L. it can.
  • the insulating film 30 as the first insulating layer 30L constitutes the gate insulating film of the first thin film transistor SwTr and the second thin film transistor DrTr.
  • the insulating film 30 is formed between the gate electrode 21 and the oxide semiconductor layer 41 and between the gate electrode 22 and the oxide semiconductor layer 42, and covers the gate electrodes 21 and 22. 10 is deposited.
  • an oxide thin film such as a silicon oxide film or a hafnium oxide film, a nitride film such as a silicon nitride film or a single layer film of a silicon oxynitride film, or a laminated film of these is used.
  • the insulating film 30 is also an interlayer insulating film of the capacitor portion and the wiring portion, and is continuously formed in the plane of the substrate 10 so as to cover the first electrode 23 and the first wiring 24.
  • the oxide semiconductor layers 41 and 42 which are the semiconductor layer 40L, are formed in a predetermined shape above the substrate 10.
  • the oxide semiconductor layer 41 is a channel layer of the first thin film transistor SwTr and is formed to face the gate electrode 21.
  • the oxide semiconductor layer 42 is a channel layer of the second thin film transistor DrTr and is formed to face the gate electrode 22.
  • the oxide semiconductor layers 41 and 42 are formed in an island shape over the insulating film 30. Note that in this embodiment mode, the semiconductor layer is also formed in the capacitor portion and the wiring portion.
  • the oxide semiconductor layers 41 and 42 are preferably formed using a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) such as InGaZnO x (IGZO) containing In—Ga—Zn—O.
  • TAOS transparent amorphous oxide semiconductor
  • IGZO InGaZnO x
  • a thin film transistor using a transparent amorphous oxide semiconductor as a channel layer has high carrier mobility and is suitable for a large-screen and high-definition display device. Further, since the transparent amorphous oxide semiconductor can be formed at a low temperature, it can be easily formed on a flexible substrate.
  • the amorphous oxide semiconductor of InGaZnO X can be formed by a vapor phase film forming method such as a sputtering method or a laser vapor deposition method using, for example, a polycrystalline sintered body having an InGaO 3 (ZnO) 4 composition.
  • the insulating film 50 as the second insulating layer 50L is formed on the insulating film 30 so as to cover the semiconductor layer 40L. That is, the oxide semiconductor layers 41 and 42 are covered with the insulating film 50, and the insulating film 50 functions as a protective film (channel protective layer) that protects the oxide semiconductor layers 41 and 42.
  • the insulating film 50 is a silicon oxide film (SiO 2 ).
  • a part of the insulating film 50 (second insulating layer 50L) is opened so as to penetrate, and the oxide semiconductor layer 41, the source electrode 61S, the drain electrode 62D, and the like are connected through the opened part (contact hole). Is connected.
  • the oxide semiconductor layer 42 is also connected to the source electrode 62S and the drain electrode 62D through contact holes formed in the insulating film 50.
  • the second conductive layer 60L constitutes a source electrode 61 and a drain electrode 61D, a source electrode 62 and a drain electrode 62D, a second electrode 63, and a second wiring 64.
  • the second conductive layer 60L also functions as a wiring connecting various signal lines and electrodes.
  • the source electrode 61 and the drain electrode 61D, the source electrode 62 and the drain electrode 62D, the second electrode 63, the second wiring 64, the gate electrodes 21 and 22, the first electrode 23, and the first wiring 24 are insulated.
  • a predetermined shape is formed on the film 50.
  • the second conductive layer 60L is a first conductive film 60L1 that is a CuMn (copper manganese) alloy film or a Mo (molybdenum) film, and a second conductive that is a Cu (copper) film formed on the first conductive film 60L1. It is a laminated film having a three-layer structure including a film 60L2 and a third electrode film 60L3 that is a CuMn alloy film formed on the second conductive film 60L2.
  • the source electrodes 61 and 62 and the drain electrodes 61D and 62D are a laminated film in which a CuMn alloy film, a Cu film, and a CuMn alloy film are laminated in this order from the bottom, or a Mo film, a Cu film, and a CuMn.
  • a laminated film in which the alloy film is laminated in this order from the bottom to the top can be obtained.
  • the CuMn alloy film means an alloy film of copper and manganese.
  • the first conductive film 60L1 which is the lowermost layer of the second conductive layer 60L, functions as an adhesion layer with the base layer (the semiconductor layer 40L and the second insulating layer 50L), and Cu atoms in the second conductive film 60L2 diffuse. And function as a Cu diffusion suppression layer that suppresses entry into the semiconductor layer 40L.
  • the second conductive film 60L2 that is an intermediate layer of the second conductive layer 60L is a main electrode layer containing Cu as a main component, and is between the first conductive film 60L1 that is the lower layer and the third conductive film 60L3 that is the upper layer. Formed.
  • the resistance of the second conductive layer 60L (wiring and electrodes) can be reduced.
  • the third conductive film 60L3 that is the uppermost layer of the second conductive layer 60L is a cap layer that protects the second conductive film 60L2.
  • a CuMn alloy film as the third conductive film 60L3, it is possible to prevent the Cu film of the second conductive film 60L2 from being oxidized and the second conductive film 60L2 from being altered. Thereby, the increase in resistance of the second conductive layer 60L (source electrode, drain electrode, wiring, etc.) due to Cu oxidation can be suppressed.
  • a top contact structure in which the insulating film 50 is inserted between the oxide semiconductor layer and the source and drain electrodes is employed, but the end portion of the oxide semiconductor layer is the source. You may employ
  • the insulating film 70 as the third insulating layer 70L is formed so as to cover the first thin film transistor SwTr, the second thin film transistor DrTr, the capacitor portion, and the wiring portion. Specifically, the insulating film 70 is formed on the second conductive layer 60L, the source electrode 61S and the drain electrode 61D in the first thin film transistor SwTr, the source electrode 62S and the drain electrode 62D in the second thin film transistor DrTr, The second electrode 63 in the capacitor portion and the second wiring 64 in the wiring portion are covered.
  • the insulating film 70 includes a first insulating film 70L1 formed on the second conductive layer 60L, a second insulating film 70L2 formed on the first insulating film 70L1, and a third insulating film 70L2 formed on the second insulating film 70L2. This is a laminated film having a three-layer structure of the insulating film 70L3.
  • the first insulating film 70L1 which is the lowermost layer of the third insulating layer 70L, is a silicon oxide film (first silicon oxide film), and is formed on the uppermost layer (CuMn alloy film) of the second conductive layer 60L. .
  • the film thickness of the first insulating film 70L1 is, for example, not less than 100 nm and not more than 500 nm.
  • the silicon oxide film Since the silicon oxide film generates less hydrogen at the time of film formation than the silicon nitride film, damage to the oxide semiconductor layers 41 and 42 can be suppressed by using the silicon oxide film as the first insulating film 70L1. That is, in the case where an oxide semiconductor such as TAOS is used as the oxide semiconductor layers 41 and 42, when a recon nitride film is formed over the oxide semiconductor layers 41 and 42, the oxide semiconductor layers 41 and 42 have a reducing action such as hydrogen generated during the film formation. The composition of the oxide semiconductor layers 41 and 42 may change depending on the gas, and the oxide semiconductor layers 41 and 42 may not be able to exhibit the designed performance. On the other hand, since no hydrogen is generated when the silicon oxide film is formed, the oxide semiconductor layers 41 and 42 can exhibit desired performance when the silicon oxide film is used.
  • the base layer of the insulating film 70 is a CuMn film or a Cu film, and an aluminum oxide film is used as a part of the insulating film 70, the base layer (CuMn film or Cu film) and the aluminum oxide film If the first insulating film 70L1 (silicon oxide film) is not formed therebetween, the underlying layer (CuMn film or Cu film) can also be etched by a chemical solution (etching solution) at the time of etching the aluminum oxide film. That is, the first insulating film 70L1 (silicon oxide film) functions as an etching stopper layer when the aluminum oxide film is etched.
  • etching solution etching solution
  • the aluminum oxide film can be moved away from the semiconductor layer 40L. Thereby, the influence of the fixed charge on the semiconductor layer 40L can be suppressed.
  • the second insulating film 70L2 that is an intermediate layer of the third insulating layer 70L is an aluminum oxide film (alumina film), and is formed on the silicon oxide film that is the first insulating film 70L1.
  • the film thickness of the second insulating film 70L2 is, for example, not less than 10 nm and not more than 50 nm, and is configured to be thinner than the first insulating film 70L1 and the third insulating film 70L3.
  • the oxide semiconductor layers 41 and 42 made of an oxide semiconductor are damaged by hydrogen or oxygen and deteriorate in electrical characteristics.
  • an aluminum oxide film above the oxide semiconductor layers 41 and 42, an upper layer is formed. Hydrogen and oxygen generated in the process can be blocked by the aluminum oxide film. That is, when the second insulating film 70L2 is an aluminum oxide film, diffusion of hydrogen and oxygen to the oxide semiconductor layers 41 and 42 can be suppressed, so that the oxide semiconductor layers 41 and 42 having stable electrical characteristics can be obtained. .
  • the third insulating film 70L3 which is the uppermost layer of the third insulating layer 70L is a silicon oxide film (second silicon oxide film), and is formed on the aluminum oxide film which is the second insulating film 70L2.
  • the film thickness of the third insulating film 70L3 is, for example, not less than 100 nm and not more than 500 nm.
  • a contact hole CH is formed by opening a part of the insulating film 70.
  • a contact hole CH is formed in the insulating film 70 in order to contact the source electrode 61S of the first thin film transistor SwTr and the relay wiring 80.
  • the contact hole CH is formed by removing a part of the first insulating film 70L1, the second insulating film 70L2, and the third insulating film 70L3.
  • the third conductive layer 80L constitutes various relay wirings 80.
  • the relay wiring 80 connects the source and drain electrodes of the first thin film transistor SwTr and the second thin film transistor DrTr to various wirings through a contact hole CH (opening) formed in the insulating film 70.
  • the relay wiring 80 is connected to the source electrode 61 ⁇ / b> S of the first thin film transistor SwTr through the contact hole CH formed in the insulating film 70.
  • the relay wiring 80 includes a lower layer wiring 80L1 made of a transparent conductive oxide such as an ITO film and an upper layer wiring 80L2 made of a Cu film formed on the lower layer wiring 80L1.
  • the insulating film 90 as the fourth insulating layer 90L is formed on the entire upper surface of the substrate 10 so as to cover the relay wiring 80. Specifically, the insulating film 90 is formed on the third insulating layer 70 ⁇ / b> L (insulating film 70) so as to cover the relay wiring 80.
  • the insulating film 90 is a protective film, and for example, a resin-coated photosensitive insulating material containing silsesioxene, acrylic and siloxane that can attenuate light having a wavelength of 450 nm or less is used.
  • the insulating film 90 may be a laminated film of the photosensitive insulating material and the inorganic insulating material, or may be a single layer film of the inorganic insulating material.
  • As the inorganic insulating material for example, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, or the like is used.
  • the inorganic insulating material is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method, or the like.
  • FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views of each step in the TFT substrate manufacturing method according to the embodiment.
  • a substrate 10 is prepared, and a gate electrode 21, a gate electrode 22, a first electrode 23, and a first conductive layer 20L are formed above the substrate 10 as a first conductive layer 20L.
  • One wiring 24 is formed in a predetermined shape.
  • a metal film is formed on the substrate 10 by sputtering, and is patterned into a predetermined shape by processing the metal film using a photolithography method and a wet etching method.
  • an insulating film 30 is formed as a first insulating layer 30L above the substrate 10.
  • the insulating film 30 made of a silicon oxide film is formed by plasma CVD or the like so as to cover the gate electrode 21, the gate electrode 22, the first electrode 23, and the first wiring 24.
  • oxide semiconductor layers 41 and 42 having a predetermined shape are formed as the semiconductor layer 40 ⁇ / b> L above the substrate 10.
  • a transparent amorphous oxide semiconductor of InGaZnO X is formed on the insulating film 30 by a sputtering method or the like, and the transparent amorphous oxide semiconductor is processed using a photolithography method and an etching method, whereby the gate electrodes 21 and 22 are formed.
  • Oxide semiconductor layers 41 and 42 having a predetermined shape are formed on the insulating film 30 above each.
  • an oxide semiconductor layer is also formed as the semiconductor layer 40L on the insulating film 30 above each of the first electrode 23 and the first wiring 24.
  • the insulating film 50 is formed as the second insulating layer 50L on the insulating film 30 so as to cover the semiconductor layer 40L (oxide semiconductor layer) having a predetermined shape.
  • the insulating film 50 made of a silicon oxide film is formed by plasma CVD.
  • a part of the insulating film 50 is removed by etching to form a contact hole for contacting the oxide semiconductor layer 41 with the source electrode 61S and the drain electrode 61D, and the oxide semiconductor layer 42 and the source electrode 62S. Then, a contact hole for making contact with the drain electrode 62D is formed.
  • a contact hole that penetrates the insulating film 50 is formed by photolithography and etching so that part of the oxide semiconductor layers 41 and 42 is exposed.
  • a contact hole penetrating the insulating film 50 is formed so that a part of the oxide semiconductor layer in the capacitor portion is exposed.
  • contact holes that penetrate through the insulating film 30 and the insulating film 50 are also formed so that a part of the gate electrode 22, the first electrode 23, and the first wiring 24 is exposed.
  • a second conductive layer 60L is formed on the insulating film 50 so as to fill the contact hole of the insulating film 50.
  • the second conductive layer 60L having a three-layer structure is formed.
  • a Mo film or a CuMn film is formed as the first conductive film 60 on the insulating film 50, and then a Cu film is formed as the second conductive film 60L2 on the first conductive film 60L1, and then Then, a CuMn film is formed as the third conductive film 60L3 on the second conductive film 60L2.
  • a CuMn alloy film is formed by sputtering as the first conductive film 60L1
  • a Cu film is formed by sputtering as the second conductive film 60L2
  • a CuMn alloy film is sputtered as the third conductive film 60L3. The film was formed by the method.
  • the source electrode 61S is formed by processing the second conductive layer 60L made of a laminated film of the first conductive film 60L1, the second conductive film 60L2, and the third conductive film 60L3.
  • the drain electrode 61D, the source electrode 62S and the drain electrode 62D, the second electrode 63, and the second wiring 64 are respectively formed in a predetermined pattern.
  • the processing of the second conductive layer 60L is performed using, for example, a photolithography method and an etching method.
  • a third insulating layer 70L is formed so as to cover the source electrode 61S, the drain electrode 61D, the source electrode 62S, the drain electrode 62D, the second electrode 63, and the second wiring 64. To do.
  • the first insulating film 70L1, the second insulating film 70L2, and the third insulating film 70L3 are formed on the second conductive layer 60L.
  • a resist R having a predetermined shape is formed on the third insulating layer 70L.
  • the resist R has an opening for removing a part of the third insulating layer 70L.
  • the opening of the resist R is formed, for example, above each of the source electrode 61S and the drain electrode 62D. As shown in the figure, the opening of the resist R may be formed in the capacitor portion and the wiring portion as necessary.
  • an opening is formed in the third insulating layer 70L, which is a laminated film of the first insulating film 70L1, the second insulating film 70L2, and the third insulating film 70L3, using the resist R as a mask. By forming, a part of the second conductive layer 60L is exposed.
  • a part of the third insulating layer 70L above the source electrode 61S and the drain electrode 62D is removed by using a photolithography method and an etching method, and a contact hole CH penetrating the third insulating layer 70L is formed.
  • the contact hole CH of the third insulating layer 70L may also be formed in the capacitor portion and the wiring portion as shown in FIG.
  • the resist R on the insulating film 70 (third insulating layer 70L) is removed to expose the entire surface of the insulating film 70.
  • the second conductive layer 60L (source electrode 61S, drain electrode 62D, etc.) is contacted through the contact hole CH of the insulating film 70 (third insulating layer 70L).
  • a lower-layer wiring 80L1 having a predetermined shape is formed.
  • sputtering is performed along the surface of the contact hole CH and the surface of the insulating film 70 (third insulating layer 70L) so as to cover the exposed second conductive layer 60L (source electrode 61S, drain electrode 62D, etc.). Then, a conductor film made of, for example, an ITO film is formed.
  • a lower layer wiring 80L1 having a predetermined pattern is formed at a position corresponding to the contact hole CH.
  • the lower layer wiring 80L1 may be reduced in resistance by performing thermal annealing.
  • the upper layer wiring 80L2 is formed on the lower layer wiring 80L1.
  • the relay wiring 80 having a predetermined shape can be formed as the third conductive layer 80L.
  • a conductor film made of, for example, a Cu film is formed on the third insulating layer 70L by a sputtering method so as to cover the lower layer wiring 80L1.
  • the Cu film is left only on the lower layer wiring 80L1 by processing the conductor film (Cu film) using the photolithography method and the wet etching method.
  • the relay wiring 80 made of a laminated film of the lower layer wiring 80L1 and the upper layer wiring 80L2 is formed at a predetermined position.
  • an insulating film 90 is formed as a fourth insulating layer 90L on the third insulating layer 70L so as to cover the relay wiring 80.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a film formation process of the third insulating layer in the TFT substrate according to the embodiment, and shows an enlarged view of a region X surrounded by a broken line in FIG.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams for explaining the processing step of the third insulating layer in the TFT substrate according to the embodiment, and show an enlarged view of a region X surrounded by a broken line in FIG. .
  • the second conductive layer 60L (the source electrode 61S in FIG. 8) is formed at a first predetermined temperature.
  • a first insulating film 70L1 is formed on the uppermost third conductive film 60L3 (CuMn alloy film).
  • a silicon oxide film (first silicon oxide film) is formed as a first insulating film 70L1 on the third conductive film 60L3 (CuMn alloy film) by a plasma CVD method.
  • a parallel plate type plasma CVD apparatus is used for film formation of the silicon oxide film.
  • the pressure in the chamber is 133 Pa, and the RF (high frequency) is 13 kW.
  • the gas flow rate of SiH 4 is 1000 sccm, and the gas flow rate of N 2 O is 100,000 sccm.
  • the temperature at which the first insulating film 70L1 is formed is the temperature of the substrate 10 and is, for example, 230 ° C. or lower.
  • a second insulating film 70L2 is formed on the first insulating film 70L1.
  • an aluminum oxide film is formed as the second insulating film 70L2 on the first insulating film 70L1 which is a silicon oxide film by a sputtering method.
  • a reactive sputtering apparatus is used for forming the aluminum oxide film, and aluminum is used for the target.
  • the pressure in the chamber is 0.65 Pa
  • the applied voltage power is 30 kW
  • the Ar gas flow rate is 200 sccm
  • the O 2 gas flow rate is 100 sccm (oxygen flow ratio). 42%).
  • the refractive index of the second insulating film 70L2 is preferably about 1.55 to 1.65 for light having a wavelength of 633 nm.
  • the second insulating film 70L2 is processed by wet etching. However, when the refractive index of the second insulating film 70L2 is about 1.55 to 1.65, good processability is obtained.
  • a third insulating film 70L3 is formed on the second insulating film 70L2 at a second predetermined temperature higher than the first temperature.
  • a silicon oxide film (second silicon oxide film) is formed as a third insulating film 70L3 over the second insulating film 70L2 that is an aluminum oxide film by a plasma CVD method.
  • a parallel plate type plasma CVD apparatus is used for film formation of the silicon oxide film.
  • the pressure in the chamber is 133 Pa, and the RF (high frequency) is 13 kW.
  • the gas flow rate of SiH 4 is 1000 sccm, and the gas flow rate of N 2 O is 100,000 sccm.
  • the temperature (second predetermined temperature) at the time of forming the third insulating film 70L3 is the temperature of the substrate 10 and is, for example, 290 ° C. or higher.
  • the insulating film 70 which is the third insulating layer 70L having a three-layer structure can be formed on the second conductive layer 60L.
  • a pattern of a resist (resist film) R having an opening having a predetermined shape is formed on the insulating film 70 which is the third insulating layer 70L.
  • a resist made of a photosensitive resin material is applied on the insulating film 70 so as to have a predetermined film thickness, and then the resist is exposed through a photomask having a pattern formed to develop the resist. To do. Thereby, a pattern of the resist R having an opening is formed.
  • the opening of the resist R is formed to form a contact hole in the third insulating layer 70L (insulating film 70).
  • the opening of the resist R corresponds to the contact portion between the source electrode 61S and the relay electrode 80.
  • the third insulating film 70L3 which is the uppermost layer of the third insulating layer 70L (insulating film 70) is processed. Specifically, the third insulating film 70L3 that is a silicon oxide film is dry-etched. The third insulating film 70L3 under the opening of the resist R is selectively removed by dry etching.
  • etching gas for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) and O 2 are used.
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • O 2 oxygen hexafluoride
  • the gas flow rate of SF 6 is 2000 sccm
  • the gas flow rate of O 2 is 2000 sccm
  • the pressure is 13 Pa
  • the applied power is 10,000 W.
  • carbon tetrafluoride (CF 4 ) and O 2 may be used as an etching gas.
  • the etching gas at this time causes the opening of the resist R to recede so that the opening is wider than before etching. Furthermore, in this case, a shape in which the opening (opening diameter) of the third insulating film 70L3 is wider than the opening (opening diameter) of the resist R is obtained due to the difference in etching rate between the resist R and the third insulating film 70L3.
  • the second insulating film 70L2 that is an intermediate layer of the third insulating layer 70L is processed. Specifically, the second insulating film 70L2 that is an aluminum oxide film is wet-etched. The second insulating film 70L2 under the opening of the third insulating film 70L3 is selectively removed by wet etching.
  • an alkaline solution such as a potassium hydroxide (KOH) solution is used.
  • Etching of the aluminum oxide film with the KOH solution can be performed, for example, when the KOH concentration is in the range of 1 wt% to 40 wt%.
  • the first insulating film 70L1 which is the lowermost layer of the third insulating layer 70L (insulating film 70), is processed. Specifically, the first insulating film 70L1, which is a silicon oxide film, is dry-etched. The first insulating film 70L1 under the opening of the second insulating film 70L2 is selectively removed by dry etching.
  • etching gas for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) and O 2 are used.
  • CF 4 carbon tetrafluoride
  • O 2 oxygen tetrafluoride
  • the gas flow rate of CF 4 is 4000 sccm
  • the gas flow rate of O 2 is 1000 sccm
  • the pressure is 13 Pa
  • the applied power is 12000 W.
  • the silicon oxide film has a high selectivity (etching rate) to be etched by dry etching with respect to the alumina oxide film, as shown in the figure, at the opening end portion of the first insulating film 70L1, which is a silicon oxide film.
  • a cross-sectional (inner peripheral surface) shape can be formed in a shape close to a vertical surface.
  • the resist R is removed. Specifically, the resist R is removed by ashing with a chemical solution or O 2 radical. By removing the resist R, an opening (contact hole) can be formed in the third insulating layer 70L (insulating film 70).
  • the third insulating layer 70L above the source electrode 61S which is the second conductive layer 60L, has been described as shown in the region X of FIGS. 6B and 6C.
  • TFT electrodes gate electrode, source electrode, drain electrode
  • various wirings gate wiring, source wiring, power supply wiring, etc.
  • an insulating layer is formed as an interlayer insulating film between the conductive layers.
  • an insulating film such as an oxide film such as a silicon oxide film or a nitride film such as a silicon nitrogen film is used, and the insulating layer is a single-layer film or a plurality of insulating films formed of a single insulating film. It is configured as a laminated film.
  • Electrodes and wirings in the upper and lower conductive layers are electrically connected through openings (contact holes) provided in the insulating layer.
  • a TFT substrate having a TFT whose channel layer is an oxide semiconductor oxide semiconductor TFT
  • an oxide film is used instead of a nitride film as an insulating film. This is because hydrogen which damages the oxide semiconductor is used when forming the nitride film.
  • an aluminum oxide film alumina film
  • a laminated film having a three-layer structure in which an aluminum oxide film is sandwiched between two upper and lower silicon oxide films as an insulating layer.
  • the wiring tends to become longer and thinner due to the larger screen and higher definition of the display device. For this reason, there exists a subject that wiring resistance becomes high and the quality of a display image deteriorates.
  • the TFT electrode and wiring may be formed in the same layer, so that the material and structure of the TFT electrode are required not only as TFT but also as wiring. Therefore, in order to realize a low resistance wiring, it is considered to use Cu as a TFT electrode material.
  • a silicon oxide film (lower SiO) is formed at 245 ° C. as the first insulating film 70L1 on the third conductive film 60L3 (CuMn alloy film) that is the cap layer of the source electrode 61S.
  • a silicon oxide film (upper layer SiO) is further formed at 230 ° C. as the third insulating film 70L3 on the second insulating film 70L2.
  • the insulating film 70 having a three-layer structure was formed on the CuMn alloy film.
  • the third insulating film 70L3 (upper layer SiO) is dry-etched and then the second insulating film 70L2 (aluminum oxide) as in the above-described embodiment. ) was wet etched, and then the first insulating film 70L1 (lower SiO) was dry etched.
  • the inventors of the present application have made extensive studies on the cause of the film floating of the insulating film, and as a result, the film forming temperature of the first insulating film 70L1 (lower SiO) and the third insulating film 70L3 (upper SiO) is caused. It has been found that the film floating of the insulating film 70 occurs.
  • FIG. 12 is a diagram showing the experimental results at that time, and the relationship between the deposition temperature of the first insulating film 70L1 (lower SiO) and the third insulating film 70L3 (upper SiO) and the number of floating defects in the insulating film 70. Is shown. Note that the number of film floating defects is the number of film floating of the insulating film 70 generated on the substrate 10. In this experiment, the film formation temperature was set to the set temperature (substrate temperature) of the substrate 10.
  • the number of film floating defects is 2000 or more.
  • the deposition temperature of the first insulating film 70L1 (lower SiO) is lower than the deposition temperature of the third insulating film 70L3 (upper SiO)
  • the number of film floating defects can be suppressed to 400 or less. That is, by forming the third insulating film 70L3 (upper layer SiO) at a film forming temperature higher than the film forming temperature of the first insulating film 70L1 (lower layer SiO), the number of film floating defects can be suppressed to 400 or less.
  • the number of film floating defects can be suppressed to 200 or less by setting the first insulating film 70L1 (lower SiO) to 230 ° C. or lower.
  • the third insulating film 70L3 (upper layer SiO) to 290 ° C. or less, the number of film floating defects can be suppressed to 10 or less.
  • the step of forming the CuMn alloy film above the substrate 10 and the formation of the first silicon oxide film on the CuMn alloy film at the first temperature Forming an aluminum oxide film on the first silicon oxide film; and forming a second silicon oxide film on the aluminum oxide film at a second temperature higher than the first temperature.
  • the thermal process temperature is lowered as the upper layer is formed.
  • the upper layer silicon oxide film (second silicon oxide film) is intentionally formed.
  • the temperature is set higher than the deposition temperature of the lower silicon oxide film (first silicon oxide film).
  • the film forming temperature is usually not higher than 230 ° C. but often higher than 300 ° C.
  • the lower layer silicon is intentionally used.
  • the film formation temperature of the oxide film (first silicon oxide film) is set to 230 ° C. or lower.
  • the film formation temperature of the upper silicon oxide film (second silicon oxide film) is preferably 290 ° C. or higher. Thereby, generation
  • the CuMn alloy film serving as the base of the insulating film 70 is the source electrode or the drain electrode of the thin film transistor.
  • the present invention is not limited thereto. It may be part of the wiring. That is, when the upper layer of the wiring is a CuMn alloy film, the same effect can be obtained also when the insulating film 70 having the three-layer structure is formed on the CuMn alloy film to form a contact hole.
  • the thin film transistor is a bottom gate type TFT, but may be a top gate type TFT.
  • the thin film transistor is a channel etching stopper type (channel protection type) TFT, but may be a channel etching type TFT. That is, in the above embodiment, the insulating film 50 may not be formed.
  • an organic EL display device has been described as a display device using a TFT substrate, but the TFT substrate in the above embodiment is another display device using an active matrix substrate such as a liquid crystal display element device. It can also be applied to.
  • the display device such as the organic EL display device described above can be used as a flat panel display and applied to all electronic devices having a display panel such as a television set, a personal computer, and a mobile phone. can do. In particular, it is suitable for a large-screen and high-definition display device.
  • the technology disclosed herein can be widely used in a thin film transistor substrate and a display device such as an organic EL display device using the thin film transistor substrate.

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Abstract

 半導体層を有する薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、基板(10)の上方にCuMn合金膜(第3導電膜(60L3))を形成する工程と、第1の温度でCuMn合金膜の上に第1のシリコン酸化膜(第1絶縁膜(70L1))を形成する工程と、第1のシリコン酸化膜の上に酸化アルミニウム膜(第2絶縁膜(70L2))を形成する工程と、第1の温度よりも高い第2の温度で酸化アルミニウム膜の上に第2のシリコン酸化膜(第3絶縁膜(70L3))を形成する工程とを含む。

Description

薄膜トランジスタ基板の製造方法
 ここに開示された技術は、薄膜トランジスタ基板の製造方法に関する。
 液晶表示装置や有機EL(Electro Luminescence)表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置には、スイッチング素子又は駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が形成されたTFT基板が用いられる。
 例えば、特許文献1には、TFT基板を用いたアクティブマトリクス型の有機EL表示装置が開示されている。
 TFT基板には、TFTの電極又は各種配線等で構成された複数層の導電層が形成される。また、導電層の層間には、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜やシリコン窒素膜等からなる絶縁層が形成される。
特開2010-27584号公報
 上下の導電層における電極や配線等を接続するために絶縁層には開口(コンタクトホール)が形成されるが、絶縁層に開口を形成すると、絶縁層に膜浮きが発生する場合がある。この結果、所望の性能のTFT基板が得られないという問題がある。
 ここに開示された技術は、所望の性能のTFT基板を提供することを目的とする。
 上記目的を達成するために、薄膜トランジスタ基板の製造方法の一態様は、半導体層を有する薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、基板の上方にCuMn合金膜を形成する工程と、第1の温度で前記CuMn合金膜の上に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記第1のシリコン酸化膜の上に酸化アルミニウム膜を形成する工程と、前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記酸化アルミニウム膜の上に第2のシリコン酸化膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
 所望の性能を有するTFT基板を実現できる。
図1は、実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。 図2は、実施の形態に係る有機EL表示装置のピクセルバンクの例を示す斜視図である。 図3は、実施の形態に係る有機EL表示装置における画素回路の構成を示す電気回路図である。 図4は、実施の形態に係るTFT基板の概略断面図である。 図5は、実施の形態に係るTFT基板の製造方法の工程断面図である。 図6は、実施の形態に係るTFT基板の製造方法の工程断面図である。 図7は、実施の形態に係るTFT基板の製造方法の工程断面図である。 図8は、実施の形態に係るTFT基板における第3絶縁層の成膜工程を説明するための図である。 図9は、実施の形態に係るTFT基板における第3絶縁層の加工工程を説明するための図である。 図10は、実施の形態に係るTFT基板における第3絶縁層の加工工程を説明するための図である。 図11は、比較例に係るTFT基板における第3絶縁層の加工工程を説明するための図である。 図12は、第1絶縁膜(下層SiO)及び第3絶縁膜(上層SiO)の成膜温度と絶縁膜の膜浮き欠陥数との関係を示す図である。
 (実施の形態)
 以下、本開示の一実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
 なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
 [有機EL表示装置]
 まず、TFT基板が用いられる有機EL表示装置100の構成の一例について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。図2は、実施の形態に係る有機EL表示装置のピクセルバンクの例を示す斜視図である。
 図1に示すように、有機EL表示装置100は、複数個の薄膜トランジスタが配置されたTFT基板(TFTアレイ基板)1と、下部電極(反射電極)である陽極131、EL層(発光層)132及び上部電極(透明電極)である陰極133からなる有機EL素子(発光部)130との積層構造により構成される。
 TFT基板1には複数の画素110がマトリクス状に配置されており、各画素110には画素回路120が設けられている。
 有機EL素子130は、複数の画素110のそれぞれに対応して形成されており、各画素110に設けられた画素回路120によって各有機EL素子130の発光の制御が行われる。有機EL素子130は、複数の薄膜トランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜(平坦化膜)の上に形成される。
 また、有機EL素子130は、陽極131と陰極133との間にEL層132が配置された構成となっている。陽極131とEL層132との間にはさらに正孔輸送層が積層形成され、EL層132と陰極133との間にはさらに電子輸送層が積層形成されている。なお、陽極131と陰極133との間には、その他の機能層が設けられていてもよい。EL層132をはじめ陽極131と陰極133との間に形成される機能層は、有機材料によって構成された有機層である。
 各画素110は、それぞれの画素回路120によって駆動制御される。また、TFT基板1には、画素110の行方向に沿って配置される複数のゲート配線(走査線)140と、ゲート配線140と交差するように画素110の列方向に沿って配置される複数のソース配線(信号配線)150と、ソース配線150と平行に配置される複数の電源配線(図1では省略)とが形成されている。各画素110は、例えば直交するゲート配線140とソース配線150とによって区画されている。
 ゲート配線140は、各画素回路120に含まれるスイッチング素子として動作する第1薄膜トランジスタのゲート電極と行毎に接続されている。ソース配線150は、第1薄膜トランジスタのソース電極と列毎に接続されている。電源配線は、各画素回路120に含まれる駆動素子として動作する第2薄膜トランジスタのドレイン電極と列毎に接続されている。
 図2に示すように、有機EL表示装置100の各画素110は、3色(赤色、緑色、青色)のサブ画素110R、110G、110Bによって構成されており、これらのサブ画素110R、110G、110Bは、表示面上に複数個マトリクス状に配列されるように形成されている。各サブ画素110R、110G、110Bは、バンク111によって互いに分離されている。バンク111は、ゲート配線140に平行に延びる突条と、ソース配線150に平行に延びる突条とが互いに交差するように、格子状に形成されている。そして、この突条で囲まれる部分(すなわち、バンク111の開口部)の各々とサブ画素110R、110G、110Bの各々とが一対一で対応している。なお、本実施の形態において、バンク111はピクセルバンクとしたが、ラインバンクとしても構わない。
 陽極131は、TFT基板1上の層間絶縁膜(平坦化膜)上でかつバンク111の開口部内に、サブ画素110R、110G、110B毎に形成されている。同様に、EL層132は、陽極131上でかつバンク111の開口部内に、サブ画素110R、110G、110B毎に形成されている。透明な陰極133は、複数のバンク111上で、かつ全てのEL層132(全てのサブ画素110R、110G、110B)を覆うように、連続的に形成されている。
 さらに、画素回路120は、各サブ画素110R、110G、110B毎に設けられており、各サブ画素110R、110G、110Bと、対応する画素回路120とは、コンタクトホール及び中継電極によって電気的に接続されている。なお、サブ画素110R、110G、110Bは、EL層132の発光色が異なることを除いて同一の構成である。
 ここで、画素110における画素回路120の回路構成について、図3を用いて説明する。図3は、実施の形態に係る有機EL表示装置における画素回路の構成を示す電気回路図である。
 図3に示すように、画素回路120は、スイッチング素子として動作する第1薄膜トランジスタSwTrと、駆動素子として動作する第2薄膜トランジスタDrTrと、対応する画素110に表示するためのデータを記憶するキャパシタCとで構成される。本実施の形態において、第1薄膜トランジスタSwTrは、画素110を選択するためのスイッチングトランジスタであり、第2薄膜トランジスタDrTrは、有機EL素子130を駆動するための駆動トランジスタである。
 第1薄膜トランジスタSwTrは、ゲート配線140に接続されるゲート電極G1と、ソース配線150に接続されるソース電極S1と、キャパシタC及び第2薄膜トランジスタDrTrのゲート電極G2に接続されるドレイン電極D1と、半導体膜(図示せず)とで構成される。第1薄膜トランジスタSwTrは、接続されたゲート配線140及びソース配線150に所定の電圧が印加されると、当該ソース配線150に印加された電圧がデータ電圧としてキャパシタCに保存される。
 第2薄膜トランジスタDrTrは、第1薄膜トランジスタSwTrのドレイン電極D1及びキャパシタCに接続されるゲート電極G2と、電源配線160及びキャパシタCに接続されるドレイン電極D2と、有機EL素子130の陽極131に接続されるソース電極S2と、半導体膜(図示せず)とで構成される。第2薄膜トランジスタDrTrは、キャパシタCが保持しているデータ電圧に対応する電流を電源配線160からソース電極S2を通じて有機EL素子130の陽極131に供給する。これにより、有機EL素子130では、陽極131から陰極133へと駆動電流が流れてEL層132が発光する。
 なお、上記構成の有機EL表示装置100では、ゲート配線140とソース配線150との交点に位置する画素110毎に表示制御を行うアクティブマトリクス方式が採用されている。これにより、各画素110(各サブ画素110R、110G、110B)における第1薄膜トランジスタSwTr及び第2薄膜トランジスタDrTrによって、対応する有機EL素子130が選択的に発光し、所望の画像が表示される。
 [薄膜トランジスタ基板]
 次に、実施の形態に係るTFT基板1について、図4を用いて説明する。図4は、実施の形態に係るTFT基板の概略断面図である。以下の実施の形態では、上記有機EL表示装置100におけるTFT基板1について説明する。
 図4に示すように、TFT基板1には、第1薄膜トランジスタSwTr、第2薄膜トランジスタDrTr、容量部(キャパシタC)及び配線部が形成されている。
 TFT基板1は、基板10上に、第1導電層20L、第1絶縁層30L、半導体層40L、第2絶縁層50L、第2導電層60L、第3絶縁層70L、第3導電層80L及び第4絶縁層90Lを備えており、各層は、第1薄膜トランジスタSwTr、第2薄膜トランジスタDrTr、容量部(キャパシタC)及び配線クロスオーバ部における、電極や配線、絶縁膜を構成している。
 第1薄膜トランジスタSwTrは、ゲート電極21(第1導電層20L)と、ゲート絶縁膜である絶縁膜30(第1絶縁層30L)と、チャネル層である酸化物半導体層41(半導体層40L)と、絶縁膜50(第2絶縁層50L)と、ソース電極61S及びドレイン電極61D(第2導電層60L)とを有する。ゲート電極21、ソース電極61S及びドレイン電極61Dは、それぞれ、図3におけるゲート電極G1、ソース電極S1及びドレイン電極D1に対応する。
 第2薄膜トランジスタDrTrは、ゲート電極22(第1導電層20L)と、ゲート絶縁膜である絶縁膜30(第1絶縁層30L)と、チャネル層である酸化物半導体層42(半導体層40L)と、絶縁膜50(第2絶縁層50L)と、ソース電極62S及びドレイン電極62D(第2導電層60L)とを有する。ゲート電極22、ソース電極62S及びドレイン電極62Dは、それぞれ、図3におけるゲート電極G2、ソース電極S2及びドレイン電極D2に対応する。
 本実施の形態に係る第1薄膜トランジスタSwTr及び第2薄膜トランジスタDrTrは、チャネル保護型でボトムゲート型のTFTであり、また、トップコンタクト構造が採用されている。
 なお、容量部は、第1電極23(第1導電層20L)と、第2電極63(第2導電層60L)とを有する。また、配線部は、各種配線を構成しており、例えば、第1配線24(第1導電層20L)と第2配線64(第2導電層60L)とを有する。
 以下、TFT基板1における各構成部材について詳細に説明する。
 [基板]
 基板10は、例えば、ガラス基板であるが、ガラス基板に限らず、樹脂基板等であってもよい。また、基板10は、リジッド基板ではなく、フレキシブルガラス基板又はフレキシブル樹脂基板等のシート状又はフィルム状のフレキシブル基板を用いてもよい。なお、基板10の表面にアンダーコート層を形成してもよい。
 [第1導電層]
 第1導電層20Lは、ゲート電極21及び22と、第1電極23と、第1配線24とを構成している。ゲート電極21及び22と、第1電極23と、第1配線24とは、基板10上に所定形状で形成される。
 第1導電層20Lとしては、例えばTi、Mo、W、Al、Au等の金属やITO(酸化インジウムスズ)等の導電性酸化物が用いられる。金属に関しては、例えばMoWのような合金を用いることもできる。また、膜の密着性を高めるために、酸化物との密着性が良い金属として例えばTi、AlやAu等を用いて、これらの金属を挟んだ積層体を第1導電層20Lとして用いることもできる。
 [第1絶縁層]
 第1絶縁層30Lである絶縁膜30は、第1薄膜トランジスタSwTr及び第2薄膜トランジスタDrTrのゲート絶縁膜を構成している。つまり、絶縁膜30は、ゲート電極21と酸化物半導体層41との間、及び、ゲート電極22と酸化物半導体層42との間に形成されており、ゲート電極21及び22を覆うように基板10上に成膜される。
 絶縁膜30としては、例えばシリコン酸化膜やハフニウム酸化膜等の酸化物薄膜、窒化シリコン膜等の窒化膜もしくはシリコン酸窒化膜の単層膜、又は、これらの積層膜等が用いられる。
 なお、絶縁膜30は、容量部及び配線部の層間絶縁膜でもあり、第1電極23及び第1配線24も覆うように、基板10の面内において連続して形成される。
 [半導体層]
 半導体層40Lである酸化物半導体層41及び42は、基板10の上方に所定形状で形成される。酸化物半導体層41は、第1薄膜トランジスタSwTrのチャネル層であり、ゲート電極21と対向するように形成される。また、酸化物半導体層42は、第2薄膜トランジスタDrTrのチャネル層であり、ゲート電極22と対向するように形成される。例えば、酸化物半導体層41及び42は、絶縁膜30上に島状に形成される。なお、本実施の形態において、半導体層は、容量部及び配線部にも形成されている。
 酸化物半導体層41及び42としては、In-Ga-Zn-Oを含むInGaZnO(IGZO)等の透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)により構成することが望ましい。透明アモルファス酸化物半導体をチャネル層とする薄膜トランジスタは、キャリア移動度が高く、大画面及び高精細の表示装置に適している。また、透明アモルファス酸化物半導体は、低温成膜が可能であるのでフレキシブル基板上に容易に形成することができる。
 InGaZnOのアモルファス酸化物半導体は、例えば、InGaO(ZnO)組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、スパッタ法やレーザー蒸着法等の気相成膜法により成膜することができる。
 [第2絶縁層]
 第2絶縁層50Lである絶縁膜50は、半導体層40Lを覆うように絶縁膜30上に成膜される。つまり、酸化物半導体層41及び42は絶縁膜50によって覆われており、絶縁膜50は酸化物半導体層41及び42を保護する保護膜(チャネル保護層)として機能する。絶縁膜50は、一例として、シリコン酸化膜(SiO)である。
 絶縁膜50(第2絶縁層50L)の一部は貫通するように開口されており、この開口された部分(コンタクトホール)を介して、酸化物半導体層41とソース電極61S及びドレイン電極62Dとが接続されている。また、酸化物半導体層42とソース電極62S及びドレイン電極62Dとについても絶縁膜50に形成されたコンタクトホールを介して接続されている。
 [第2導電層]
 第2導電層60Lは、ソース電極61及びドレイン電極61Dと、ソース電極62及びドレイン電極62Dと、第2電極63と、第2配線64とを構成している。なお、第2導電層60Lは各種信号線や電極を接続する配線としても機能する。
 ソース電極61及びドレイン電極61Dと、ソース電極62及びドレイン電極62Dと、第2電極63と、第2配線64とゲート電極21及び22と、第1電極23と、第1配線24とは、絶縁膜50上に所定形状で形成される。
 第2導電層60Lは、CuMn(銅マンガン)合金膜又はMo(モリブデン)膜である第1導電膜60L1と、当該第1導電膜60L1上に形成されたCu(銅)膜である第2導電膜60L2と、当該第2導電膜60L2上に形成されたCuMn合金膜である第3電極膜60L3とを含む3層構造の積層膜である。
 つまり、ソース電極61及び62とドレイン電極61D及び62Dとは、CuMn合金膜とCu膜とCuMn合金膜とが下から上にこの順序で積層された積層膜、又は、Mo膜とCu膜とCuMn合金膜とが下から上にこの順序で積層された積層膜とすることができる。また、第2電極63と第2配線64とについても同様である。なお、CuMn合金膜とは、銅とマンガンとの合金膜であることを意味している。
 第2導電層60Lの最下層である第1導電膜60L1は、下地層(半導体層40L及び第2絶縁層50L)との密着層として機能するとともに、第2導電膜60L2のCu原子が拡散して半導体層40L内に入り込むことを抑制するCu拡散抑制層として機能する。
 第2導電層60Lの中間層である第2導電膜60L2は、Cuを主成分とする主電極層であって、下層である第1導電膜60L1と上層である第3導電膜60L3との間に形成される。第2導電層60LをCu膜とすることによって、第2導電層60L(配線及び電極)の低抵抗化を図ることができる。
 第2導電層60Lの最上層である第3導電膜60L3は、第2導電膜60L2を保護するキャップ層である。第3導電膜60L3としてCuMn合金膜を用いることによって、第2導電膜60L2のCu原子が酸化して第2導電膜60L2が変質することを抑制できる。これにより、Cu酸化による第2導電層60L(ソース電極、ドレイン電極及び配線等)の高抵抗化を抑制できる。
 なお、本実施の形態では、酸化物半導体層とソース電極及びドレイン電極との間に絶縁膜50が挿入された構成のトップコンタクト構造を採用しているが、酸化物半導体層の端部がソース電極及びドレイン電極に直接覆われた構成のサイドコンタクト構造を採用してもよい。
 [第3絶縁層]
 第3絶縁層70Lである絶縁膜70は、第1薄膜トランジスタSwTr、第2薄膜トランジスタDrTr、容量部及び配線部を覆うように形成される。具体的には、絶縁膜70は、第2導電層60L上に形成されており、第1薄膜トランジスタSwTrにおけるソース電極61S及びドレイン電極61Dと、第2薄膜トランジスタDrTrにおけるソース電極62S及びドレイン電極62Dと、容量部における第2電極63と、配線部における第2配線64とを覆っている。
 絶縁膜70は、第2導電層60L上に形成された第1絶縁膜70L1と、第1絶縁膜70L1に形成された第2絶縁膜70L2と、第2絶縁膜70L2上に形成された第3絶縁膜70L3の3層構造の積層膜である。
 第3絶縁層70Lの最下層である第1絶縁膜70L1は、シリコン酸化膜(第1のシリコン酸化膜)であり、第2導電層60Lの最上層(CuMn合金膜)の上に形成される。第1絶縁膜70L1の膜厚は、例えば100nm以上500nm以下である。
 シリコン酸化膜はシリコン窒化膜と比べて成膜時における水素の発生が少ないので、第1絶縁膜70L1としてシリコン酸化膜を用いることによって、酸化物半導体層41及び42へのダメージを抑制できる。つまり、酸化物半導体層41及び42としてTAOS等の酸化物半導体を用いる場合に酸化物半導体層41及び42上にリコン窒化膜を成膜すると、その成膜時に発生する水素等の還元作用を有するガスによって酸化物半導体層41及び42の組成は変化し、酸化物半導体層41及び42が設計値の性能を発揮できなくなることがある。一方、シリコン酸化膜の成膜時には水素が発生しないので、シリコン酸化膜を用いた場合、酸化物半導体層41及び42は所望の性能を発揮できる。
 また、絶縁膜70の下地層がCuMn膜やCu膜の場合であって絶縁膜70の一部に酸化アルミニウム膜が用いられる場合に、下地層(CuMn膜やCu膜)と酸化アルミニウム膜との間に第1絶縁膜70L1(シリコン酸化膜)が形成されていないと、酸化アルミニウム膜のエッチング時の薬液(エッチング液)によって下地層(CuMn膜やCu膜)もエッチングされうる。つまり、第1絶縁膜70L1(シリコン酸化膜)は、酸化アルミニウム膜をエッチングするときのエッチングストッパ層として機能している。
 さらに、酸化アルミニウム膜の下層に第1絶縁膜70L1(シリコン酸化膜)を形成することによって、酸化アルミニウム膜を半導体層40Lから遠ざけることができる。これにより、半導体層40Lへの固定電荷の影響を抑制できる。
 第3絶縁層70Lの中間層である第2絶縁膜70L2は、酸化アルミニウム膜(アルミナ膜)であり、第1絶縁膜70L1であるシリコン酸化膜上に形成される。第2絶縁膜70L2の膜厚は、例えば10nm以上50nm以下であり、第1絶縁膜70L1及び第3絶縁膜70L3よりも薄くなるように構成されている。
 酸化物半導体からなる酸化物半導体層41及び42は水素や酸素によってダメージを受けて電気特性が劣化するが、酸化物半導体層41及び42の上方に酸化アルミニウム膜を形成しておくことにより、上層で発生する水素や酸素を酸化アルミニウム膜によってブロックすることができる。つまり、第2絶縁膜70L2を酸化アルミニウム膜とすることによって、酸化物半導体層41及び42への水素や酸素の拡散を抑制できるので、電気特性が安定した酸化物半導体層41及び42が得られる。
 第3絶縁層70Lの最上層である第3絶縁膜70L3は、シリコン酸化膜(第2のシリコン酸化膜)であり、第2絶縁膜70L2である酸化アルミニウム膜上に形成される。第3絶縁膜70L3の膜厚は、例えば100nm以上500nm以下である。
 このように構成される絶縁膜70には、当該絶縁膜70の一部を開口することによってコンタクトホールCHが形成されている。例えば、第1薄膜トランジスタSwTrのソース電極61Sと中継配線80とをコンタクトするために、絶縁膜70にコンタクトホールCHが形成される。このコンタクトホールCHは、第1絶縁膜70L1、第2絶縁膜70L2及び第3絶縁膜70L3の一部を除去することで形成される。
 なお、絶縁膜70(第3絶縁層70L)と同様の構造を、絶縁膜50(第2絶縁層50L)に用いることもできる。
 [第3導電層]
 第3導電層80Lは、各種の中継配線80を構成している。中継配線80は、絶縁膜70に形成されたコンタクトホールCH(開口)を介して、第1薄膜トランジスタSwTr及び第2薄膜トランジスタDrTrのソース電極やドレイン電極と各種配線とを互いに接続する。例えば、図4に示すように、中継配線80は、絶縁膜70に形成されたコンタクトホールCHを介して、第1薄膜トランジスタSwTrのソース電極61Sに接続されている。
 中継配線80は、ITO膜等の透明導電性酸化物からなる下層配線80L1と、下層配線80L1上に形成されたCu膜からなる上層配線80L2とによって構成されている。
 [第4絶縁層]
 第4絶縁層90Lである絶縁膜90は、中継配線80を覆うように基板10の上方全面に形成される。具体的には、絶縁膜90は、中継配線80を覆うように第3絶縁層70L(絶縁膜70)上に形成される。
 絶縁膜90は、保護膜であり、例えば、450nm以下の波長の光を減衰させることが可能なシルセスシオキセン、アクリル及びシロキサンを含む樹脂塗布型の感光性絶縁材料が用いられる。また、絶縁膜90として、この感光性絶縁材料と無機絶縁材料との積層膜であってもよいし、無機絶縁材料の単層膜であってもよい。無機絶縁材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム又は酸化チタン等が用いられる。また、無機絶縁材料の成膜には、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法又はALD(Atomic Layer Deposition)法等が用いられる。
 [薄膜トランジスタ基板の製造方法]
 次に、実施の形態に係るTFT基板1の製造方法について、図5~図7を用いて説明する。図5~図7は、実施の形態に係るTFT基板の製造方法における各工程の断面図である。
 まず、図5(a)に示すように、基板10を準備して、当該基板10の上方に、第1導電層20Lとして、ゲート電極21と、ゲート電極22と、第1電極23と、第1配線24とを所定形状で形成する。例えば、基板10上に金属膜をスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて当該金属膜を加工することにより、所定形状にパターニングする。
 次に、図5(b)に示すように、基板10の上方に、第1絶縁層30Lとして絶縁膜30を形成する。例えば、ゲート電極21、ゲート電極22、第1電極23及び第1配線24を覆うように、酸化シリコン膜からなる絶縁膜30をプラズマCVD等によって成膜する。
 次に、図5(c)に示すように、基板10の上方に、半導体層40Lとして所定形状の酸化物半導体層41及び42を形成する。例えば、絶縁膜30上にInGaZnOの透明アモルファス酸化物半導体をスパッタリング法等によって成膜し、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて透明アモルファス酸化物半導体を加工することにより、ゲート電極21及び22のそれぞれの上方における絶縁膜30上に所定形状の酸化物半導体層41及び42を形成する。
 なお、本実施の形態では、第1電極23及び第1配線24のそれぞれの上方における絶縁膜30上にも半導体層40Lとして酸化物半導体層を形成している。
 次に、図5(d)に示すように、所定形状の半導体層40L(酸化物半導体層)を覆うようにして絶縁膜30上に第2絶縁層50Lとして絶縁膜50を成膜する。例えば、プラズマCVDによってシリコン酸化膜からなる絶縁膜50を成膜する。
 その後、絶縁膜50の一部をエッチング除去することによって、酸化物半導体層41とソース電極61S及びドレイン電極61Dとをコンタクトさせるためのコンタクトホールを形成するとともに、酸化物半導体層42とソース電極62S及びドレイン電極62Dとをコンタクトさせるためのコンタクトホールを形成する。例えば、酸化物半導体層41及び42の一部が露出するように、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて絶縁膜50を貫通するコンタクトホールを形成する。
 なお、本実施の形態では、これと同時に、容量部における酸化物半導体層の一部が露出するように絶縁膜50を貫通するコンタクトホールも形成している。また、ゲート電極22、第1電極23及び第1配線24の一部が露出するように絶縁膜30及び絶縁膜50を貫通するコンタクトホールも形成している。
 次に、図5(e)に示すように、絶縁膜50のコンタクトホールを埋めるようにして絶縁膜50上に第2導電層60Lを形成する。本実施の形態では、三層構造の第2導電層60Lを形成する。
 具体的には、絶縁膜50上に第1導電膜60としてMo膜又はCuMn膜を成膜し、続いて、第1導電膜60L1上に第2導電膜60L2としてCu膜を成膜し、続いて、第2導電膜60L2上に第3導電膜60L3としてCuMn膜を成膜する。本実施の形態では、第1導電膜60L1としてCuMn合金膜をスパッタ法で成膜し、第2導電膜60L2としてCu膜をスパッタ法で成膜し、第3導電膜60L3としてCuMn合金膜をスパッタ法で成膜した。
 次に、図6(a)に示すように、第1導電膜60L1と第2導電膜60L2と第3導電膜60L3との積層膜からなる第2導電層60Lを加工することによって、ソース電極61S及びドレイン電極61Dと、ソース電極62S及びドレイン電極62Dと、第2電極63と、第2配線64とを、それぞれ所定のパターンで形成する。第2導電層60Lの加工は、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて行う。
 次に、図6(b)に示すように、ソース電極61S及びドレイン電極61Dとソース電極62S及びドレイン電極62Dと第2電極63と第2配線64とを覆うように第3絶縁層70Lを形成する。
 具体的には、第2導電層60Lに、第1絶縁膜70L1、第2絶縁膜70L2及び第3絶縁膜70L3を成膜する。
 次に、図6(c)に示すように、第3絶縁層70L上に所定形状のレジストRを形成する。レジストRは、第3絶縁層70Lの一部を除去するために開口を有する。レジストRの開口は、例えば、ソース電極61S及びドレイン電極62Dの各々の上方に形成される。なお、同図に示すように、レジストRの開口は、必要に応じて容量部及び配線部にも形成されていてもよい。
 次に、図6(d)に示すように、レジストRをマスクとして、第1絶縁膜70L1と第2絶縁膜70L2と第3絶縁膜70L3との積層膜である第3絶縁層70Lに開口を形成することにより、第2導電層60Lの一部を露出させる。
 例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて、ソース電極61S及びドレイン電極62Dの上の第3絶縁層70Lの一部を除去して、第3絶縁層70Lを貫通するコンタクトホールCHを形成する。なお、第3絶縁層70LのコンタクトホールCHは、同図に示すように、容量部及び配線部にも形成されていてもよい。
 なお、図6(b)~図6(d)の工程の詳細については後述する。
 次に、図7(a)に示すように、絶縁膜70(第3絶縁層70L)上のレジストRを除去して絶縁膜70の表面全体を露出させる。
 次に、図7(b)に示すように、絶縁膜70(第3絶縁層70L)のコンタクトホールCHを介して第2導電層60L(ソース電極61S、ドレイン電極62D等)にコンタクトするように所定形状の下層配線80L1を形成する。
 例えば、まず、露出した第2導電層60L(ソース電極61S及びドレイン電極62D等)を覆うようにしてコンタクトホールCHの表面及び絶縁膜70(第3絶縁層70L)の表面に沿って、スパッタ法によって例えばITO膜からなる導電体膜を成膜する。
 その後、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて導電体膜(ITO膜)を加工することにより、コンタクトホールCHに対応する位置に所定のパターンの下層配線80L1を形成する。なお、この後で、熱アニールを行うことによって、下層配線80L1の低抵抗化を行ってもよい。
 次に、図7(c)に示すように、下層配線80L1の上に上層配線80L2を形成する。これにより、第3導電層80Lとして所定形状の中継配線80を形成することができる。
 例えば、まず、下層配線80L1を覆うように第3絶縁層70L上にスパッタ法によって例えばCu膜からなる導電体膜を成膜する。
 その後、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて導電体膜(Cu膜)を加工することにより、下層配線80L1上のみにCu膜を残す。これにより、所定の位置に、下層配線80L1と上層配線80L2との積層膜からなる中継配線80が形成される。
 次に、図7(d)に示すように、中継配線80を覆うように第3絶縁層70L上に第4絶縁層90Lとして絶縁膜90を形成する。
 [第3絶縁層70Lの成膜及びエッチングの詳細]
 ここで、第3絶縁層70Lの成膜と加工との詳細について、図8~図10を用いて説明する。図8は、実施の形態に係るTFT基板における第3絶縁層の成膜工程を説明するための図であり、図6(b)における破線で囲まれる領域Xの拡大図を示している。図9及び図10は、実施の形態に係るTFT基板における第3絶縁層の加工工程を説明するための図であり、図6(c)における破線で囲まれる領域Xの拡大図を示している。
 まず、基板10の上方に第2導電層60Lを形成した後、図8(a)に示すように、第1の所定の温度で、第2導電層60L(図8ではではソース電極61S)の最上層である第3導電膜60L3(CuMn合金膜)上に第1絶縁膜70L1を成膜する。
 本実施の形態では、第3導電膜60L3(CuMn合金膜)上に、第1絶縁膜70L1としてシリコン酸化膜(第1のシリコン酸化膜)をプラズマCVD法で成膜した。
 この場合、シリコン酸化膜の成膜には、例えば平行平板型のプラズマCVD装置が用いられ、成膜条件としては、例えば、チャンバー内の圧力が133Paであり、RF(高周波)が13kWであり、SiHのガス流量が1000sccmであり、NOのガス流量が100000sccmである。また、本実施の形態において、第1絶縁膜70L1の成膜時の温度(第1の所定温度)は、基板10の温度であり、例えば230℃以下である。
 次に、図8(b)に示すように、第1絶縁膜70L1上に第2絶縁膜70L2を形成する。本実施の形態では、シリコン酸化膜である第1絶縁膜70L1に、第2絶縁膜70L2として酸化アルミニウム膜をスパッタ法によって成膜した。
 この場合、酸化アルミニウム膜の成膜には、例えば反応性スパッタリング装置が用いられ、ターゲットにはアルミニウムが用いられる。このときの成膜条件としては、例えば、チャンバー内の圧力が0.65Paであり、印加電圧パワーが30kWであり、Arのガス流量が200sccmであり、Oのガス流量が100sccm(酸素流量比42%)である。
 また、第2絶縁膜70L2(酸化アルミニウム膜)の屈折率は、波長633nmの光に対して1.55から1.65程度であるとよい。後述するように、第2絶縁膜70L2は、ウェットエッチングによって加工されるが、第2絶縁膜70L2の屈折率を1.55~1.65程度にすると、良好な加工性が得られる。
 次に、図8(c)に示すように、第1の温度よりも高い第2の所定の温度で、第2絶縁膜70L2上に第3絶縁膜70L3を成膜する。本実施の形態では、酸化アルミニウム膜である第2絶縁膜70L2上に、第3絶縁膜70L3としてシリコン酸化膜(第2のシリコン酸化膜)をプラズマCVD法で成膜した。
 この場合、シリコン酸化膜の成膜には、例えば平行平板型のプラズマCVD装置が用いられ、成膜条件としては、例えば、チャンバー内の圧力が133Paであり、RF(高周波)が13kWであり、SiHのガス流量が1000sccmであり、NOのガス流量が100000sccmである。また、本実施の形態において、第3絶縁膜70L3の成膜時の温度(第2の所定温度)は、基板10の温度であり、例えば290℃以上である。
 以上により、第2導電層60L上に、3層構造の第3絶縁層70Lである絶縁膜70を成膜することができる。
 次に、図9(a)に示すように、第3絶縁層70Lである絶縁膜70上に、開口を有する所定形状のレジスト(レジスト膜)Rのパターンを形成する。具体的には、絶縁膜70上に、所定の膜厚になるように感光性樹脂材料からなるレジストを塗布し、その後、パターンが形成されたフォトマスクを介してレジストを露光し、レジストを現像する。これにより、開口を有するレジストRのパターンが形成される。
 レジストRの開口は、第3絶縁層70L(絶縁膜70)にコンタクトホールを形成するために形成される。例えば、レジストRの開口は、ソース電極61Sと中継電極80とのコンタクト部に対応している。
 次に、図9(b)に示すように、第3絶縁層70L(絶縁膜70)の最上層である第3絶縁膜70L3を加工する。具体的には、シリコン酸化膜である第3絶縁膜70L3をドライエッチングする。ドライエッチングによって、レジストRの開口の下における第3絶縁膜70L3が選択的に除去される。
 ドライエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)装置が用いられる。エッチングガスとしては、例えば、六フッ化硫黄(SF)及びOが用いられる。エッチング条件の一例として、SFのガス流量が2000sccm、Oのガス流量が2000sccm、圧力が13Pa、印加電力が10000Wである。また、エッチングガスとして、四フッ化炭素(CF)及びOを用いてもよい。
 なお、このときのエッチングガスによって、レジストRは、エッチング前よりも開口が広がるようにして開口端部が後退する。さらに、この場合、レジストRと第3絶縁膜70L3とのエッチングレートの違いによって、第3絶縁膜70L3の開口(開口径)がレジストRの開口(開口径)よりも広がった形状が得られる。
 次に、図10(a)に示すように、第3絶縁層70L(絶縁膜70)の中間層である第2絶縁膜70L2を加工する。具体的には、酸化アルミニウム膜である第2絶縁膜70L2をウェットエッチングする。ウェットエッチングによって、第3絶縁膜70L3の開口の下における第2絶縁膜70L2が選択的に除去される。
 エッチング液としては、例えば水酸化カリウム(KOH)溶液等のアルカリ性溶液が用いられる。KOH溶液による酸化アルミニウム膜のエッチングは、例えばKOHの濃度が1wt%以上40wt%以下の範囲で行うことができる。
 次に、図10(b)に示すように、第3絶縁層70L(絶縁膜70)の最下層である第1絶縁膜70L1を加工する。具体的には、酸化シリコン膜である第1絶縁膜70L1をドライエッチングする。ドライエッチングによって、第2絶縁膜70L2の開口の下における第1絶縁膜70L1が選択的に除去される。
 ドライエッチングには、例えば、RIE装置が用いられる。エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及びOが用いられる。エッチング条件の一例として、CFのガス流量が4000sccm、Oのガス流量が1000sccm、圧力が13Pa、印加電力が12000Wである。また、シリコン酸化膜は、酸化アルミナ膜に対してドライエッチングによって削られる選択比(エッチングレート)が大きいので、同図に示すように、シリコン酸化膜である第1絶縁膜70L1の開口端部における断面(内周面)形状を、垂直面に近い形で形成することができる。
 その後、図示しないが、レジストRを除去する。具体的には、薬液や、OラジカルによるアッシングによってレジストRを除去する。レジストRを除去することによって、第3絶縁層70L(絶縁膜70)に開口(コンタクトホール)を形成することができる。
 なお、本実施の形態では、図6の(b)及び(c)の領域Xに示されるように、第2導電層60Lであるソース電極61Sの上方の第3絶縁層70Lについて説明したが、図6の(b)及び(c)に示される領域Yにおいても同様である。つまり、ドレイン電極62Dの上方の第3絶縁層70Lについても同様の方法によってコンタクトホールを形成することができる。
 [作用効果等]
 以下、本実施の形態に係るTFT基板の製造方法の効果について、本開示の技術に至った経緯も含めて説明する。
 TFT基板には、TFTの電極(ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極)又は各種配線(ゲート配線、ソース配線、電源配線等)等が形成されている。これらの電極や配線は、基板上に積層された複数の導電層のいずれかに形成される。
 また、導電層の層間には、層間絶縁膜として絶縁層が形成される。絶縁層には、例えばシリコン酸化膜等の酸化膜又はシリコン窒素膜等の窒化膜等の絶縁膜が用いられ、絶縁層は、単一の絶縁膜からなる単層膜又は複数の絶縁膜が積層された積層膜として構成される。
 上下の導電層における電極や配線等は、絶縁層に設けられた開口(コンタクトホール)を介して電気的に接続される。
 近年、表示装置の大画面化及び高精細化が求められており、TFTのチャネル層(半導体層)として、キャリア移動度の高いIGZO等の酸化物半導体を用いることが検討されている。
 チャネル層が酸化物半導体であるTFT(酸化物半導体TFT)を有するTFT基板では、絶縁膜として、窒化膜ではなく酸化膜が用いられる。これは、窒化膜の成膜時には、酸化物半導体にダメージを与えてしまう水素を用いるからである。さらに、酸化物半導体TFTを有するTFT基板では、酸化物半導体への水素や酸素の拡散を抑制するために、絶縁膜として酸化アルミニウム膜(アルミナ膜)を用いることが提案されている。このため、酸化物半導体TFTを有するTFT基板では、絶縁層として、酸化アルミニウム膜を上下の2つのシリコン酸化膜で挟んだ構成の3層構造の積層膜を用いることが検討されている。
 一方、表示装置の大画面化及び高精細化によって配線が長く且つ細くなる傾向にある。このため、配線抵抗が高くなり、表示画像の品質が劣化するという課題がある。特に、TFT基板では、TFTの電極と配線とを同層に形成することもあるので、TFTの電極の材料及び構造は、TFTとしての性能だけではなく、配線としての性能も要求される。そこで、低抵抗配線を実現するために、TFTの電極材料としてCuを用いることが考えられている。
 この場合、Cuを用いた電極や配線の上に絶縁層としてシリコン酸化膜等の酸化膜を形成すると、酸化膜の成膜過程に用いられる酸素によって、電極や配線のCuが酸化するという課題がある。また、CuがTFTにまで拡散すると、所望のトランジスタ特性を得られないという課題もある。
 そこで、Cuの酸化及びCuの拡散を防止するために、Cu膜の上にキャップ層としてCuMn合金膜を形成することが考えられる。
 しかしながら、CuMn合金膜上に、上記の3層構造の絶縁層を形成して当該絶縁層に開口を形成すると、開口を形成した部分の絶縁層に膜浮きが発生するということが分かった。
 例えば、図11に示すように、ソース電極61Sのキャップ層である第3導電膜60L3(CuMn合金膜)上に、第1絶縁膜70L1としてシリコン酸化膜(下層SiO)を245℃で成膜し、第1絶縁膜70L1上に第2絶縁膜70L2として酸化アルミニウム膜を成膜した後、さらに第2絶縁膜70L2上に第3絶縁膜70L3としてシリコン酸化膜(上層SiO)を230℃で成膜することで、CuMn合金膜上に3層構造の絶縁膜70を形成した。
 その後、絶縁膜70に開口(コンタクトホール)を形成するために、上述の実施の形態と同じように、第3絶縁膜70L3(上層SiO)をドライエッチングし、次いで第2絶縁膜70L2(酸化アルミニウム)をウェットエッチングし、次いで第1絶縁膜70L1(下層SiO)をドラエッチングした。
 このとき、エッチングした部分において第1絶縁膜70L1(下層SiO)と第3導電膜60L3(CuMn合金膜)との界面に隙間が生じ、絶縁膜70の膜浮きが発生した。
 そこで、本願発明者等は、この絶縁膜の膜浮きの原因について鋭意検討した結果、第1絶縁膜70L1(下層SiO)と第3絶縁膜70L3(上層SiO)との成膜温度に起因して絶縁膜70の膜浮きが発生することを突き止めた。
 図12は、そのときの実験結果を示す図であり、第1絶縁膜70L1(下層SiO)及び第3絶縁膜70L3(上層SiO)の成膜温度と絶縁膜70の膜浮き欠陥数との関係を示している。なお、膜浮き欠陥数は、基板10上に発生した絶縁膜70の膜浮きの個数である。また、本実験において、成膜温度は、基板10の設定温度(基板温度)とした。
 図12に示すように、第1絶縁膜70L1(下層SiO)の成膜温度が第3絶縁膜70L3(上層SiO)の成膜温度以上の場合は、膜浮き欠陥数は2000個以上となる。
 一方、第1絶縁膜70L1(下層SiO)の成膜温度が第3絶縁膜70L3(上層SiO)の成膜温度未満の場合は、膜浮き欠陥数は400個以下に抑えられることが分かる。つまり、第1絶縁膜70L1(下層SiO)の成膜温度よりも高い成膜温度で第3絶縁膜70L3(上層SiO)の成膜することによって膜浮き欠陥数を400個以下に抑えることができる。
 この場合、さらに、第1絶縁膜70L1(下層SiO)を230℃以下にすることによって、膜浮き欠陥数を200個以下に抑えられることが分かる。
 さらに、第3絶縁膜70L3(上層SiO)を290℃以下にすることによって、膜浮き欠陥数を10個以下に抑えられることが分かる。
 以上、本実施の形態におけるTFT基板の製造方法によれば、基板10の上方にCuMn合金膜を形成する工程と、第1の温度でCuMn合金膜の上に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、第1のシリコン酸化膜の上に酸化アルミニウム膜を形成する工程と、第1の温度よりも高い第2の温度で前記酸化アルミニウム膜の上に第2のシリコン酸化膜を形成する工程とを含む。
 一般的に、複数のシリコン酸化膜を成膜する場合、上層ほど熱プロセス温度を低くしていくが、本実施の形態では、あえて上層のシリコン酸化膜(第2のシリコン酸化膜)の成膜温度を下層のシリコン酸化膜(第1のシリコン酸化膜)の成膜温度よりも高くしている。
 これにより、第1のシリコン酸化膜と酸化アルミニウム膜と第2のシリコン酸化膜との積層膜からなる絶縁膜に開口(コンタクトホール)を形成する場合に、CuMn合金膜と第1のシリコン酸化膜との界面に隙間が生じることを抑制できる。したがって、絶縁膜の膜浮きの発生を抑制できるので、所望の性能を有するTFT基板を実現できる。
 また、プラズマCVD法でシリコン酸化膜を成膜する場合、通常、成膜温度は230℃以下にはせずに、300℃以上にすることが多いが、本実施の形態では、あえて下層のシリコン酸化膜(第1のシリコン酸化膜)の成膜温度を230℃以下にしている。
 これにより、CuMn合金膜と第1のシリコン酸化膜との界面に隙間が生じることをさらに抑制できるので、絶縁膜の膜浮きの発生を一層抑制できる。
 また、上述のように、上層のシリコン酸化膜(第2のシリコン酸化膜)の成膜温度は、290℃以上にするとよい。これにより、絶縁膜の膜浮きの発生を一層抑制できる。
 (変形例等)
 以上、TFT基板の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上記実施の形態において、絶縁膜70の下地となるCuMn合金膜は、薄膜トランジスタのソース電極やドレイン電極としたが、これに限るものではなく、絶縁膜70の下地となるCuMn合金膜は、配線の一部であってもよい。つまり、配線の上層がCuMn合金膜である場合に当該CuMn合金膜上に上記3層構造の絶縁膜70を形成してコンタクトホールを形成する場合にも同様の効果が得られる。
 また、上記実施の形態において、薄膜トランジスタは、ボトムゲート型のTFTとしたが、トップゲート型のTFTとしても構わない。
 また、上記実施の形態において、薄膜トランジスタは、チャネルエッチングストッパ型(チャネル保護型)のTFTとしたが、チャネルエッチング型のTFTとしても構わない。つまり、上記実施の形態において、絶縁膜50は形成しなくてもよい。
 また、上記実施の形態では、TFT基板を用いた表示装置として有機EL表示装置について説明したが、上記実施の形態におけるTFT基板は、液晶表示素子装置等、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することもできる。
 また、以上説明した有機EL表示装置等の表示装置(表示パネル)については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話等、表示パネルを有するあらゆる電子機器に適用することができる。特に、大画面及び高精細の表示装置に適している。
 その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
 ここに開示された技術は、薄膜トランジスタ基板及び薄膜トランジスタ基板を用いた有機EL表示装置等の表示装置等において広く利用することができる。
 1 TFT基板
 10 基板
 20L 第1導電層
 21、22、G1、G2 ゲート電極
 23 第1電極
 24 第1配線
 30L 第1絶縁層
 30、50、70、90 絶縁膜
 40L 半導体層
 41、42 酸化物半導体層
 50L 第2絶縁層
 60L 第2導電層
 60L1 第1導電膜
 60L2 第2導電膜
 60L3 第3導電膜
 61S、62S、S1、S2 ソース電極
 61D、62D、D1、D2 ドレイン電極
 63 第2電極
 64 第2配線
 70L 第3絶縁層
 70L1 第1絶縁膜
 70L2 第2絶縁膜
 70L3 第3絶縁膜
 80L 第3導電層
 80L1 下層配線
 80L2 上層配線
 100 有機EL表示装置
 110 画素
 110R、110G、110B サブ画素
 111 バンク
 120 画素回路
 130 有機EL素子
 131 陽極
 132 EL層
 133 陰極
 140 ゲート配線
 150 ソース配線
 160 電源配線
 SwTr 第1薄膜トランジスタ
 DrTr 第2薄膜トランジスタ
 C キャパシタ
 CH コンタクトホール
 R レジスト

Claims (12)

  1.  半導体層を有する薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
     基板の上方にCuMn合金膜を形成する工程と、
     第1の温度で前記CuMn合金膜の上に第1のシリコン酸化膜を形成する工程と、
     前記第1のシリコン酸化膜の上に酸化アルミニウム膜を形成する工程と、
     前記第1の温度よりも高い第2の温度で前記酸化アルミニウム膜の上に第2のシリコン酸化膜を形成する工程とを含む
     薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  2.  前記第1の温度は、230℃以下である
     請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  3.  前記第2の温度は、290℃以上である
     請求項2に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  4.  さらに、第1のシリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜及び第2のシリコン酸化膜の積層膜に開口を形成する工程を含み、
     前記積層膜に前記開口を形成する工程には、前記酸化アルミニウム膜をウェットエッチングにより加工するウェットエッチング工程が含まれる
     請求項1~3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  5.  前記積層膜に前記開口を形成する工程には、さらに、
     前記ウェットエッチング工程の前に、前記第2のシリコン酸化膜をドライエッチングにより加工する第1のドライエッチング工程と、
     前記ウェットエッチング工程の後に、前記第1のシリコン酸化膜をドライエッチングにより加工する第2のドライエッチング工程とが含まれる
     請求項4に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  6.  さらに、
     前記基板の上方にゲート電極を形成する工程と、
     前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
     前記ゲート絶縁膜上に前記半導体層を形成する工程と、
     前記半導体層に接続するようにソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを含み、
     前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程には、前記CuMn合金膜を形成する前記工程が含まれる
     請求項1~5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  7.  前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程には、さらに、
     Mo膜を形成する工程と、
     前記Mn膜上にCu膜を形成する工程と、
     前記Cu膜上に前記CuMn合金膜を形成する前記工程とが含まれる
     請求項6に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  8.  前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程には、さらに、
     第1のCuMn合金膜を形成する工程と、
     前記第1のCuMn合金膜上にCu膜を形成する工程と、
     前記Cu膜上に第2のCuMn合金膜として前記CuMn合金膜を形成する前記工程とが含まれる
     請求項6に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  9.  前記第1のシリコン酸化膜及び前記第2のシリコン酸化膜は、プラズマCVDによって成膜される
     請求項1~8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  10.  前記半導体層は、酸化物半導体層である
     請求項1~9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  11.  前記酸化物半導体層は、透明アモルファス酸化物半導体である
     請求項8に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  12.  前記CuMn合金膜は、配線の一部である
     請求項1~5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
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