(57)【要約】【課題】少ない工程数で良好な特性のチャネル保護膜を備えた薄膜トランジスタとその製造方法およびこの薄膜トランジスタを用いた液晶表示パネルを提供する。【解決手段】第１の基板ＳＵＢ１の内面に形成されたゲート電極ＧＴ、ゲート電極ＧＴの上にゲート絶縁膜ＧＩを介してシリコン半導体層ＳＩとオーミックコンタクト層ＮＳを成膜し、オーミックコンタクト層ＮＳを二分割してシリコン半導体層ＳＩにチャネル部を形成する。チャネル部に露出したシリコン半導体層ＳＩの表面にインクジェットノズルＮＺから有機ニッケルインクＮ−ＩＫを滴下して塗布し、焼成してチャネル保護膜とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にチャネル部を形成する如く当該シリコン半導体層上に二分割して設けられたオーミックコンタクト層と、各オーミックコンタクト層のそれぞれに接続したソース電極およびドレイン電極とを有し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクの焼成で形成されたシリコン熱酸化膜からなるチャネル保護膜を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
請求項１において
前記有機ニッケルインクは、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項３】
請求項２において
前記ニッケルの有機酸塩はＮｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項４】
基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にコンタクト層とを形成した後、前記シリコン半導体層にチャネル部を形成する如く前記オーミックコンタクト層を二分割し、
二分した各オーミックコンタクト層のそれぞれの上にソース電極およびドレイン電極とを形成し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクを滴下し、焼成して前記シリコン半導体層の表層を熱酸化させてシリコン熱酸化膜からなるチャネル保護膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項４において
前記有機ニッケルインクとして、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものを用いることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記ニッケルの有機酸塩はＮｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
薄膜トランジスタが形成された第１基板と、カラーフィルタ層と対向電極が形成された第２基板と、前記第１基板の内面の最上層に成膜された第１配向膜と前記第２基板の最上層に成膜された第２配向膜との間に封入された液晶層とを有する液晶表示パネルであって、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にチャネル部を形成する如く当該シリコン半導体層上に二分割して設けられたオーミックコンタクト層と、各オーミックコンタクト層のそれぞれに接続したソース電極およびドレイン電極とを有し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクの焼成で形成されたシリコン熱酸化膜からなるチャネル保護膜を有することを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項８】
請求項７において
前記有機ニッケルインクは、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものであることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項９】
請求項８において
前記ニッケルの有機酸塩はＮｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2であることを特徴とする液晶表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタと液晶表示パネルに係り、特に薄膜トランジスタのチャネル部の保護膜の形成に特徴を有するアクティブ・マトリクス型の液晶表示パネルに好適な薄膜トランジスタとその製造方法およびこの薄膜トランジスタを用いた液晶表示パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶表示パネルと駆動回路およびバックライト等の周辺装置を組み合わせて構成される。図５は、典型的な縦電界型（所謂、ＴＮ型）の液晶表示装置の概略構成例を説明する断面模式図である。通常、アクティブ・マトリクス型の液晶表示装置を構成する液晶表示パネルは、第１基板（アクティブ・マトリクス基板あるいは薄膜トランジスタ基板）で構成される第１パネルＰＮＬ１と、第２基板（対向基板あるいはカラーフィルタ基板）で構成される第２パネルＰＮＬ２との間に液晶ＬＣを封入して形成される。
【０００３】
第１パネルＰＮＬ１を構成する第１基板ＳＵＢ１の内面には、薄膜トランジスタＴＦＴと、この薄膜トランジスタＴＦＴで駆動される画素電極ＰＸを有し、最上層には第１配向膜ＯＲＩ１が成膜され、液晶配向制御能が付与されている。また、外面（背面）には第１偏光板ＰＯＬ１が貼付されている。一方、第２パネルＰＮＬ２を構成する第２基板ＳＵＢ２の内面には、カラーフィルタＣＦ、隣接画素のカラーフィルタとの間を区画する遮光層（ブラックマトリクス）ＢＭ、対向電極ＣＴを有し、最上層には第２配向膜ＯＲＩ２が成膜され、液晶配向制御能が付与されている。また、外面（表面）には、偏光軸を第１偏光板ＰＯＬ１の偏光軸とはクロスニコル配置した第２偏光板ＰＯＬ２が貼付されている。なお、細かな構成は図示を省略した。
【０００４】
第１基板ＳＵＢ１に薄膜トランジスタＴＦＴを作り込む製造工程では、当該基板上に、先ず、クロム等の金属膜からなる平行配置された複数のゲート配線およびこの各ゲート配線から画素毎に延びるゲート電極が形成される。その後、絶縁層、能動層（シリコン半導体層）、データ配線、データ電極（ソース・ドレイン電極）、画素電極、保護膜、配向膜などを形成し、配向膜に液晶配向制御能を付与して第１基板が形成される。第１基板ＳＵＢ１の背面には、バックライトＢＬＫが設置されている。なお、この液晶表示パネルを駆動するための回路は図示していない。
【０００５】
図６は、図５で説明した液晶表示パネルの１画素の構成とこの画素を構成する薄膜トランジスタの構造を説明する図である。すなわち、図６（ａ）は画素の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図６（ａ）に示したように、薄膜トランジスタＴＦＴがゲート配線ＧＬとデータ配線ＤＬとの交差部に配置されている。また、画素を構成する画素電極ＰＸがコンタクトホールＴＨを通して薄膜トランジスタＴＦＴのソース電極（又はドレイン電極）ＳＤ１に接続されている。そして、補助容量配線ＣＬとの間で補助容量を形成している。
【０００６】
図６（ｂ）に示したように、薄膜トランジスタＴＦＴは、第１基板ＳＵＢ１の表面に形成された下地膜ＵＷの上に、ゲート配線ＧＬから延びるゲート電極ＧＴと、このゲート電極ＧＴを覆うようにゲート絶縁膜ＧＩが形成されている。このゲート絶縁膜ＧＩ上に能動層としてのシリコン（Ｓｉ）半導体層ＳＩとオーミックコンタクト層（ｎ+Ｓｉ）ＮＳ、ソース電極ＳＤ１及びドレイン電極ＳＤ２が順次積層される。オーミックコンタクト層（ｎ+Ｓｉ）ＮＳはシリコン（Ｓｉ）半導体層ＳＩ上で二分割され、ソース電極ＳＤ１及びドレイン電極ＳＤ２の間の半導体層ＳＩにチャネル部を形成する。下地膜ＵＷは、シリコン・ナイトライド（窒化シリコン：ＳｉＮｘ）と酸化シリコンの積層膜で形成される。
【０００７】
ゲート配線ＧＬおよびゲート電極ＧＴを覆ってシリコン・ナイトライド（ＳｉＮｘ）を好適とするゲート絶縁膜ＧＩが成膜され、その上にゲート配線ＧＬと交差する複数のデータ配線ＤＬが形成される。なお、このデータ配線ＤＬと同時にソース電極（又はドレイン電極）ＳＤ１とドレイン電極（又はソース電極）ＳＤ２が同層で形成される。
【０００８】
この画素はフルカラー表示の場合は各単色（赤、緑、青）の副画素となるが、ここでは単に画素と称する。画素を構成する薄膜トランジスタＴＦＴは、上記したように、ゲート電極ＧＴと、このゲート電極の上にパターニングされたシリコン半導体膜ＳＩと、シリコン半導体膜の上層に分離（二分割）して形成されたオーミックコンタクト層（ｎ+シリコン）ＮＳと、二分割したオーミックコンタクト層のそれぞれに接続したソース電極（ドレイン電極）とドレイン電極（ソース電極）とで構成される。
【０００９】
この薄膜トランジスタの上層には保護膜ＰＡＳが成膜され、その上にＩＴＯを好適とする画素電極ＰＸがパターニングされ、保護膜ＰＡＳに開けたコンタクトホールＴＨでソース電極（又はドレイン電極）ＳＤ１に接続している。なお、画素電極ＰＸを覆って第１配向膜（図５参照）が成膜される。この例では、保護膜ＰＡＳがオーミックコンタクト層を除去したチャネル部にも成膜され、チャネル保護膜となっている。
【００１０】
チャネル保護膜について言及したものとしては、例えば特許文献１、特許文献２などを挙げることができる。
【００１１】
一方、図示しない他方の基板には、フルカラーの場合は３色のカラーフィルタと平滑層（オーバーコート層、図５には示していない）を介した対向電極（図５参照）が形成される。そして、対向電極を覆って第２配向膜（同じく図５参照）が成膜され、上記した一方の基板であるアクティブ・マトリクス基板と重ねあわせ、その間隙に液晶が封入される。
【特許文献１】特開２００１−２１９０１７号公報
【特許文献２】特開平６−２３０４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記のように、液晶表示パネルに用いられるシリコン半導体薄膜トランジスタのチャネル部の保護膜（チャネル保護膜）は、薄膜トランジスタの形成後にシリコン・ナイトライド（ＳｉＮｘ）を成膜し、これをホトリソ工程、エッチング処理で形成する方法が一般的である。従来技術では、チャネル保護膜の形成のみでも、成膜、ホトリソ、エッチング、剥離洗浄、といった多くの工程が必要となる。工程の簡略化のため、例えば、この種の工程は比較的粗い精度のパターニングであるため、ホトリソ工程の代わりにインクジェット法でレジストパターンを形成する方法も提案されている。しかし、この方法でもＳｉＮｘの成膜という高価なＣＶＤ装置と工程が必要である。
【００１３】
また、ＳｉＮｘに代わるチャネル保護膜として、絶縁性有機樹脂を塗布することなども提案されているが、信頼性不足のため、ＴＶモニタなどの画像表示装置用の薄膜トランジスタには適したものとは言えない。一方、半導体装置の分野では、チャネル保護膜としてシリコンの熱酸化膜あるいはプラズマ酸化膜を用いることが知られている。このシリコンの熱酸化膜あるいはプラズマ酸化膜は、その成膜に３００℃以上の高温と長時間を必要とするため、ガラス基板上に形成する薄膜トランジスタなどには適用が困難である。
【００１４】
本発明の目的は、少ない工程数で良好な特性のチャネル保護膜を備えた薄膜トランジスタとその製造方法、およびこの薄膜トランジスタを用いた液晶表示パネルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、シリコン膜の上に滴下した有機ニッケル（有機Ｎｉ）インクを大気中３００℃以下で焼成すると、有機Ｎｉ下部のシリコン膜側に、同じ温度で形成される熱酸化膜の膜厚に比較して数倍厚く、緻密な熱酸化膜が形成されることを見出した。また、シリコン膜の上に滴下した有機Ｎｉインクを酸素の無い窒素雰囲気中３００℃以下で焼成しても、有機Ｎｉ下部のシリコン膜側に大気中３００℃以下で焼成して得られたものと同程度の膜厚、かつ緻密な熱酸化膜が形成されることも見出した。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の代表的な解決手段を列挙すれば、以下のとおりである。すなわち、
（１）本発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にチャネル部を形成する如く当該シリコン半導体層上に二分して設けられたコンタクト層と、各コンタクト層のそれぞれに接続したソース電極およびドレイン電極とを有し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクの焼成で形成されたシリコン酸化膜からなるチャネル保護膜を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、前記有機ニッケルインクとして、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものとすることができる。さらに、本発明では、前記ニッケルの有機酸塩としてＮｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2を用いることができる。
【００１８】
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にコンタクト層とを形成した後、前記シリコン半導体層にチャネル部を形成する如く前記オーミックコンタクト層を二分割し、
二分割した各オーミックコンタクト層のそれぞれの上にソース電極およびドレイン電極とを形成し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクを滴下し、焼成して前記シリコン半導体層の表層を熱酸化させてシリコン熱酸化膜からなるチャネル保護膜を形成することを特徴とする。
【００１９】
本発明では、前記有機ニッケルインクとして、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものを用いることができる。また、前記ニッケルの有機酸塩として、Ｎｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2を用いることができる。
【００２０】
また、本発明の液晶表示パネルは、薄膜トランジスタが形成された第１基板と、カラーフィルタ層と対向電極が形成された第２基板と、前記第１基板の内面の最上層に成膜された第１配向膜と前記第２基板の最上層に成膜された第２配向膜との間に封入された液晶層とを有し、
前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して成膜されたシリコン半導体層およびこのシリコン半導体層にチャネル部を形成する如く当該シリコン半導体層上に二分割して設けられたオーミックコンタクト層と、各オーミックコンタクト層のそれぞれに接続したソース電極およびドレイン電極とを有し、
前記チャネル部のシリコン半導体層の表層に有機ニッケルインクの焼成で形成されたシリコン熱酸化膜からなるチャネル保護膜を有する。
【００２１】
前記有機ニッケルインクは、ニッケルの有機酸塩を有機溶媒に溶解したものとすることができ、前記ニッケルの有機酸塩にはＮｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2を用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
焼成後の膜断面をＴＥＭ観察したところ、当該熱酸化膜中には、３０Å程度に成長したＮｉの超微粒子が分散していることが分かった。このことが、非常に活性な触媒作用のような効果を持ち、超微粒子が形成される近傍でのシリコンの熱酸化を促進するものと推定される。また、有機Ｎｉインクには非常に多くの酸素成分が含まれており、これが分解して酸素供給源となり、窒素雰囲気下でもシリコンを熱酸化しているものと推定される。なお、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）等、他の手段で膜組成を分析した結果、膜断面は１００Å深さ以上の絶縁性膜で形成されているので、他の金属膜と接触しても充分な絶縁性を有する。
【００２３】
本発明により、充分な厚みのシリコン熱酸化膜を低温、かつ短時間で形成でき、しかもチャネル部のみを選択的に高速酸化できる。そのため、余分な部分に形成される酸化膜の処理も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例の図面を用いて説明する。ここでは、液晶表示パネルを例として説明する。
【実施例】
【００２５】
図１は、本発明の薄膜トランジスタのチャネル保護膜の形成を説明する模式断面図である。図１において、ガラスを好適とする絶縁基板（第１の基板、薄膜トランジスタ基板）ＳＵＢ１の内面にゲート電極ＧＴが形成されている。このゲート電極ＧＴの上にゲート絶縁膜ＧＩを介してシリコン半導体層ＳＩとオーミックコンタクト層ＮＳが成膜され、オーミックコンタクト層ＮＳが二分割されている。二分割されたオーミックコンタクト層ＮＳの一方にソース（ドレイン）電極ＳＤ１が、他方にはドレイン（ソース）電極ＳＤ２が成膜されている。
【００２６】
ソース（ドレイン）電極ＳＤ１とドレイン（ソース）電極ＳＤ２の対峙するシリコン半導体層ＳＩの部分（二分割されたオーミックコンタクト層ＮＳの除去部分）がチャネル部となる。このチャネル部に露出したシリコン半導体層ＳＩの表面に対して、図１の（ａ）に示したように、インクジェットノズルＮＺから有機ニッケル（有機Ｎi）インクＮ−ＩＫを滴下して塗布する。滴下する量は、二分割されたオーミックコンタクト層ＮＳとその上に成膜されたソース（ドレイン）電極ＳＤ１とドレイン（ソース）電極ＳＤ２の間を満たすようにする。なお、図１の（ｂ）に示したように、この有機ＮｉインクＮ−ＩＫがソース（ドレイン）電極ＳＤ１とドレイン（ソース）電極ＳＤ２の一部上層にかかるようにするのが望ましい。
【００２７】
インクジェットノズルによる滴下、すなわちインクジェット法のインク塗布は限られた微細箇所に決められた量のインクを精密に塗布できる方法であるため、微細なチャネル部分に限定的に有機ＮｉインクＮ−ＩＫを塗布することができる。塗布された有機ＮｉインクＮ−ＩＫを３００°Ｃ以下で焼成してチャネル保護膜とする。
【００２８】
図２は、有機Ｎｉインクの焼成で形成される過程でシリコン層の表層に形成されるシリコン熱酸化膜の形成メカニズムの説明図である。なお、図２には基板やゲート電極は図示を省略してある。ここでは、有機Ｎｉインクとして、ニッケル（Ｎｉ）の有機酸塩を有機溶媒に溶解したものとする。ニッケルの有機酸塩には、Ｎｉ（ＣＨ3ＣＯＯ）2または、Ｎｉ（ＨＣＯＯ）2を用いる。
【００２９】
有機ＮｉインクＮ−ＩＫを焼成する過程で、有機ＮｉインクＮ−ＩＫ中の超微粒子のニッケルが活性化して、４族であるシリコンＳｉに対する触媒として作用し、矢印Ａ部分に酸素が集中する。この酸素の集中はシリコン層ＳＩ側にリッチとなり、シリコン層ＳＩの表層に、例えばＨＣＯＯＨＮｉが生成し、矢印Ｂで示したようにシリコン熱酸化膜が形成される。このシリコン熱酸化膜の膜厚は、３００℃以上の高温焼成による熱酸化膜と同等である。
【００３０】
図３は、チャネル保護膜の上層にパッシベーション膜を成膜した状態の薄膜トランジスタ基板の構成を説明する模式断面図である。図２で説明した有機ＮｉインクＮ−ＩＫの焼成により、チャネル保護膜ＰＬが形成されている。液状である有機ＮｉインクＮ−ＩＫは、焼成により焼き締って体積は減少し、図３に示したようにチャネル部分に栓をするように固化する。このチャネル保護膜ＰＬの上を含む全域を覆ってパッシベーション膜（パス膜）ＰＡＳを成膜する。液晶表示パネル用の薄膜トランジスタ基板とする場合は、パス膜ＰＡＳの上層にポリイミドを好適とする配向膜が形成されるが、図示はしていない。
【００３１】
図４は、本発明の実施例で説明した薄膜トランジスタを用いた液晶表示パネルで構成した液晶表示装置の等価回路図である。図４（ａ）は液晶表示装置の全体回路図、図４（ｂ）は図４（ａ）における画素部ＰＸＬの拡大図である。図４（ａ）において、液晶表示パネルＰＮＬには多数の画素部ＰＸＬがマトリクス配置されている。各画素部ＰＸＬはゲート配線駆動回路ＧＤＲで選択され、データ配線(信号線、ソース配線とも言う)駆動回路ＤＤＲからの表示データ信号に応じて点灯される。
【００３２】
すなわち、ゲート配線駆動回路ＧＤＲによって選択されたゲート配線ＧＬに対応して、データ配線駆動回路ＤＤＲからデータ配線ＤＬを通して液晶表示パネルＰＮＬの画素部ＰＸＬにおける薄膜トランジスタＴＦＴに表示データ（電圧）が供給される。
【００３３】
図４（ｂ）に示したように、画素部ＰＸＬを構成する薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲート配線ＧＬとデータ配線ＤＬとの交差部に設けられる。薄膜トランジスタＴＦＴのゲート電極ＧＴはゲート配線ＧＬに接続し、薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極又はソース電極（この時点ではドレイン電極）ＳＤ２には、データ配線ＤＬが接続されている。
【００３４】
薄膜トランジスタＴＦＴのドレイン電極又はソース電極（この時点ではソース電極）ＳＤ１は液晶（素子）ＬＣの画素電極ＰＸに接続される。液晶ＬＣは、画素電極ＰＸと共通電極ＣＴとの間にあって、画素電極ＰＸに供給されるデータ(電圧)により駆動される。なお、データを一時保持するための補助容量Ｃａがドレイン電極ＳＤ２と補助容量配線ＣＬとの間に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の薄膜トランジスタのチャネル保護膜の形成を説明する模式断面図である。
【図２】有機Ｎｉインクの焼成で形成される過程でシリコン層の表層に形成されるシリコン熱酸化膜の形成メカニズムの説明図である。
【図３】チャネル保護膜の上層にパッシベーション膜を成膜した状態の薄膜トランジスタ基板の構成を説明する模式断面図である。
【図４】本発明の実施例で説明した薄膜トランジスタを用いた液晶表示パネルで構成した液晶表示装置の等価回路図である。
【図５】典型的な縦電界型の液晶表示装置の概略構成例を説明する断面模式図である。
【図６】図５で説明した液晶表示パネルの１画素の構成とこの画素を構成する薄膜トランジスタの構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
ＳＵＢ１・・・第１基板（薄膜トランジスタ基板）、ＳＵＢ２・・・第２基板（カラーフィルタ基板）、ＧＴ・・・ゲート電極、ＧＩ・・・ゲート絶縁膜、ＵＷ・・・下地膜、ＳＩ・・・シリコン半導体層、ＮＳ・・・オーミックコンタクト層、ＰＬ・・・チャネル保護膜、ＮＺ・・・ノズル、Ｎ-ＩＫ・・・有機Ｎｉインク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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