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JP2009065012A - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor Download PDF

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JP2009065012A
JP2009065012A JP2007232425A JP2007232425A JP2009065012A JP 2009065012 A JP2009065012 A JP 2009065012A JP 2007232425 A JP2007232425 A JP 2007232425A JP 2007232425 A JP2007232425 A JP 2007232425A JP 2009065012 A JP2009065012 A JP 2009065012A
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thin film
metal
oxide semiconductor
film transistor
electrode
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Application number
JP2007232425A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsura Hirai
桂 平井
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a stable thin film transistor (TFT element) having a high mobility and a small off-current, and to provide a fabrication process of thin film transistor exhibiting high productivity. <P>SOLUTION: In a thin film transistor where a thin film containing the precursor of a metal oxide semiconductor is formed on a substrate and a metal oxide semiconductor thin film formed by a process for oxidizing the thin film serves as an active layer, a gate insulating film is provided on the side of the metal oxide semiconductor thin film opposite to a support. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、前駆体の薄膜を酸化する工程により形成した金属酸化物半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to a thin film transistor having a metal oxide semiconductor thin film formed by oxidizing a precursor thin film as an active layer.

ガラス基板上にアモルファスシリコン等の薄膜を形成しこれを活性層として用いる電界効果型薄膜トランジスタ(TFT)、又これらを用いたアクティブマトリクス回路等はよく知られている。   A field effect thin film transistor (TFT) using a thin film made of amorphous silicon or the like on a glass substrate and using it as an active layer, an active matrix circuit using these, and the like are well known.

しかしながら、アモルファスシリコンを用いたTFTは、キャリア移動度が低く、また連続駆動時の特性が不安定であるため、有機ELアクティブマトリクス回路等に用いるには、キャリア移動度の高い、安定な薄膜トランジスタが求められている。高移動度のTFTとして、ポリシリコン薄膜を用いたTFTが開発されているが、高精度な制御が求められるレーザーアニーリングが必要となるなど、製造プロセスが煩雑であり、素子間の性能ばらつきも問題となっている。簡便な製造プロセスが適用でき、連続駆動時の安定やキャリア移動度が高く、素子間のバラツキの小さい、高移動度のTFTとして、近年、金属酸化物半導体を用いたTFTの開発が活発に行われている。   However, since TFTs using amorphous silicon have low carrier mobility and unstable characteristics during continuous driving, a stable thin film transistor with high carrier mobility is required for use in an organic EL active matrix circuit or the like. It has been demanded. A TFT using a polysilicon thin film has been developed as a high-mobility TFT, but the manufacturing process is complicated, such as the need for laser annealing that requires high-precision control, and performance variations between elements are also a problem. It has become. In recent years, TFTs using metal oxide semiconductors have been actively developed as high mobility TFTs that can be applied with simple manufacturing processes, have high stability during continuous driving, high carrier mobility, and small variations between elements. It has been broken.

金属酸化物半導体を作製する技術として、例えば、有機金属を分解酸化(加熱、分解反応)することで、非晶質酸化物を形成する方法が知られている(例えば特許文献1)。   As a technique for manufacturing a metal oxide semiconductor, for example, a method of forming an amorphous oxide by decomposing and oxidizing (heating, decomposition reaction) an organic metal is known (for example, Patent Document 1).

また、酸化物半導体作製を、塩化亜鉛等の金属ハライドプレカーサー溶液をインクジェット法等により基板上に適用したのちこれを大気中で加熱処理して酸化物半導体に転化して活性層とする電界効果トランジスタの製造方法も知られている(例えば、非特許文献1)。   In addition, a field effect transistor in which an oxide semiconductor is produced by applying a metal halide precursor solution such as zinc chloride on a substrate by an inkjet method or the like and then heat-treating it in the atmosphere to convert it into an oxide semiconductor to form an active layer. Is also known (for example, Non-Patent Document 1).

同様に、塩化亜鉛、又塩化錫等の金属ハライド溶液を基板上に適用して薄膜を形成した後、数百度の温度で処理しこれを熱分解させて金属酸化物半導体薄膜を得る方法も知られている(例えば非特許文献2)。   Similarly, a method of obtaining a metal oxide semiconductor thin film by applying a metal halide solution such as zinc chloride or tin chloride on a substrate to form a thin film and then treating it at a temperature of several hundred degrees and thermally decomposing it. (For example, Non-Patent Document 2).

また、金属の酸化による方法についても知られている(例えば、特許文献2)。   Further, a method using metal oxidation is also known (for example, Patent Document 2).

いずれも前駆体を熱酸化して酸化物半導体を得るものであるが、熱酸化を用いる場合においては300℃以上の高い温度域での処理しているため、エネルギー効率が悪く、安価で軽量な樹脂基板に適用することは困難である。   In either case, the precursor is thermally oxidized to obtain an oxide semiconductor. However, in the case of using thermal oxidation, the treatment is performed in a high temperature range of 300 ° C. or higher, so that the energy efficiency is low, and it is inexpensive and lightweight. It is difficult to apply to a resin substrate.

また、このような方法により金属酸化物半導体の薄膜を形成する場合、不純物の排除が難しいため構成やプロセスによっては良好な酸化物皮膜が形成しにくく、したがって移動度が低い、off電流が大きいなどの半導体特性への影響が顕著となる。
特開2003−179242号公報 特開平8−264794号公報 Advanced Materials 2007,19,843−847 Electrochemical and Solid−State Letters,10(5) H135−H138 (2007)
In addition, when forming a thin film of a metal oxide semiconductor by such a method, it is difficult to eliminate impurities, so that it is difficult to form a good oxide film depending on the configuration and process, and thus the mobility is low and the off current is large. The effect on the semiconductor characteristics becomes remarkable.
JP 2003-179242 A JP-A-8-264794 Advanced Materials 2007, 19, 843-847 Electrochemical and Solid-State Letters, 10 (5) H135-H138 (2007)

従って、本発明の目的は、移動度が高く、off電流が小さい安定な薄膜トランジスタ素子(TFT素子)を得ることにあり、また、生産性の高い薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain a stable thin film transistor element (TFT element) with high mobility and low off current, and to provide a method for manufacturing a thin film transistor with high productivity.

本発明の上記課題は以下の手段により達成される。   The above object of the present invention is achieved by the following means.

1.基板上に金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成した後、該薄膜を酸化する工程により形成した金属酸化物半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにおいて、前記金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側にゲート絶縁膜が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。   1. In a thin film transistor having a metal oxide semiconductor thin film formed by a step of forming a thin film containing a precursor of a metal oxide semiconductor on a substrate and then oxidizing the thin film as an active layer, the metal oxide semiconductor thin film support A thin film transistor, wherein a gate insulating film is provided on a side opposite to the gate electrode.

2.前記金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側に、ソース電極、ドレイン電極の少なくとも一方の電極が設けられていることを特徴とする前記1に記載の薄膜トランジスタ。   2. 2. The thin film transistor according to 1 above, wherein at least one of a source electrode and a drain electrode is provided on a side opposite to the support of the metal oxide semiconductor thin film.

3.金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を酸化する工程が、プラズマ酸化であることを特徴とする前記1または2に記載の薄膜トランジスタ。   3. 3. The thin film transistor according to 1 or 2 above, wherein the step of oxidizing the thin film containing the metal oxide semiconductor precursor is plasma oxidation.

4.金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を酸化する工程が、大気圧プラズマ法によることを特徴とする前記3に記載の薄膜トランジスタ。   4). 4. The thin film transistor according to 3 above, wherein the step of oxidizing the thin film containing the metal oxide semiconductor precursor is performed by an atmospheric pressure plasma method.

5.ゲート絶縁膜が大気圧プラズマ法により形成されることを特徴とする前記1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   5). 5. The thin film transistor according to any one of 1 to 4, wherein the gate insulating film is formed by an atmospheric pressure plasma method.

本発明により、移動度が高く、off電流が小さい、生産効率が向上した、安定に動作する薄膜トランジスタ(TFT)素子を得ることができる。   According to the present invention, a stably operating thin film transistor (TFT) element with high mobility, low off current, improved production efficiency, and the like can be obtained.

以下本発明を実施するための最良の形態について説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

本発明は、基板上に金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成した後、該薄膜を酸化する工程により形成した金属酸化物半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにおいて、前記金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側にゲート絶縁膜が設けられるよう構成される薄膜トランジスタに関する。   The present invention provides a thin film transistor having a metal oxide semiconductor thin film formed by a step of forming a thin film containing a precursor of a metal oxide semiconductor on a substrate and then oxidizing the thin film as an active layer. The present invention relates to a thin film transistor configured such that a gate insulating film is provided on a side opposite to a thin film support.

従って、本発明の素子構成は、活性層(半導体層)の表面であって支持体とは反対側にゲート絶縁膜を形成するために、トップゲート型の構成を有する。   Therefore, the element configuration of the present invention has a top gate type configuration in order to form a gate insulating film on the surface of the active layer (semiconductor layer) on the side opposite to the support.

塗布形成した前駆体の薄膜から酸化する工程により形成する半導体薄膜の場合、この構成が特異的に性能が良いことをみいだされた。   In the case of a semiconductor thin film formed by an oxidation process from a coated precursor thin film, it has been found that this configuration has a particularly good performance.

また、金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側にソース電極、ドレイン電極の少なくとも一方の電極が設けられる、即ち、支持体(基板)上に形成された金属酸化物半導体薄膜の表面、にソース、ドレイン電極が直接接する構成のほうが好ましい。   Further, at least one of a source electrode and a drain electrode is provided on the opposite side of the metal oxide semiconductor thin film support, that is, on the surface of the metal oxide semiconductor thin film formed on the support (substrate). A configuration in which the source and drain electrodes are in direct contact is preferable.

従って、本発明の薄膜トランジスタは、支持体から順次、半導体薄膜、ゲート絶縁層、ゲート電極と形成された構成を有する。   Therefore, the thin film transistor of the present invention has a configuration in which a semiconductor thin film, a gate insulating layer, and a gate electrode are formed in order from the support.

以下、本発明の構成要件について順次説明する。   Hereinafter, the constituent features of the present invention will be sequentially described.

本発明において金属酸化物半導体の前駆体としては、金属原子含有化合物、即ち、金属原子を含む、金属塩、ハロゲン化物、有機金属化合物を挙げることができる。   In the present invention, examples of the metal oxide semiconductor precursor include metal atom-containing compounds, that is, metal salts, halides, and organometallic compounds containing metal atoms.

金属塩、金属酸化物、有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物の金属としては、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げることができる。   Metals of metal salts, metal oxides, organometallic compounds, halogen metal compounds, metal hydrides include Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl , Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, and the like.

それらの金属塩のうち、インジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むことが好ましく、それらを併用して混合させてもよい。また、その他の金属として、ガリウムまたはアルミニウムを含むことが好ましい。   Among these metal salts, it is preferable to contain any of indium, tin, and zinc, and they may be used in combination. Moreover, it is preferable that a gallium or aluminum is included as another metal.

金属塩としては、硝酸塩、酢酸塩等を、ハロゲン化物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等を好適にもちいることができる。   As metal salts, nitrates, acetates and the like can be suitably used, and as halides, chlorides, iodides, bromides and the like can be suitably used.

有機金属化合物としては、下記の一般式(I)で示すものが挙げられる。   Examples of the organometallic compound include those represented by the following general formula (I).

一般式(I) R1 xMR2 y3 z
式中、Mは金属、R1はアルキル基、R2はアルコキシ基、R3はβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基であり、金属Mの価数をmとした場合、x+y+z=mであり、x=0〜m、またはx=0〜m−1であり、y=0〜m、z=0〜mで、いずれも0または正の整数である。R1のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。R2のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。R3のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基としては、β−ジケトン錯体基として、例えば、2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトン或いはアセトアセトンともいう)、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル錯体基として、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシとして、例えば、アセトオキシ基(またはアセトキシ基)、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は18以下が好ましい。また直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。有機金属化合物の中では、分子内に少なくとも1つ以上の酸素を有するものが好ましい。このようなものとしてR2のアルコキシ基を少なくとも1つを含有する有機金属化合物、またR3のR3のβ−ジケトン錯体基、β−ケトカルボン酸エステル錯体基、β−ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基(ケトオキシ錯体基)から選ばれる基を少なくとも1つ有する金属化合物が最も好ましい。金属塩のなかでは、硝酸塩が好ましい。硝酸塩は高純度品が入手しやすく、また使用時の媒体として好ましい水に対する溶解度が高い。硝酸塩としては、硝酸インジウム、硝酸錫、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム等が挙げられる。
Formula (I) R 1 x MR 2 y R 3 z
In the formula, M is a metal, R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkoxy group, R 3 is a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group, and a ketooxy group (ketooxy complex group). X + y + z = m, x = 0 to m, or x = 0 to m−1, and y = 0 to m, z = 0. ~ M, each of which is 0 or a positive integer. Examples of the alkyl group for R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkoxy group for R 2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a 3,3,3-trifluoropropoxy group. Further, a hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. Examples of the group selected from the β-diketone complex group, β-ketocarboxylic acid ester complex group, β-ketocarboxylic acid complex group and ketooxy group (ketooxy complex group) of R 3 include, for example, 2,4 -Pentanedione (also called acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione , 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione, and the β-ketocarboxylic acid ester complex group includes, for example, acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid ethyl ester, acetoacetic acid propyl ester, trimethylacetate Examples thereof include ethyl acetate, methyl trifluoroacetoacetate and the like, and examples of β-ketocarboxylic acid include , Acetoacetic acid, there may be mentioned trimethyl acetoacetate, and as Ketookishi, for example, can be exemplified acetoxy group (or an acetoxy group), a propionyloxy group, Buchirirokishi group, acryloyloxy group, a methacryloyloxy group. These groups preferably have 18 or less carbon atoms. Further, it may be linear or branched, or a hydrogen atom may be a fluorine atom. Among organometallic compounds, those having at least one oxygen in the molecule are preferable. As such, an organometallic compound containing at least one alkoxy group of R 2 , a β-diketone complex group, a β-ketocarboxylic acid ester complex group, a β-ketocarboxylic acid complex group and a ketooxy group of R 3 of R 3 A metal compound having at least one group selected from a group (ketooxy complex group) is most preferable. Among the metal salts, nitrate is preferable. Nitrate is easily available as a high-purity product and has high solubility in water, which is preferable as a medium for use. Examples of nitrates include indium nitrate, tin nitrate, zinc nitrate, and gallium nitrate.

本発明の半導体膜の形成に使用する薄膜形成材料としては、金属原子含有化合物が好ましい。金属原子含有化合物としては、金属塩、有機金属化合物、ハロゲン金属化合物、金属水素化合物等を挙げることができるが、とくに好ましい有機金属化合物としては、前記一般式(I)で表される金属化合物が挙げられる。   As a thin film forming material used for forming the semiconductor film of the present invention, a metal atom-containing compound is preferable. Examples of the metal atom-containing compound include metal salts, organometallic compounds, halogen metal compounds, metal hydride compounds, and the like. Particularly preferred organometallic compounds include those represented by the general formula (I). Can be mentioned.

以上の前駆体のうち、好ましいのは、金属の硝酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド類である。具体例としては、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−i−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−i−プロポキシスズ、トリ−i−プロポキシガリウム、トリ−i−プロポキシアルミニウムなどが挙げられる。   Of the above precursors, metal nitrates, halides, and alkoxides are preferable. Specific examples include indium nitrate, zinc nitrate, gallium nitrate, tin nitrate, aluminum nitrate, indium chloride, zinc chloride, tin chloride (divalent), tin chloride (tetravalent), gallium chloride, aluminum chloride, tri-i-. Examples include propoxyindium, diethoxyzinc, bis (dipivaloylmethanato) zinc, tetraethoxytin, tetra-i-propoxytin, tri-i-propoxygallium, and tri-i-propoxyaluminum.

(成膜方法、パターン化方法)
前述の前駆体の薄膜の形成方法としては、前駆体の溶液を塗設し、溶媒をキャストさせることで薄膜を形成することが好ましい。
(Film formation method, patterning method)
As a method for forming the precursor thin film, it is preferable to form the thin film by coating a solution of the precursor and casting the solvent.

溶媒としては、水や、エタノール、プロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等グリコールエーテル系、また、アセトニトリルなど、更に、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、o−ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、m−クレゾール等の芳香族系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、トリデカンなどの脂肪族炭化水素溶媒、α−テルピネオール、また、クロロホルムや1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化アルキル系溶媒、N−メチルピロリドン、2硫化炭素等を好適に用いることができるが、特に、水や、エタノール、などのアルコール類、また、アセトニトリルなど、前駆体を溶解することの出来る溶媒であれば任意のものを用いることができる。   Solvents include water, alcohols such as ethanol, propanol and ethylene glycol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone, diethylene glycol monomethyl ether, etc. Glycol ether, acetonitrile, aromatic hydrocarbon solvents such as xylene and toluene, aromatic solvents such as o-dichlorobenzene, nitrobenzene, and m-cresol, aliphatic carbonization such as hexane, cyclohexane, and tridecane Hydrogen solvents, α-terpineol, halogenated alkyl solvents such as chloroform and 1,2-dichloroethane, N-methylpyrrolidone, carbon disulfide and the like can be preferably used. Ethanol, alcohols such as, also, such as acetonitrile, can be used any be any solvent capable of dissolving the precursor.

本発明において、薄膜形成材料を含有する液体を基材上に適用して、金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ミスト法、など、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法でパターン化する方法などが挙げられる。塗布膜からフォトリソグラフ法、レーザーアブレーションなどによりパターン化してもよい。金属微粒子を含む薄膜の成膜、パターン化には従来の公知な方法が適用できる。これらのうち、好ましいのは薄膜の塗布が可能な、スプレーコート、ミスト法である。   In the present invention, as a method of forming a thin film containing a metal oxide semiconductor precursor by applying a liquid containing a thin film forming material on a substrate, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, Examples thereof include a dip coating method, a cast method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, and a mist method, and a patterning method using a printing method such as a relief plate, an intaglio plate, a planographic printing method, a screen printing method, and an ink jet method. The coating film may be patterned by photolithography, laser ablation, or the like. Conventionally known methods can be applied to the formation and patterning of a thin film containing metal fine particles. Of these, the spray coating and mist methods that can apply a thin film are preferable.

ミスト法における好ましい液滴の形成方法について以下に述べる。   A preferred droplet forming method in the mist method will be described below.

図1は、薄膜形成材料を含有する液体を液滴として基材上に付与もしくは電極間に供給する場合に用いられる超音波噴霧器の概略図である。これにより微小液滴(液滴)を形成することができる。図1中、1は超音波噴霧器、11は窒素ガスを導入する導入管、12は液滴原料としての薄膜形成材料を含有する液体Lを貯留する原料貯留部、13は超音波発生部、14は超音波発生部13に接続された電源、15は発生した液滴を放出する放出管である。導入管11から原料貯留部12に窒素ガスを導入し、かつ、電源14をONすることにより超音波発生部13から超音波を発生させると、液滴が発生する。このようにして発生した液滴は、放出管15を通って超音波噴霧器1外へ放出され、図示しない塗布装置の適宜の場所において基材上に、液滴が噴霧され、基材上に薄膜が形成される。該薄膜に対し、酸化する工程、例えば、大気圧プラズマ処理装置においてプラズマ酸化が施されることになる。   FIG. 1 is a schematic view of an ultrasonic sprayer used when a liquid containing a thin film forming material is applied as droplets on a substrate or supplied between electrodes. Thereby, a micro droplet (droplet) can be formed. In FIG. 1, 1 is an ultrasonic atomizer, 11 is an introduction tube for introducing nitrogen gas, 12 is a raw material reservoir for storing a liquid L containing a thin film forming material as a droplet raw material, 13 is an ultrasonic generator, 14 Is a power source connected to the ultrasonic wave generator 13, and 15 is a discharge tube for discharging the generated droplets. When nitrogen gas is introduced from the introduction pipe 11 into the raw material storage unit 12 and the power source 14 is turned on to generate ultrasonic waves from the ultrasonic wave generation unit 13, droplets are generated. The droplets generated in this manner are discharged to the outside of the ultrasonic sprayer 1 through the discharge tube 15, and the droplets are sprayed onto the substrate at an appropriate location of a coating apparatus (not shown), and a thin film is formed on the substrate. Is formed. The thin film is subjected to oxidation, for example, plasma oxidation in an atmospheric pressure plasma processing apparatus.

図2は、超音波噴霧器を備えた枚葉式の大気圧プラズマ処理装置の概略図であり、これにより液滴の噴霧による薄膜の形成と大気圧プラズマ処理によるプラズマ酸化が連続して或いは同時に行える。図2中、1は図1と同様の超音波噴霧器である。超音波噴霧器1から下部方向に噴霧された液滴Mは、噴霧空間Aで基材S上に付与されることになる。21は固定された第1電極、22は基材Sを支持し、図中矢印の方向に反復運動することが可能な第2電極である。第1電極21と第2電極22とは所定のギャップを有して対向して設けられ、このギャップが放電空間Dを構成する。第1電極21と第2電極22は、それぞれ負荷であるフィルタ27Aまたは27Bと、さらにマッチングボックス26Aまたは26Bと、さらに高周波電源25Aまたは25Bと接続され、接地されている。フィルタは、異なる2種類の高周波電界を前記放電空間で重畳するため、互いの電源に互いの高周波が影響を与えないために挿入するものである。また、マッチングボックスは、高周波電源のエネルギーを有効に利用するため、負荷の持つリアクタンス成分をキャンセルし、インピーダンスを補正するために挿入している。   FIG. 2 is a schematic diagram of a single-wafer type atmospheric pressure plasma processing apparatus equipped with an ultrasonic atomizer, whereby thin film formation by droplet spraying and plasma oxidation by atmospheric pressure plasma processing can be performed continuously or simultaneously. . In FIG. 2, reference numeral 1 denotes an ultrasonic sprayer similar to that shown in FIG. The droplets M sprayed downward from the ultrasonic sprayer 1 are applied onto the substrate S in the spray space A. Reference numeral 21 denotes a fixed first electrode, and reference numeral 22 denotes a second electrode that supports the substrate S and can be repeatedly moved in the direction of the arrow in the figure. The first electrode 21 and the second electrode 22 are provided to face each other with a predetermined gap, and this gap constitutes the discharge space D. The first electrode 21 and the second electrode 22 are connected to a filter 27A or 27B, which is a load, a matching box 26A or 26B, and a high-frequency power source 25A or 25B, respectively, and are grounded. The filter is inserted in order to superimpose two different types of high-frequency electric fields in the discharge space so that the high-frequency waves do not affect each other's power supply. The matching box is inserted to cancel the reactance component of the load and correct the impedance in order to effectively use the energy of the high-frequency power source.

高周波電源25Aにより発生させる第1の高周波電界及び高周波電源25Bにより発生させる第2の高周波電界は、次の関係を満たす。第1の高周波電界の周波数ω1より第2の高周波電界の周波数ω2が高く、かつ、前記第1の高周波電界の強さV1、前記第2の高周波電界の強さV2及び放電開始電界の強さIVとの関係が、V1≧IV>V2、または、V1>IV≧V2を満たす。前述したように、この関係を満たす2種類の高周波電界を重畳することで、放電開始電界強度が大きい窒素等のガスを用いた場合でも、安定して高密度な放電状態を達成することができ、質の高い製膜を行うことができる。   The first high-frequency electric field generated by the high-frequency power supply 25A and the second high-frequency electric field generated by the high-frequency power supply 25B satisfy the following relationship. The frequency ω2 of the second high-frequency electric field is higher than the frequency ω1 of the first high-frequency electric field, and the strength V1 of the first high-frequency electric field, the strength V2 of the second high-frequency electric field, and the strength of the discharge start electric field The relationship with IV satisfies V1 ≧ IV> V2 or V1> IV ≧ V2. As described above, by superimposing two types of high-frequency electric fields satisfying this relationship, a stable and high-density discharge state can be achieved even when a gas such as nitrogen having a high discharge starting electric field strength is used. High-quality film formation can be performed.

例えば、第1の高周波電界としては周波数100kHzの高周波を、それと対向する第2の高周波電界としては周波数13.56MHzの高周波を用いる。そして、電極間には、窒素ガスに対し、例えば、酸素ガス0.1体積%の混合ガスを導入し放電空間を形成させる。   For example, a high frequency with a frequency of 100 kHz is used as the first high frequency electric field, and a high frequency with a frequency of 13.56 MHz is used as the second high frequency electric field facing the first high frequency electric field. Between the electrodes, for example, a mixed gas of 0.1% by volume of oxygen gas is introduced into the nitrogen gas to form a discharge space.

ガラス等の基材Sは、第2電極22上に載置され、噴霧空間Aと放電空間Dとの間を反復移動する。噴霧空間Aでは薄膜形成材料を含有した液体の液滴が基材S上に付与される。放電空間Dでは、窒素等の放電ガスが供給され、2種類の高周波電界が重畳され、高密度なプラズマが発生しており、ここに液滴が付与された基材Sが晒される。これを繰り返すことによってプラズマ処理が行われる。   The substrate S such as glass is placed on the second electrode 22 and repeatedly moves between the spray space A and the discharge space D. In the spray space A, liquid droplets containing the thin film forming material are applied onto the substrate S. In the discharge space D, a discharge gas such as nitrogen is supplied, two kinds of high-frequency electric fields are superimposed, and high-density plasma is generated, and the substrate S to which droplets are applied is exposed. Plasma processing is performed by repeating this.

図3も、超音波噴霧器を備えたロール式の大気圧プラズマ処理装置の概略図である。図3中、参照符号で図2と同一であるものは、図2で説明した部材と同じである。図3においてSはプラスチックフイルム等の長尺の基材である。基材Sは第2電極であるロール電極22Rの周囲に巻回され図中の矢印の方向に搬送されている。超音波噴霧器1から噴霧される薄膜形成材料を含有する液滴Mは、噴霧空間Aにおいて、基材S上に付与される。その後、第1電極21と第2電極22Rとの間で形成される放電空間Dを、液滴Mが付与された基材Sが通過すると、薄膜が形成される。   FIG. 3 is also a schematic view of a roll-type atmospheric pressure plasma processing apparatus provided with an ultrasonic atomizer. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 are the same as the members described in FIG. In FIG. 3, S is a long base material such as a plastic film. The base material S is wound around the roll electrode 22R that is the second electrode, and is conveyed in the direction of the arrow in the drawing. The droplet M containing the thin film forming material sprayed from the ultrasonic sprayer 1 is applied on the substrate S in the spray space A. Thereafter, when the base material S to which the droplet M is applied passes through the discharge space D formed between the first electrode 21 and the second electrode 22R, a thin film is formed.

大気圧プラズマ処理装置に設置する第1電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
A1 神鋼電機 3kHz SPG3−4500
A2 神鋼電機 5kHz SPG5−4500
A3 春日電機 15kHz AGI−023
A4 神鋼電機 50kHz SPG50−4500
A5 ハイデン研究所 100kHz* PHF−6k
A6 パール工業 200kHz CF−2000−200k
A7 パール工業 400kHz CF−2000−400k
等の市販のものを挙げることができ、何れも使用することができる。
As the first power supply (high frequency power supply) installed in the atmospheric pressure plasma processing apparatus,
Applied power symbol Manufacturer Frequency Product name A1 Shinko Electric 3kHz SPG3-4500
A2 Shinko Electric 5kHz SPG5-4500
A3 Kasuga Electric 15kHz AGI-023
A4 Shinko Electric 50kHz SPG50-4500
A5 HEIDEN Research Laboratories 100kHz * PHF-6k
A6 Pearl Industry 200kHz CF-2000-200k
A7 Pearl Industry 400kHz CF-2000-400k
And the like, and any of them can be used.

また、第2電源(高周波電源)としては、
印加電源記号 メーカー 周波数 製品名
B1 パール工業 800kHz CF−2000−800k
B2 パール工業 2MHz CF−2000−2M
B3 パール工業 13.56MHz CF−5000−13M
B4 パール工業 27MHz CF−2000−27M
B5 パール工業 150MHz CF−2000−150M
等の市販のものを挙げることができ、何れも好ましく使用できる。
As the second power source (high frequency power source),
Applied power supply symbol Manufacturer Frequency Product name B1 Pearl Industry 800kHz CF-2000-800k
B2 Pearl Industry 2MHz CF-2000-2M
B3 Pearl Industry 13.56MHz CF-5000-13M
B4 Pearl Industry 27MHz CF-2000-27M
B5 Pearl Industry 150MHz CF-2000-150M
And the like, and any of them can be preferably used.

なお、上記電源のうち、*印はハイデン研究所インパルス高周波電源(連続モードで100kHz)である。それ以外は連続サイン波のみ印加可能な高周波電源である。   Of the above power supplies, * indicates a HEIDEN Laboratory impulse high-frequency power supply (100 kHz in continuous mode). Other than that, it is a high-frequency power source that can apply only a continuous sine wave.

本発明において、対向する電極間に印加する電力は、第2電極(第2の高周波電界)に1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給し、放電ガスを励起してプラズマを発生させ、エネルギーを薄膜形成液滴に与え、プラズマ酸化を行う。第2電極に供給する電力の上限値としては、好ましくは50W/cm2、より好ましくは20W/cm2である。下限値は、好ましくは1.2W/cm2である。なお、放電面積(cm2)は、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。 In the present invention, the electric power applied between the electrodes facing each other supplies power (power density) of 1 W / cm 2 or more to the second electrode (second high-frequency electric field) to excite the discharge gas to generate plasma. Then, energy is applied to the thin film forming droplet and plasma oxidation is performed. The upper limit value of the power supplied to the second electrode is preferably 50 W / cm 2 , more preferably 20 W / cm 2 . The lower limit is preferably 1.2 W / cm 2 . The discharge area (cm 2 ) refers to an area in a range where discharge occurs in the electrode.

また、第1電極(第1の高周波電界)にも、1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給することにより、第2の高周波電界の均一性を維持したまま、出力密度を向上させることができる。これにより、さらなる均一高密度プラズマを生成でき、さらなる製膜速度の向上と膜質の向上が両立できる。好ましくは5W/cm2以上である。第1電極に供給する電力の上限値は、好ましくは50W/cm2である。 Further, by supplying power (output density) of 1 W / cm 2 or more to the first electrode (first high frequency electric field), the output density is improved while maintaining the uniformity of the second high frequency electric field. be able to. Thereby, a further uniform high-density plasma can be generated, and a further improvement in film forming speed and an improvement in film quality can be achieved. Preferably it is 5 W / cm 2 or more. The upper limit value of the power supplied to the first electrode is preferably 50 W / cm 2 .

ここで高周波電界の波形としては、特に限定されない。連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードと、パルスモードと呼ばれるON/OFFを断続的に行う断続発振モード等があり、そのどちらを採用してもよいが、少なくとも第2電極側(第2の高周波電界)は連続サイン波の方がより緻密で良質な膜が得られるので好ましい。   Here, the waveform of the high-frequency electric field is not particularly limited. There are a continuous sine wave continuous oscillation mode called a continuous mode, an intermittent oscillation mode called ON / OFF intermittently called a pulse mode, and either of them may be adopted, but at least the second electrode side (second The high-frequency electric field is preferably a continuous sine wave because a denser and better quality film can be obtained.

これらにより、薄膜形成材料を含有する液体は、基材上に噴霧等により液滴として付与されることが好ましい。液滴の平均粒径は5μm以下、好ましくは1μm以下である。液滴の平均粒径の測定方法は、液滴群にレーザー光を照射し、そこから発せられる回折・散乱光の強度分布パターンから粒度分布を算出する方法が簡便であり、東日コンピュータアプリケーションズ株式会社のLDSA−1500A等が利用できる。   Accordingly, the liquid containing the thin film forming material is preferably applied as droplets by spraying or the like on the substrate. The average particle size of the droplets is 5 μm or less, preferably 1 μm or less. The average particle size of the droplets can be measured by simply irradiating the droplet group with laser light and calculating the particle size distribution from the intensity distribution pattern of the diffracted / scattered light emitted from it. The company's LDSA-1500A can be used.

本発明においては、このように、金属酸化物半導体の前駆体となる金属を含有する薄膜を形成した後、該薄膜に対し、プラズマ酸化を施すことにより、金属酸化物半導体を製造する。   In this invention, after forming the thin film containing the metal used as the precursor of a metal oxide semiconductor in this way, a metal oxide semiconductor is manufactured by performing plasma oxidation with respect to this thin film.

金属酸化物半導体の前駆体となる金属の材料から形成された薄膜を酸化する方法として、本発明においては、前記の如くプラズマ酸化を用いることが好ましい。   As a method for oxidizing a thin film formed of a metal material which is a precursor of a metal oxide semiconductor, it is preferable to use plasma oxidation as described above in the present invention.

プラズマ酸化としては、前記大気圧プラズマ処理装置を用いた大気圧プラズマ法が好ましい。またプラズマ酸化において、前駆体を含有する薄膜を形成した基板は、150℃〜300℃の範囲で加熱させることが好ましい。   As the plasma oxidation, an atmospheric pressure plasma method using the atmospheric pressure plasma processing apparatus is preferable. In plasma oxidation, the substrate on which the thin film containing the precursor is formed is preferably heated in the range of 150 ° C to 300 ° C.

大気圧プラズマ法では、大気圧下で、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスを放電ガスとして、これと共に反応ガス(酸素を含むガス)を放電空間に導入して、高周波電界を印加して、放電ガスを励起させ、プラズマ発生させ、反応ガスと接触させて酸素プラズマを発生させ、基体表面をこれに晒すことでプラズマ酸化を行う。大気圧下とは、20〜110kPaの圧力を表すが、好ましくは93〜104kPaである。   In the atmospheric pressure plasma method, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used as a discharge gas under atmospheric pressure, and a reactive gas (a gas containing oxygen) is introduced into the discharge space and a high frequency electric field is applied. The plasma oxidation is performed by exciting the discharge gas, generating plasma, bringing it into contact with the reaction gas, generating oxygen plasma, and exposing the substrate surface to this. Under atmospheric pressure represents a pressure of 20 to 110 kPa, preferably 93 to 104 kPa.

大気圧プラズマ法により、酸素含むガスを反応性ガスとして用いて酸素プラズマを発生させるとき、使用するガスは、薄膜の種類によって異なるが、基本的には放電ガス(不活性ガス)と酸化性ガスの混合ガスである。プラズマ酸化を行う場合、酸化性ガスとして酸素ガスを混合ガスに対し、0.01〜10体積%含有させることが好ましい。0.1〜10体積%であることがより好ましいが、さらに好ましくは、0.1〜5体積%である。   When an oxygen plasma is generated using a gas containing oxygen as a reactive gas by the atmospheric pressure plasma method, the gas to be used varies depending on the type of thin film, but basically a discharge gas (inert gas) and an oxidizing gas. It is a mixed gas. When performing plasma oxidation, it is preferable to contain 0.01-10 volume% of oxygen gas with respect to mixed gas as oxidizing gas. Although it is more preferable that it is 0.1-10 volume%, More preferably, it is 0.1-5 volume%.

上記不活性ガスとしては、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンや、窒素ガス等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、ヘリウム、アルゴン、窒素ガスが好ましく用いられる。   Examples of the inert gas include Group 18 elements of the periodic table, specifically, helium, neon, argon, krypton, xenon, radon, nitrogen gas, and the like, in order to obtain the effects described in the present invention. For this, helium, argon, or nitrogen gas is preferably used.

また、反応ガスを放電空間である電極間に導入するには、常温常圧で構わない。   In order to introduce the reaction gas between the electrodes which are the discharge space, normal temperature and normal pressure may be used.

大気圧下でのプラズマ法については特開平11−61406、同11−133205、特開2000−121804、同2000−147209、同2000−185362、WO2006/129461等に記載されている。   The plasma method under atmospheric pressure is described in JP-A-11-61406, JP-A-11-133205, JP-A-2000-121804, JP-A-2000-147209, JP-A-2000-185362, WO2006 / 129461, and the like.

また、プラズマ酸化において、基板を150℃〜300℃の範囲で加熱させることが好ましい。   In the plasma oxidation, it is preferable to heat the substrate in the range of 150 ° C. to 300 ° C.

(酸化する工程)
金属酸化物半導体の前駆体となる金属材料から形成された薄膜を酸化する方法(工程)としては、前記のプラズマ酸化のほか、熱酸化法等、他の方法を用いてもよく、UVオゾン法を用いることもできる。UVオゾン法は、酸素の存在下で、紫外光を照射し、酸化反応を進行させる方法である。紫外光の波長は、100nm〜450nm、特に好ましくは150〜300nm程度の所謂、真空紫外光を照射することが好ましい。光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマーランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザーなどを用いることができる。基板を50℃〜400℃、好ましくは100℃〜250℃の範囲で加熱させることが好ましい。前記の如く、種々の塗布法(コート)法、例えば、インクジェット法、印刷或いはスプレー法、ミスト法等により、前駆体の溶液を塗設し、溶媒を基板上キャストにさせ薄膜を形成したのち酸化処理を行う。
(Oxidation process)
As a method (process) for oxidizing a thin film formed from a metal material that is a precursor of a metal oxide semiconductor, other methods such as a thermal oxidation method may be used in addition to the plasma oxidation described above, and a UV ozone method may be used. Can also be used. The UV ozone method is a method of irradiating ultraviolet light in the presence of oxygen to advance an oxidation reaction. It is preferable to irradiate so-called vacuum ultraviolet light having a wavelength of ultraviolet light of 100 nm to 450 nm, particularly preferably about 150 to 300 nm. As the light source, a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used. It is preferable to heat the substrate in the range of 50 ° C to 400 ° C, preferably 100 ° C to 250 ° C. As described above, a precursor solution is applied by various coating methods (coating methods), for example, an ink jet method, printing or spraying method, mist method, etc., and a solvent is cast on a substrate to form a thin film and then oxidized. Process.

本発明においてはまた、金属酸化物半導体の前駆体が金属であってもよく、金属を含む薄膜を蒸着やスパッタリング等の方法を用い、また金属微粒子分散物を用い塗布形成した金属を含む薄膜を前記の方法で酸化処理することにより金属酸化物半導体を得ることができる。   In the present invention, the precursor of the metal oxide semiconductor may be a metal, a thin film containing metal formed by coating a thin film containing metal using a method such as vapor deposition or sputtering, or by using a metal fine particle dispersion. A metal oxide semiconductor can be obtained by oxidation treatment by the above method.

金属を含む薄膜としては蒸着やスパッタリング等により形成された金属薄膜を用いてもよいが、金属微粒子の分散物から形成する方法がインクジェット法或いは印刷等、塗布による方法で均一な薄膜を形成できるため好ましい。   Although a metal thin film formed by vapor deposition, sputtering, or the like may be used as the thin film containing metal, a method of forming from a dispersion of metal fine particles can form a uniform thin film by a coating method such as an inkjet method or printing. preferable.

金属微粒子の材料としては、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛、ガリウム等を用いることができる。   As the material of the metal fine particles, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, zinc, gallium, or the like can be used. .

このうち、インジウム、亜鉛、錫のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウムを含むことが好ましい。   Among these, it is preferable that any one of indium, zinc, and tin is included, and it is preferable that gallium is further included.

これらの金属からなる微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成するのが好ましい。   It is preferable to form an electrode using a dispersion in which fine particles made of these metals are dispersed in water or a dispersion medium that is an arbitrary organic solvent using a dispersion stabilizer mainly made of an organic material.

このような金属微粒子の分散物の作製方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平11−76800号公報、同11−80647号公報、同11−319538号公報、特開2000−239853号公報等に示されたコロイド法、特開2001−254185号公報、同2001−53028号公報、同2001−35255号公報、同2000−124157号公報、同2000−123634号公報、特許第2561537号などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物である。   As a method for producing such a dispersion of metal fine particles, metal ions are reduced in a liquid phase, such as a physical generation method such as gas evaporation method, sputtering method, and metal vapor synthesis method, colloid method, and coprecipitation method. Examples of the chemical production method for producing metal fine particles include those described in JP-A-11-76800, JP-A-11-80647, JP-A-11-319538, JP-A-2000-239853, and the like. The colloid method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-254185, 2001-53028, 2001-35255, 2000-124157, 2000-123634, Japanese Patent No. 2561537, etc. It is a dispersion of fine metal particles produced by a gas evaporation method.

金属微粒子の平均粒子径は1〜300nmであることが好ましく、後述の融着を促進し、酸化処理を行ったときに非晶質酸化物半導体への転化を容易にすることができる。   The average particle diameter of the metal fine particles is preferably 1 to 300 nm, and can promote the fusion described later and facilitate the conversion to an amorphous oxide semiconductor when an oxidation treatment is performed.

(金属の組成比)
金属としては、In、Zn、Snのいずれかを含むことが好ましく、さらにGaまたはAlを含むことが好ましいが、金属がInを含む場合、金属の組成比としては、Inを1とした時に、ZnySn1-y(ここにおいてyは0〜1の正数)は0.2〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。また、Inを1とした時に、Ga及びAlの組成比は各々0〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。
(Composition ratio of metal)
The metal preferably contains any one of In, Zn, and Sn, and further preferably contains Ga or Al. However, when the metal contains In, the composition ratio of the metal when In is set to 1, Zn y Sn 1-y (where y is a positive number from 0 to 1 ) is preferably from 0.2 to 5, more preferably from 0.5 to 2. Moreover, when In is set to 1, the composition ratio of Ga and Al is preferably 0 to 5, more preferably 0.5 to 2, respectively.

(成膜方法、パターン化方法)
金属微粒子を含む薄膜の形成方法としては、前記同様にスプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法など、分散液を塗布する方法、また、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷、インクジェットなどの印刷法等広義での塗布法、また、これによりパターン化する方法などが挙げられる。塗布膜からフォトリソグラフ法、レーザーアブレーションなどによりパターン化してもよい。金属微粒子を含む薄膜の成膜、パターン化には従来の公知な方法が適用できる。
(Film formation method, patterning method)
As a method for forming a thin film containing metal fine particles, a dispersion liquid such as a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method, or a die coating method is applied as described above. Examples thereof include a coating method in a broad sense such as a printing method such as a relief printing plate, an intaglio printing plate, a planographic printing plate, a screen printing, and an inkjet, and a patterning method thereby. The coating film may be patterned by photolithography, laser ablation, or the like. Conventionally known methods can be applied to the formation and patterning of a thin film containing metal fine particles.

また、金属微粒子の分散物を、例えばインクジェットなどで滴下し、分散媒を揮発させて薄膜が形成される。また、更にこの金属微粒子からなる薄膜を加熱することにより、微粒子を融着させ金属の薄膜を得ることもできる。   In addition, a dispersion of metal fine particles is dropped by, for example, ink jet and the dispersion medium is volatilized to form a thin film. Further, by heating the thin film made of the metal fine particles, the fine particles can be fused to obtain a metal thin film.

形成される金属薄膜の膜厚は、1〜200nm、より好ましくは5〜100nmである。   The thickness of the formed metal thin film is 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm.

また、金属微粒子から形成された金属薄膜は、酸化処理の前に、加熱処理を行うことができる。加熱処理によって金属微粒子同士を融着させてもよい。融着の程度は任意に調整することができいずれの融着状態からでも、薄膜を酸化することができる。融着は粒径が300nm以下の金属微粒子の場合、400℃以下の低温で行うことができる。   Moreover, the metal thin film formed from the metal fine particles can be subjected to a heat treatment before the oxidation treatment. The metal fine particles may be fused together by heat treatment. The degree of fusion can be arbitrarily adjusted, and the thin film can be oxidized from any fusion state. Fusion can be performed at a low temperature of 400 ° C. or lower in the case of metal fine particles having a particle size of 300 nm or less.

尚、金属微粒子は、分散安定性の観点で、分散剤を用いて分散媒に分散されている形態が好ましいが、金属微粒子を含む薄膜は、形成後、前記融着前、また酸化工程の前に、例えば、酸素プラズマ、UVオゾン洗浄などのドライ洗浄プロセスによって洗浄し、分散剤など薄膜中に含まれる有機物を分解、洗浄して、金属成分以外の有機物を排除しておくことが好ましい。   The metal fine particles are preferably dispersed in a dispersion medium using a dispersant from the viewpoint of dispersion stability. However, the thin film containing the metal fine particles is formed, before the fusion, and before the oxidation step. In addition, it is preferable to perform cleaning by a dry cleaning process such as oxygen plasma or UV ozone cleaning, and to decompose and clean organic substances contained in the thin film such as a dispersant to exclude organic substances other than metal components.

これらにより形成した前駆体薄膜を前記酸化処理法を用いて酸化物半導体とすることができる。   The precursor thin film formed by these can be made into an oxide semiconductor by using the oxidation treatment method.

(酸化物半導体薄膜)
本発明の方法により、前述した金属原子から選ばれた単独、または複数の金属原子を含む金属酸化物半導体の薄膜を作製する。金属酸化物半導体としては、単結晶、多結晶、非晶質のいずれの状態も使用可能だが、好ましくは非晶質の薄膜を用いる。
(Oxide semiconductor thin film)
By the method of the present invention, a metal oxide semiconductor thin film containing a single metal atom or a plurality of metal atoms selected from the metal atoms described above is produced. As the metal oxide semiconductor, any state of single crystal, polycrystal, and amorphous can be used, but an amorphous thin film is preferably used.

(金属の組成比)
形成された金属酸化物半導体に含まれる金属原子は、前駆体の記述に挙げたものと同様に、インジウム、錫、亜鉛のいずれかを含むことが好ましく、さらにガリウムまたはアルミニウムを含むことが好ましい。
(Composition ratio of metal)
The metal atom contained in the formed metal oxide semiconductor preferably contains any of indium, tin, and zinc, and further preferably contains gallium or aluminum, as described in the description of the precursor.

好ましい組成比としては、Inを1とした時に、ZnySn1-y(ここにおいてyは0〜1の正数)は0.2〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。また、Inを1とした時に、GaまたはAlの組成比は0〜5が好ましく、さらに好ましくは0.5〜2である。 As a preferred composition ratio, when In is 1, Zn y Sn 1-y (where y is a positive number from 0 to 1 ) is preferably 0.2 to 5, more preferably 0.5 to 2. . Moreover, when In is set to 1, the composition ratio of Ga or Al is preferably 0 to 5, more preferably 0.5 to 2.

また、半導体の薄膜の膜厚は1〜200nmが好ましく、より好ましくは5〜100nmである。   The film thickness of the semiconductor thin film is preferably 1 to 200 nm, more preferably 5 to 100 nm.

本発明においては、酸化の条件、熱酸化であれば温度、時間、また、UVオゾン法であれば、酸素濃度、また、紫外照射のエネルギー、た温度、時間等の照射条件、また、前記プラズマ酸化であれば、前駆体材料、及び組成比、またプラズマ酸化におけるガス組成比、流量、電極条件(周波数、電位等)など、製造条件を制御して、例えば、電子キャリア濃度を、1012/cm3以上1018/cm3未満とする。より好ましくは1013/cm3以上1017/cm3以下、更には1015/cm3以上1016/cm3以下の範囲にすることが好ましい。 In the present invention, the oxidation conditions, the temperature and time for thermal oxidation, the oxygen concentration for the UV ozone method, the irradiation conditions such as the energy, temperature and time for ultraviolet irradiation, and the plasma In the case of oxidation, the manufacturing conditions such as precursor material and composition ratio, gas composition ratio in plasma oxidation, flow rate, electrode conditions (frequency, potential, etc.) are controlled, for example, the electron carrier concentration is 10 12 / cm 3 or more and less than 10 18 / cm 3 . More preferably, it is in the range of 10 13 / cm 3 or more and 10 17 / cm 3 or less, and more preferably 10 15 / cm 3 or more and 10 16 / cm 3 or less.

電子キャリア濃度の測定は、ホール効果測定により求めることが出来る。   The electron carrier concentration can be measured by Hall effect measurement.

本発明に係る酸化物半導体薄膜は、電界効果トランジスタ(薄膜トランジスタ:TFT)に用いることができる。   The oxide semiconductor thin film according to the present invention can be used for a field effect transistor (thin film transistor: TFT).

本発明の構成においては、基板上にゲート絶縁層、また、ソースドレイン電極等に先立って、酸化物半導体薄膜が均一に形成されるため、この均一な表面上に作製される電極また絶縁層等との界面に乱れがなく安定した良好な性質を示すものと考えている。   In the structure of the present invention, since the oxide semiconductor thin film is uniformly formed on the substrate prior to the gate insulating layer and the source / drain electrodes, the electrode or insulating layer formed on the uniform surface is formed. It is considered that it exhibits stable and good properties with no disturbance at the interface.

また、基板面からの薄膜への不純物の拡散が少ないことも、この上に形成される半導体薄膜の性能のバラツキを少なくして、移動度に優れた、off電流の小さい半導体薄膜を形成させる。   In addition, since the diffusion of impurities from the substrate surface to the thin film is small, variations in the performance of the semiconductor thin film formed thereon are reduced, and a semiconductor thin film having excellent mobility and a small off current is formed.

更に、半導体形成における酸化処理条件により電極や絶縁膜等の他の要素に対するダメージが少ないことも安定した特性をもつ薄膜トランジスタが得られる理由と考えられる。   Further, it is considered that a thin film transistor having stable characteristics can be obtained because damage to other elements such as an electrode and an insulating film is small due to oxidation treatment conditions in semiconductor formation.

図4に、本発明の薄膜トランジスタの好ましい構成例を示した。   FIG. 4 shows a preferred configuration example of the thin film transistor of the present invention.

図4(a)は、基板101上に本発明に係わる金属酸化物半導体の薄膜104、その上にソース電極105、ドレイン電極106、更にゲート絶縁膜103を形成し、ゲート絶縁膜103上にゲート電極102を形成した本発明の構成を有するトップゲート型薄膜トランジスタを示した。108は下引き層である。   FIG. 4A shows a metal oxide semiconductor thin film 104 according to the present invention formed on a substrate 101, a source electrode 105, a drain electrode 106, and a gate insulating film 103 formed thereon, and a gate insulating film 103 on the gate insulating film 103. A top-gate thin film transistor having the structure of the present invention in which the electrode 102 is formed is shown. Reference numeral 108 denotes an undercoat layer.

図4(b)は、基板101上に先ずソース電極105、ドレイン電極105を形成した後、本発明に係わる金属酸化物半導体の薄膜104を形成し、次いでゲート絶縁膜103、ゲート電極と形成したもう一つのトップゲート型薄膜トランジスタの例を示す。   In FIG. 4B, a source electrode 105 and a drain electrode 105 are first formed on a substrate 101, and then a metal oxide semiconductor thin film 104 according to the present invention is formed, and then a gate insulating film 103 and a gate electrode are formed. Another example of a top-gate thin film transistor will be described.

このような、金属酸化物半導体の薄膜の支持体とは反対側にゲート絶縁膜が設けられている本発明の薄膜トランジスタの構成は好ましいものであり、また、金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側に、ソース電極、またドレイン電極が設けられている図4(a)の構成はより好ましい。   The structure of the thin film transistor of the present invention in which the gate insulating film is provided on the side opposite to the metal oxide semiconductor thin film support is preferable, and what is the metal oxide semiconductor thin film support? The configuration of FIG. 4A in which a source electrode and a drain electrode are provided on the opposite side is more preferable.

図5は、本発明の薄膜トランジスタ素子が複数配置される薄膜トランジスタシート120の1例における概略の等価回路図を示す。   FIG. 5 is a schematic equivalent circuit diagram of an example of a thin film transistor sheet 120 in which a plurality of thin film transistor elements of the present invention are arranged.

薄膜トランジスタシート120はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子124を有する。21は各薄膜トランジスタ素子24のゲート電極のゲートバスラインであり、122は各薄膜トランジスタ素子24のソース電極のソースバスラインである。各薄膜トランジスタ素子124のドレイン電極には、出力素子126が接続され、この出力素子126は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子126として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。125は蓄積コンデンサ、127は垂直駆動回路、128は水平駆動回路である。   The thin film transistor sheet 120 has a large number of thin film transistor elements 124 arranged in a matrix. Reference numeral 21 denotes a gate bus line of the gate electrode of each thin film transistor element 24, and reference numeral 122 denotes a source bus line of the source electrode of each thin film transistor element 24. An output element 126 is connected to the drain electrode of each thin film transistor element 124. The output element 126 is, for example, a liquid crystal or an electrophoretic element, and constitutes a pixel in the display device. In the illustrated example, a liquid crystal is shown as an output element 126 by an equivalent circuit composed of a resistor and a capacitor. Reference numeral 125 denotes a storage capacitor, 127 denotes a vertical drive circuit, and 128 denotes a horizontal drive circuit.

この様な、支持体上にTFT素子を2次元的に配列した薄膜トランジスタシートの作製に本発明の薄膜トランジスタ素子を用いることができる。   The thin film transistor element of the present invention can be used for producing such a thin film transistor sheet in which TFT elements are two-dimensionally arranged on a support.

(電極)
本発明において、TFT素子を構成するソース電極、ドレイン電極、ゲート電極等の電極に用いられる導電性材料としては、電極として実用可能なレベルでの導電性があればよく、特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が用いられる。
(electrode)
In the present invention, the conductive material used for the electrodes such as the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode constituting the TFT element is not particularly limited as long as it has conductivity at a practical level as an electrode. , Gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, indium / tin oxide ( ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium Sodium - potassium alloy, magnesium, lithium, aluminum, magnesium / copper mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, a lithium / aluminum mixture, or the like is used.

また、導電性材料としては、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。金属微粒子を含有する分散物としては、たとえば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が1nm〜50nm、好ましくは1nm〜10nmの金属微粒子を含有する分散物である。金属微粒子から電極を形成するには、前述の方法を同様に用いることができ、金属微粒子の材料としては上記の金属を用いることができる。   Moreover, as a conductive material, a conductive polymer, metal fine particles, or the like can be suitably used. As the dispersion containing metal fine particles, for example, a known conductive paste may be used, but a dispersion containing metal fine particles having a particle diameter of 1 nm to 50 nm, preferably 1 nm to 10 nm is preferable. In order to form an electrode from metal fine particles, the above-described method can be used in the same manner, and the metal described above can be used as the material of the metal fine particles.

(電極等の形成方法)
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
(Method for forming electrodes, etc.)
As a method for forming an electrode, a method for forming an electrode using a known photolithographic method or a lift-off method from a conductive thin film formed by using a method such as vapor deposition or sputtering using the above as a raw material, or a metal foil such as aluminum or copper There is a method in which a resist is formed and etched by thermal transfer, ink jet or the like. Alternatively, a conductive polymer solution or dispersion, a dispersion containing metal fine particles, or the like may be directly patterned by an ink jet method, or may be formed from a coating film by lithography or laser ablation. Further, a method of patterning a conductive ink or conductive paste containing a conductive polymer or metal fine particles by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing can also be used.

ソース、ドレイン、或いはゲート電極等の電極、またゲート、或いはソースバスライン等を、エッチング又はリフトオフ等感光性樹脂等を用いた金属薄膜のパターニングなしに形成する方法として、無電解メッキ法による方法が知られている。   As a method for forming an electrode such as a source, drain, or gate electrode, a gate, or a source bus line without patterning a metal thin film using a photosensitive resin such as etching or lift-off, a method by an electroless plating method is used. Are known.

無電解メッキ法による電極の形成方法に関しては、特開2004−158805にも記載されたように、電極を設ける部分に、メッキ剤と作用して無電解メッキを生じさせるメッキ触媒を含有する液体を、例えば印刷法(インクジェット印刷含む。)によって、パターニングした後に、メッキ剤を、電極を設ける部分に接触させる。そうすると、前記触媒とメッキ剤との接触により前記部分に無電解メッキが施されて、電極パターンが形成されるというものである。   Regarding the method of forming an electrode by electroless plating, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-158805, a liquid containing a plating catalyst that causes electroless plating by acting with a plating agent is applied to a portion where the electrode is provided. For example, after patterning by a printing method (including inkjet printing), a plating agent is brought into contact with a portion where an electrode is provided. If it does so, electroless plating will be performed to the said part by the contact of the said catalyst and a plating agent, and an electrode pattern will be formed.

無電解メッキの触媒と、メッキ剤の適用を逆にしてもよく、またパターン形成をどちらで行ってもよいが、メッキ触媒パターンを形成し、これにメッキ剤を適用する方法が好ましい。   The application of the electroless plating catalyst and the plating agent may be reversed, and the pattern formation may be performed either. However, a method of forming a plating catalyst pattern and applying the plating agent to this is preferable.

印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、平版、凸版、凹版又インクジェット法による印刷などが用いられる。   As the printing method, for example, screen printing, planographic printing, letterpress printing, intaglio printing, printing by ink jet printing, or the like is used.

(ゲート絶縁膜)
本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
(Gate insulation film)
Although various insulating films can be used as the gate insulating film of the thin film transistor of the present invention, an inorganic oxide film having a high relative dielectric constant is particularly preferable. Inorganic oxides include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, strontium titanate, Examples thereof include barium titanate, barium magnesium fluoride, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and titanium oxide are preferable. Inorganic nitrides such as silicon nitride and aluminum nitride can also be suitably used.

上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。   Examples of the method for forming the film include a vacuum process, a molecular beam epitaxial growth method, an ion cluster beam method, a low energy ion beam method, an ion plating method, a CVD method, a sputtering method, an atmospheric pressure plasma method, and a spray process. Examples include wet processes such as coating methods, spin coating methods, blade coating methods, dip coating methods, casting methods, roll coating methods, bar coating methods, die coating methods, and other methods such as printing and ink jet patterning. Can be used depending on the material.

ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。   The wet process is a method of applying and drying a liquid in which fine particles of inorganic oxide are dispersed in an arbitrary organic solvent or water using a dispersion aid such as a surfactant as required, or an oxide precursor, for example, A so-called sol-gel method in which a solution of an alkoxide body is applied and dried is used.

これらのうち好ましいのは、上述した大気圧プラズマ法である。   Of these, the atmospheric pressure plasma method described above is preferable.

ゲート絶縁膜(層)が陽極酸化膜又は該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。   It is also preferable that the gate insulating film (layer) is composed of an anodized film or the anodized film and an insulating film. The anodized film is preferably sealed. The anodized film is formed by anodizing a metal that can be anodized by a known method.

陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウム又はタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。   Examples of the metal that can be anodized include aluminum and tantalum, and the anodizing method is not particularly limited, and a known method can be used.

また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂等を用いることもできる。   Examples of organic compound films include polyimides, polyamides, polyesters, polyacrylates, photo-radical polymerization-type, photo-cation polymerization-type photo-curing resins, copolymers containing acrylonitrile components, polyvinyl phenol, polyvinyl alcohol, novolac resins, etc. Can also be used.

無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に50nm〜3μm、好ましくは、100nm〜1μmである。   An inorganic oxide film and an organic oxide film can be laminated and used together. The thickness of these insulating films is generally 50 nm to 3 μm, preferably 100 nm to 1 μm.

(基板)
基板を構成する支持体材料としては、種々の材料が利用可能であり、例えば、ガラス、石英、酸化アルミニウム、サファイア、チッ化珪素、炭化珪素などのセラミック基板、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素、ガリウム燐、ガリウム窒素など半導体基板、紙、不織布などを用いることができるが、本発明において支持体は樹脂からなることが好ましく、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。
(substrate)
Various materials can be used as the support material constituting the substrate. For example, ceramic substrates such as glass, quartz, aluminum oxide, sapphire, silicon nitride, silicon carbide, silicon, germanium, gallium arsenide, gallium phosphide. In addition, a semiconductor substrate such as gallium nitrogen, paper, and non-woven fabric can be used. In the present invention, the support is preferably made of a resin, for example, a plastic film sheet can be used. Examples of plastic films include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), polyetherimide, polyetheretherketone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polycarbonate (PC), and cellulose. Examples include films made of triacetate (TAC), cellulose acetate propionate (CAP), and the like. By using a plastic film, the weight can be reduced as compared with the case of using a glass substrate, the portability can be improved, and the resistance to impact can be improved.

本発明の薄膜トランジスタ素子においては、支持体がプラスチックフィルムの場合、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層、及びポリマーを含む下引き層の少なくとも一方を有することが好ましい。   In the thin film transistor element of the present invention, when the support is a plastic film, it preferably has at least one of an undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides, and an undercoat layer containing a polymer.

下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム,チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。また無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。   Examples of the inorganic oxide contained in the undercoat layer include silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, tin oxide, vanadium oxide, barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, titanate Examples thereof include lead lanthanum, strontium titanate, barium titanate, barium fluoride magnesium, bismuth titanate, strontium bismuth titanate, strontium bismuth tantalate, bismuth tantalate niobate, and yttrium trioxide. Examples of the inorganic nitride include silicon nitride and aluminum nitride.

それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。   Of these, silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, titanium oxide, and silicon nitride are preferable.

本発明において、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層は前記大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。   In the present invention, the undercoat layer containing a compound selected from inorganic oxides and inorganic nitrides is preferably formed by the atmospheric pressure plasma method.

ポリマーを含む下引き層に用いるポリマーとしては、種々のポリマー、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。   As the polymer used for the undercoat layer containing a polymer, various polymers such as polyester resin, polycarbonate resin, cellulose resin, acrylic resin, polyurethane resin, polyethylene resin, polypropylene resin, polystyrene resin, phenoxy resin, norbornene resin, epoxy resin , Vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride resin, vinyl acetate resin, copolymer of vinyl acetate and vinyl alcohol, partially hydrolyzed vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer, Vinyl polymers such as vinyl chloride-acrylonitrile copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinyl alcohol, chlorinated polyvinyl chloride, ethylene-vinyl chloride copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, polyamide resin, D Len - butadiene resin, butadiene - rubber resin such as acrylonitrile resin, silicone resin, and fluorine resins.

また本発明の薄膜トランジスタ素子上には素子保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物又は無機窒化物等が挙げられ、上述した大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。   An element protective layer can be provided on the thin film transistor element of the present invention. Examples of the protective layer include the inorganic oxides and inorganic nitrides described above, and the protective layer is preferably formed by the atmospheric pressure plasma method described above.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1
図6に示した模式図を用い薄膜トランジスタの作製工程を説明する。
Example 1
A manufacturing process of a thin film transistor will be described with reference to the schematic diagram illustrated in FIGS.

樹脂支持体11として、ポリエチレンナフタレート樹脂フィルム(200μm)を用い、この上に、先ず、50W/m2/minの条件でコロナ放電処理を施した。その後以下のように接着性向上のため下引き層を形成した。 A polyethylene naphthalate resin film (200 μm) was used as the resin support 11, and first, a corona discharge treatment was performed thereon under the condition of 50 W / m 2 / min. Thereafter, an undercoat layer was formed in order to improve adhesion as follows.

(下引き層の形成)
下記組成の塗布液を乾燥膜厚2μmになるように塗布し、90℃で5分間乾燥した後、60W/cmの高圧水銀灯下10cmの距離から4秒間硬化させた。
(Formation of undercoat layer)
A coating solution having the following composition was applied to a dry film thickness of 2 μm, dried at 90 ° C. for 5 minutes, and then cured for 4 seconds from a distance of 10 cm under a 60 W / cm high-pressure mercury lamp.

ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体 60g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート2量体 20g
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート3量体以上の成分 20g
ジエトキシベンゾフェノンUV開始剤 2g
シリコーン系界面活性剤 1g
メチルエチルケトン 75g
メチルプロピレングリコール 75g
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ50nmの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層108とした(図6(1))。大気圧プラズマ処理装置は、特開2003−303520号公報に記載の図6に準じた装置を用いた。
Dipentaerythritol hexaacrylate monomer 60g
Dipentaerythritol hexaacrylate dimer 20g
Dipentaerythritol hexaacrylate trimer or higher component 20g
Diethoxybenzophenone UV initiator 2g
Silicone surfactant 1g
75g of methyl ethyl ketone
Methyl propylene glycol 75g
Further, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm was formed on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as the undercoat layer 108 (FIG. 6 (1)). As the atmospheric pressure plasma processing apparatus, an apparatus according to FIG. 6 described in JP-A No. 2003-303520 was used.

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス 1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)
0.25体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力 :10W/cm2
(電極条件)
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを1mm被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてRmax5μmとした誘電体(比誘電率10)を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
(Used gas)
Inert gas: Helium 98.25% by volume
Reactive gas: 1.5% by volume of oxygen gas
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas)
0.25% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
(Electrode condition)
The electrode is coated with 1 mm of alumina by ceramic spraying on a stainless steel jacket roll base material having cooling means with cooling water, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, and then sealed by ultraviolet irradiation. This is a roll electrode having a dielectric (relative permittivity of 10) having a pore treatment, smoothing the surface and having R max of 5 μm, and is grounded. On the other hand, as the application electrode, a hollow rectangular stainless steel pipe was coated with the same dielectric as described above under the same conditions.

テトラ−i−プロポキシスズ、ジエトキシ亜鉛をモル比1:1でトルエンに溶解し、5質量%の溶液を調製した。この溶液をインクジェット装置を用いて、支持体の下引き層上に吐出し、溶媒をキャストさせて平均膜厚が40nmの薄膜を成膜した。   Tetra-i-propoxytin and diethoxyzinc were dissolved in toluene at a molar ratio of 1: 1 to prepare a 5% by mass solution. This solution was discharged onto the undercoat layer of the support using an ink jet apparatus, and the solvent was cast to form a thin film having an average film thickness of 40 nm.

さらに大気圧プラズマ法を用いて酸素プラズマに曝し、下記条件でフィルム温度140℃にてプラズマ酸化処理を行った。キャストされた薄膜は透明に変化し、厚さ約50nmの金属酸化物半導体からなる薄膜104に変換された。   Furthermore, it was exposed to oxygen plasma using an atmospheric pressure plasma method, and plasma oxidation treatment was performed at a film temperature of 140 ° C. under the following conditions. The cast thin film turned transparent and was converted into a thin film 104 made of a metal oxide semiconductor having a thickness of about 50 nm.

プラズマ酸化処理は、前記と同様の大気圧プラズマ装置を用いて下記条件で処理した。   The plasma oxidation treatment was performed under the following conditions using the same atmospheric pressure plasma apparatus as described above.

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム 99.5体積%
反応性ガス:酸素ガス 0.5体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力 :10W/cm2
次に、この金属酸化物半導体の薄膜104の表面に、マスクを介して金を加熱蒸着することによりソース電極105およびドレイン電極106を形成した。それぞれのサイズは、幅10μm、長さ50μm(チャネル幅)厚さ50nmであり、ソース電極15、ドレイン電極16の距離(チャネル長)は15μmとした(図6(3))。
(Used gas)
Inert gas: Helium 99.5% by volume
Reactive gas: Oxygen gas 0.5% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Next, the source electrode 105 and the drain electrode 106 were formed on the surface of the metal oxide semiconductor thin film 104 by heating and vapor-depositing gold through a mask. Each size is 10 μm wide, 50 μm long (channel width) and 50 nm thick, and the distance (channel length) between the source electrode 15 and the drain electrode 16 is 15 μm (FIG. 6 (3)).

さらに、フィルム温度150℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ200nmの酸化珪素膜を設け、ゲート絶縁膜103を形成した(図6(4))。   Further, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm was provided by the above-described atmospheric pressure plasma method at a film temperature of 150 ° C. to form a gate insulating film 103 (FIG. 6 (4)).

(使用ガス)
不活性ガス:ヘリウム98.25体積%
反応性ガス:酸素ガス1.5体積%
反応性ガス:テトラエトキシシラン蒸気(ヘリウムガスにてバブリング)0.25体積%
(放電条件)
高周波電源:13.56MHz
放電出力:10W/cm2
次いで、ゲート電極を形成する。スパッタ法により、厚さ300nmのアルミニウム皮膜を一面に成膜した後、フォトリソグラフ法により、エッチングしてゲート電極102を形成した(図6(5))。
(Used gas)
Inert gas: helium 98.25% by volume
Reactive gas: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
High frequency power supply: 13.56 MHz
Discharge output: 10 W / cm 2
Next, a gate electrode is formed. An aluminum film having a thickness of 300 nm was formed on one surface by sputtering, and then etched by photolithography to form the gate electrode 102 (FIG. 6 (5)).

以上の方法により作製した薄膜トランジスタは良好に駆動し、n型のエンハンスメント動作を示した。ドレインバイアスを10Vとし、ゲートバイアスを−10Vから+20Vまで掃引した時のドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられたキャリア移動度は3cm2/Vs、on/off比は6桁、閾値は5Vであった。 The thin film transistor manufactured by the above method was driven well and showed n-type enhancement operation. An increase in drain current (transfer characteristics) was observed when the drain bias was 10 V and the gate bias was swept from -10 V to +20 V. The carrier mobility estimated from the saturation region was 3 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 6 digits, and the threshold was 5V.

実施例2
実施例1において、半導体薄膜104とソース電極105、ドレイン電極106の作製のプロセスを逆にして、素子構成を変えて薄膜トランジスタを作製した(図6(6))。
Example 2
In Example 1, a thin film transistor was manufactured by changing the element configuration by reversing the process of manufacturing the semiconductor thin film 104, the source electrode 105, and the drain electrode 106 (FIG. 6 (6)).

即ち、支持体の下引き層108上にソース電極105、ドレイン電極106を作製した後、同様にして金属酸化物半導体からなる薄膜104を形成し、ゲート絶縁膜103、ゲート電極102を同様に形成した。   That is, after forming the source electrode 105 and the drain electrode 106 on the undercoat layer 108 of the support, the thin film 104 made of a metal oxide semiconductor is formed in the same manner, and the gate insulating film 103 and the gate electrode 102 are formed in the same manner. did.

以上の方法により作製した薄膜トランジスタは良好に駆動し、n型のエンハンスメント動作を示した。ドレインバイアスを10Vとし、ゲートバイアスを−10Vから+20Vまで掃引した時のドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられたキャリア移動度は1cm2/Vs、on/off比は5桁、閾値は20Vであった。 The thin film transistor manufactured by the above method was driven well and showed n-type enhancement operation. An increase in drain current (transfer characteristics) was observed when the drain bias was 10 V and the gate bias was swept from -10 V to +20 V. The carrier mobility estimated from the saturation region was 1 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 5 digits, and the threshold was 20V.

比較例
プロセス順序を変え、従来のボトムゲート構成とする(図6(7))。
Comparative Example The process order is changed to a conventional bottom gate configuration (FIG. 6 (7)).

即ち、酸化ケイ素膜からなる下引き層108を形成後、実施例1と同様の方法でゲート電極12形成、更に陽極酸化皮膜(厚さ120nm)酸化珪素膜(厚さ30nm)を併せて厚さ150nmのゲート絶縁膜103を形成したのち、更に金属酸化物半導体の薄膜14(平均膜厚は100nm)を成膜した。   That is, after the undercoat layer 108 made of a silicon oxide film is formed, the gate electrode 12 is formed by the same method as in Example 1, and further an anodic oxide film (thickness 120 nm) and a silicon oxide film (thickness 30 nm) are combined. After the 150 nm gate insulating film 103 was formed, a metal oxide semiconductor thin film 14 (average film thickness: 100 nm) was further formed.

次いで、マスクを用い金蒸着により実施例1同様に、ソース電極105およびドレイン電極106を形成し同様のサイズの薄膜トランジスタを作製した(図3(7))。   Next, a source electrode 105 and a drain electrode 106 were formed by gold vapor deposition using a mask in the same manner as in Example 1 to fabricate a thin film transistor having the same size (FIG. 3 (7)).

以上の方法により作製した比較の薄膜トランジスタはn型のエンハンスメント動作を示した。ドレインバイアスを10Vとし、ゲートバイアスを−10Vから+20Vまで掃引した時のドレイン電流の増加(伝達特性)が観測された。その飽和領域から見積もられたキャリア移動度は0.2cm2/Vs、on/off比は3桁、閾値は35Vであった。 The comparative thin film transistor fabricated by the above method showed n-type enhancement operation. An increase in drain current (transfer characteristics) was observed when the drain bias was 10 V and the gate bias was swept from -10 V to +20 V. The carrier mobility estimated from the saturation region was 0.2 cm 2 / Vs, the on / off ratio was 3 digits, and the threshold was 35V.

このように、前駆体から酸化処理によって金属酸化物半導体薄膜を形成し、該薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜が(従ってゲート電極が)、また、ソース電極、ドレイン電極の少なくとも一方の電極が、前記金属酸化物半導体薄膜からみて、支持体とは反対側に設けられている構成の方が好ましい特性を有することが判る。   Thus, in a thin film transistor in which a metal oxide semiconductor thin film is formed by oxidation treatment from a precursor and the thin film is used as an active layer, the gate insulating film (and hence the gate electrode), and at least the source electrode and the drain electrode It can be seen that the structure in which one electrode is provided on the side opposite to the support as viewed from the metal oxide semiconductor thin film has more preferable characteristics.

超音波噴霧器の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of an ultrasonic atomizer. 枚葉式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a single wafer type atmospheric pressure plasma processing apparatus. ロール式の大気圧プラズマ処理装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a roll-type atmospheric pressure plasma processing apparatus. 薄膜トランジスタの好ましい構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the preferable structural example of a thin-film transistor. 薄膜トランジスタシートの一例の概略の等価回路図である。It is a schematic equivalent circuit diagram of an example of a thin-film transistor sheet. 薄膜トランジスタ作製工程の模式図を示す。The schematic diagram of a thin-film transistor manufacturing process is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波噴霧器
11 導入管
12 原料貯留部
13 超音波発生部
14 電源
15 放出管
21 第1電極
22、32 第2電極
22R、35 ロール回転電極
25A、25B 高周波電源
26A、26B マッチングボックス
27A、27B フィルタ
101 基板
102 ゲート電極
103 ゲート絶縁膜
104 薄膜
105 ソース電極
106 ドレイン電極
120 薄膜トランジスタシート
121 ゲートバスライン
122 ソースバスライン
124 薄膜トランジスタ素子
125 蓄積コンデンサ
126 出力素子
127 垂直駆動回路
128 水平駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sprayer 11 Introducing pipe 12 Raw material storage part 13 Ultrasonic wave generation part 14 Power supply 15 Release pipe 21 1st electrode 22, 32 2nd electrode 22R, 35 Roll rotation electrode 25A, 25B High frequency power supply 26A, 26B Matching box 27A, 27B Filter 101 Substrate 102 Gate electrode 103 Gate insulating film 104 Thin film 105 Source electrode 106 Drain electrode 120 Thin film transistor sheet 121 Gate bus line 122 Source bus line 124 Thin film transistor element 125 Storage capacitor 126 Output element 127 Vertical drive circuit 128 Horizontal drive circuit

Claims (5)

基板上に金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を形成した後、該薄膜を酸化する工程により形成した金属酸化物半導体薄膜を活性層とする薄膜トランジスタにおいて、前記金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側にゲート絶縁膜が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。 In a thin film transistor having a metal oxide semiconductor thin film formed by a step of forming a thin film containing a precursor of a metal oxide semiconductor on a substrate and then oxidizing the thin film as an active layer, the metal oxide semiconductor thin film support A thin film transistor, wherein a gate insulating film is provided on a side opposite to the gate electrode. 前記金属酸化物半導体薄膜の支持体とは反対側に、ソース電極、ドレイン電極の少なくとも一方の電極が設けられてい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。 2. The thin film transistor according to claim 1, wherein at least one of a source electrode and a drain electrode is provided on a side opposite to the support of the metal oxide semiconductor thin film. 金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を酸化する工程が、プラズマ酸化であることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。 3. The thin film transistor according to claim 1, wherein the step of oxidizing the thin film containing the metal oxide semiconductor precursor is plasma oxidation. 金属酸化物半導体の前駆体を含有する薄膜を酸化する工程が、大気圧プラズマ法によることを特徴とする請求項3に記載の薄膜トランジスタ。 4. The thin film transistor according to claim 3, wherein the step of oxidizing the thin film containing the metal oxide semiconductor precursor is performed by an atmospheric pressure plasma method. ゲート絶縁膜が大気圧プラズマ法により形成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gate insulating film is formed by an atmospheric pressure plasma method.
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