JP2009026852A - Oxide semiconductor thin film and thin film transistor, and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2009026852A JP2007186769A JP2007186769A JP2009026852A JP 2009026852 A JP2009026852 A JP 2009026852A JP 2007186769 A JP2007186769 A JP 2007186769A JP 2007186769 A JP2007186769 A JP 2007186769A JP 2009026852 A JP2009026852 A JP 2009026852A
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桂 平井
Hiroshi Kita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel oxide semiconductor thin film, an oxide semiconductor thin film which is improved in variance in off current etc., makes a TFT element stable, and is improved in production efficiency by a method thereof, and a thin film transistor. <P>SOLUTION: The oxide semiconductor thin film is obtained by oxidizing a thin film after forming the thin film containing a dispersion product of metal particulates. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属微粒子を含む薄膜を設け、該薄膜を酸化することにより得られる酸化物半導体薄膜及びその製造方法に関し、該酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to an oxide semiconductor thin film obtained by providing a thin film containing metal fine particles and oxidizing the thin film, and a method for manufacturing the same, and relates to a thin film transistor using the oxide semiconductor.

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)のアクティブマトリクス回路等の、より一層の薄型化、軽量化等のためガラス基板の代わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。   A thin film of amorphous silicon or the like is formed on a glass substrate, and the active matrix circuit of a field effect thin film transistor (TFT) that uses this as an active layer is used in place of a glass substrate to make it thinner and lighter. Attempts have also been made to use a flexible resin substrate.

シリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要するため耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは難しい。また、安価な基板で低温で作製できる酸化物半導体薄膜の開発が活発に行われている。   Since a transistor using a silicon thin film requires a relatively high temperature thermal process, it is difficult to form a transistor directly on a resin substrate having low heat resistance. In addition, development of oxide semiconductor thin films that can be manufactured at low temperatures with an inexpensive substrate has been actively conducted.

例えば、基板上に形成したCu,Zn,Al等の金属膜を、熱酸化やプラズマ酸化等により酸化し金属酸化物半導体膜に変換する試みもされている(例えば特許文献1)。   For example, an attempt has been made to convert a metal film made of Cu, Zn, Al or the like formed on a substrate into a metal oxide semiconductor film by oxidation by thermal oxidation or plasma oxidation (for example, Patent Document 1).

また、蒸着法、スパッタ法等により形成した非晶質酸化物を含む活性層を用いた電界効果トランジスタ等が知られている(例えば特許文献2)。   A field effect transistor using an active layer containing an amorphous oxide formed by vapor deposition, sputtering, or the like is also known (for example, Patent Document 2).

しかしながら、いずれの方法においても薄膜の成膜に蒸着法、パルスレーザー堆積法やスパッタ法などを用いており、生産効率が低い。金属膜の酸化による方法は、酸化反応の効率が低く、形成したTFTのoff電流の上昇を招く問題がある。また、非晶質酸化物のスパッタ法やパルスレーザー堆積法による製造についても酸素の組成比のコントロールが難しく、性能バラツキが発生しやすい問題がある。
特開平8−264794号公報 特開2006−165527号公報
However, any of these methods uses a vapor deposition method, a pulse laser deposition method, a sputtering method, or the like for forming a thin film, and the production efficiency is low. The method by oxidation of the metal film has a problem that the efficiency of the oxidation reaction is low and the off current of the formed TFT is increased. In addition, the production of amorphous oxide by sputtering or pulse laser deposition also has a problem that it is difficult to control the composition ratio of oxygen, and performance variations tend to occur.
JP-A-8-264794 JP 2006-165527 A

新しい金属酸化物半導体またその製造方法による、off電流等のばらつきを改善しTFT素子の安定化をもたらす生産効率の向上した酸化物半導体薄膜そして、薄膜トランジスタを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an oxide semiconductor thin film and a thin film transistor with improved production efficiency that improve the variation of off current and the like and stabilize the TFT element by a new metal oxide semiconductor and its manufacturing method.

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.金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得ることを特徴とする酸化物半導体薄膜。   1. An oxide semiconductor thin film obtained by providing a thin film containing a dispersion of metal fine particles and then oxidizing the thin film.

2.前記金属微粒子の平均粒子径が1〜300nmであることを特徴とする前記1に記載の酸化物半導体薄膜。   2. 2. The oxide semiconductor thin film according to 1 above, wherein the metal fine particles have an average particle diameter of 1 to 300 nm.

3.前記金属微粒子がIn、Zn、Snのいずれかを含むことを特徴とする前記1または2に記載の酸化物半導体薄膜。   3. 3. The oxide semiconductor thin film according to 1 or 2 above, wherein the metal fine particles contain any of In, Zn, and Sn.

4.前記金属微粒子がGa、Alのいずれかを含むことを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。   4). 4. The oxide semiconductor thin film according to any one of 1 to 3, wherein the metal fine particles contain one of Ga and Al.

5.前記酸化がプラズマ酸化によることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。   5). 4. The oxide semiconductor thin film according to any one of 1 to 3, wherein the oxidation is plasma oxidation.

6.前記酸化において、酸化時の基板温度が50℃〜250℃であることを特徴とする前記4に記載の酸化物半導体薄膜。   6). 5. The oxide semiconductor thin film as described in 4 above, wherein the substrate temperature during oxidation is 50 ° C. to 250 ° C.

7.前記酸化が熱酸化によることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。   7. 4. The oxide semiconductor thin film according to any one of 1 to 3, wherein the oxidation is thermal oxidation.

8.金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、金属微粒子を融着し形成された薄膜を酸化することを特徴とする前記1〜7のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。   8). 8. The oxide semiconductor thin film according to any one of 1 to 7 above, wherein a thin film containing a dispersion of metal fine particles is provided, and then the thin film formed by fusing metal fine particles is oxidized.

9.前記1〜8のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜を活性層に用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。   9. 9. A thin film transistor using the oxide semiconductor thin film according to any one of 1 to 8 as an active layer.

10.金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。   10. A method for producing an oxide semiconductor thin film, comprising: providing a thin film containing a dispersion of metal fine particles; and oxidizing the thin film.

本発明による酸化物半導体薄膜によって、off電流等のばらつきが少なく性能の安定した生産効率が向上したTFT素子を得ることができる。   With the oxide semiconductor thin film according to the present invention, a TFT element with little variation in off current or the like and stable performance and improved production efficiency 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、金属酸化物半導体の薄膜を、金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得るものである。   In the present invention, a thin film of a metal oxide semiconductor is obtained by providing a thin film containing a dispersion of metal fine particles and then oxidizing the thin film.

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、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。
(Film formation method, patterning method)
As a method for forming a thin film containing metal fine particles, 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, a die coating method, etc. And a method of patterning by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, screen printing, and ink jet. 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、酸化工程の前に、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。   Moreover, the metal thin film formed from the metal fine particles can be subjected to heat treatment before the oxidation step. 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.

図1に金属微粒子を含有する薄膜が加熱により融着が進行する過程を模式的に示したが、融着の有無、程度は任意に調整することができ、図1(A),(B),(C)のいずれの状態からでも、酸化することができる。   FIG. 1 schematically shows a process in which fusion of a thin film containing metal fine particles proceeds by heating, but the presence / absence and degree of fusion can be arbitrarily adjusted, and FIG. 1 (A), (B) , (C) can be oxidized from any state.

融着温度は粒径が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。   In the case of metal fine particles having a particle size of 300 nm or less, the fusing temperature can be performed at a low temperature of 400 ° C. or less.

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(図2)。   From the viewpoint of dispersion stability, the metal fine particles are preferably dispersed in a dispersion medium using a dispersant, but the thin film containing the metal fine particles is formed, before the fusion, and before the oxidation step. For example, it is preferable to perform cleaning by a dry cleaning process such as oxygen plasma and UV ozone cleaning, and decompose and clean organic substances contained in the thin film such as a dispersant to exclude organic substances other than metal components (FIG. 2). .

(薄膜酸化工程)
金属微粒子から形成された金属薄膜を酸化して酸化物半導体とする方法としては、酸素プラズマ法、熱酸化法、UVオゾン法等が挙げられる。酸素プラズマ法としては、大気圧プラズマ法が好ましい。また酸素プラズマ法、UVオゾン法においては、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。
(Thin film oxidation process)
Examples of a method for oxidizing a metal thin film formed from metal fine particles into an oxide semiconductor include an oxygen plasma method, a thermal oxidation method, a UV ozone method, and the like. As the oxygen plasma method, an atmospheric pressure plasma method is preferable. In the oxygen plasma method and the UV ozone method, the substrate is preferably heated in the range of 50 ° C. to 400 ° C., preferably 100 ° C. to 250 ° C.

大気圧プラズマ法では、大気圧下で、アルゴン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を含むプラズマを発生させ、基体表面をこれに晒すことで酸素プラズマ処理を行う。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 is used as a discharge gas under atmospheric pressure, and a reaction gas (a gas containing oxygen) is introduced into the discharge space, and a high frequency electric field is applied to the discharge gas. Is excited to generate plasma, and contact with a reactive gas to generate plasma containing oxygen, and the substrate surface is exposed to this to perform oxygen plasma treatment. Under atmospheric pressure represents a pressure of 20 to 110 kPa, preferably 93 to 104 kPa.

大気圧プラズマ法を用いて、酸素含むガスを反応性ガスとして、酸素プラズマを発生させ、金属微粒子から形成した金属薄膜を、プラズマ空間に晒すことで、残余の有機物は揮散して、金属薄膜はプラズマ酸化を受け表面層中に金属酸化物を形成する。   Using the atmospheric pressure plasma method, oxygen plasma is generated as a reactive gas, oxygen plasma is generated, and the metal thin film formed from the metal fine particles is exposed to the plasma space. It undergoes plasma oxidation to form a metal oxide in the surface layer.

高周波電源として0.5kHz以上、2.45GHz以下、また、対向電極間に供給する電力は、好ましくは0.1W/cm2以上、50W/cm2以下である。 The high frequency power supply is 0.5 kHz or more and 2.45 GHz or less, and the power supplied between the counter electrodes is preferably 0.1 W / cm 2 or more and 50 W / cm 2 or less.

使用するガスは、基体上に設けたい薄膜の種類によって異なるが、基本的に、放電ガス(不活性ガス)と、反応ガスの混合ガスである。反応ガス(酸素ガス)は、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。   The gas used varies depending on the type of thin film to be provided on the substrate, but is basically a mixed gas of a discharge gas (inert gas) and a reactive gas. The reaction gas (oxygen gas) is preferably contained in an amount of 0.01 to 10% by volume with respect to the mixed 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.

このような処理によって、非晶質酸化物半導体の薄膜を形成することが出来る。   By such treatment, an amorphous oxide semiconductor thin film can be formed.

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。   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.

(非晶質酸化物)
本発明に係る金属酸化物である非晶質酸化物のキャリア電子密度1018/cm3未満が実現されていればよい。電子キャリア濃度は、室温で測定する場合の値である。室温とは、例えば25℃であり、具体的には0℃〜40℃程度の範囲から適宜選択されるある温度である。なお、本発明に係る非晶質酸化物の電子キャリア濃度は、0℃から40℃の範囲全てにおいて、1018/cm3未満を充足する必要はない。例えば、25℃において、キャリア電子密度1018/cm3未満が実現されていればよい。また、電子キャリア濃度を更に下げ、1017/cm3以下、より好ましくは1016/cm3以下にするとノーマリーオフのTFTが歩留まり良く得られる。
(Amorphous oxide)
It is only necessary that the carrier electron density of the amorphous oxide, which is the metal oxide according to the present invention, is less than 10 18 / cm 3 . The electron carrier concentration is a value when measured at room temperature. The room temperature is, for example, 25 ° C., specifically, a certain temperature appropriately selected from the range of about 0 ° C. to 40 ° C. Note that the electron carrier concentration of the amorphous oxide according to the present invention does not have to satisfy less than 10 18 / cm 3 in the whole range of 0 ° C. to 40 ° C. For example, a carrier electron density of less than 10 18 / cm 3 may be realized at 25 ° C. Further, when the electron carrier concentration is further reduced to 10 17 / cm 3 or less, more preferably 10 16 / cm 3 or less, a normally-off TFT can be obtained with a high yield.

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.

金属酸化物である半導体の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、半導体により異なるが、一般に1μm以下、特に10〜300nmが好ましい。   The film thickness of the semiconductor that is a metal oxide is not particularly limited, but the characteristics of the obtained transistor are often greatly influenced by the film thickness of the semiconductor film, and the film thickness varies depending on the semiconductor. Generally, 1 μm or less, particularly 10 to 300 nm is preferable.

本発明においては、材料、組成比、また、製造条件などを制御して、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ものである。 In the present invention, the material, composition ratio, production conditions, and the like are controlled so that, 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.

図2に、金属微粒子を含有する薄膜をドライ洗浄およびこれを加熱することで融着させ更に薄膜酸化工程により酸化物半導体薄膜の形成過程を模式的に示した。   FIG. 2 schematically shows a process of forming an oxide semiconductor thin film by dry cleaning a thin film containing metal fine particles and fusing it by heating, followed by a thin film oxidation process.

本発明に係る酸化物半導体薄膜は、電界効果型薄膜トランジスタ(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 thin film transistor (TFT).

(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 (source electrode, drain electrode, gate electrode) constituting the TFT element is not particularly limited as long as the electrode has conductivity at a practical level. Platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, indium oxide -Tin (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, Nat Um, 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.

(素子構成)
図3に、本発明に係わる酸化物半導体薄膜を用いた、薄膜トランジスタ素子の代表的な素子構成を示す図である。
(Element structure)
FIG. 3 is a diagram showing a typical element configuration of a thin film transistor element using an oxide semiconductor thin film according to the present invention.

本発明に係わる酸化物半導体薄膜の製造方法により製造した半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタの構成例を幾つか断面図にて図2(a)〜(f)に示す。図2において、半導体薄膜は、ソース電極、ドレイン電極が、これをチャネルとして連結するよう構成されることが好ましい。   FIGS. 2A to 2F are cross-sectional views showing examples of the structure of a thin film transistor using a semiconductor thin film manufactured by the method for manufacturing an oxide semiconductor thin film according to the present invention. In FIG. 2, the semiconductor thin film is preferably configured such that a source electrode and a drain electrode are connected as a channel.

同図(a)は、支持体6上に金属箔等によりソース電極2、ドレイン電極3を形成し、これを基材(基板)として、本発明の方法により、両電極間に本発明の酸化物半導体薄膜からなるの半導体層1を形成し、その上に絶縁層5を形成し、更にその上にゲート電極4を形成して電界効果薄膜トランジスタを形成したものである。同図(b)は、半導体層1を、(a)では電極間に形成したものを、コート法等を用いて電極及び支持体表面全体を覆うように形成したものを表す。(c)は、支持体6上に先ず本発明の方法を用いて、半導体層1を形成し、その後ソース電極2、ドレイン電極3、絶縁層5、ゲート電極4を形成したものを表す。   In FIG. 5A, a source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed on a support 6 with a metal foil or the like, and this is used as a base material (substrate). A field effect thin film transistor is formed by forming a semiconductor layer 1 made of a physical semiconductor thin film, forming an insulating layer 5 thereon, and further forming a gate electrode 4 thereon. FIG. 2B shows the semiconductor layer 1 formed between the electrodes in FIG. 1A so as to cover the entire surface of the electrode and the support using a coating method or the like. (C) shows that the semiconductor layer 1 is first formed on the support 6 using the method of the present invention, and then the source electrode 2, the drain electrode 3, the insulating layer 5, and the gate electrode 4 are formed.

同図(d)は、支持体6上にゲート電極4を金属箔等で形成した後、絶縁層5を形成し、その上に金属箔等で、ソース電極2及びドレイン電極3を形成し、該電極間に本発明の酸化物半導体薄膜により形成された半導体層1を形成する。その他同図(e)、(f)に示すような構成を取ることもできる。   In FIG. 4D, after forming the gate electrode 4 on the support 6 with a metal foil or the like, the insulating layer 5 is formed, and the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed on the metal foil or the like on the insulating layer 5. A semiconductor layer 1 formed of the oxide semiconductor thin film of the present invention is formed between the electrodes. In addition, the configuration as shown in FIGS.

図4は、本発明に係る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20の1例の概略の等価回路図である。   FIG. 4 is a schematic equivalent circuit diagram of an example of a thin film transistor sheet 20 in which a plurality of thin film transistor elements according to the present invention are arranged.

薄膜トランジスタシート20はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子24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、22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24のドレイン電極には、出力素子26が接続され、この出力素子26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26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。25は蓄積コンデンサ、27は垂直駆動回路、28は水平駆動回路である。   The thin film transistor sheet 20 has a large number of thin film transistor elements 24 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 22 denotes a source bus line of the source electrode of each thin film transistor element 24. An output element 26 is connected to the drain electrode of each thin film transistor element 24. The output element 26 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 26 by an equivalent circuit composed of a resistor and a capacitor. Reference numeral 25 denotes a storage capacitor, 27 denotes a vertical drive circuit, and 28 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を用いることができる。   The present invention can be used to manufacture such a thin film transistor sheet in which TFT elements are two-dimensionally arranged on a support.

(ゲート絶縁膜)
本発明に係る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 according to 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によるものである。   Of these, the atmospheric pressure plasma method is preferred.

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.

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.

以下本発明に係る金属微粒子の分散物を含む薄膜を酸化することにより得た酸化物半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタについて実施例を説明する。   Hereinafter, examples of a thin film transistor using an oxide semiconductor thin film obtained by oxidizing a thin film containing a dispersion of metal fine particles according to the present invention will be described.

図5の薄膜トランジスタ作製工程の模式図を用いて説明する。   This will be described with reference to the schematic view of the thin film transistor manufacturing process of FIG.

樹脂支持体11として、ポリエーテルスルホン樹脂フィルム(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 polyethersulfone resin film (200 μm) was used as the resin support 11, and first, this was subjected to corona discharge treatment 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18とした(図4(1))。
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 50 nm-thick silicon oxide film was formed on the layer by continuous atmospheric pressure plasma treatment under the following conditions, and these layers were used as the undercoat layer 18 (FIG. 4 (1)).

(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)
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: oxygen gas 1.5 volume%
Reactive gas: Tetraethoxysilane vapor (bubbled with helium gas) 0.25% by volume
(Discharge conditions)
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) that has been subjected to hole treatment and has a smooth surface and an Rmax 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.

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12を形成した。(図5(2))
(陽極酸化被膜形成工程)
ゲート電極を形成したのち基板をよく洗浄し、30質量%燐酸アンモニウム水溶液中で、2分間、30Vの定電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが120nmになるまで陽極酸化をおこなった。
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 12. (Fig. 5 (2))
(Anodized film forming process)
After forming the gate electrode, the substrate is washed thoroughly, and the anode is formed in a 30% by mass aqueous ammonium phosphate solution using a direct current supplied from a constant voltage power source of 30 V for 2 minutes until the thickness of the anodized film reaches 120 nm. Oxidized.

次いで、さらにフィルム温度200℃にて、上述した大気圧プラズマ法により厚さ30nmの酸化珪素膜を設け、前記した陽極酸化アルミニウム層を併せて、厚さ150nmのゲート絶縁膜13を形成した。(図5(3))
次に、In,Znの組成比1:1の合金からなる平均粒子径が8nmの微粒子をトルエンに分散した分散液(特許第2561537号に記載の方法により作製した)を、インクジェット装置を用いて、ゲート電極の配置されたゲート絶縁膜上に吐出し、分散媒をキャストさせて、金属微粒子を含有する薄膜を成膜した。平均膜厚は30nmであった(図5(4))。さらに、大気中で50Wの低圧水銀灯を、膜面からの距離30mmにて2分照射し、ドライ洗浄を行った。さらに大気圧プラズマ法による酸素プラズマを用いて、下記条件でフィルム温度200℃にて酸化処理を施した。合金の薄膜は透明に変化し、厚さ約60nmの金属酸化物の薄膜14に変換された。
Next, at a film temperature of 200 ° C., a silicon oxide film having a thickness of 30 nm was provided by the above-described atmospheric pressure plasma method, and the above-described anodized aluminum layer was combined to form a gate insulating film 13 having a thickness of 150 nm. (Fig. 5 (3))
Next, a dispersion liquid (produced by the method described in Japanese Patent No. 2561537) in which fine particles having an average particle diameter of 8 nm made of an alloy of In, Zn with a composition ratio of 1: 1 are dispersed in toluene is used by using an inkjet apparatus. Then, the film was discharged onto the gate insulating film on which the gate electrode was arranged, and the dispersion medium was cast to form a thin film containing metal fine particles. The average film thickness was 30 nm (FIG. 5 (4)). Further, dry cleaning was performed by irradiating a 50 W low-pressure mercury lamp in the atmosphere at a distance of 30 mm from the film surface for 2 minutes. Furthermore, oxidation treatment was performed at a film temperature of 200 ° C. under the following conditions using oxygen plasma by an atmospheric pressure plasma method. The alloy thin film turned transparent and was converted to a metal oxide thin film 14 having a thickness of about 60 nm.

酸素プラズマは、前記と同様の装置を用いて下記条件で処理した。   The oxygen plasma was processed under the following conditions using the same apparatus as described above.

(使用ガス)
不活性ガス:窒素ガス 98体積%
反応性ガス:酸素ガス 2体積%
(放電条件)
放電出力:10W/cm2
次いで、マスクを用いて金を蒸着し、ソース電極15およびドレイン電極16を形成した(図5(5))。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。
(Used gas)
Inert gas: Nitrogen gas 98% by volume
Reactive gas: 2% by volume of oxygen gas
(Discharge conditions)
Discharge output: 10 W / cm 2
Next, gold was deposited using a mask to form the source electrode 15 and the drain electrode 16 (FIG. 5 (5)). 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.

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移動度は8.5cm2/Vs、on/off比は6桁であった。 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 mobility estimated from the saturation region was 8.5 cm 2 / Vs, and the on / off ratio was 6 digits.

融着が進行する過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process in which melt | fusion progresses. 酸化物半導体薄膜の形成過程を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the formation process of an oxide semiconductor thin film. 薄膜トランジスタの構成例を幾つかを示す断面図である。It is sectional drawing which shows some structural examples 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 半導体層
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 ゲート電極
5 絶縁層
20 薄膜トランジスタシート
21 ゲートバスライン
22 ソースバスライン
24 薄膜トランジスタ素子
25 蓄積コンデンサ
26 出力素子
27 垂直駆動回路
28 水平駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor layer 2 Source electrode 3 Drain electrode 4 Gate electrode 5 Insulating layer 20 Thin-film transistor sheet 21 Gate bus line 22 Source bus line 24 Thin-film transistor element 25 Storage capacitor 26 Output element 27 Vertical drive circuit 28 Horizontal drive circuit

Claims (10)

金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することにより得ることを特徴とする酸化物半導体薄膜。 An oxide semiconductor thin film obtained by providing a thin film containing a dispersion of metal fine particles and then oxidizing the thin film. 前記金属微粒子の平均粒子径が1〜300nmであることを特徴とする請求項1に記載の酸化物半導体薄膜。 2. The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the metal fine particles have an average particle diameter of 1 to 300 nm. 前記金属微粒子がIn、Zn、Snのいずれかを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の酸化物半導体薄膜。 3. The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the metal fine particles include any one of In, Zn, and Sn. 前記金属微粒子がGa、Alのいずれかを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。 4. The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the metal fine particles contain one of Ga and Al. 前記酸化がプラズマ酸化によることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。 The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the oxidation is performed by plasma oxidation. 前記酸化において、酸化時の基板温度が50℃〜250℃であることを特徴とする請求項4に記載の酸化物半導体薄膜。 5. The oxide semiconductor thin film according to claim 4, wherein the substrate temperature during oxidation is 50 ° C. to 250 ° C. 5. 前記酸化が熱酸化によることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。 The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the oxidation is thermal oxidation. 金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、金属微粒子を融着し形成された薄膜を酸化することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜。 The oxide semiconductor thin film according to claim 1, wherein the thin film formed by fusing the metal fine particles is oxidized after the thin film containing the dispersion of metal fine particles is provided. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の酸化物半導体薄膜を活性層に用いたことを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor comprising the oxide semiconductor thin film according to claim 1 as an active layer. 金属微粒子の分散物を含む薄膜を設けた後、該薄膜を酸化することを特徴とする酸化物半導体薄膜の製造方法。 A method for producing an oxide semiconductor thin film, comprising: providing a thin film containing a dispersion of metal fine particles; and oxidizing the thin film.
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