JP2011009415A - 薄膜トランジスタ搭載基板、その製造方法及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活性層として用いた酸化物薄膜の安定化と高品質化を実現した薄膜トランジスタをプラスチック基板上に搭載した薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法を提供する。
【解決手段】プラスチック基板１０の上又はその上方に活性層となるアモルファス酸化物薄膜１３を形成する工程と、少なくとも活性層となる部分のアモルファス酸化物薄膜１３に向けてパルスレーザー２０を照射する工程とを少なくとも有する。パルスレーザー２０の照射工程は、プラスチック基板１０に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えず、且つアモルファス酸化物薄膜１３をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する工程である。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタ搭載基板、その製造方法及び画像表示装置に関し、さらに詳しくは、活性層として用いたアモルファス酸化物薄膜の安定性と高品質化を実現した薄膜トランジスタ搭載基板及びその製造方法等に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）搭載基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬディスプレイなどの駆動素子基板として用いられている。薄膜トランジスタには、逆スタガ型（トップゲート）やスタガ型（ボトムゲート）等の構造形態があり、また、薄膜トランジスタを構成する半導体薄膜としては、アモルファスシリコン半導体薄膜やポリシリコン半導体薄膜が一般的に適用されている。しかし、アモルファスシリコン半導体薄膜は、特性が安定しているものの移動度が小さく、一方、ポリシリコン半導体薄膜は、移動度が高いものの高温（例えば６００℃以上）の熱処理工程を必要とする。

こうした中、有機ＥＬ素子や電気泳動素子を利用したフレキシブルな表示装置（有機ＥＬディスプレイ、電気泳動ディスプレイ）についての研究開発が活発に行われている。フレキシブルな表示装置に使用するＴＦＴ搭載基板の構成部材として、耐熱性に乏しいが柔軟性に優れたプラスチック基板や汎用ガラス基板等が検討されている。表示装置を構成する基板には、駆動素子である薄膜トランジスタを直接形成するため、そうしたプラスチック基板には、薄膜トランジスタを製造する際の工程温度が加わる。しかしながら、プラスチック基板は耐熱性が乏しく、薄膜トランジスタの製造工程中に、プラスチック基板にダメージを与える高温の熱処理工程を含ませることはできない。

一方で、近年、酸化物薄膜を半導体膜に用いた薄膜トランジスタの研究が活発に行われている。特許文献１では、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎからなる酸化物（「ＩＧＺＯ」と略す。）の多結晶薄膜をＴＦＴの半導体膜に用いた例が提案され、非特許文献１と特許文献２では、ＩＧＺＯのアモルファス薄膜をＴＦＴの半導体膜に用いた例が提案されている。これらのＩＧＺＯを半導体膜に用いたＴＦＴは、室温での成膜が可能であり、プラスチック基板にダメージを与えることなく形成が可能であるとされている。

しかしながら、上記ＩＧＺＯ薄膜を半導体膜として用いたＴＦＴは、連続通電時の閾電圧の変化が非常に大きく、安定性に欠けるという問題があった。こうした安定性の問題に対し、特許文献３では、ＩＧＺＯ半導体薄膜を保護膜で覆って安定性を高めることを提案している。一方、特許文献４では、ＩＧＺＯ半導体薄膜に対し、酸化ガス雰囲気中において２００℃以上６００℃以下、通常４００℃の熱処理を行うことにより、安定性に欠けるという問題を解決できることを提案している
。

K.Nomura et.al., Nature, vol.432, p.488-492(2004)

特開２００４−１０３９５７号公報 特表２００５−８８７２６号公報 特開２００７−７３７０５号公報 特開２００７−３１１４０４号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載の保護膜を設けただけでは連続通電時の閾電圧の変化が依然として存在し、安定性を向上させることはできていない。また、上記特許文献４の実施例では基板としてシリコンウエハを用いているので、２００℃以上６００℃以下（通常４００℃）の熱処理を適用できるが、耐熱性の乏しいプラスチック基板を用いる場合には、基板への熱ダメージが大きく、こうした手段は適用できないという問題がある。例えば、フレキシブル基板として好ましく用いるポリエチレンナフタレート基板は、ガラス転移温度が１５０℃以下である。

本発明は、上記の現況に鑑みてなされたものであって、その目的は、活性層として用いた酸化物薄膜の安定化と高品質化を実現した薄膜トランジスタをプラスチック基板上に搭載した薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そうした製造方法で得られる薄膜トランジスタ搭載基板を提供することにある。また、本発明のさらに他の目的は、そうした薄膜トランジスタ搭載基板を有する画像表示装置を提供することにある。

本発明者は、アモルファス酸化物薄膜の安定化と高品質化についての研究過程で、成膜したアモルファス酸化物薄膜にパルスレーザーを照射したところ、プラスチック基板にダメージを与えることなく、高い安定性と高い品質を示す薄膜トランジスタ搭載基板が得られることを発見し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法（請求項１）は、プラスチック基板の上又はその上方に活性層となるアモルファス酸化物薄膜を形成する工程と、少なくとも活性層となる部分のアモルファス酸化物薄膜に向けてレーザーを照射する工程と、を少なくとも有し、前記レーザー照射工程は、前記プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えず、且つ前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する工程であることを特徴とする。

この発明によれば、アモルファス酸化物薄膜に対し、そのアモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御するレーザー照射を行う。こうした工程を経たアモルファス酸化物薄膜は、結晶化により生じる粒界やドメイン界面に起因したキャリア密度の増大が抑制されて所定の比抵抗に制御された活性層となり、所望の移動度を示したことから、得られた薄膜トランジスタ搭載基板は、安定で高品質な駆動素子基板として利用できる。

このレーザー照射工程では、レーザー照射部に局部的に高いエネルギーが与えられるが、照射態様をパルス状等にして照射することにより高温になり難く、プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えない。そのため、耐熱性に乏しいプラスチック基板等を問題なく用いることができる。その結果、フレキシブルな表示装置に好ましく用いることができる薄膜トランジスタ搭載基板とすることができる。特にアモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままとしたことは、結晶化した場合に生じる粒径やドメイン界面密度の素子間のバラツキを抑制できるので、プラスチック基板を用いた大面積の表示装置のＴＦＴ基板として好ましい。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法の好ましい態様（請求項２）は、前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程後で前記レーザー照射工程前に、前記アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に金属膜を形成する工程をさらに有し、前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御するように構成する。

この発明によれば、アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に設けた金属膜の上からレーザーを照射するので、照射時に生じた熱が金属膜内を伝導して局部的に高温になることを防ぐことができ、その熱でアモルファス酸化物薄膜を加熱処理する。したがって、加熱した金属膜がアモルファス酸化物薄膜の比抵抗を所定の値に安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜の高安定化と高品質化を実現できる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法の好ましい態様（請求項３）は、前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程後で前記レーザー照射工程前に、前記アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に保護膜と金属膜とをその順で形成する工程をさらに有し、前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御するように構成する。

この発明によれば、アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に保護膜を介して設けた金属膜の上からレーザーを照射するので、照射時に生じた熱が金属膜内を伝導して局部的に高温になることを防ぐことができ、その熱が保護膜を通ってアモルファス酸化物薄膜を加熱処理する。したがって、加熱した金属膜がアモルファス酸化物薄膜の比抵抗を所定の値に安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜の高安定化と高品質化を実現できる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法の好ましい態様（請求項４）は、前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程前に、前記プラスチック基板上又はその上方に金属膜を形成する工程をさらに有し、前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御するように構成する。

この発明によれば、アモルファス酸化物薄膜の下に金属膜を設け、アモルファス酸化物薄膜の上又は上方からレーザーを照射するので、例えばアモルファス酸化物薄膜を通過したレーザーによって生じた熱が金属膜内を伝導して局部的に高温になることを防ぐことができ、その熱でアモルファス酸化物薄膜を加熱処理する場合に好ましい。したがって、加熱した金属膜がアモルファス酸化物薄膜の比抵抗を所定の値に安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜の高安定化と高品質化を実現できる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法の好ましい態様（請求項６）は、前記アモルファス酸化物薄膜がＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物薄膜であり、前記レーザーがパルス幅が１０〜５０ｎｓｅｃ（ＦＷＨＭ）でデューティー比が０．１〜０．５で照射密度が１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ^２のパルスレーザーであるように構成する。

上記目的を達成する本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板（請求項８）は、プラスチック基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極とを少なくとも有する薄膜トランジスタ搭載基板において、前記活性層が、前記プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間与えないレーザー照射処理によって処理されてなるアモルファス酸化物薄膜であることを特徴とする。

活性層であるアモルファス酸化物薄膜は、プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間与えないレーザー照射処理によって処理されてなるものであるが、そうしたアモルファス酸化物薄膜は比抵抗が安定化し且つ高い移動度を示すことから、安定で高品質な駆動素子基板として好ましく利用できる。しかも、レーザー照射処理は、プラスチック基板にそのプラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えないので、耐熱性に乏しいプラスチック基板等に熱ダメージが無く、その結果、フレキシブルな表示装置に好ましく用いることができる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の好ましい態様（請求項９）は、前記アモルファス酸化物薄膜が、ＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物薄膜であるように構成する。

また、上記目的を達成する本発明に係る画像表示装置（請求項１０）は、上記本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板をアクティブマトリックス型スイッチング素子基板として用いることを特徴とする。

この発明によれば、薄膜トランジスタ素子搭載基板には、比抵抗が安定化し且つ高い移動度のアモルファス酸化物薄膜が活性層として設けられ、且つプラスチック基板も熱ダメージがないので、安定で高品質なアクティブマトリックス型スイッチング素子基板を有する画像表示装置となる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法によれば、比抵抗が安定化し且つ高い移動度を示すアモルファス酸化物薄膜を有する薄膜トランジスタ搭載基板を得ることができるので、得られた薄膜トランジスタ素子搭載基板を安定で高品質な駆動素子基板として利用できる。しかも、耐熱性に乏しいプラスチック基板等を問題なく用いることができるので、フレキシブルな表示装置に好ましく用いることができる薄膜トランジスタ搭載基板とすることができる。なお、本発明において、「比抵抗を安定化させる」とは、薄膜トランジスタ搭載基板に多数形成される薄膜トランジスタの活性層であるアモルファス酸化物薄膜の比抵抗のバラツキを小さくする（例えば±５％以内）ことを意味し、その結果、連続通電時の閾電圧の変化を小さくし、安定化させることができる。

本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板は、比抵抗が安定化し且つ高い移動度を示すアモルファス酸化物薄膜を有することから、安定で高品質な駆動素子基板として好ましく利用できる。しかも、耐熱性に乏しいプラスチック基板等にダメージが無く、その結果、例えば有機ＥＬ素子を利用したフレキシブル有機ＥＬディスプレイや、電気泳動素子を利用したフレキシブル電気泳動ディスプレイ（電子ペーパ）等の表示装置に好ましく用いることができる。

本発明に係る画像表示装置によれば、安定で高品質なアクティブマトリックス型スイッチング素子基板を有する画像表示装置となる。

本発明の第１形態に係る薄膜トランジスタ素子搭載基板とその製造方法の例を示す説明図である。 本発明の第２形態に係る薄膜トランジスタ素子搭載基板とその製造方法の例を示す説明図である。 本発明の第３形態に係る薄膜トランジスタ素子搭載基板とその製造方法の例を示す説明図である。

以下、本発明に係る薄膜トランジスタ素子搭載基板及びその製造方法、並びに画像表示装置について詳細に説明するが、本発明は図面の形態や以下の実施形態に限定されるものではない。

［薄膜トランジスタ素子搭載基板］
本発明に係る薄膜トランジスタ素子搭載基板１（１Ａ〜１Ｃ）は、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、プラスチック基板１０と、ゲート電極１５ｇと、ゲート絶縁膜１４と、活性層１３と、ソース電極１５ｓと、ドレイン電極１５ｄとを少なくとも有している。そして、本発明は、活性層１３が、プラスチック基板１０に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間与えないレーザー照射処理によって処理されてなるアモルファス酸化物薄膜であることに特徴がある。

こうした活性層１３を有する薄膜トランジスタ素子搭載基板（以下、「ＴＦＴ基板」と略す。）であれば、その形態は特に限定されず、図１（Ｂ）に示す形態（第１形態）のボトムゲートボトムコンタクト構造であってもよいし、図２（Ｂ）に示す形態（第２形態）のボトムゲートトップコンタクト構造であってもよいし、図３（Ｂ）に示す形態（第３形態）のトップゲートトップコンタクト構造であってもよいし、トップゲートボトムコンタクト構造（図示しない）であってもよい。

図１（Ｂ）に示す第１態様に係るボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴ基板１Ａは、プラスチック基板１０と、プラスチック基板１０上に必要に応じて形成された第１下地膜１１と、第１下地膜１１上に必要に応じて形成された第２下地膜１２と、第２下地膜１２（又はプラスチック基板１０若しくは第１下地膜１１）上に形成されたゲート電極１５ｇと、ゲート電極１５ｇを覆うように形成されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上であってゲート電極１５ｇの中央部直上以外に離間して形成されたソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄと、ゲート絶縁膜１４ｇ上であってソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄに両側で接触するとともに該ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを跨ぐように形成されたアモルファス酸化物薄膜１３と、それら全体を覆うように必要に応じて形成された保護膜１８とを有している。本願において、「ゲート電極を覆うように」とは、図１に示す態様のことであり、ゲート電極上に形成されているとともに、ゲート電極の周りは第２下地膜１２（又はプラスチック基板１０若しくは第１下地膜１１）上にも形成されていることを意味する。

なお、図１（Ａ）は保護膜１８を形成しないでレーザー照射を行う態様であり、図１（Ｃ）は保護膜１８を形成した後に更に金属膜１９を形成した上からレーザー照射を行う態様である。通常は、保護膜１８が形成された図１（Ｂ）の形態のＴＦＴ基板１Ａが用いられる。

図２（Ｂ）に示す第２態様に係るボトムゲートトップコンタクト構造のＴＦＴ基板１Ｂは、プラスチック基板１０と、プラスチック基板１０上に必要に応じて形成された第１下地膜１１と、第１下地膜１１上に必要に応じて形成された第２下地膜１２と、第２下地膜１２（又はプラスチック基板１０若しくは第１下地膜１１）上に形成されたゲート電極１５ｇと、ゲート電極１５ｇを覆うように形成されたゲート絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４上であってゲート電極１５ｇの直上に形成されたアモルファス酸化物薄膜１３と、アモルファス酸化物薄膜１３上の中央部を開けて離間して形成されたソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄと、それらを覆うようにして必要に応じて形成された保護膜１８とを有している。

図３（Ｂ）に示す第３形態に係るトップゲートトップコンタクト構造のＴＦＴ基板１Ｃは、プラスチック基板１０と、プラスチック基板１０上に必要に応じて形成された第１下地膜１１と、第１下地膜１１上に必要に応じて形成された第２下地膜１２と、第２下地膜１２（又はプラスチック基板１０若しくは第１下地膜１１）上に形成されたアモルファス酸化物薄膜１３（ソース側拡散領域１３ｓ、チャネル領域１３ｃ及びドレイン側拡散領域１３ｄ）と、アモルファス酸化物薄膜１３の主にチャネル領域１３ｃの上に形成されたゲート絶縁膜１４ｇと、ゲート絶縁膜１４ｇとの間にコンタクトホールを有するようにアモルファス酸化物薄膜１３上に形成された絶縁膜１４と、ゲート絶縁膜１４ｇ上に形成されたゲート電極１５ｇと、コンタクトホールに形成されたソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄと、さらに全体を覆うように必要に応じて形成された保護膜１８とを有している。

なお、図示しないが、トップゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴ基板は、プラスチック基板（１０）と、プラスチック基板（１０）上に必要に応じて形成された第１下地膜（１１）と、第１下地膜（１１）上に必要に応じて形成された第２下地膜（１２）と、第２下地膜（１２）（又はプラスチック基板若しくは第１下地膜）上の所定領域を開けて離間して形成されたソース電極（１５ｓ）及びドレイン電極（１５ｄ）と、ソース電極（１５ｓ）及びドレイン電極（１５ｄ）の間の前記所定領域を埋めるように形成された絶縁層と、それら（ソース電極−絶縁層−ドレイン電極）の上に形成されたアモルファス酸化物薄膜１３と、アモルファス酸化物薄膜１３上に形成されたゲート絶縁膜（１４ｇ）と、ゲート絶縁膜（１４ｇ）上に形成されたゲート電極（１５ｇ）と、それらを覆うようにして必要に応じて形成された保護膜（１８）とを有している。

以下、ＴＦＴ基板１の構成要素について詳しく説明する。

（プラスチック基板）
プラスチック基板１０は、ＴＦＴ基板１の支持基板をなす絶縁性のものであり、耐熱性に乏しい非耐熱性基板である。言い換えると、プラスチック基板１０は、そのプラスチック基板１０のガラス転移温度以上の温度が一定時間加わることを一般的に嫌う基板である。具体的には、例えば、ポリエチレンナフタレート（ガラス転移温度：１２０℃）、ポリブチレンテレフタレート（７５℃）、ポリエチレンテレフタレート（７５℃）、ポリフェニレンサルファイド（９０℃）、ポリエーテルエーテルケトン（１４３℃）、ポリカーボネート（１４５℃）、ポリサルホン（１９０℃）、ポリアリレート（１９３℃）、ポリエーテルサルホン（２２５℃）、ポリアミド（２００℃）、ポリエーテルイミド（２１５℃）、ポリアミドイミド（２８０℃）、熱可塑性ポリイミド（２８０℃）等からなるプラスチック基板、又はそれらの複合基板を挙げることができる。また、液晶ポリマー、フッ素樹脂、ポリノルボルネン系樹脂も、基本的には高温が加わることを避けたいので、本願でいうプラスチック基板１０に概念として含めることができる。

こうしたプラスチック基板は、剛性を有するものであってもよいし、厚さが５μｍ以上３００μｍ以下程度の薄いフレキシブルなフィルム状のものであってもよい。フレキシブルなプラスチック基板の使用は、ＴＦＴ基板１をフレキシブル基板とすることができるので、フレキシブルな表示装置等に適用できる。

また、無機基板としては、例えば耐熱性の点ではやや劣るが安価な無アルカリガラス基板等を挙げることができる。ガラス基板の厚さは特に限定されないが、通常、０．０５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下程度である。

本発明では、特にガラス転移温度が２００℃未満のプラスチック基板を用いた場合に効果がある。ガラス転移温度が２００℃未満のプラスチック基板に２００℃以上の温度が一定時間加わると、そのプラスチック基板が撓んだり、変色したり、収縮したりし易く、したがって、ガラス転移温度が２００℃未満のプラスチック基板は、２００℃以上の温度が一定時間加わることを嫌う基板である。そうした基板としては、上述したプラスチック基板のほとんどが含まれるが、特に好ましく用いられるプラスチック基板としては、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。なお、一定時間とは、プラスチック基板のガラス転移温度によっても異なるので一概に言えないが、例えばＰＥＮの場合は、例えば２００℃の雰囲気に例えば１分間程度連続して晒されると撓みが生じてくる。ガラス転移温度は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定したものである。

（第１下地膜と第２下地膜）
第１下地膜１１と第２下地膜１２は、プラスチック基板１０上に必要に応じて形成される膜であり、その機能や目的に応じて必要な領域のみに形成されてもよいし全面に形成されてもよい。第１下地膜１１と第２下地膜１２は、クロム、チタン、アルミニウム、ケイ素、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、及び酸窒化ケイ素の群から選択されるいずれかの材料で形成される。例えば密着膜として用いる場合には、クロム、チタン、アルミニウム、又はケイ素等からなる金属系の無機膜が好ましく用いられ、応力緩和膜やバッファ膜（熱緩衝膜）として用いる場合には、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸窒化ケイ素等からなる化合物膜が好ましく用いられ、バリア膜として用いる場合には、酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素等からなる化合物膜が好ましく用いられる。これらの膜は、その機能や目的に応じて、単層で設けてもよいし、２層以上を積層してもよい。

好ましい例としては、図１〜図３に示すように、第１下地膜１１を密着膜として、クロム、チタン、アルミニウム、又はケイ素等からなる金属系の無機膜を形成し、第２下地膜１２をバッファ膜として、酸化クロム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸窒化ケイ素等からなる化合物膜を積層することが好ましい。

第１下地膜１１を密着膜として形成する場合の厚さは、膜を構成する材質によってその範囲は若干異なるが、通常１ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度の範囲内であることが好ましく、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下程度の範囲内であることがより好ましい。一方、第２下地膜１２をバッファ膜として形成する場合の厚さも実際に形成する膜の材質によってその範囲は若干異なるが、その厚さとしては、通常、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下程度の範囲内であることが好ましく、成膜時間の点からは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度の範囲内であることがより好ましい。

こうした第１下地膜１１と第２下地膜１２は、各種の蒸着法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の各種の方法で形成することができるが、実際には、膜を構成する材質に応じた好ましい方法が採用される。通常は、ＤＣスパッタリング法やＲＦマグネトロンスパッタリング法等が好ましく用いられる。

（アモルファス酸化物薄膜）
本発明で適用するアモルファス酸化物薄膜１３は、ＴＦＴ基板１を構成する活性層（チャネル膜）として使用できる程度の移動度を有するものであって、レーザーの照射前後でアモルファス状態（アモルファス相）を維持し、且つレーザーの照射前よりも照射後の方が比抵抗が安定化し且つ移動度が高くなるものである。こうした特徴を有するアモルファス酸化物薄膜１３であればその種類は特に限定されず、現在知られているアモルファス酸化物薄膜であっても、今後発見される酸化物で成膜してなるアモルファス酸化物薄膜であってもよい。なお、「比抵抗の安定化」とは、ＴＦＴ基板１に多数形成されるＴＦＴの活性層であるアモルファス酸化物薄膜１３の比抵抗のバラツキを小さくする（例えば±５％以内）ことを意味する。

アモルファス酸化物薄膜１３を構成するアモルファス酸化物としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ，Ａｌ，Ｆｅのうち少なくとも１種）を主たる構成元素とするアモルファス酸化物を挙げることができる。特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましく、この場合、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）であることが好ましい。また、Ｍｇをさらに含む場合においては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ_1-xＭｇ_xの比が１：１：ｍ（ｍ＜６）で０＜ｘ≦１であることが好ましい。なお、組成割合は、蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）装置によって測定したものである。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物については、ＩｎとＧａとＺｎの広い組成範囲でアモルファス相を示す。この三元系でアモルファス相を安定して示す組成範囲としては、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＺｎ_ｚＯ（３ｘ／２＋３ｙ／２＋ｚ）で比率ｘ／ｙが０．４〜１．４の範囲であり、比率ｚ／ｙが０
．２〜１２の範囲にあるように表すことができる。なお、ＺｎＯに近い組成とＩｎ_２Ｏ_３に近い組成で結晶質を示す。

また、アモルファス酸化物が、Ｉｎ_xＧａ_1-x酸化物（０≦ｘ≦１）、Ｉｎ_xＺｎ_1-x酸化物（０．２≦ｘ≦１）、Ｉｎ_xＳｎ_1-x酸化物（０．８≦ｘ≦１）、Ｉｎ_x（Ｚｎ，Ｓｎ）_1-x酸化物（０．１５≦ｘ≦１）から選ばれるいずれかのアモルファス酸化物であってもよい。

本発明では、後述の実施例で用いたＩｎＧａＺｎＯ系（以下「ＩＧＺＯ」と略す）酸化物薄膜を好ましく挙げることができる。また、このＩＧＺＯ系酸化物薄膜には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。このＩＧＺＯ系酸化物薄膜は、可視光を透過して透明膜又は半透明膜となるので、液晶や有機ＥＬを駆動するＴＦＴの半導体膜として用いれば、その半導体膜を開口部領域にも設けることができ、光開口部を拡大することができる。その結果、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、電子ペーパー等の駆動用ＴＦＴ基板を構成する半導体膜に利用可能である。特に、このＩＧＺＯ系酸化物薄膜は、室温から１５０℃程度の低温での成膜が可能であることから、ガラス転移温度が２００℃未満の耐熱性に乏しいプラスチック基板に対して好ましく適用できる。

なお、酸化物薄膜１３がアモルファスであるか否かは、測定対象となる酸化物薄膜に入射角度０．５°程度の低入射角によるＸ線回折を行った場合に、結晶質の存在を示す明瞭な回折ピークが検出されないこと、すなわち所謂ハローパターンが見られることで確認できる。そうしたハローパターンは、微結晶状態の酸化物薄膜でも見られるので、このアモルファス酸化物薄膜１３には、そのような微結晶状態の酸化物薄膜も含まれるものとする。

こうしたアモルファス酸化物薄膜１３は、プラスチック基板１０上、又は、下地膜（第１下地膜１１又は第２下地膜１２）上に、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等の各種の方法で形成することができる。スパッタリングターゲットしては、所定のスパッタリング条件下で目的の成膜組成が得られるように調整されたスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。通常、目的とする成膜組成と同じ組成のスパッタリングターゲットが好ましく用いられる。

アモルファス酸化物薄膜１３の厚さは、成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

アモルファス酸化物薄膜１３は、成膜後にレーザー照射が施されてなるものであり、そうしたレーザー照射によって半導体特性（移動度）が向上し且つ比抵抗が安定化したアモルファス薄膜である。なお、ここでいう「半導体特性（移動度）が向上し且つ比抵抗が安定化する」とは、ＴＦＴ基板１上に多数形成したアモルファス酸化物薄膜１３の電荷移動度が、その全てにおいてある一定以上の移動度を持ち、しかも「比抵抗のバラツキ」が小さい（例えば±５％以内）ことを意味する。このとき、一定以上の移動度とは、成膜したアモルファス酸化物の種類にもよるが、例えば、ＩＧＺＯ系のアモルファス酸化物半導体の場合には、１０ｃｍ^２／（Ｖ・ｓ）以上で、そのバラツキが±５％以内である場合を例示できる。

このように、ＴＦＴ基板１、特に大面積の表示装置の駆動装置として機能するＴＦＴ基板においては、個々のＴＦＴを構成する半導体膜の移動度の高低も確かに重要ではあるが、それよりも、個々の半導体膜の比抵抗のバラツキが大面積のＴＦＴ基板内である一定のバラツキの範囲内であることの方が、駆動素子として安定駆動を実現させるために重要である。本発明は、成膜後のアモルファス酸化物薄膜１３にレーザー照射を施すことによって、半導体膜の移動度も向上させることができるが、特に有効なのは、半導体膜の比抵抗のバラツキを小さくすることができる点である。こうした比抵抗のバラツキの低減（所謂安定化）は、連続通電時の閾電圧の変化を抑制することができる。比抵抗のバラツキの範囲は、後述する実施例でも示すように、±１０％以内、特に好ましくは±５％以内とすることができる。なお、レーザー照射を行わなかったアモルファス酸化物薄膜１３では、比抵抗のバラツキは±２０％程度であり、レーザー照射によってバラツキを小さくすることができる。こうした挙動を示す理由として、レーザー照射によってアモルファス構造に何らかの変化が生じているものと考えられ、一部でそれらしきデータはとれてはいるが現時点では明らかではない。しかし、少なくとも結果としては再現性のよい結果（移動度の向上と比抵抗の安定化）が得られている。なお、移動度はホール効果測定装置で測定し、比抵抗は４探針法で測定したものである。

レーザーとしては、各種のレーザーを用いることができるが、好ましくはＸｅＣｌエキシマレーザー、ＸｅＦエキシマレーザー又はＫｒＦレーザーを挙げることができる。本発明では、特に断らない限り、「レーザー」を、パルス状に発振させた「パルスレーザー」として照射している。そうしたパルスレーザーは、パルス幅、デューティー（Duty）比及び照射密度を調整してアモルファス酸化物薄膜１３に照射する。このときに考慮すべきは、(i)耐熱性に乏しいプラスチック基板１０に熱ダメージを与えないこと、(ii)アモルファス酸化物薄膜１３を結晶化させないこと、(iii)ＴＦＴ基板１上に形成された他の膜に影響を与えないこと、等を挙げることができ、少なくともこれらに悪影響を与えないように、前記パルス幅、デューティー比及び照射密度を設定する。なお、照射密度は、エネルギー密度と言い換えることもできる。

例えば、ＩＧＺＯ系のアモルファス酸化物薄膜１３の場合において、ＸｅＣｌエキシマレーザーを用いた場合には、パルス幅を１０〜５０ｎｓｅｃ（ＦＷＨＭ（半値幅）：full width at half-maximum）、デューティー比を０．１〜０．５程度とし、エネルギー密度を１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。このとき、パルス幅、デューティー比及び照射密度の関係において、パルス幅とデューティー比を大きくする場合にはアモルファス酸化物薄膜１３の抵抗が下がって導電体となり易いので照射密度を低くし、その逆にパルス幅及びデューティー比を小さくする場合にはアモルファス酸化物薄膜１３の抵抗が上がって絶縁体となり易いので照射密度を高くすること好ましい。

レーザーの照射は、図１に示すボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴ基板においては、図１（Ａ）に示すように、アモルファス酸化物薄膜１３に対して直接照射してもよいし、図１（Ｂ）に示すように、アモルファス酸化物薄膜１３上に保護膜１８を形成した後にその保護膜１８の上方から照射したものであっても良いし、図１（Ｃ）に示すように、アモルファス酸化物薄膜１３上に保護膜１８を形成し、さらその上に金属膜１９を形成した後に、その金属膜１９の上方から照射したものであってもよい。図１（Ａ）の態様でのレーザー照射は、非常に簡易的な方法である点で好ましく、図１（Ｂ）の態様でのレーザー照射は、保護膜形成時にアモルファス酸化物薄膜１３の特性が劣化した場合でも特性を良化させることができる点で好ましく、図１（Ｃ）の態様でのパルスレーザー照射は、低い照射エネルギーで済む点で好ましい。

なお、図１（Ｃ）に示す照射態様において、金属膜１９は熱伝導性が高いので、照射されたレーザーの熱エネルギーは、照射部分のみではなく、金属膜１９の熱伝導に基づく広がりを持って広く均一に分布させることができる。そのため、レーザーが照射されたアモルファス酸化物薄膜１３の半導体特性をより安定化させ易いという利点がある。

また、図２に示すボトムゲートトップコンタクト構造においては、図２（Ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１４上にアモルファス酸化物薄膜１３を形成した後であって、そのアモルファス酸化物薄膜１３をパターニングする前の段階で、アモルファス酸化物薄膜１３の全面にレーザー照射を行う。パターニングする前にレーザー照射を行うのは、レーザー照射が容易だからであり、仮にアモルファス酸化物薄膜１３をパターニングした後にレーザー照射を行おうとすると、照射位置精度を高めなければならず、高精度の位置決め精度が要求されるからである。なお、照射位置精度を確保できれば、アモルファス酸化物薄膜１３をパターニングした後にレーザーを照射してもよい。

また、図３に示すトップゲートトップコンタクト構造においては、図３（Ａ）に示すように、第２下地膜１２上にアモルファス酸化物薄膜１３を形成した後であって、そのアモルファス酸化物薄膜１３をパターニングする前の段階で、アモルファス酸化物薄膜１３の全面にレーザー照射を行う。パターニングする前にレーザー照射を行う理由は上記の図２（Ａ）の場合と同じである。特に図３のトップゲートトップコンタクト構造では、アモルファス酸化物薄膜１３はプラスチック基板１０の近くに形成されるので、バッファ膜（熱緩衝膜）として機能する第２下地膜１２は必須の構成として形成されていることが好ましく、その第２下地膜１２によって、レーザー照射時の熱を緩衝させることができ、プラスチック基板１０に熱ダメージを生じさせない。

（保護膜と金属膜）
保護膜１８は、図１（Ｂ）（Ｃ）、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１を構成するＴＦＴを保護するように作用する膜である。保護膜１８を設けることにより、ＴＦＴの動作が雰囲気（例えば、水分、真空、温度）による影響を受けず、雰囲気の変化による不安定動作が生じずに、安定に動作させることができるという効果が得られる。したがって、保護膜１８は、ＴＦＴの基本構造が形成された後にその全体を覆うように設けられている。

保護膜１８の形成材料としては、少なくとも１種の金属元素を含む金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物等を挙げることができる。金属としては、ケイ素、アルミニウム等が好ましく、具体的には、金属酸化物としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等を挙げることができ、金属窒化物としては、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、ＡｌＮ等を挙げることができ、金属炭化物としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ等を挙げることができ、金属酸窒化物としては、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等を挙げることができる。

これらの保護膜１８のうち、図１（Ｂ）に示すように保護膜１８の上からレーザー照射を行う場合には、ＳｉＯ_２からなる保護膜が好ましい。これらの保護膜は、スパッタ法により比較的容易に形成できるという特性を持つので、レーザー照射時にアモルファス酸化物薄膜１３上に設ける保護膜として適している。一方、レーザー照射後に形成される保護膜については、上記のような特性は要求されないので、上述した各種の形成材料を任意に選択して設ければよい。

保護膜１８の形成方法としては、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、レーザー蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を挙げることができる。これら保護膜１８の成膜手段も、プラスチック基板１０に熱ダメージを与えないガラス転移温度未満（望ましくは２００℃未満）の温度で成膜されることが望ましい。保護膜１８の厚さは、成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

金属膜１９は、図１（Ｃ）に示すように、ボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴ基板を製造する場合であって、保護膜１８上からレーザー照射を行う際に、アモルファス酸化物薄膜１３上に形成された保護膜１８の上に好ましく設けられる。この金属膜１９は、レーザー照射時に保護膜１８上に好ましく設けられるものであるため、レーザー照射を行わない場合には設ける必要はない。そして、金属膜１９上からレーザー照射を行った後には、エッチングによって金属膜１９は除去される。

この金属膜１９は熱伝導性が高いので、照射されたレーザーの熱エネルギーをレーザー照射部分のみではなく、金属膜１９の熱伝導に基づく広がりを持って広く均一に分布させることができる。そのため、その金属膜１９を伝わった熱により、レーザーが照射されたアモルファス酸化物薄膜１３の比抵抗を安定化させ易いという利点がある。

なお、図３に示す態様で、第１下地膜１１を金属膜として形成した場合に、アモルファス酸化物薄膜１３の上又は上方からレーザーを照射した場合には、アモルファス酸化物薄膜１３を通過したレーザーの照射時に生じた熱が金属膜内を伝導して均一に広がり、局部的に高温になることを防ぐことができる。その結果、その熱でアモルファス酸化物薄膜１３を加熱処理できるので、その金属膜１９をアモルファス酸化物薄膜１３の下に設けるによってアモルファス酸化物薄膜の比抵抗を安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜１３の高安定化と高品質化を実現できる。

金属膜１９としては、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，ＭｏＷ，Ａｇ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｉ、Ｃｕ，Ｗ等の金属からなる膜を好ましく挙げることができ、特にＭｏ，Ｔｉ，Ｓｉのいずれかの金属単体又は合金からなる膜が、熱伝導性と耐レーザーの観点から好ましい。

金属膜１９の形成方法としては、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、レーザー蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等を挙げることができる。これら金属膜１９の成膜手段も、上記の保護膜１８の場合と同様、プラスチック基板１０に熱ダメージを与えないガラス転移温度未満（望ましくは２００℃未満）の温度で成膜されることが望ましい。金属膜１９の厚さは成膜条件によって任意に設計されるために一概には言えないが、通常２０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましい。

（他のＴＦＴ基板の構成要素）
図１〜図３に示すゲート絶縁膜１４ｇと図３に示す絶縁膜１４の形成材料としては、絶縁性が高く、誘電率が比較的高く、ゲート絶縁膜として適しているものであれば各種の材料を用いることができる。例えば、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化スカンジウムのうち少なくとも１種又は２種以上を挙げることができる。また、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等のケイ素の酸化物、窒化物、酸窒化物等も好ましく挙げることができる。また、チタン酸バリウムストロンチウム等の複合酸化物であってもよい。

ゲート電極１５ｇの形成材料としては、金、銀、銅、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、アルミニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ＩＴＯ等を挙げることができる。

ソース電極１５ｓとドレイン電極１５ｄの形成材料としては、アモルファス酸化物薄膜１３とのエネルギー準位を合わせることができる材料であることが好ましく、チタン、金、クロム、鉄、モリブデン、タングステン、銅、ルテニウム、レニウム、ＩＴＯ、ＩＺＯ等を挙げることができる。特にＩＺＯ、ＩＴＯ、Ｔｉは、半導体薄膜１３と良好なオーミックコンタクトを取ることができるため、好ましい。

なお、本発明のＴＦＴ基板１は、上記以外の構成要素であっても、本発明の趣旨の範囲内であれば、その他の膜を含んでいてもよい。

以上説明したように、活性層として形成したアモルファス酸化物薄膜１３は、プラスチック基板１０にそのプラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間与えないレーザー照射処理によって処理されてなるものであるが、そうしたアモルファス酸化物薄膜１３は高い安定性を示し且つ高い移動度を示すことから、安定で高品質な駆動素子基板として好ましく利用できる。しかも、レーザー照射処理は、プラスチック基板１０に該プラスチック基板のガラス転移温度以上（望ましくは２００℃以上）の温度を一定時間加えないので、耐熱性に乏しいプラスチック基板１０に熱ダメージが無く、その結果、フレキシブルな表示装置に好ましく用いることができる。

［ＴＦＴ基板の製造方法］
本発明の薄膜トランジスタ素子搭載基板（ＴＦＴ基板）の製造方法は、プラスチック基板１０の上又はその上方に活性層となるアモルファス酸化物薄膜１３を形成する工程と、少なくとも活性層となる部分のアモルファス酸化物薄膜１３に向けてレーザーを照射する工程と、を少なくとも有する。以下に、各工程について説明する。

（レーザー照射工程）
レーザー照射工程は、プラスチック基板１０に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えず、且つアモルファス酸化物薄膜１３をアモルファス相のままでその比抵抗を所定の比抵抗に制御する工程である。こうした工程を経たアモルファス酸化物薄膜１３は、比抵抗が安定化し且つ高い移動度を示したことから、得られたＴＦＴ基板１は、安定で高品質な駆動素子基板として利用できる。しかも、このレーザー照射工程は、レーザーの照射部に局部的に高いエネルギーが与えられるが、レーザーをパルス状に照射するため、高温になり難く、プラスチック基板１０にガラス転移温度以上の温度を一定時間加えない工程である。そのため、耐熱性に乏しいプラスチック基板等を問題なく用いることができる。

レーザー照射は、図１に示すボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴにおいては、(i)アモルファス酸化物薄膜１３を形成した後でパターニングする前（図１（Ａ）参照）、(ii)アモルファス酸化物薄膜１３をパターニングした後、さらに保護膜１８を形成した後（図１（Ｂ）参照）、(iii)アモルファス酸化物薄膜１３を形成した後に保護膜１８と金属膜１９をその順で形成した後（図１（Ｃ）参照）、のいずれかのタイミングで行うことが望ましい。また、図２（Ｂ）に示すボトムゲートトップコンタクト構造のＴＦＴにおいては、ゲート電極１５ｇを覆うように形成したアモルファス酸化物薄膜１３を形成した後、パターニングする前のタイミングでレーザー照射を行うことが望ましい。また、図３（Ｂ）に示すトップゲートトップコンタクト構造のＴＦＴにおいては、第２下地膜１２上にアモルファス酸化物薄膜１３を形成した後、パターニングする前のタイミングでレーザー照射を行うことが望ましい。

本発明ではパルスレーザー照射が好ましく行われるが、そのパルスレーザー照射の照射条件は、形成するアモルファス酸化物薄膜１３の種類によっても異なるが、例えばＩＧＺＯ系のアモルファス酸化物薄膜１３を形成し且つＸｅＣｌエキシマレーザーを用いた場合には、既述したように、パルス幅を１０〜５０ｎｓｅｃ、デューティー比を０．１〜０．５程度とし、エネルギー密度を１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲とすることが好ましい。

（アモルファス酸化物薄膜の形成工程）
レーザー照射工程の前には、アモルファス酸化物薄膜１３の形成工程を備える。このアモルファス酸化物薄膜１３の形成工程は、プラスチック基板１０の上又はその上方に活性層となるアモルファス酸化物薄膜１３を形成する工程である。ここで、アモルファス酸化物薄膜１３を、プラスチック基板１０の上又はその上方としているのは、アモルファス酸化物薄膜１３をプラスチック基板１０上に直接成膜する場合があるためである。なお、通常は、図１〜図３に示すように、プラスチック基板１０上に、第１下地膜１１や第２下地膜１２が形成され、その上にアモルファス酸化物薄膜１３が形成されることが望ましい。

（金属膜の形成工程）
本発明では、レーザー照射時の熱を広く均一に分布させるための金属層１９を設けることができる。例えば図１（Ｃ）に示すボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴにおいては、アモルファス酸化物薄膜１３の形成工程後で、レーザー照射工程の前に、金属膜１９の形成工程を備える。この金属膜１９の形成工程は、アモルファス酸化物薄膜１３上又はその上方に金属膜１９を形成する工程である。ここで、金属膜１９を、アモルファス酸化物薄膜１３の上又はその上方としているのは、金属膜１９をアモルファス酸化物薄膜１３上に直接成膜する可能性があるためであるが、通常は、金属膜１９をアモルファス酸化物薄膜１３上に直接形成するのではなく、図１（Ｃ）に示すように、アモルファス酸化物薄膜１３上に保護膜１８を形成し、その保護膜１８の上に金属膜１９を形成する。

このように、アモルファス酸化物薄膜１３上又はその上方に保護膜１８を介して設けた金属膜１９の上からレーザーを照射するので、照射時に生じた熱が金属膜１９内を伝導して局部的に高温になることを防ぐことができ、その熱が保護膜１８を通ってアモルファス酸化物薄膜１３を加熱処理する。したがって、加熱した金属膜１９がアモルファス酸化物薄膜１３の比抵抗を安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜１３の高安定化と高品質化を実現できる。

なお、図３に示すように、アモルファス酸化物薄膜１３の形成工程前に、プラスチック基板１０上に第１下地膜１１を金属膜（１９）として形成してもよい。この場合において、アモルファス酸化物薄膜１３の上又は上方からレーザーを照射した場合には、アモルファス酸化物薄膜１３を通過したレーザーの照射時に生じた熱が金属膜内を伝導して均一に広がり、局部的に高温になることを防ぐことができる。その結果、その熱でアモルファス酸化物薄膜１３を加熱処理できるので、その金属膜を例えば第１下地膜１１としてアモルファス酸化物薄膜１３の下に設けるによってアモルファス酸化物薄膜１３の比抵抗を安定化させることになり、アモルファス酸化物薄膜１３の高安定化と高品質化を実現できる。

（その他の工程）
本発明のＴＦＴ基板の製造方法は、上記の工程の他、図１〜図３に示す各膜の形成工程を含む。例えば、第１下地膜１１の形成工程、第２下地膜１２の形成工程、ゲート電極１５ｇの形成工程、ゲート絶縁膜１４ｇの形成工程、ソース電極１５ｓとドレイン電極１５ｄの形成工程、絶縁膜１４の形成工程（図３参照）、及びそれらのパターニング工程、洗浄工程、イオン注入工程等を、製造するＴＦＴ基板の構造形態にしたがって任意に含む。これらの各工程は、上述の「ＴＦＴ基板」の欄で説明した構成材料と成膜手段を用いて行う。

以上説明したように、本発明に係るＴＦＴ基板１の製造方法によれば、高い安定性と高い移動度を示す薄膜トランジスタ搭載基板を得ることができるので、得られた薄膜トランジスタ素子搭載基板を安定で高品質な駆動素子基板として利用できる。しかも、耐熱性に乏しいプラスチック基板等を問題なく用いることができるので、フレキシブルな表示装置に好ましく用いることができる薄膜トランジスタ搭載基板とすることができる。特にアモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままとしたことは、結晶化した場合に生じる粒径やドメイン界面密度の素子間のバラツキを抑制できるので、プラスチック基板を用いた大面積の表示装置のＴＦＴ基板として好ましい。

［画像表示装置］
本発明の画像表示装置は、上述した本発明に係る薄膜トランジスタ搭載基板を、液晶表示装置、有機ＥＬ発光表示装置、電子ぺーパー等のアクティブマトリックス型スイッチング素子基板として用いる。本発明の画像表示装置として有機ＥＬ発光表示装置で説明すれば、マトリクス状に配置された本発明に係る多数のＴＦＴ基板１を有し、例えば、ゲート電極１５ｇのゲートバスラインとソース電極１５ｓのソースバスラインが縦横に延び、各ＴＦＴのドレイン電極１５ｄには出力素子が接続される。この出力素子は有機ＥＬ素子であり、抵抗とコンデンサからなる等価回路で構成される。出力素子毎の領域は、有機ＥＬ発光表示装置の画素を構成する。

以下に実施例と比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。

［実施例１］
（ＴＦＴ基板の作製）
一例として、図１に示すボトムゲートボトムコンタクト構造のＴＦＴをプラスチック基板上に複数（７２個）のＴＦＴを形成したＴＦＴ基板を製造した。先ず、厚さ１００μｍでガラス転移温度が１５０℃のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）をプラスチック基板１０として準備し、そのプラスチック基板１０上の全面に厚さ５ｎｍのクロム膜（密着膜）を第１下地膜１１としてスパッタ法で形成し、さらにその第１下地膜１１上の全面に厚さ３００ｎｍの酸化ケイ素膜（バッファ膜）を第２下地膜１２としてスパッタ法で形成した。次に、その第２下地膜１２上の全面に厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜をゲート電極膜として蒸着した後、レジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、アルミニウム膜を所定パターンにパターニングしてゲート電極１５ｇを形成した。次に、そのゲート電極１５ｇを覆うように厚さ１００ｎｍの酸化ケイ素をゲート絶縁膜１４として全面に形成した。このゲート絶縁膜１４は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、８インチのＳｉＯ_２ターゲットに投入電力：１．０ｋＷ（＝３Ｗ／ｃｍ^２）、圧力：１．０Ｐａ、ガス：アルゴン＋Ｏ_２（５０％）の成膜条件で形成した。次に、ゲート絶縁膜１４上の全面に厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜をソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄとするために蒸着した後、レジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後に燐酸溶液でウェットエッチングし、アルミニウム膜を所定パターンにパターニングしてソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを形成した。このとき、ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄは、ゲート絶縁膜１４上であってゲート電極１５ｇの中央部直上以外に離間したパターンとなるように形成した（図１を参照）。

次に、ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを覆うように、全面に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎが１：１：１のＩｎＧａＺｎＯ系アモルファス酸化物薄膜１３（ＩｎＧａＺｎＯ_４）を厚さ１００ｎｍとなるように形成した。アモルファス酸化物薄膜１３は、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用い、室温（２５℃）、Ａｒ：Ｏ_２を３０：５０とした条件下で、８インチのＩｎＧａＺｎＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）ターゲットを用いて形成した。次に、このアモルファス酸化物薄膜１３の上方からパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射は、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーを用い、パルス幅：３０ｎｓｅｃ（ＦＷＨＭ）、デューティー比：０．１、非照射密度：２００ｍＪ／ｃｍ^２、室温の条件下で、アモルファス酸化物薄膜１３の全面について行った。その後のアモルファス酸化物薄膜１３上にレジストパターンをフォトリソグラフィで形成した後、シュウ酸溶液でウェットエッチングし、そのアモルファス酸化物薄膜１３をパターニングし、所定パターンからなるアモルファス酸化物薄膜１３を形成した。こうして得られたアモルファス酸化物薄膜１３は、ゲート絶縁膜１４ｇ上であってソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄに両側で接触するとともに該ソース電極１５ｓ及びドレイン電極１５ｄを跨ぐように形成されている。最後に、全体を覆うように、厚さ２０ｎｍの酸化ケイ素を保護膜１８としてＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成した。こうして実施例１に係るＴＦＴ基板１を作製した。

［実施例２，３］
実施例１において、パルスレーザーの照射条件を変えた他は、実施例１と同様にして、実施例２，３のＴＦＴ基板を作製した。

［実施例４］（実施例１〜３は請求項１、この実施例４も請求項１）
実施例１においては、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、パターニングするまでの間にパルスレーザー照射を行っているが、この実施例４では、保護膜１８が全面に形成された後にパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例１と同様にして、実施例４に係るＴＦＴ基板１を作製した。

［実施例５］（この実施例５は請求項３）
実施例１においては、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、パターニングするまでの間にパルスレーザー照射を行っているが、この実施例５では、保護膜１８が全面に形成された後、さらにその保護膜１８上の全面に厚さ２０ｎｍのＳｉ膜をスパッタリング法で成膜した後にパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例１と同様にして、実施例５に係るＴＦＴ基板１を作製した。なお、パルスレーザー照射後においては、ドライエッチングによってＳｉ膜をエッチングして除去した。

［実施例６〜１０］（金属膜の種類を代えてレーザー照射）
実施例５において、Ｓｉ膜の代わりに、厚さ２０ｎｍのＡｌ膜、Ｍｏ膜、ＭｏＷ膜、Ｔｉ膜、Ｃｒ膜をそれぞれスパッタリング法で成膜した後にパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例５と同様にして、実施例６〜１０に係るＴＦＴ基板１を作製した。なお、パルスレーザー照射後のエッチングは、Ａｌ膜、Ｍｏ膜、ＭｏＷ膜は燐酸系の溶液を用いたウェットエッチングで行い、Ｔｉ膜は過酸化水素水と水酸化カリウムを混合した溶液を用いてウェットエッチングで行い、Ｃｒ膜は硝酸第二セリウムアンモニウムの溶液を用いたウェットエッチングで行い、それぞれ除去した。

［実施例１１］（この実施例１１は請求項２）
実施例１においては、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、パターニングするまでの間にパルスレーザー照射を行っているが、この実施例１１では、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、そのアモルファス酸化物薄膜１３上の全面に厚さ２０ｎｍのＳｉ膜をスパッタリング法で成膜した後にパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例１と同様にして、実施例１１に係るＴＦＴ基板１を作製した。なお、パルスレーザー照射後においては、ドライエッチングによってＳｉ膜をエッチングして除去し、その後に実施例１と同様にアモルファス酸化物薄膜１３をパターニングし、保護膜１８を形成した。

［実施例１２］（この実施例１２は請求項４）
実施例１においては、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、パターニングするまでの間にパルスレーザー照射を行っているが、この実施例１２では、プラスチック基板１０上の全面に形成するクロム膜の厚さを２０ｎｍとし、パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例１と同様にして、実施例１２に係るＴＦＴ基板１を作製した。

［実施例１３］（保護膜の種類を代え、金属膜を設けないでレーザー照射）
実施例１においては、アモルファス酸化物薄膜１３を成膜した後、パターニングするまでの間にパルスレーザー照射を行っているが、この実施例１３では、保護膜１８を酸化ケイ素から、熱伝導性のよいＳｉＮに代えて厚さ２０ｎｍで全面に形成した後にパルスレーザー照射を行った。パルスレーザー照射の条件を含め、それ以外は実施例１と同様にして、実施例１３に係るＴＦＴ基板１を作製した。

［比較例１］
実施例１において、パルスレーザー照射を行う代わりに３００℃のアニールを行った他は、実施例１と同様にして、比較例１のＴＦＴ基板を作製した。

［比較例２］
実施例１において、パルスレーザー照射を行う代わりに３００℃のアニールを行った他は、実施例１と同様にして、比較例１のＴＦＴ基板を作製した。

［特性評価］
得られたＴＦＴ基板について、以下の各特性を評価した。その結果を表１に示した。

Ｘ線回折測定；パルスレーザー照射後のＩＧＺＯ酸化物薄膜をＸ線回折装置（リガク社製、装置名：ＲＩＮＴ−２５００）で測定した。Ｘ線回折測定は、Ｃｕ−Ｋα特性Ｘ線、スキャン軸２θ、入射角０．５°の条件で行った。

比抵抗測定；パルスレーザー照射後のＩＧＺＯ酸化物薄膜の比抵抗（Ω・ｍ）を４探針法測定装置を用いて測定した。シート抵抗値（Ω／□）は三菱化学アナリテック社製抵抗率計ロレスタにより測定した。

Ｈａｌｌ測定；ＴＦＴ基板のＨａｌｌ測定を行った。測定には、東洋テクニカ社製比抵抗／ホール測定システム装置を用い、キャリア濃度、Ｈａｌｌ移動度、ノイズ、方向依存性を測定した。

プラスチック基板の評価；得られたＴＦＴ基板を構成するプラスチック基板（ＰＥＮ）の外観や撓み等を観察した。

表１の実施例の結果からも分かるように、実施例１〜３では、ガラス転移温度が１５０℃のＰＥＮフィルムを用いた場合であっても、アモルファス酸化物薄膜１３に所定の条件でパルスレーザー照射を行うことにより、所望の特性を実現することができることが分かった。こうしたレーザー照射は、アモルファス酸化物薄膜１３をスパッタリング法で成膜した場合にそのアモルファス酸化物薄膜１３内に生じた多数の欠陥を少なくし、欠陥に由来する高いキャリア濃度を低減して、「半導体」として好ましい範囲のキャリア濃度とすることができる。なお、レーザー照射を行わないキャリア濃度の高い状態では、「半導体」というよりも「導体」に近くなり、ＯＦＦ電流が高くなってしまうという問題が生じてしまうので望ましくない。

実施例１，４〜１３は、パルスレーザー照射時の態様について検討したものであり、いずれの場合もパルスレーザー照射後のアモルファス酸化物薄膜１３はアモルファス相のまままであることをＸ線回折測定によって確認した。また、レーザー照射時の照射条件をパルス幅１０〜５０ｎｓｅｃ、デューティー比０．１〜０．５、エネルギー密度１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲で調整さえすれば、実施例１と同様の特性を得ることができることも確認した。特に、アモルファス酸化物薄膜１３の直接レーザー照射する場合よりも保護膜や金属膜を介してレーザー照射した方（実施例４〜１１，１３）が、金属膜のエッチングを含め、雰囲気からの影響を受けないので、外部アモルファス酸化物薄膜１３への影響（ダメージ等）をより少なくすることができることを確認した。また、熱伝導性のよい金属膜を設けた態様（実施例５〜１２）又は熱伝導性のよい保護膜を設けた態様（実施例１３）でレーザー照射した場合の方が好ましいことを確認した。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ＴＦＴ基板
１０ プラスチック基板
１１ 第１下地膜
１２ 第２下地膜
１３ アモルファス酸化物薄膜
１３ｓ ソース側拡散領域
１３ｃ チャネル領域
１３ｄ ドレイン側拡散領域
１４ 絶縁膜
１４ｇ ゲート絶縁膜
１５ｓ ソース電極
１５ｇ ゲート電極
１５ｄ ドレイン電極
１８ 保護膜
１９ 金属膜
２０ パルスレーザー

Claims (8)

1. プラスチック基板の上又はその上方に活性層となるアモルファス酸化物薄膜を形成する工程と、
   少なくとも活性層となる部分のアモルファス酸化物薄膜に向けてレーザーを照射する工程と、を少なくとも有し、
   前記レーザー照射工程は、前記プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間加えず、且つ前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する工程であることを特徴とする薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法。
2. 前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程後で前記レーザー照射工程前に、前記アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に金属膜を形成する工程をさらに有し、
   前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する、請求項１に記載の薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法。
3. 前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程後で前記レーザー照射工程前に、前記アモルファス酸化物薄膜上又はその上方に保護膜と金属膜とをその順で形成する工程をさらに有し、
   前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する、請求項１に記載の薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法。
4. 前記アモルファス酸化物薄膜の形成工程前に、前記プラスチック基板上又はその上方に金属膜を形成する工程をさらに有し、
   前記レーザーを照射した前記金属膜の熱伝導により、前記アモルファス酸化物薄膜をアモルファス相のままで所定の比抵抗に制御する、請求項１に記載の薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法。
5. 前記アモルファス酸化物薄膜がＩｎＧａＺｎＯ系酸化物薄膜であり、前記レーザーがパルス幅が１０〜５０ｎｓｅｃ（ＦＷＨＭ）でデューティー比が０．１〜０．５で照射密度が１５０〜４００ｍＪ／ｃｍ^２のパルスレーザーである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ搭載基板の製造方法。
6. プラスチック基板と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、活性層と、ソース電極と、ドレイン電極とを少なくとも有する薄膜トランジスタ搭載基板において、
   前記活性層が、前記プラスチック基板に該プラスチック基板のガラス転移温度以上の温度を一定時間与えないレーザー照射処理によって処理されてなるアモルファス酸化物薄膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ搭載基板。
7. 前記アモルファス酸化物薄膜が、ＩｎＧａＺｎＯ系酸化物薄膜である、請求項６に記載の薄膜トランジスタ搭載基板。
8. 請求項６又は７に記載の薄膜トランジスタ搭載基板をアクティブマトリックス型スイッチング素子基板として用いることを特徴とする画像表示装置。

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