JP2011077450A - Thin film transistor and method of manufacturing thin film transistor - Google Patents

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雄一郎 板井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the instability of TFT (Thin Film Transistor) characteristics caused by to water, and to improve initial characteristics of a TFT. <P>SOLUTION: The thin film transistor includes a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating layer formed covering the gate electrode, an active layer formed on the gate insulating layer and formed of an oxide semiconductor, a source electrode and a drain electrode formed apart from each other between the active layer and the gate insulating layer or on the active layer, an organic monomolecular film with a hydrophobic property which covers an upper surface of the active layer covered with neither the source electrode nor the drain electrode, and a protective layer formed on the organic monomolecular film on the active layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor.

近年、酸化物半導体材料を活性層に用いた薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)の開発が進められている。特に、透明な酸化物半導体材料として、IGZO系の酸化物半導体、すなわち、In、Ga、及びZnを含む酸化物半導体(以下、IGZOという)が注目されている。IGZOは透明であるだけでなく、スパッタリングによって室温でアモルファスIGZOの成膜が可能であり、アモルファスであっても、アモルファスシリコンに比べてキャリア移動度が高いことなど優れたトランジスタ特性(以下、TFT特性という)を有することが報告されている。   In recent years, a thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor material for an active layer has been developed. In particular, as a transparent oxide semiconductor material, an IGZO-based oxide semiconductor, that is, an oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn (hereinafter referred to as IGZO) has attracted attention. IGZO is not only transparent, but it can form amorphous IGZO at room temperature by sputtering. Even if it is amorphous, it has excellent transistor characteristics such as higher carrier mobility than amorphous silicon (hereinafter TFT characteristics) Have been reported to have).

しかし、酸化物半導体材料(特にアモルファスIGZO)は、水や周囲の雰囲気に対して不安定であることが知られている。具体的には、この酸化物半導体を活性層として用いたTFTは、活性層上に水や酸素が吸着して導電率が変化し、閾値電圧やオフ電流が変化してしまい、TFT特性が不安定となる。従って、酸化物半導体を活性層として用いる場合には、TFT特性の安定性を確保する必要がある。   However, oxide semiconductor materials (particularly amorphous IGZO) are known to be unstable with respect to water and the surrounding atmosphere. Specifically, in a TFT using this oxide semiconductor as an active layer, water and oxygen are adsorbed on the active layer and the conductivity changes, resulting in a change in threshold voltage and off-current, resulting in poor TFT characteristics. It becomes stable. Therefore, when an oxide semiconductor is used as the active layer, it is necessary to ensure the stability of the TFT characteristics.

また、TFT特性の初期特性としては、ゲート電圧を印加しない時には電流が流れない(オフ電流が小さい)「ノーマリーオフ特性」が望ましい。また、オフ電流はリーク電流が高いほど増加するため、リーク電流が低いことも望ましい。   Further, as the initial characteristics of the TFT characteristics, “normally off characteristics” are preferred in which no current flows (off current is small) when no gate voltage is applied. Further, since the off-current increases as the leakage current increases, it is also desirable that the leakage current be low.

そこで、特許文献1では、TFT特性の不安定性を改善するため、アモルファスIGZO層(活性層)の上にポリイミド膜やシリコーン膜等の有機物膜又はAlやGa等の金属膜からなる保護層を形成することが提案されている。 Therefore, in Patent Document 1, in order to improve instability of TFT characteristics, an organic film such as a polyimide film or a silicone film or a metal film such as Al 2 O 3 or Ga 2 O 3 is formed on the amorphous IGZO layer (active layer). It has been proposed to form a protective layer comprising:

また、特許文献2では、特に水に対する影響を抑えるため、アモルファスIGZO層(活性層)の上に、IGZO層表面と化学吸着するオクチルトリエトキシシラン(OTES)等のシラン化合物からなる保護層を形成することが提案されている。   In Patent Document 2, a protective layer made of a silane compound such as octyltriethoxysilane (OTES) that chemically adsorbs to the surface of the IGZO layer is formed on the amorphous IGZO layer (active layer) in order to suppress the influence particularly on water. It has been proposed to do.

特開2007−73705号公報JP 2007-73705 A 特開2007−158146号公報JP 2007-158146 A

しかしながら、特許文献1では、保護層を通過した水を防ぐことができない。また、保護層(有機物膜)が感光性樹脂からなる場合は、感光性樹脂から出る水も防ぐ必要がある。さらに、アモルファスIGZO層(活性層)の上にポリイミド膜やシリコーン膜等の有機物膜とAlやGa等の金属酸化膜の2層からなる保護層を形成することも提案されているが、有機物膜が有機単分子膜からなる点や、有機単分子膜上に保護層、特に感光性樹脂が形成される点は記載されておらず、水の防止やTFTの初期特性の向上は図られていない。 However, in patent document 1, the water which passed the protective layer cannot be prevented. Further, when the protective layer (organic film) is made of a photosensitive resin, it is necessary to prevent water coming out of the photosensitive resin. Furthermore, it is also proposed to form a protective layer comprising two layers of an organic film such as a polyimide film and a silicone film and a metal oxide film such as Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 on the amorphous IGZO layer (active layer). However, the point that the organic film is composed of an organic monomolecular film and the point that a protective layer, in particular, a photosensitive resin is formed on the organic monomolecular film are not described. There is no improvement.

同様に、特許文献2では、保護層が有機単分子膜となり得るシラン化合物から構成されるものの、TFTの初期特性の向上を図ったものではない。また、保護層がシラン化合物のみから構成される場合、そのパターニングをすることができず、ソース電極やドレイン電極等に不要なシラン化合物が残存することになる。この結果、ソース電極やドレイン電極から配線を引き出す際に邪魔となる。   Similarly, in Patent Document 2, although the protective layer is composed of a silane compound that can be an organic monomolecular film, the initial characteristics of the TFT are not improved. Further, when the protective layer is composed only of the silane compound, the patterning cannot be performed, and an unnecessary silane compound remains on the source electrode, the drain electrode, and the like. As a result, it becomes an obstacle when the wiring is drawn out from the source electrode and the drain electrode.

本発明は、水によるTFT特性の不安定性を改善し、且つTFTの初期特性を向上させることが可能な薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a thin film transistor capable of improving instability of TFT characteristics due to water and improving initial characteristics of the TFT, and a method of manufacturing the thin film transistor.

本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。   The above-described problems of the present invention have been solved by the following means.

<1>基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された酸化物半導体からなる活性層と、前記活性層と前記ゲート絶縁層の間に又は前記活性層上に、互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極で覆われていない前記活性層の上面を覆う疎水性を有する有機単分子膜と、前記活性層上の前記有機単分子膜上に形成された保護層と、を有する薄膜トランジスタ。
<2>前記保護層は、感光性樹脂から構成されている<1>に記載の薄膜トランジスタ。
<3>前記有機単分子膜は、有機シラン化合物から構成されている<1>又は<2>に記載の薄膜トランジスタ。
<4>前記酸化物半導体がIn、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタ。
<5>基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる活性層、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、少なくとも前記活性層上に、疎水性を有する有機単分子膜を形成する工程と、前記活性層上に形成された前記有機単分子膜上に保護層を形成する工程と、前記保護層を形成した後、熱処理する工程と、を有する薄膜トランジスタの製造方法。
<6>前記保護層の構成材料として、感光性樹脂を用いる<5>に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
<7>前記保護層を形成した後、前記ソース電極及びドレイン電極上の有機単分子膜を除去する工程を有する<6>に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
<8>前記熱処理の温度は、100℃以上200℃以下である<6>又は<7>に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
<9>前記有機単分子膜を、有機シラン化合物を用いて形成する<5>〜<8>のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
<10>前記酸化物半導体の構成材料として、In、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物を用いる<5>〜<9>のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
<1> a gate electrode formed on the substrate, a gate insulating layer formed so as to cover the gate electrode, an active layer made of an oxide semiconductor formed on the gate insulating layer, and the active layer, A source electrode and a drain electrode formed between the gate insulating layers or on the active layer so as to be spaced apart from each other, and a hydrophobicity covering an upper surface of the active layer not covered with the source electrode and the drain electrode A thin film transistor having an organic monomolecular film having a protective layer formed on the organic monomolecular film on the active layer.
<2> The thin film transistor according to <1>, wherein the protective layer is made of a photosensitive resin.
<3> The thin film transistor according to <1> or <2>, wherein the organic monomolecular film is composed of an organosilane compound.
<4> The thin film transistor according to any one of <1> to <3>, wherein the oxide semiconductor is an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn.
<5> A step of forming a gate electrode on the substrate, a step of forming a gate insulating layer so as to cover the gate electrode, an active layer made of an oxide semiconductor, a source electrode, and a drain electrode on the gate insulating layer Forming a hydrophobic organic monomolecular film on at least the active layer, forming a protective layer on the organic monomolecular film formed on the active layer, and Forming a protective layer, and then performing a heat treatment.
<6> The method for producing a thin film transistor according to <5>, wherein a photosensitive resin is used as a constituent material of the protective layer.
<7> The method for producing a thin film transistor according to <6>, further comprising a step of removing the organic monomolecular film on the source electrode and the drain electrode after forming the protective layer.
<8> The method for producing a thin film transistor according to <6> or <7>, wherein the temperature of the heat treatment is 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
<9> The method for producing a thin film transistor according to any one of <5> to <8>, wherein the organic monomolecular film is formed using an organosilane compound.
<10> The method for producing a thin film transistor according to any one of <5> to <9>, wherein an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn is used as a constituent material of the oxide semiconductor.

本発明によれば、水によるTFT特性の不安定性を改善し、且つTFTの初期特性を向上させることが可能な薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor that can improve instability of TFT characteristics due to water and can improve the initial characteristics of the TFT.

本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でトップコンタクト型の一例を示す模式図である。It is a thin film transistor which concerns on embodiment of this invention, Comprising: It is a schematic diagram which shows an example of a top contact type | mold with a reverse stagger structure. 本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でボトムコンタクト型の一例を示す模式図である。It is a thin film transistor which concerns on embodiment of this invention, Comprising: It is a schematic diagram which shows an example of a bottom contact type | mold with an inverted staggered structure. 本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でトップコンタクト型の別の例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of a top contact type with an inverted stagger structure, which is a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るTFTの製造方法の一例を示す図であり、具体的には図3に示すTFTの製造方法に係る工程図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of TFT which concerns on embodiment of this invention, and is specifically process drawing concerning the manufacturing method of TFT shown in FIG. 図3に示すTFTにおいて、ソース・ドレイン電極から配線を引き出す方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a method of drawing wiring from source / drain electrodes in the TFT shown in FIG. 3. TFT2、比較TFT1、比較TFT3及び比較TFT4におけるTFT初期特性(Vg−Id特性)の測定結果を示し、同じベーク温度でのTFT初期特性を比較可能とした図である。It is a figure which showed the measurement result of the TFT initial characteristic (Vg-Id characteristic) in TFT2, comparative TFT1, comparative TFT3, and comparative TFT4, and was able to compare the TFT initial characteristic in the same baking temperature. TFT1及びTFT2におけるTFT初期特性(Vg−Id特性)の測定結果を示し、ベーク温度によるTFT初期特性の変化を確認可能とした図である。It is a figure which showed the measurement result of the TFT initial characteristic (Vg-Id characteristic) in TFT1 and TFT2, and was able to confirm the change of the TFT initial characteristic by baking temperature.

以下、本発明の薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法の一の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、実質的に同様の機能を有するものには、全図面を通して同じ符号を付して説明し、場合によってはその説明を省略することがある。   Hereinafter, an embodiment of a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that components having substantially the same functions are described with the same reference numerals throughout the drawings, and description thereof may be omitted in some cases.

<1.薄膜トランジスタ(TFT)>
本発明の実施形態に係るTFTは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁層、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。
<1. Thin Film Transistor (TFT)>
A TFT according to an embodiment of the present invention includes at least a gate electrode, a gate insulating layer, an active layer, a source electrode, and a drain electrode, applies a voltage to the gate electrode, controls a current flowing through the active layer, and It is an active element having a function of switching a current between the electrode and the drain electrode.

TFTの素子構造としては、ゲート電極の位置に基づいた、いわゆる逆スタガ構造(ボトムゲート型とも呼ばれる)であれば、活性層とソース電極及びドレイン電極(適宜、「ソース・ドレイン電極」という。)との接触部分に基づいた、いわゆるトップコンタクト型、ボトムコンタクト型のいずれの態様であってもよい。   If the TFT element structure is a so-called inverted stagger structure (also referred to as a bottom gate type) based on the position of the gate electrode, the active layer, the source electrode, and the drain electrode (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate). Any of a so-called top contact type and bottom contact type based on the contact portion with the contact point may be used.

なお、ボトムゲート型とは、ゲート絶縁層の下側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁層の上側に活性層が形成された形態である。また、ボトムコンタクト型とは、ソース・ドレイン電極が活性層よりも先に形成されて活性層の下面がソース・ドレイン電極に接触する形態であり、トップコンタクト型とは、活性層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて活性層の上面がソース・ドレイン電極に接触する形態である。   Note that the bottom gate type is a mode in which a gate electrode is disposed below a gate insulating layer and an active layer is formed above the gate insulating layer. The bottom contact type is a mode in which the source / drain electrodes are formed before the active layer and the lower surface of the active layer is in contact with the source / drain electrodes. The top contact type is the type in which the active layer is the source / drain. In this embodiment, the upper surface of the active layer is in contact with the source / drain electrodes.

本発明の実施形態に係るTFTは、前記ソース電極と前記ドレイン電極で覆われていない前記活性層の上面を覆う疎水性を有する有機単分子膜と、前記活性層上の前記有機単分子膜上に形成された保護層と、を有する。
好ましくは、前記保護層は、感光性樹脂から構成されている。
好ましくは、前記有機単分子膜は、有機シラン化合物から構成されている。
好ましくは、前記酸化物半導体がIn、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物である。
A TFT according to an embodiment of the present invention includes a hydrophobic organic monomolecular film covering an upper surface of the active layer that is not covered with the source electrode and the drain electrode, and the organic monomolecular film on the active layer. And a protective layer formed thereon.
Preferably, the protective layer is made of a photosensitive resin.
Preferably, the organic monomolecular film is composed of an organosilane compound.
Preferably, the oxide semiconductor is an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn.

1)構造
次に、図面を用いて、詳細に本発明の実施形態に係るTFTの構造を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でトップコンタクト型の一例を示す模式図である。図1に示すTFT10は、基板12の上にゲート電極14と、ゲート絶縁層16と、活性層18とを順に積層して有し、活性層18の表面上にソース電極20及びドレイン電極22が互いに離間して設置されている。さらに、ソース電極20及びドレイン電極22と接触せず、ソース・ドレイン電極20,22で覆われていない(ソース電極20及びドレイン電極22間の)活性層18上面が疎水性を有する有機単分子膜24と保護層26により順次被覆されている。
1) Structure Next, the structure of the TFT according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a top contact type with an inverted stagger structure, which is a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. The TFT 10 shown in FIG. 1 has a gate electrode 14, a gate insulating layer 16, and an active layer 18 stacked in order on a substrate 12, and a source electrode 20 and a drain electrode 22 are formed on the surface of the active layer 18. They are set apart from each other. Furthermore, the organic monomolecular film whose upper surface of the active layer 18 is not in contact with the source electrode 20 and the drain electrode 22 and is not covered with the source / drain electrodes 20 and 22 (between the source electrode 20 and the drain electrode 22) is hydrophobic. 24 and the protective layer 26 are sequentially covered.

該構成によれば、保護層26を通過した水を、活性層18へ到達する前に疎水性を有する有機単分子膜24により防ぐことができる。特に、保護層26が感光性樹脂からなる場合は、感光性樹脂から出る水をも防ぐことが可能となる。従って、水によるTFT特性の不安定性を改善することができる。
また、特許文献1のような活性層を保護層のみ、又は特許文献2のような有機単分子膜のみで覆う構成の場合、後述する実施例でも示しているように、TFT初期特性(例えばノーマリーオフ特性)を向上させることはできないが、本実施形態の構成によればこのTFT初期特性を大幅に向上させることができる。
特に、閾値電圧に関しては、活性層を保護層のみ又は有機単分子膜のみで覆っても、全く向上(閾値電圧が0V側にシフト)しないにも関らず、有機単分子膜と保護層を組み合わせることで向上可能という顕著な効果を有する。
さらにまた、有機単分子膜には粘着性があるため、保護層と活性層の間に有機単分子膜を挟むことにより保護層と活性層の密着性を向上させることができる。
According to this configuration, water that has passed through the protective layer 26 can be prevented by the organic monomolecular film 24 having hydrophobicity before reaching the active layer 18. In particular, when the protective layer 26 is made of a photosensitive resin, it is possible to prevent water coming out of the photosensitive resin. Therefore, instability of TFT characteristics due to water can be improved.
In the case of a configuration in which the active layer as in Patent Document 1 is covered only with a protective layer or only with an organic monomolecular film as in Patent Document 2, the TFT initial characteristics (for example, no (Mary-off characteristics) cannot be improved, but according to the configuration of this embodiment, the initial TFT characteristics can be greatly improved.
In particular, regarding the threshold voltage, even if the active layer is covered only with the protective layer or only with the organic monomolecular film, the organic monomolecular film and the protective layer are not improved in spite of no improvement (threshold voltage is shifted to 0V side). It has a remarkable effect that it can be improved by combining.
Furthermore, since the organic monomolecular film is sticky, the adhesion between the protective layer and the active layer can be improved by sandwiching the organic monomolecular film between the protective layer and the active layer.

図2は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でボトムコンタクト型の一例を示す模式図である。図2に示すTFT30は、基板32の上にゲート電極34と、ゲート絶縁層36と、を順に積層して有し、ゲート絶縁層36の表面上にソース電極38及びドレイン電極40が互いに離間して設置されている。また、ゲート絶縁層36、ソース電極38及びドレイン電極40上に活性層42を積層して有している。さらに、少なくともソース・ドレイン電極38,40で覆われていない活性層42上面が有機単分子膜44と保護層46により順次被覆されている。   FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a bottom contact type with an inverted stagger structure, which is a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. The TFT 30 shown in FIG. 2 has a gate electrode 34 and a gate insulating layer 36 sequentially stacked on a substrate 32, and the source electrode 38 and the drain electrode 40 are separated from each other on the surface of the gate insulating layer 36. Installed. An active layer 42 is stacked on the gate insulating layer 36, the source electrode 38, and the drain electrode 40. Further, at least the upper surface of the active layer 42 not covered with the source / drain electrodes 38 and 40 is sequentially covered with the organic monomolecular film 44 and the protective layer 46.

該構成によれば、図1に示す構造と同様に、水によるTFT特性の不安定性を改善し、且つTFTの初期特性を向上させることができる。   According to this configuration, as in the structure shown in FIG. 1, the instability of TFT characteristics due to water can be improved, and the initial characteristics of the TFT can be improved.

図3は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタであって、逆スタガ構造でトップコンタクト型の別の例を示す模式図である。図3に示すTFT50は、基板52の上にゲート電極54と、ゲート絶縁層56と、低抵抗層58a及び高抵抗層58bの二層構造からなる活性層58とを順に積層して有し、活性層58の表面上にソース電極60及びドレイン電極62が互いに離間して設置されている。さらに、ソース電極60及びドレイン電極62と接触せず、ソース・ドレイン電極60,62で覆われていない(ソース電極60及びドレイン電極62間の)活性層58上面が有機単分子膜64と保護層66により順次被覆されている。   FIG. 3 is a schematic diagram showing another example of a top contact type with an inverted staggered structure, which is a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. A TFT 50 shown in FIG. 3 has a gate electrode 54, a gate insulating layer 56, and an active layer 58 having a two-layer structure of a low resistance layer 58a and a high resistance layer 58b, which are sequentially stacked on a substrate 52. A source electrode 60 and a drain electrode 62 are spaced apart from each other on the surface of the active layer 58. Furthermore, the upper surface of the active layer 58 that is not in contact with the source electrode 60 and the drain electrode 62 and is not covered with the source / drain electrodes 60 and 62 (between the source electrode 60 and the drain electrode 62) is the organic monomolecular film 64 and the protective layer. 66 are sequentially covered.

該構成によれば、図1に示す構造と同様に、水によるTFT特性の不安定性を改善し、且つTFTの初期特性を向上させることができる。   According to this configuration, as in the structure shown in FIG. 1, the instability of TFT characteristics due to water can be improved, and the initial characteristics of the TFT can be improved.

以下、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの各構成について、符号を省略して具体的に説明するが、該説明は図1〜図3に示すTFT10,30,50の各構成に当てはめることができる。   Hereinafter, the respective configurations of the thin film transistor according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference numerals omitted, but the description can be applied to the respective configurations of the TFTs 10, 30, and 50 shown in FIGS. .

2)基板
本実施形態に用いられる基板は特に限定されることはなく、例えばガラス、YSZ(ジルコニア安定化イットリウム)等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、及びポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れていることが好ましい。
2) Substrate The substrate used in this embodiment is not particularly limited. For example, glass, inorganic materials such as YSZ (zirconia stabilized yttrium), polyester such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polyethylene naphthalate. And organic materials such as polystyrene, polycarbonate, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyimide, polycycloolefin, norbornene resin, and synthetic resin such as poly (chlorotrifluoroethylene). In the case of the said organic material, it is preferable that it is excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, or low hygroscopicity.

本実施形態においては特に可撓性基板が好ましく用いられる。可撓性基板に用いる材料としては、透過率の高い有機プラスティックフィルムが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、又はポリ(クロロトリフルオロエチレン)等のプラスティックフィルムを用いることができる。また、フィルム状プラスティック基板には、絶縁性が不十分な場合は絶縁層、水や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスティック基板の平坦性や電極や絶縁層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えることも好ましい。   In this embodiment, a flexible substrate is particularly preferably used. The material used for the flexible substrate is preferably an organic plastic film having a high transmittance. For example, polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene phthalate, and polyethylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polyethersulfone, polyarylate, polyimide, polycyclo Plastic films such as olefin, norbornene resin, or poly (chlorotrifluoroethylene) can be used. In addition, if the insulation property is insufficient for the film-like plastic substrate, the insulation layer, the gas barrier layer for preventing the transmission of water and oxygen, the flatness of the film-like plastic substrate and the adhesion with the electrode and the insulation layer It is also preferable to provide an undercoat layer or the like for improvement.

ここで、可撓性基板の厚みは、50μm以上500μm以下とすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚みを50μm未満とした場合には、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚みを500μmよりも厚くした場合には、基板自体を自由に曲げることが困難になる、すなわち基板自体の可撓性が乏しくなるためである。   Here, the thickness of the flexible substrate is preferably 50 μm or more and 500 μm or less. This is because it is difficult for the substrate itself to maintain sufficient flatness when the thickness of the flexible substrate is less than 50 μm. Further, when the thickness of the flexible substrate is more than 500 μm, it is difficult to bend the substrate itself freely, that is, the flexibility of the substrate itself is poor.

3)ゲート電極
ゲート電極としては、例えば、Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等の金属、Al−Nd、Ag−Pd−Cu等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が好適に挙げられる。
ゲート電極の厚みは、好ましくは、10nm以上1000nm以下である。より好ましくは、20nm以上500nm以下、さらに好ましくは、40nm以上100nm以下である。
3) Gate electrode Examples of the gate electrode include metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, and Ag, alloys such as Al—Nd and Ag—Pd—Cu, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, Preferable examples include metal oxide conductive films such as indium tin oxide (ITO) and zinc indium oxide (IZO), organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, or mixtures thereof.
The thickness of the gate electrode is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less. More preferably, they are 20 nm or more and 500 nm or less, More preferably, they are 40 nm or more and 100 nm or less.

4)ゲート絶縁層
ゲート絶縁層としては、SiO、SiN、SiON、Al、Y、Ta、又はHfO等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁層として用いることができる。
4) As the gate insulating layer gate insulating layer, SiO 2, SiN x, SiON , Al 2 O 3, Y 2 O 3, Ta 2 O 5, or at least two insulator such as HfO 2, or a compound thereof The mixed crystal compound containing the above is used. A polymer insulator such as polyimide can also be used as the gate insulating layer.

ゲート絶縁層の膜厚としては、好ましくは、10nm以上1000nm以下である。より好ましくは、50nm以上500nm以下、さらに好ましくは、100nm以上200nm以下である。ゲート絶縁層はリーク電流を減らし、電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁層の膜厚を厚くすると、TFTの駆動電圧の上昇を招く結果となる。その為、ゲート絶縁層の膜厚は無機絶縁体だと50nm〜1000nm、高分子絶縁体だと0.5μm〜5μmで用いられることが、より好ましい。特に、HfOのような高誘電率絶縁体をゲート絶縁層に用いると、膜厚を厚くしても、低電圧でのTFT駆動が可能であるので、特に好ましい。 The thickness of the gate insulating layer is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less. More preferably, they are 50 nm or more and 500 nm or less, More preferably, they are 100 nm or more and 200 nm or less. The gate insulating layer needs to be thick to some extent in order to reduce leakage current and increase voltage resistance. However, increasing the thickness of the gate insulating layer results in an increase in the driving voltage of the TFT. Therefore, it is more preferable that the film thickness of the gate insulating layer is 50 nm to 1000 nm for an inorganic insulator and 0.5 μm to 5 μm for a polymer insulator. In particular, it is particularly preferable to use a high dielectric constant insulator such as HfO 2 for the gate insulating layer because the TFT can be driven at a low voltage even if the film thickness is increased.

5)活性層
<素材>
活性層としては、酸化物半導体が用いられ、好ましくは、アモルファス酸化物半導体が用いられる。活性層を酸化物半導体により形成すれば、アモルファスシリコンの活性層に比べて電荷の移動度がはるかに高く、低電圧で駆動させることができる。また、酸化物半導体を用いれば、通常、シリコンよりも光透過性が高い活性層を形成することができる。また、酸化物半導体、特にアモルファス酸化物半導体は、低温(例えば室温)で均一に成膜が可能であるため、プラスティックのような可撓性のある樹脂基板2を用いるときに特に有利となる。
5) Active layer <Material>
As the active layer, an oxide semiconductor is used, and an amorphous oxide semiconductor is preferably used. When the active layer is formed of an oxide semiconductor, the charge mobility is much higher than that of the amorphous silicon active layer, and the active layer can be driven at a low voltage. In addition, when an oxide semiconductor is used, an active layer having a light transmittance higher than that of silicon can be generally formed. An oxide semiconductor, particularly an amorphous oxide semiconductor, can be uniformly formed at a low temperature (for example, room temperature), and thus is particularly advantageous when a flexible resin substrate 2 such as a plastic is used.

酸化物半導体としては、従来公知のものが包含され、例えばIn,Ti,Nb,Sn,Zn,Gd,Cd,Zr,Y,La,Ta等の遷移金属の酸化物の他、SrTiO3,CaTiO3,ZnO・Rh,CuGaO,SrCu等の酸化物等が挙げられる。
このように、活性層に用いられる酸化物半導体は、特に限定されることはないが、In、Sn、Zn、Ga及びCdのうち少なくとも1種を含む酸化物が好ましく、In、Sn、Zn及びGaのうち少なくとも1種を含む酸化物がより好ましく、In、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物(例えばIn−O系)がさらに好ましい。
特に、In、Ga及びZnのうちの少なくとも2種を含む酸化物(例えばIn−Zn−O系、In−Ga−O系、Ga−Zn−O系)が好ましく、In、Ga及びZnを全て含む酸化物がより好ましい。In−Ga−Zn−O系酸化物半導体としては、結晶状態における組成がInGaO(ZnO)(mは6未満の自然数)で表される酸化物半導体が好ましく、特に、InGaZnOがより好ましい。この組成の酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。
ただし、IGZOの組成比は、厳密にIn:Ga:Zn=1:1:1となる必要はない。また、活性層は、上記のような酸化物半導体を主成分として含有していれば良く、その他に不純物等を含有していても良い。ここで、「主成分」とは、活性層を構成する構成成分のうち、最も多く含有される成分を表す
Conventionally known oxide semiconductors are included as oxide semiconductors. For example, oxides of transition metals such as In, Ti, Nb, Sn, Zn, Gd, Cd, Zr, Y, La, Ta, SrTiO 3 , and CaTiO. 3 , oxides such as ZnO.Rh 2 O 3 , CuGaO 2 , and SrCu 2 O 2 .
As described above, the oxide semiconductor used for the active layer is not particularly limited, but an oxide containing at least one of In, Sn, Zn, Ga, and Cd is preferable, and In, Sn, Zn, and An oxide containing at least one of Ga is more preferable, and an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn (for example, an In—O system) is more preferable.
In particular, an oxide containing at least two of In, Ga, and Zn (eg, an In—Zn—O system, an In—Ga—O system, and a Ga—Zn—O system) is preferable, and all of In, Ga, and Zn are used. The oxide containing is more preferable. As the In—Ga—Zn—O-based oxide semiconductor, an oxide semiconductor whose composition in a crystal state is represented by InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number less than 6) is preferable, and InGaZnO 4 is particularly preferable. . As a feature of the oxide semiconductor having this composition, the electron mobility tends to increase as the electrical conductivity increases.
However, the composition ratio of IGZO does not have to be strictly In: Ga: Zn = 1: 1: 1. Moreover, the active layer should just contain the above oxide semiconductors as a main component, and may contain impurities other than that. Here, the “main component” represents the most abundant component among the components constituting the active layer.

<電気伝導度>
ここで電気伝導度とは、物質の電気伝導のしやすさを表す物性値であり、物質のキャリア濃度n、キャリア移動度μとすると物質の電気伝導度σは以下の式で表される。
σ=neμ
活性層がn型半導体である時はキャリアは電子であり、キャリア濃度とは電子キャリア濃度を、キャリア移動度とは電子移動度を示す。同様に活性層がp型半導体ではキャリアは正孔であり、キャリア濃度とは、正孔キャリア濃度を、キャリア移動度とは正孔移動度を示す。尚、物質のキャリア濃度とキャリア移動度とは、ホール測定により求めることができる。
電気伝導度は、厚みが分かっている膜のシート抵抗を測定することにより、膜の電気伝導度を求めることができる。半導体の電気伝導度は温度により変化するが、本願明細書における電気伝導度は、室温(20℃)での電気伝導度を示す。
<Electrical conductivity>
Here, the electric conductivity is a physical property value indicating the ease of electric conduction of the substance. When the carrier concentration n of the substance and the carrier mobility μ are given, the electric conductivity σ of the substance is expressed by the following formula.
σ = neμ
When the active layer is an n-type semiconductor, the carriers are electrons, the carrier concentration indicates the electron carrier concentration, and the carrier mobility indicates the electron mobility. Similarly, when the active layer is a p-type semiconductor, the carrier is a hole, the carrier concentration indicates the hole carrier concentration, and the carrier mobility indicates the hole mobility. The carrier concentration and carrier mobility of the substance can be obtained by Hall measurement.
The electrical conductivity can be obtained by measuring the sheet resistance of a film whose thickness is known. Although the electrical conductivity of a semiconductor changes with temperature, the electrical conductivity in this specification indicates the electrical conductivity at room temperature (20 ° C.).

活性層の電気伝導度は、活性層のドレイン電極及びソース電極近傍よりゲート絶縁層近傍において高くすることが好ましい。より好ましくは、ゲート絶縁層近傍の電気伝導度のドレイン電極及びソース電極近傍の電気伝導度に対する比率(ゲート絶縁層近傍の電気伝導度/ドレイン電極及びソース電極近傍の電気伝導度)が、好ましくは、10以上1010以下であり、より好ましくは、10以上10以下である。好ましくは、活性層のゲート絶縁層界面近傍の電気伝導度が10−4Scm−1以上10Scm−1未満であり、より好ましくは10−1Scm−1以上10Scm−1未満である。 The electrical conductivity of the active layer is preferably higher in the vicinity of the gate insulating layer than in the vicinity of the drain electrode and the source electrode of the active layer. More preferably, the ratio of the electrical conductivity in the vicinity of the gate insulating layer to the electrical conductivity in the vicinity of the drain electrode and the source electrode (the electrical conductivity in the vicinity of the gate insulating layer / the electrical conductivity in the vicinity of the drain electrode and the source electrode) is preferably 10 1 or more and 10 10 or less, more preferably 10 2 or more and 10 8 or less. Preferably, the electrical conductivity in the vicinity of the interface of the gate insulating layer of the active layer is 10 −4 Scm −1 or more and less than 10 2 Scm −1 , more preferably 10 −1 Scm −1 or more and less than 10 2 Scm −1. .

活性層の層構造は、2層以上から構成されていても良く、例えば、図3に示すように活性層58が低抵抗層58aと高抵抗層58bより形成され、低抵抗層58aがゲート絶縁層56と接し、高抵抗層58bがソース電極60及びドレイン電極62の少なくとも一方と電気的に接していることが好ましい。また、より好ましくは、低抵抗層58aの電気伝導度の高抵抗層58bの電気伝導度に対する比率(低抵抗層58aの電気伝導度/高抵抗層58bの電気伝導度)が、10以上1010以下であり、さらに好ましくは、10以上10以下である。
また、好ましくは、低抵抗層58aの電気伝導度が10−4Scm−1以上10Scm−1未満であり、より好ましくは10−1Scm−1以上10Scm−1未満である。高抵抗層58bの電気伝導度は、好ましくは10−1Scm−1以下、より好ましくは10−9Scm−1以上10−3Scm−1以下である。
The layer structure of the active layer may be composed of two or more layers. For example, as shown in FIG. 3, the active layer 58 is formed of a low resistance layer 58a and a high resistance layer 58b, and the low resistance layer 58a is gate-insulated. The high resistance layer 58 b is preferably in contact with at least one of the source electrode 60 and the drain electrode 62 in contact with the layer 56. More preferably, the ratio of the electrical conductivity of the low resistance layer 58a to the electrical conductivity of the high resistance layer 58b (the electrical conductivity of the low resistance layer 58a / the electrical conductivity of the high resistance layer 58b) is 10 1 or more and 10 10 or less, still more preferably 10 2 to 10 8.
The electrical conductivity of the low resistance layer 58a is preferably 10 −4 Scm −1 or more and less than 10 2 Scm −1 , more preferably 10 −1 Scm −1 or more and less than 10 2 Scm −1 . The electrical conductivity of the high resistance layer 58b is preferably 10 −1 Scm −1 or less, more preferably 10 −9 Scm −1 or more and 10 −3 Scm −1 or less.

上記のようなIGZO等の酸化物半導体により2層構造の活性層を形成すれば、移動度が10cm/(V・秒)以上の高い移動度のTFTで、ON/OFF比が10以上のトランジスタ特性を実現でき、一層低電圧化を図ることができる。 When an active layer having a two-layer structure is formed using an oxide semiconductor such as IGZO as described above, a TFT having a high mobility of 10 cm 2 / (V · sec) or more and an ON / OFF ratio of 10 6 or more. The transistor characteristics can be realized, and the voltage can be further reduced.

活性層は、上述のように活性層のドレイン電極及びソース電極近傍よりゲート絶縁層近傍において電気伝導度がより大きくなるように調整することが好ましい。活性層を酸化物半導体で形成する場合、電気伝導度の調整手段として下記の手段を挙げることが出来る。   As described above, the active layer is preferably adjusted so that the electric conductivity is larger in the vicinity of the gate insulating layer than in the vicinity of the drain electrode and the source electrode of the active layer. In the case where the active layer is formed of an oxide semiconductor, the following means can be given as means for adjusting electric conductivity.

(1)酸素欠陥による調整
酸化物半導体において、酸素欠陥ができると、キャリア電子が発生し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体の電気伝導度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に100℃以上の熱処理、酸素プラズマ、UVオゾン処理などがある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体の電気伝導度の制御を行うことができる。
(1) Adjustment by oxygen defect It is known that when an oxygen defect is formed in an oxide semiconductor, carrier electrons are generated and electric conductivity is increased. Therefore, the electric conductivity of the oxide semiconductor can be controlled by adjusting the amount of oxygen defects. Specific methods for controlling the amount of oxygen defects include oxygen partial pressure during film formation, oxygen concentration and treatment time during post-treatment after film formation, and the like. Specific examples of post-treatment include heat treatment at 100 ° C. or higher, oxygen plasma, UV ozone treatment, and the like. Among these methods, a method of controlling the oxygen partial pressure during film formation is preferable from the viewpoint of productivity. By adjusting the oxygen partial pressure during film formation, the electrical conductivity of the oxide semiconductor can be controlled.

(2)組成比による調整
酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、電気伝導度を変化させることもできる。例えば、InGaZn1−XMgにおいて、Mgの比率が増えていくと、電気伝導度が小さくなる。また、(In1−X(ZnO)の酸化物系において、Zn/In比が10%以上では、Zn比率が増加するにつれ、電気伝導度が小さくなることが報告されている(「透明導電膜の新展開II」、シーエムシー出版、34頁−35頁)。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる方法が挙げられる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
(2) Adjustment by composition ratio Electrical conductivity can be changed by changing the metal composition ratio of the oxide semiconductor. For example, in InGaZn 1-X Mg X O 4 , the electrical conductivity decreases as the Mg ratio increases. In addition, in the oxide system of (In 2 O 3 ) 1-X (ZnO) X , it is reported that when the Zn / In ratio is 10% or more, the electrical conductivity decreases as the Zn ratio increases. ("New development of transparent conductive film II", CMC Publishing, pages 34-35). As a specific method for changing these composition ratios, for example, in a film formation method by sputtering, a method using targets having different composition ratios may be mentioned. Alternatively, it is possible to change the composition ratio of the film by co-sputtering with a multi-target and adjusting the sputtering rate individually.

(3)不純物による調整
酸化物半導体に、Li,Na,Mn,Ni,Pd,Cu,Cd,C,N,P等の元素を不純物として添加することにより、電子キャリア濃度を減少させること、つまり電気伝導度を小さくすることが可能である。
不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着により行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法により行う等がある。
(3) Adjustment by impurities By adding an element such as Li, Na, Mn, Ni, Pd, Cu, Cd, C, N, or P to an oxide semiconductor as an impurity, the electron carrier concentration is reduced. It is possible to reduce the electrical conductivity.
As a method for adding an impurity, an oxide semiconductor and an impurity element are co-evaporated, an ion of the impurity element is added to the formed oxide semiconductor film by an ion doping method, or the like.

(4)酸化物半導体材料による調整
上記(1)〜(3)においては、同一酸化物半導体系での電気伝導度の調整方法を述べたが、もちろん酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度を変えることができる。例えば、一般的にSnO系酸化物半導体は、In系酸化物半導体に比べて電気伝導度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度の調整が可能である。
(4) Adjustment by oxide semiconductor material In the above (1) to (3), the method for adjusting the electric conductivity in the same oxide semiconductor system has been described. Of course, the electric conductivity can be changed by changing the oxide semiconductor material. You can change the degree. For example, it is generally known that a SnO 2 oxide semiconductor has a lower electrical conductivity than an In 2 O 3 oxide semiconductor. By changing the oxide semiconductor material in this manner, the electric conductivity can be adjusted.

<活性層の膜厚>
活性層の厚みは、好ましくは、1nm以上100nm以下であり、より好ましくは、2.5nm以上50nm以下である。
活性層が低抵抗層と高抵抗層の2層構造からなる場合、低抵抗層の厚みは、好ましくは、0.1nm以上100nmであり、より好ましくは1nm以上50nmであり、さらに好ましくは2nm以上10nm以下である。また、高抵抗層の厚みは、好ましくは、1nm以上100nm以下であり、好ましくは5nm以上50nm以下であり、さらに好ましくは10nm以上20nm以下である。
この活性層の膜厚は、作製した素子断面のHRTEM(High Resolution TEM)写真撮影により測定することができる。
<Thickness of active layer>
The thickness of the active layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 2.5 nm or more and 50 nm or less.
When the active layer has a two-layer structure of a low resistance layer and a high resistance layer, the thickness of the low resistance layer is preferably 0.1 nm or more and 100 nm, more preferably 1 nm or more and 50 nm, and still more preferably 2 nm or more. 10 nm or less. The thickness of the high resistance layer is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, preferably 5 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 20 nm or less.
The film thickness of the active layer can be measured by HRTEM (High Resolution TEM) photography of the fabricated device cross section.

6)ソース電極及びドレイン電極
ソース電極及びドレイン電極材料としては、例えば、Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、及びAg等の金属、Al−Nd、APC等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、及びポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。特に好ましくは、IZOである。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、好ましくは、10nm以上1000nm以下である。より好ましくは、20nm以上500nm以下、さらに好ましくは、40nm以上100nm以下である。
6) Source electrode and drain electrode Examples of source electrode and drain electrode materials include metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, and Ag, alloys such as Al-Nd and APC, tin oxide, and zinc oxide. Preferable examples include metal oxide conductive films such as indium oxide, indium tin oxide (ITO), and zinc indium oxide (IZO), organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, or a mixture thereof. Particularly preferred is IZO.
The thickness of the source electrode and the drain electrode is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less. More preferably, they are 20 nm or more and 500 nm or less, More preferably, they are 40 nm or more and 100 nm or less.

7)有機単分子膜
<素材>
本実施形態の有機単分子膜は、化学吸着或いは物理吸着により活性層表面を被覆することのでき、疎水性を有しているものであればよく、例えば、アルキルチオール類(例えばオクチルチオール)、アリールチオール類(例えばペンタフルオロフェニルチオール)、また界面活性剤(アニオン活性剤、カチオン活性剤、ノニオン活性剤)等の化学吸着物質等を用いることができるが、本実施形態においては、有機シラン化合物が好ましい。
7) Organic monolayer <Material>
The organic monomolecular film of the present embodiment may be one that can coat the surface of the active layer by chemical adsorption or physical adsorption and has hydrophobicity. For example, alkylthiols (for example, octylthiol), Chemical adsorption materials such as aryl thiols (for example, pentafluorophenyl thiol) and surfactants (anionic activators, cationic activators, nonionic activators) can be used. In this embodiment, organosilane compounds are used. Is preferred.

なお、「単分子膜」とは、「自己組織化単分子膜」の意味であり、例えば、有機シラン化合物と活性層表面を接触させることで形成させることができる。「自己組織化単分子膜」とは、活性層表面の構成原子(例えば前記水酸基)と結合可能な官能基を有する化合物(例えば、有機分子中にトリクロロシリル基等を有する有機シラン化合物)を、気体又は液体の状態で活性層表面と共存させることにより、官能基が活性層表面の構成原子と吸着乃至結合して、直鎖分子を外側に向けて形成された緻密で粘着性のある単分子膜である。この単分子膜は、化合物の活性層表面に対する自発的な化学吸着によって形成されることから、自己組織化単分子膜(SAM膜)と称される。   The “monomolecular film” means “self-assembled monomolecular film” and can be formed, for example, by bringing an organosilane compound into contact with the active layer surface. “Self-assembled monolayer” refers to a compound having a functional group capable of binding to a constituent atom (for example, the hydroxyl group) on the surface of the active layer (for example, an organic silane compound having a trichlorosilyl group or the like in an organic molecule) A dense and sticky single molecule formed with the functional group adsorbed or bonded to the constituent atoms on the surface of the active layer by coexisting with the surface of the active layer in the state of gas or liquid, and the linear molecule facing outward It is a membrane. Since this monomolecular film is formed by spontaneous chemical adsorption of the compound on the active layer surface, it is called a self-assembled monomolecular film (SAM film).

また、「疎水性を有する」とは、具体的には、有機単分子膜内に、メチル基、エチル基などのアルキル基やフェニル基等の疎水基を有するものを指す。   The term “having hydrophobicity” specifically refers to an organic monomolecular film having an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group or a hydrophobic group such as a phenyl group.

有機シラン化合物としては従って、活性層表面と結合可能な官能基を有する化合物であり、所謂シランカップリング剤が好ましい。   Therefore, the organic silane compound is a compound having a functional group capable of binding to the active layer surface, and a so-called silane coupling agent is preferable.

これらの有機シラン化合物としてはシランカップリング剤が好ましく、アルキルシラン、アルキルジシラザン類からなるシランカップリング剤が好ましい。これらのシランカップリング剤は、末端のアルキル基のほかハロゲノシラン、アルコキシシラン等の活性層表面の水酸基等と反応性を有する基が置換されており、活性層表面に化学的に結合してSAM膜を形成する。   As these organic silane compounds, silane coupling agents are preferable, and silane coupling agents composed of alkylsilanes and alkyldisilazanes are preferable. In these silane coupling agents, groups having reactivity with the surface of the active layer such as halogenosilane and alkoxysilane as well as the terminal alkyl group are substituted, and chemically bonded to the surface of the active layer, the SAM A film is formed.

これらアルキルシラン、アルキルジシラザン類の例としては、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン等、また、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ジメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、イソプロピルトリクロロシラン、イソプロピルトリクロロシラン、ブチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、トリメチルクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン等、更にアルキルジシラザン類としてはヘキサメチルジシラザン等の化合物が挙げられる。   Examples of these alkylsilanes and alkyldisilazanes include methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane, butyltrimethoxysilane, and octyltriethoxy. Silane, octadecyltriethoxysilane, trimethylethoxysilane, etc., methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, dimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, isopropyltrichlorosilane, isopropyltrichlorosilane, butyltrichlorosilane, octyltrichlorosilane, trimethylchlorosilane, octadecyltri Chlorosilane and other alkyldisilazane compounds such as hexamethyldisilazane And the like.

具体的には、信越化学社製のケイ素化合物試薬、または米国のGelest,Inc.Metal−Organics for Material&Polyer Technology、チッソ社製SILICON CHEMICALS等の化合物カタログに記載されているものの中からアルキルシラン、アルキルジシラザン類を選択して用いればよい。   Specifically, a silicon compound reagent manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., or Gelest, Inc. of the United States. Alkylsilanes and alkyldisilazanes may be selected from those described in compound catalogs such as Metal-Organics for Material & Polymer Technology, Chisso SILICON CHEMICALS, and the like.

特にオクチルトリエトキシシラン(OTES)、オクチルトリクロロシラン(OTS)、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)が好ましい疎水化処理剤である。なお、例えばHMDS(ヘキサメチルジシラザン)は、(CH33SiNHSi(CH33の構造式を有する化合物であり、一般的には、クロロトリメチルシランにアンモニアを作用させて得ることが出来る無色の液体である。 In particular, octyltriethoxysilane (OTES), octyltrichlorosilane (OTS), and hexamethyldisilazane (HMDS) are preferable hydrophobizing agents. For example, HMDS (hexamethyldisilazane) is a compound having the structural formula of (CH 3 ) 3 SiNHSi (CH 3 ) 3 and can be generally obtained by allowing ammonia to act on chlorotrimethylsilane. It is a colorless liquid.

<有機単分子膜の厚膜>
有機単分子膜の厚みは、構成する高分子にもよるが、通常0.1nm以上100nm程度であり、例えば1nm付近である。
この有機単分子膜の膜厚は、作製した素子断面のHRTEM(High Resolution TEM)写真撮影により測定することができる。
<Thick film of organic monolayer>
The thickness of the organic monomolecular film is usually about 0.1 nm or more and about 100 nm, for example, around 1 nm, although it depends on the constituting polymer.
The film thickness of the organic monomolecular film can be measured by HRTEM (High Resolution TEM) photography of the cross section of the produced element.

8)保護層
保護層を構成する材料としては、SiO、SiO、MgO、Al、GeO、NiO、CaO、BaO、ZnO、SrO、Fe、Y、ZrO、CeO、LiO、NaO、KO、RbO、Sc、La、Nd、Sm、Gd、Dy、Er、Yb、Ta、Nb、HfOGa、In又はTiO等の金属酸化物、SiN、SiN等の金属窒化物、MgF、LiF、AlF、又はCaF等の金属フッ化物等の無機材料が挙げられる。また、ポリイミド、アクリル樹脂などの有機材料を用いることもできる。
そして、保護層を構成する材料として好ましくは、樹脂素材が用いられ、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等を用いることができるものであり、より好ましくは、感光性樹脂もしくは熱硬化性樹脂であり、リソグラフィー法によりパターニング可能な樹脂である。
As the material constituting the 8) protective layer protective layer, SiO 2, SiO, MgO, Al 2 O 3, GeO, NiO, CaO, BaO, ZnO, SrO, Fe 2 O 3, Y 2 O 3, ZrO 2, CeO 2, Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Sc 2 O 3, La 2 O 3, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Gd 2 O 3, Dy 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3 , Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, HfO 2 Ga 2 O 3, in 2 O 3 or TiO metal oxide such as 2, SiN x, metal nitrides such as SiN x O y And inorganic materials such as metal fluorides such as MgF 2 , LiF, AlF 3 , or CaF 2 . Moreover, organic materials, such as a polyimide and an acrylic resin, can also be used.
And preferably, a resin material is used as a material constituting the protective layer, and an acrylic resin, an epoxy resin, a fluorine resin, a silicon resin, a rubber resin, an ester resin, or the like can be used. More preferably, it is a photosensitive resin or a thermosetting resin, and is a resin that can be patterned by a lithography method.

保護層の厚みは、1μm以上1mm以下が好ましい。更に好ましくは5μm以上100μm以下であり、最も好ましくは10μm以上50μm以下である。   The thickness of the protective layer is preferably 1 μm or more and 1 mm or less. More preferably, they are 5 micrometers or more and 100 micrometers or less, Most preferably, they are 10 micrometers or more and 50 micrometers or less.

<2.薄膜トランジスタ(TFT)の製造方法>
次に、本発明の実施形態に係るTFTの製造方法について説明する。
本発明の実施形態に係るTFTの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる活性層、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、少なくとも前記活性層上に、疎水性を有する有機単分子膜を形成する工程と、前記活性層上に形成された前記有機単分子膜上に保護層を形成する工程と、前記保護層を形成した後、熱処理する工程と、を有する。
<2. Manufacturing Method of Thin Film Transistor (TFT)>
Next, a method for manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention will be described.
A method of manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating layer so as to cover the gate electrode, and an oxide semiconductor on the gate insulating layer. A step of forming an active layer, a source electrode and a drain electrode, a step of forming an organic monomolecular film having hydrophobicity on at least the active layer, and the organic monomolecular film formed on the active layer A step of forming a protective layer thereon, and a step of heat-treating after forming the protective layer.

好ましくは、前記保護層の構成材料として、感光性樹脂を用いる。
好ましくは、前記保護層を形成した後、前記ソース電極及びドレイン電極上の有機単分子膜を除去する工程を有する。
好ましくは、前記熱処理の温度は、100℃以上200℃以下である。
好ましくは、前記有機単分子膜を、有機シラン化合物を用いて形成する。
好ましくは、前記酸化物半導体の構成材料として、In、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物を用いる。
Preferably, a photosensitive resin is used as a constituent material of the protective layer.
Preferably, the method includes a step of removing the organic monomolecular film on the source electrode and the drain electrode after forming the protective layer.
Preferably, the temperature of the heat treatment is 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
Preferably, the organic monomolecular film is formed using an organosilane compound.
Preferably, an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn is used as a constituent material of the oxide semiconductor.

次に、図面を用いて、詳細に本発明の実施形態に係るTFTの製造方法を説明する。
図4は、本発明の実施形態に係るTFTの製造方法の一例を示す図であり、具体的には図3に示すTFT50の製造方法に係る工程図である。なお、図1に示すTFT10や図2に示すTFT30の製造方法の説明は省略するが、以下と同様に製造することができる。
Next, a method for manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a manufacturing method of the TFT according to the embodiment of the present invention, specifically, a process chart related to the manufacturing method of the TFT 50 shown in FIG. Although description of the manufacturing method of the TFT 10 shown in FIG. 1 and the TFT 30 shown in FIG. 2 is omitted, it can be manufactured in the same manner as described below.

9)ゲート電極の形成
まず、基板52上にゲート電極54を形成する(図4(A))。このゲート電極54の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って基板52上に形成することができる。例えば、ITOを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またゲート電極54の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
成膜後、フォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。このとき、ゲート電極54及びゲート配線(不図示)を同時にパターニングすることが好ましい。
また、形成すべきゲート電極54のパターンに応じた開口部を有するメタルマスク(シャドウマスク)を介して成膜とともにパターニングを行ってもよい。
9) Formation of Gate Electrode First, the gate electrode 54 is formed on the substrate 52 (FIG. 4A). The film formation method of the gate electrode 54 is not particularly limited, and is a wet method such as a printing method and a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and an ion plating method, CVD, and plasma CVD. It can be formed on the substrate 52 in accordance with a method appropriately selected in consideration of suitability with the material from among chemical methods such as methods. For example, when ITO is selected, it can be performed according to a direct current or high frequency sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, or the like. Further, when an organic conductive compound is selected as the material of the gate electrode 54, it can be performed according to a wet film forming method.
After film formation, patterning is performed into a predetermined shape by photolithography. At this time, it is preferable to pattern the gate electrode 54 and the gate wiring (not shown) at the same time.
Further, patterning may be performed together with film formation through a metal mask (shadow mask) having an opening corresponding to the pattern of the gate electrode 54 to be formed.

10)ゲート絶縁層の形成
基板52上にゲート電極54を形成した後、ゲート電極54を覆うゲート絶縁層56を形成する(図4(B))。ゲート絶縁層56は、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式などの中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜し、必要に応じてフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。
10) Formation of Gate Insulating Layer After the gate electrode 54 is formed over the substrate 52, a gate insulating layer 56 that covers the gate electrode 54 is formed (FIG. 4B). The gate insulating layer 56 is a material used from a printing method, a wet method such as a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as a CVD method or a plasma CVD method. The film is formed in accordance with a method selected in consideration of the suitability of the film and patterned into a predetermined shape by a photolithography method as necessary.

11)活性層の形成
次に、ゲート絶縁層56上に低抵抗層58aと高抵抗層58bを順次形成して、活性層58を形成する(図4(C)、図4(D))。
11) Formation of Active Layer Next, the low resistance layer 58a and the high resistance layer 58b are sequentially formed on the gate insulating layer 56 to form the active layer 58 (FIGS. 4C and 4D).

活性層58(低抵抗層58a及び高抵抗層58b)の成膜方法としては、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法(PLD法)が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。例えば、RFマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。
なお、成膜の際、電気伝導度を調整する手段としては、上記(1)〜(4)の方法を単独で用いても良いし、組み合わせても良い。また、成膜後には、適宜エッチング等によるパターニングや熱処理が行われる。
As a method for forming the active layer 58 (the low resistance layer 58a and the high resistance layer 58b), it is preferable to use a vapor phase film formation method with a polycrystalline sintered body of an oxide semiconductor as a target. Among vapor deposition methods, sputtering and pulsed laser deposition (PLD) are suitable. Furthermore, the sputtering method is preferable from the viewpoint of mass productivity. For example, the film is formed by controlling the degree of vacuum and the oxygen flow rate by RF magnetron sputtering deposition.
In addition, as a means for adjusting electrical conductivity during film formation, the above methods (1) to (4) may be used alone or in combination. Further, after film formation, patterning or heat treatment by etching or the like is appropriately performed.

成膜された膜は、周知のX線回折法により結晶状態を確認することができる。また成膜された膜の組成比は、RBS(ラザフォード後方散乱)分析法により求められる。   The formed film can be confirmed in crystal state by a well-known X-ray diffraction method. Further, the composition ratio of the formed film is obtained by RBS (Rutherford backscattering) analysis.

12)ソース・ドレイン電極の形成
活性層58を形成した後、ソース・ドレイン電極60,62を、電極間に隙間を有し、活性層58を介して導通可能となるように形成する(図4(E))。
12) Formation of source / drain electrodes After the active layer 58 is formed, the source / drain electrodes 60, 62 are formed so as to be conductive through the active layer 58 with a gap between the electrodes (FIG. 4). (E)).

ソース・ドレイン電極60,62の形成方法は特に限定されず、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式などの中から材料との適性を考慮して選択した方法に従って成膜すればよい。例えば、ITOを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って成膜することができる。またソース電極・ドレイン電極60,62の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式成膜法に従って行うことができる。   The formation method of the source / drain electrodes 60 and 62 is not particularly limited, and may be a printing method, a wet method such as a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, a CVD method, a plasma CVD method, or the like. A film may be formed according to a method selected from chemical methods and the like in consideration of suitability for the material. For example, when ITO is selected, the film can be formed according to a direct current or high frequency sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, or the like. Further, when an organic conductive compound is selected as the material of the source / drain electrodes 60 and 62, it can be performed according to a wet film forming method.

また、ソース・ドレイン電極60,62のパターニング方法としては、例えば、形成すべきパターンに応じた開口部を有するメタルマスク(シャドウマスク)を介して成膜とともにパターニングする方法、成膜後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によりパターンニングする方法、リフトオフ法によりパターニングする方法などが挙げられる。   The source / drain electrodes 60 and 62 may be patterned by, for example, a method of patterning together with a film through a metal mask (shadow mask) having an opening corresponding to the pattern to be formed, and photolithography after the film formation. Examples thereof include a patterning method by a method and an etching method, and a patterning method by a lift-off method.

13)有機単分子膜の形成
ソース・ドレイン電極60,62を形成した後、少なくとも活性層58上に、疎水性を有する有機単分子膜64を形成する(図4(F))。
有機単分子膜64の形成は、上述した疎水化処理剤を、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法により、また、例えばスピンコート法や種々のコーターを用いた塗布、浸漬法、スプレー法、滴下法、ラングミュア・ブロジェット法等といった各種の溶液プロセスを活性層上に適用して、洗浄、乾燥すればよい。特に、疎水化処理剤の溶液を活性層58に塗布して乾燥する湿式法が好ましい。例えば疎水化処理剤としてのHMDSを活性層上に塗布して、乾燥する(以下、HMDS処理という)。
13) Formation of Organic Monomolecular Film After the source / drain electrodes 60 and 62 are formed, an organic monomolecular film 64 having hydrophobicity is formed at least on the active layer 58 (FIG. 4F).
The organic monomolecular film 64 is formed by applying the above-described hydrophobizing agent to the screen printing method or the inkjet printing method, for example, using a spin coat method or various coaters, a dipping method, a spray method, a dropping method, Various solution processes such as the Langmuir / Blodgett method may be applied to the active layer, followed by washing and drying. In particular, a wet method in which a solution of a hydrophobizing agent is applied to the active layer 58 and dried is preferable. For example, HMDS as a hydrophobizing agent is applied on the active layer and dried (hereinafter referred to as HMDS treatment).

また、疎水化処理剤を含む反応ガスを50〜500℃の範囲で加熱された活性層58上に供給する、熱CVD法や、放電ガス、反応ガスを用い0.01〜100Paの減圧下で行うプラズマCVD法、また、好ましくは93〜104kPaという略大気圧下で行う大気圧プラズマCVD法を用いて活性層58上に形成してもよい。   In addition, a reactive gas containing a hydrophobizing agent is supplied onto the active layer 58 heated in the range of 50 to 500 ° C., under a reduced pressure of 0.01 to 100 Pa using a thermal CVD method, a discharge gas, or a reactive gas. It may be formed on the active layer 58 using a plasma CVD method to be performed, or preferably an atmospheric pressure plasma CVD method to be performed at a substantially atmospheric pressure of 93 to 104 kPa.

なお、疎水化処理剤の塗布後に、乾燥のため通常加熱処理を施すが、常温で乾燥しても良く、後述する保護層66を形成した後に、有機単分子膜64と保護層66をまとめて加熱しても良い。   In addition, after application | coating of a hydrophobization processing agent, although heat processing is normally performed for drying, you may dry at normal temperature, and after forming the protective layer 66 mentioned later, the organic monomolecular film | membrane 64 and the protective layer 66 are put together. You may heat.

<HMDS処理>
以下、有機単分子膜の形成方法として、HMDS処理を一例に挙げて具体的に説明する。なお、HMDS処理剤による有機単分子膜の形成方法としては、以下の方法が用いられるが、これらの方法に限定されるものではない。
すなわち、活性層58上面のHMDS処理は、略密閉された容器内に、HMDS処理剤を入れ、HMDS蒸気に活性層58を接触させた後、容器から取り出して、更に活性層58を加熱して、疎水化処理が完了する。
<HMDS processing>
Hereinafter, HMDS treatment will be described as an example as a method for forming an organic monomolecular film. In addition, although the following method is used as a formation method of the organic monomolecular film by a HMDS processing agent, it is not limited to these methods.
That is, in the HMDS treatment on the upper surface of the active layer 58, the HMDS treatment agent is put in a substantially sealed container, the active layer 58 is brought into contact with the HMDS vapor, then taken out from the container, and the active layer 58 is further heated. The hydrophobic treatment is completed.

前記略密閉とは、HMDS蒸気が自然蒸発して揮散、消失しない閉じた状態をいう。使用できる容器としては、HMDS蒸気により腐食、分解または吸着等の影響が無いものであれば良く、特に限定されるものではないが、ステンレス等を挙げることが出来る。略密閉された容器内には、通常、空気が存在するが、空気以外の他の気体を置換してもよい   The said substantially sealed means the closed state where HMDS vapor | steam evaporates spontaneously and volatilizes and does not lose | disappear. The container that can be used is not particularly limited as long as it is not affected by corrosion, decomposition, adsorption, or the like due to HMDS vapor, and examples thereof include stainless steel. Air is usually present in the substantially sealed container, but other gases other than air may be substituted.

活性層58をHMDS蒸気に接触する温度は、適宜選択できるが、常温におけるHMDS蒸気で該HMDS処理を達成することができる。必要に応じて、HMDSを30℃〜80℃の温度に加温することも可能である。該活性層58をHMDS蒸気に接触させる時間としては、5〜200秒が好ましく、更に、20〜60秒が均一処理の観点から好ましい。   Although the temperature which contacts the active layer 58 with HMDS vapor | steam can be selected suitably, this HMDS process can be achieved with the HMDS vapor | steam in normal temperature. If necessary, HMDS can be heated to a temperature of 30 ° C to 80 ° C. The time for bringing the active layer 58 into contact with the HMDS vapor is preferably 5 to 200 seconds, and more preferably 20 to 60 seconds from the viewpoint of uniform processing.

HMDS処理された活性層58(活性層58を積層した基板52)を加熱する方法としては、通常使用できる方法が適宜選択採用できるが、ホットプレート、コンベクションオーブンまたは遠赤外線照射による加熱が好ましい。さらに、ホットプレートが生産性の観点から好ましい。   As a method of heating the HMDS-treated active layer 58 (the substrate 52 on which the active layer 58 is laminated), a method that can be usually used can be appropriately selected and adopted. However, heating by a hot plate, a convection oven, or far infrared irradiation is preferable. Furthermore, a hot plate is preferable from the viewpoint of productivity.

活性層58のHMDS蒸気との接触後における加熱温度は、水を十分に除去させるという観点から100℃以上であることが好ましい。   The heating temperature after the contact of the active layer 58 with the HMDS vapor is preferably 100 ° C. or higher from the viewpoint of sufficiently removing water.

本実施形態において、HMDS蒸気に接触させるとは、HMDSが活性層58の表面で接して、活性層58の表面とHMDSとの界面で反応が進行可能である状態を意味する。すなわち、HMDS蒸気の雰囲気下に活性層58を放置する方法、HMDSを活性層58に液体または気体の状態で塗布する方法、HMDSの液中に活性層58を浸漬させる方法等が挙げられるが、疎水化処理が可能な状態であれば、特に、これらに限定されるものではない。   In the present embodiment, “contact with HMDS vapor” means that HMDS is in contact with the surface of the active layer 58 and the reaction can proceed at the interface between the surface of the active layer 58 and the HMDS. That is, a method of leaving the active layer 58 in an atmosphere of HMDS vapor, a method of applying HMDS to the active layer 58 in a liquid or gas state, a method of immersing the active layer 58 in a liquid of HMDS, etc. As long as the hydrophobization treatment is possible, the present invention is not particularly limited thereto.

HMDSを活性層58に液体の状態で直接塗布する方法としては、活性層58にHMDSを塗布し、HMDS残液が蒸発した後、上記と同様な方法で処理することもできる。 直接塗布する方法としては、スプレーコーティング、スピンコーティング、スリットコーティングなどがある。   As a method of directly applying HMDS to the active layer 58 in a liquid state, it is possible to apply HMDS to the active layer 58, and after the HMDS residual liquid has evaporated, the HMDS can be processed by the same method as described above. Direct coating methods include spray coating, spin coating, and slit coating.

また、活性層58をHMDSで処理する別の方法としては、活性層58を積層する基板52をホットプレートで加熱しながら、活性層58表面にHMDS蒸気をスプレー等から噴射させ吹き付けることにより疎水化処理することができる。   Further, as another method for treating the active layer 58 with HMDS, the substrate 52 on which the active layer 58 is laminated is heated by a hot plate, and the surface of the active layer 58 is sprayed and sprayed on the surface of the active layer 58 to make it hydrophobic. Can be processed.

更に、活性層58をHMDSで処理する別の方法としては、活性層58を積層した基板52をHMDS中に浸漬させ、引き上げて液が蒸発した後、上記と同様な方法で加熱処理することにより、疎水化処理することができる。   Further, as another method of treating the active layer 58 with HMDS, the substrate 52 on which the active layer 58 is laminated is immersed in HMDS, and after the liquid is evaporated by heating, the heat treatment is performed in the same manner as described above. Can be hydrophobized.

14)保護層の形成
次に、活性層58上に形成された有機単分子膜64上に保護層66を形成する(図4(G)。
14) Formation of protective layer Next, the protective layer 66 is formed on the organic monomolecular film 64 formed on the active layer 58 (FIG. 4G).

保護層66の作製方法は特に限定されることはなく、例えば、樹脂溶液を塗布する方法、樹脂シートを圧着または熱圧着する方法、蒸着やスパッタリング等により乾式重合する方法が挙げられる。   The production method of the protective layer 66 is not particularly limited, and examples thereof include a method of applying a resin solution, a method of pressure bonding or thermocompression bonding of a resin sheet, and a method of dry polymerization by vapor deposition or sputtering.

15)熱処理
最後に、保護層66を形成した後、少なくとも有機単分子膜64及び保護層66から水が蒸発するように熱処理(ベーク)を施す(図4(H))。
15) Heat treatment Finally, after forming the protective layer 66, heat treatment (baking) is performed so that water evaporates at least from the organic monomolecular film 64 and the protective layer 66 (FIG. 4H).

熱処理の温度は、水を十分に蒸発させることができる100℃以上である。また、後述する実施例から120℃、150℃と加熱温度を上げるにつれてTFTの初期特性が向上していることから、温度が高い程好ましいが、保護層66が感光性樹脂からなる場合は、耐熱性の観点から200℃以下であることが好ましい。さらに、基板52がPENフィルム基板である場合は、耐熱性の観点から150℃以下であることが好ましい。   The temperature of heat processing is 100 degreeC or more which can fully evaporate water. Further, from the examples described later, the initial characteristics of the TFT are improved as the heating temperature is increased to 120 ° C. and 150 ° C. Therefore, the higher the temperature, the better. However, when the protective layer 66 is made of a photosensitive resin, It is preferable that it is 200 degrees C or less from a viewpoint of property. Furthermore, when the substrate 52 is a PEN film substrate, the temperature is preferably 150 ° C. or lower from the viewpoint of heat resistance.

以上のような工程を経て、水によるTFT特性の不安定性を改善し、且つTFTの初期特性を向上させることが可能なTFT50を作製することができる。
TFT50を製造した後は、最終製品(表示装置、撮像装置など)に応じてさらに層間絶縁膜、画素電極等を形成すればよい。例えば、有機ELディスプレイを製造する場合は、層間絶縁膜及び画素電極を順次形成した後、少なくとも発光層を含む有機エレクトロルミネッセンス層及びITO、Al等により上部電極(共通電極)を順次形成した後、封止用の樹脂フィルムを貼り付ける。これにより、例えばフレキシブルな有機ELディスプレイを製造することができる。
Through the steps as described above, a TFT 50 that can improve the instability of TFT characteristics due to water and improve the initial characteristics of the TFT can be manufactured.
After the TFT 50 is manufactured, an interlayer insulating film, a pixel electrode, and the like may be further formed according to the final product (display device, imaging device, etc.). For example, when manufacturing an organic EL display, after sequentially forming an interlayer insulating film and a pixel electrode, after forming an upper electrode (common electrode) sequentially with an organic electroluminescence layer including at least a light emitting layer and ITO, Al, etc. A sealing resin film is attached. Thereby, for example, a flexible organic EL display can be manufactured.

なお、最終製品に応じて、ソース・ドレイン電極60、62上面から配線を引き出す場合が生ずる。この場合、ソース・ドレイン電極60、62上面の有機単分子膜64が邪魔となる。ここで、例えば、特許文献2の構成の場合、活性層上にシラン化合物のみからなる保護層を設けているが、シラン化合物のみではその後パターニングはできないため、パターニングするためには、有機単分子膜64の形成が印刷等の方法に限られる。   Depending on the final product, wiring may be drawn from the upper surfaces of the source / drain electrodes 60 and 62. In this case, the organic monomolecular film 64 on the upper surfaces of the source / drain electrodes 60 and 62 becomes an obstacle. Here, for example, in the case of the configuration of Patent Document 2, a protective layer made of only a silane compound is provided on the active layer. However, since patterning cannot be performed thereafter with only the silane compound, an organic monomolecular film is used for patterning. The formation of 64 is limited to a method such as printing.

しかしながら、本実施形態では、有機単分子膜64上に、保護層66、特に感光性樹脂からなる保護層66を形成するため、有機単分子膜64をパターニングすることができるようになる。
図5は、図3に示すTFT50において、ソース・ドレイン電極60、62から配線68を引き出す方法を示す図である。
However, in this embodiment, since the protective layer 66, particularly, the protective layer 66 made of a photosensitive resin is formed on the organic monomolecular film 64, the organic monomolecular film 64 can be patterned.
FIG. 5 is a diagram showing a method of drawing the wiring 68 from the source / drain electrodes 60 and 62 in the TFT 50 shown in FIG.

まず、感光性樹脂からなる保護層66をフォトリソグラフィによってパターニングする(図5(A))。次に、ドライエッチング等でソース・ドレイン電極60、62上の不要な有機単分子膜64を除去する(図5(B))。そして、感光性樹脂はそのまま保護層66として用い、配線68を構成する導電膜を形成した後、パターニングを行う。これによりソース・ドレイン電極60、62と配線68とが確実に電気的に接続され、ソース・ドレイン電極60、62上面及び側面から配線68が引き出される(図5(C))。   First, the protective layer 66 made of a photosensitive resin is patterned by photolithography (FIG. 5A). Next, the unnecessary organic monomolecular film 64 on the source / drain electrodes 60 and 62 is removed by dry etching or the like (FIG. 5B). Then, the photosensitive resin is used as it is as the protective layer 66, and after forming a conductive film constituting the wiring 68, patterning is performed. As a result, the source / drain electrodes 60 and 62 and the wiring 68 are reliably electrically connected, and the wiring 68 is drawn out from the top and side surfaces of the source / drain electrodes 60 and 62 (FIG. 5C).

以下に、本発明に係る薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法について、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the thin film transistor and the method for manufacturing the thin film transistor according to the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

−TFT初期特性の評価−
まず、TFT初期特性の評価のため、以下の実施例1,2及び比較例1〜5によりTFTを作製した。
(実施例1)
実施例1では、図3に示す構成のTFT1を作製した。TFT1の作製方法は以下の通りである。
<ゲート電極>
基板としては、無アルカリガラス板(コーニング社、品番NO.1737)を用いた。
次いで、純水15分→アセトン15分→純水15分の順で超音波洗浄を行なった前記基板上に、RFマグネトロンスパッタ(条件:スパッタガスAr=13sccm、RFパワー380W)により、ゲート電極としてMo薄膜(厚み40nm)を成膜した。ゲート電極(Mo薄膜)のパターニングは、フォトレジスト層の露光、現像により所定のパターンを形成するフォトリソグラフィ法により行なった。
-Evaluation of initial TFT characteristics-
First, in order to evaluate the initial TFT characteristics, TFTs were fabricated according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 5 below.
Example 1
In Example 1, a TFT 1 having the configuration shown in FIG. 3 was produced. The manufacturing method of TFT1 is as follows.
<Gate electrode>
As the substrate, an alkali-free glass plate (Corning, product number NO. 1737) was used.
Next, as a gate electrode by RF magnetron sputtering (conditions: sputtering gas Ar = 13 sccm, RF power 380 W) on the substrate that has been subjected to ultrasonic cleaning in the order of pure water 15 minutes → acetone 15 minutes → pure water 15 minutes. A Mo thin film (thickness 40 nm) was formed. Patterning of the gate electrode (Mo thin film) was performed by a photolithography method in which a predetermined pattern was formed by exposure and development of the photoresist layer.

<ゲート絶縁層>
次に、ゲート電極上に、下記のゲート絶縁層の形成を行なった。
SiOをRFマグネトロンスパッタ法(条件:ターゲットSiO、スパッタガスAr/O=12/2sccm、RFパワー400W)にて200nm形成し、ゲート絶縁層を設けた。ゲート絶縁層のパターニングには、フォトリソグラフィ法により行なった。
<Gate insulation layer>
Next, the following gate insulating layer was formed on the gate electrode.
SiO 2 was formed to 200 nm by RF magnetron sputtering (conditions: target SiO 2 , sputtering gas Ar / O 2 = 12/2 sccm, RF power 400 W), and a gate insulating layer was provided. The patterning of the gate insulating layer was performed by photolithography.

<活性層>
このゲート絶縁層上に、活性層のうちの低抵抗層を形成した。低抵抗層の成膜は、InGaZnOの組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、RFマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ar流量97sccm、O流量2.0sccm、RFパワー200W、全圧0.38Paの条件で行った。低抵抗層の厚みは、50nmであった。
<Active layer>
A low resistance layer of the active layer was formed on the gate insulating layer. The low-resistance layer was formed by RF magnetron sputtering vacuum deposition using a polycrystalline sintered body having a composition of InGaZnO 4 as a target, Ar flow rate 97 sccm, O 2 flow rate 2.0 sccm, RF power 200 W, total pressure 0. The test was performed under the condition of 38 Pa. The thickness of the low resistance layer was 50 nm.

低抵抗層の上に、活性層のうちの高抵抗層を形成した。高抵抗層の成膜は、層表面(厚み方向と直交する面)および側面の全体を覆うようにして、IGZO/Gaについて共スパッタにより行った。具体的には、IGZOスパッタについては、InGaZnOの組成をターゲットとして、Ar流量12sccm、O流量5.0sccm、RFパワー400W、全圧0.4Paの条件とし、酸化ガリウムスパッタについては、RFマグネトロンスパッタ法により、Gaの組成をターゲットとして、Ar流量12sccm、O流量5.0sccm、RFパワー100W、全圧0.4Paの条件とした。そして、成膜時間を調整して目標の成膜厚みを得た。 A high resistance layer of the active layer was formed on the low resistance layer. The high resistance layer was formed by co-sputtering on IGZO / Ga 2 O 3 so as to cover the entire layer surface (surface orthogonal to the thickness direction) and the entire side surface. Specifically, for IGZO sputtering, the composition of InGaZnO 4 is used as a target, Ar flow rate is 12 sccm, O 2 flow rate is 5.0 sccm, RF power is 400 W, and total pressure is 0.4 Pa. For gallium oxide sputtering, RF magnetron is used. By sputtering, the composition of Ga 2 O 3 was used as a target, and Ar flow rate was 12 sccm, O 2 flow rate was 5.0 sccm, RF power was 100 W, and total pressure was 0.4 Pa. The target film thickness was obtained by adjusting the film formation time.

成膜の結果、高抵抗層は、IGZO及びGaを含有する厚み10nmの混合膜と、Gaを含有する厚み10nmの単一膜からなる2層構造となった。パターニングは、フォトリソグラフィ法により行なった。 As a result of the film formation, the high resistance layer has a two-layer structure including a 10 nm thick mixed film containing IGZO and Ga 2 O 3 and a 10 nm thick single film containing Ga 2 O 3 . Patterning was performed by photolithography.

成膜された活性層(低抵抗層及び高抵抗層)は、周知のX線回折法によりアモルファス膜であることが確認された。
<ソース・ドレイン電極>
次いで、抵抗層の上に、RFマグネトロンスパッタ(条件:スパッタガスAr=13sccm、RFパワー380W)により、ソース・ドレイン電極としてMo薄膜(厚み100nm)を成膜した。ゲート電極(Mo薄膜)のパターニングは、フォトリソグラフィ法により行なった。
The formed active layer (low resistance layer and high resistance layer) was confirmed to be an amorphous film by a well-known X-ray diffraction method.
<Source / drain electrodes>
Next, an Mo thin film (thickness: 100 nm) was formed as a source / drain electrode on the resistance layer by RF magnetron sputtering (conditions: sputtering gas Ar = 13 sccm, RF power 380 W). The patterning of the gate electrode (Mo thin film) was performed by photolithography.

<有機単分子膜>
活性層の上に、スピンコート法により、疎水化処理剤としてのHMDSを用い、有機単分子膜(以下、HMDS処理膜という)を形成した。具体的には、ミカサ株式会社の MSA200型のスピンコート装置を用い、回転数を500rpmとして有機単分子膜を塗布した。なお、回転数を1000rpmとしても有機単分子膜を塗布することを確認した。
<Organic monomolecular film>
On the active layer, an organic monomolecular film (hereinafter referred to as HMDS treatment film) was formed by spin coating using HMDS as a hydrophobization treatment agent. Specifically, an organic monomolecular film was applied using a MSA200 type spin coater manufactured by Mikasa Co., Ltd. at a rotation speed of 500 rpm. It was confirmed that the organic monomolecular film was applied even when the rotational speed was 1000 rpm.

<保護層>
有機単分子膜の上に、感光性アクリル樹脂(JSR製PC−405G)の塗布液を塗布した。そして、150℃の温度で10分間ベーク処理を行って厚み1μmの塗布層を作製し、保護層とした。
<Protective layer>
A coating liquid of photosensitive acrylic resin (PC-405G manufactured by JSR) was applied on the organic monomolecular film. And the baking process was performed for 10 minutes at the temperature of 150 degreeC, the 1-micrometer-thick coating layer was produced, and it was set as the protective layer.

以上の製造方法を経て、TFT1を作製した。   TFT1 was produced through the above manufacturing method.

TFT1の構成をまとめると、以下のようになった。
TFT1:glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)/HMDS処理膜/感光性アクリル樹脂(1μm)
The configuration of the TFT 1 is summarized as follows.
TFT1: glass / Mo (40 nm) / SiO 2 (200 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Mo (100 nm) / HMDS treatment film / photosensitive acrylic Resin (1μm)

(実施例2)
実施例2では、図3に示す構成のTFT2を作製した。TFT2の作製方法は、保護層形成後のベーク温度が120℃である以外は、実施例1と同様とした。
(Example 2)
In Example 2, a TFT 2 having the configuration shown in FIG. 3 was produced. The manufacturing method of TFT2 was the same as that of Example 1 except that the baking temperature after forming the protective layer was 120 ° C.

TFT2の構成をまとめると、以下のようになった。
TFT2:glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)/HMDS処理膜/感光性アクリル樹脂(1μm)
The configuration of the TFT 2 is summarized as follows.
TFT2: glass / Mo (40 nm) / SiO 2 (200 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Mo (100 nm) / HMDS treatment film / photosensitive acrylic Resin (1μm)

(比較例1)
比較例1では、図3に示す構成で保護層を有していない比較TFT1を作製した。比較TFT1の作製方法は、保護層を形成せず、HMDS処理膜形成後に120℃で10分間ベーク処理した以外は、実施例1と同様とした。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a comparative TFT 1 having a configuration shown in FIG. The manufacturing method of the comparative TFT 1 was the same as that of Example 1 except that the protective layer was not formed and the HMDS treatment film was formed and baked at 120 ° C. for 10 minutes.

比較TFT1の構成をまとめると、以下のようになった。
比較TFT1:
glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)/HMDS処理膜
The configuration of the comparative TFT 1 is summarized as follows.
Comparison TFT1:
glass / Mo (40nm) / SiO 2 (200nm) / IGZO (50nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10nm) / Ga 2 O 3 (10nm) / Mo (100nm) / HMDS treatment film

(比較例2)
比較例2では、図3に示す構成で有機単分子膜を有していない比較TFT2を作製した。比較TFT2の作製方法は、有機単分子膜を形成せず、保護層形成後に150℃で10分間ベークした以外は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, a comparative TFT 2 having the configuration shown in FIG. 3 and having no organic monomolecular film was produced. The manufacturing method of the comparative TFT 2 was the same as that of Example 1 except that the organic monomolecular film was not formed and the protective layer was formed and baked at 150 ° C. for 10 minutes.

比較TFT2の構成をまとめると、以下のようになった。
比較TFT2:
glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)/感光性アクリル樹脂(1μm)
The configuration of the comparative TFT 2 is summarized as follows.
Comparison TFT2:
glass / Mo (40 nm) / SiO 2 (200 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Mo (100 nm) / photosensitive acrylic resin (1 μm)

(比較例3)
比較例3では、図3に示す構成で有機単分子膜を有していない比較TFT3を作製した。比較TFT3の作製方法は、有機単分子膜を形成せず、保護層形成後に120℃で10分間ベークした以外は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a comparative TFT 3 having the configuration shown in FIG. 3 and having no organic monomolecular film was produced. The manufacturing method of the comparative TFT 3 was the same as that of Example 1 except that the organic monomolecular film was not formed and the protective layer was formed and baked at 120 ° C. for 10 minutes.

比較TFT3の構成をまとめると、以下のようになった。
比較TFT3:
glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)/感光性アクリル樹脂(1μm)
The configuration of the comparative TFT 3 is summarized as follows.
Comparison TFT3:
glass / Mo (40 nm) / SiO 2 (200 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Mo (100 nm) / photosensitive acrylic resin (1 μm)

(比較例4)
比較例4では、図3に示す構成で有機単分子膜及び保護層を有していない比較TFT4を作製した。比較TFT4の作製方法は、有機単分子膜及び保護層を形成せず、ソース・ドレイン電極形成後に120℃で10分間ベークした以外は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 4)
In Comparative Example 4, a comparative TFT 4 having the structure shown in FIG. 3 and having no organic monomolecular film and no protective layer was produced. The manufacturing method of the comparative TFT 4 was the same as that of Example 1 except that the organic monomolecular film and the protective layer were not formed, and the source / drain electrodes were formed and baked at 120 ° C. for 10 minutes.

比較TFT4の構成をまとめると、以下のようになった。
比較TFT4:
glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)
The configuration of the comparative TFT 4 is summarized as follows.
Comparison TFT4:
glass / Mo (40nm) / SiO 2 (200nm) / IGZO (50nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10nm) / Ga 2 O 3 (10nm) / Mo (100nm)

(比較例5)
比較例5では、図3に示す構成で有機単分子膜及び保護層を有していない比較TFT5を作製した。比較TFT5の作製方法は、有機単分子膜及び保護層を形成せず、またソース・ドレイン電極形成後にベークもしない以外は実施例1と同様とした。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a comparative TFT 5 having the structure shown in FIG. 3 and having no organic monomolecular film and no protective layer was produced. The manufacturing method of the comparative TFT 5 was the same as that of Example 1 except that the organic monomolecular film and the protective layer were not formed, and the source / drain electrodes were not baked.

比較TFT5の構成をまとめると、以下のようになった。
比較TFT5:
glass/Mo(40nm)/SiO2(200nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Mo(100nm)
The configuration of the comparative TFT 5 is summarized as follows.
Comparison TFT 5:
glass / Mo (40nm) / SiO 2 (200nm) / IGZO (50nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10nm) / Ga 2 O 3 (10nm) / Mo (100nm)

(TFT初期特性評価)
得られた各TFTについて、飽和領域ドレイン電圧(Vd)=10V(ゲート電圧(Vg):−10V≦Vg≦15V)でのTFT伝達特性の測定を行い、TFTの性能(TFTの初期特性)を評価した。TFT伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー4156C(アジレントテクノロジー社製)を用いて行った。各パラメータの定義は下記の通りである。なお、TFT初期特性とは、活性層が水等で劣化する前のTFT作製直後のTFT特性のことをいう。
・TFTの閾値電圧(Vth0):ドレイン電流値がW/L×10nAとなるときのゲート電圧である。ここで、TFTサイズはW/L=1000/200=5であるので、ドレイン電流値が50nAとなる時のゲート電圧を用いた。なお、Vth0の「0」とは、同一の測定を5回行ったうちの1回目の閾値電圧Vthを示している。また、2回目以降の閾値電圧も測定しているが、Vth0とほぼ同様の結果が得られているので省略する。
・リーク電流(Ig):およそ実用的にかかる電圧であり(通常動作する電圧の範囲内で、例えば10V以下)、本評価ではゲート電圧が7Vの時のドレイン電流値である。単位は[A]である。
・OFF電流(Ioff):ゲート電圧がVth0の時のドレイン電流値である。単位は[A]である。
(Evaluation of initial TFT characteristics)
For each of the obtained TFTs, the TFT transfer characteristics were measured at a saturation region drain voltage (Vd) = 10 V (gate voltage (Vg): −10 V ≦ Vg ≦ 15 V) to determine the TFT performance (initial characteristics of the TFT). evaluated. The measurement of TFT transfer characteristics was performed using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies). The definition of each parameter is as follows. Note that the TFT initial characteristics refer to TFT characteristics immediately after fabrication of the TFT before the active layer deteriorates with water or the like.
TFT threshold voltage (Vth0): A gate voltage when the drain current value is W / L × 10 nA. Here, since the TFT size is W / L = 1000/200 = 5, the gate voltage when the drain current value is 50 nA was used. Note that “0” of Vth0 indicates the first threshold voltage Vth among the same measurements performed five times. Although the threshold voltage for the second and subsequent times is also measured, the result is almost the same as Vth0, and will be omitted.
Leakage current (Ig): This is a voltage that is applied practically (within a normal operating voltage range, for example, 10 V or less), and is a drain current value when the gate voltage is 7 V in this evaluation. The unit is [A].
OFF current (Ioff): A drain current value when the gate voltage is Vth0. The unit is [A].

得られたTFT初期特性を表1に示した。
また、図6には、TFT2、比較TFT1、比較TFT3及び比較TFT4におけるTFT初期特性(Vg−Id特性)の測定結果を示し、同じベーク温度でのTFT初期特性を比較可能としている。
さらに、図7には、TFT1及びTFT2におけるTFT初期特性(Vg−Id特性)の測定結果を示し、ベーク温度によるTFT初期特性の変化を確認可能としている。なお、図7には、参考としてTFT1の構造において保護層形成後且つベーク前のTFT初期特性の測定結果も示している。また、その他の各比較例のTFT初期特性の測定結果は図示を省略する。

Figure 2011077450
The obtained TFT initial characteristics are shown in Table 1.
FIG. 6 shows the measurement results of the TFT initial characteristics (Vg-Id characteristics) in the TFT 2, the comparative TFT 1, the comparative TFT 3, and the comparative TFT 4, and the initial TFT characteristics at the same baking temperature can be compared.
Further, FIG. 7 shows the measurement results of the TFT initial characteristics (Vg-Id characteristics) in the TFT1 and TFT2, and the change in the TFT initial characteristics due to the baking temperature can be confirmed. FIG. 7 also shows, as a reference, measurement results of TFT initial characteristics after the formation of the protective layer and before baking in the structure of TFT1. Further, the measurement results of the initial TFT characteristics of other comparative examples are not shown.
Figure 2011077450

表1及び図6の結果より、まず、比較TFT4又は比較TFT5と比較TFT3を比較すると、活性層上に保護層(アクリル樹脂)のみを設けると、オフ電流は低くなるものの、リーク電流はほぼ変化せず、閾値電圧はマイナス側にシフトしノーマリーオフ特性が悪化していることが分かった。なお、ノーマリーオフ特性とは、特に電圧をかけなくても電流が流れないようなTFT特性のことで、消費電力の点で有利なTFT特性である。
また、表1の結果より、比較TFT4又は比較TFT5と比較TFT2を比較すると、活性層上に保護層(アクリル樹脂)のみを設け、比較TFT3のベーク温度よりも高めにすることで、オフ電流及びリーク電流は低くなるものの、閾値電圧は変化しないことが分かった。
From the results shown in Table 1 and FIG. 6, when comparing the comparison TFT 4 or the comparison TFT 5 with the comparison TFT 3, first, when only the protective layer (acrylic resin) is provided on the active layer, the off-current is reduced, but the leakage current is substantially changed. It was found that the threshold voltage shifted to the negative side and the normally-off characteristic was deteriorated. The normally-off characteristic is a TFT characteristic that does not allow a current to flow even if no voltage is applied, and is an advantageous TFT characteristic in terms of power consumption.
Further, from the results of Table 1, when the comparison TFT 4 or the comparison TFT 5 and the comparison TFT 2 are compared, only the protective layer (acrylic resin) is provided on the active layer, and the OFF current and the comparison TFT 3 are made higher than the baking temperature. It was found that the threshold voltage did not change although the leakage current was lowered.

また、比較TFT4又は比較TFT5と比較TFT1を比較すると、活性層上に有機単分子膜(HMDS処理膜)のみを設けても、閾値電圧、リーク電流及びオフ電流は特に変化がなく、TFT初期特性は向上しないことが分かった。   Further, when comparing the comparison TFT 4 or the comparison TFT 5 with the comparison TFT 1, even if only the organic monomolecular film (HMDS treatment film) is provided on the active layer, the threshold voltage, the leakage current, and the off current are not particularly changed, and the TFT initial characteristics Was found not to improve.

一方、表1及び図6の結果より、TFT2と各比較TFT1〜5を比較すると、活性層上に有機単分子膜(HMDS処理膜)を介して保護層(アクリル樹脂)を設けることで、閾値電圧が0V側にシフトし、リーク電流及びオフ電流も低下して、TFT初期特性(ノーマリーオフ特性)が向上していることが分かる。特に、閾値電圧に関しては、活性層上に保護層又は有機単分子膜を設けるだけでは、向上(閾値電圧が0V側にシフト)しなかったにも関らず、有機単分子膜と保護層を組み合わせることで向上可能という顕著な効果を見出した。   On the other hand, from the results of Table 1 and FIG. 6, when comparing TFT 2 and each of the comparative TFTs 1 to 5, a protective layer (acrylic resin) is provided on the active layer via an organic monomolecular film (HMDS treatment film). It can be seen that the voltage is shifted to 0V, the leakage current and the off-current are reduced, and the TFT initial characteristics (normally off characteristics) are improved. In particular, regarding the threshold voltage, the organic monomolecular film and the protective layer are not improved even if the protective layer or the organic monomolecular film is merely provided on the active layer, although the threshold voltage has not been improved (the threshold voltage has shifted to 0V side). The remarkable effect that it can improve by combining was found.

また、表1及び図8の結果より、TFT1とTFT2を比べると、ベーク温度を120℃から150℃に高くすれば、閾値電圧が0V側によりシフトし、また、オフ電流も低下し、TFT初期特性がさらに向上することが分かった。   Further, from the results of Table 1 and FIG. 8, when comparing TFT1 and TFT2, if the baking temperature is increased from 120 ° C. to 150 ° C., the threshold voltage is shifted toward 0V, and the off-current is also reduced. It was found that the characteristics were further improved.

以上より、実施例1〜実施例2により製造したTFT1〜2は、比較例1〜5により製造した比較TFT1〜5に比べて、TFT初期特性が向上した、と言える。   From the above, it can be said that the TFTs 1 to 2 manufactured according to Examples 1 to 2 have improved initial TFT characteristics as compared with the comparative TFTs 1 to 5 manufactured according to Comparative Examples 1 to 5.

−水に対するTFT特性の安定性−
次に、水に対するTFT特性の安定性を評価するため、以下の実験例によりTFTを作製した。
-Stability of TFT characteristics against water-
Next, in order to evaluate the stability of the TFT characteristics with respect to water, a TFT was fabricated according to the following experimental example.

(実験例1)
実験例1では、図3に示す構成で活性層上に保護層を形成しない実験TFT1を作製した。基板としては、n−Si板(三菱マテリアル社、N型4インチSiウエハー)を用いた。なお、この基板は、ゲート電極を兼ねている。ゲート絶縁層としては、SiOを用いた。ゲート絶縁層の厚みは100nmであった。ゲート絶縁層上に形成する活性層としては、IGZO/IGZO及びGa/Gaからなる3層構造とした。各層の厚みは、それぞれ50nm、10nm、10nmであった。活性層上に形成するソース・ドレイン電極としては、Alを用いた。また活性層上に形成する有機単分子膜としては、HMDS処理膜を用いた。なお、これらの形成方法は、実施例1と同様である。
(Experimental example 1)
In Experimental Example 1, an experimental TFT 1 having a configuration shown in FIG. 3 and having no protective layer formed on the active layer was produced. As the substrate, an n-Si plate (Mitsubishi Materials Corporation, N-type 4 inch Si wafer) was used. This substrate also serves as a gate electrode. As the gate insulating layer, SiO 2 was used. The thickness of the gate insulating layer was 100 nm. The active layer formed on the gate insulating layer has a three-layer structure made of IGZO / IGZO and Ga 2 O 3 / Ga 2 O 3 . The thickness of each layer was 50 nm, 10 nm, and 10 nm, respectively. Al was used as a source / drain electrode formed on the active layer. Moreover, the HMDS process film | membrane was used as an organic monomolecular film | membrane formed on an active layer. These forming methods are the same as those in Example 1.

実験TFT1の構成をまとめると、以下のようになった。
実験TFT1:
n-Si/SiO2(100nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Al(400nm)/HMDS処理膜
The configuration of the experimental TFT 1 is summarized as follows.
Experiment TFT1:
n-Si / SiO 2 (100 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Al (400 nm) / HMDS treatment film

(実験例2)
実験例2では、図1に示す構成で活性層上に保護層を形成しないTFTを作製した。基板としては、n−Si板(三菱マテリアル社、N型4インチSiウエハー)を用いた。なお、この基板は、ゲート電極を兼ねている。ゲート絶縁層としては、SiOを用いた。ゲート絶縁層の厚みは100nmであった。ゲート絶縁層上に形成する活性層としては、IGZOを用いた。活性層の厚みは50nmであった。活性層上に形成するソース・ドレイン電極としては、Alを用いた。また活性層上に形成する有機単分子膜としては、HMDS処理膜を用いた。なお、これらの形成方法は、実施例1と同様である。
(Experimental example 2)
In Experimental Example 2, a TFT in which a protective layer was not formed on the active layer with the configuration shown in FIG. 1 was produced. As the substrate, an n-Si plate (Mitsubishi Materials Corporation, N-type 4 inch Si wafer) was used. This substrate also serves as a gate electrode. As the gate insulating layer, SiO 2 was used. The thickness of the gate insulating layer was 100 nm. IGZO was used as an active layer formed on the gate insulating layer. The thickness of the active layer was 50 nm. Al was used as a source / drain electrode formed on the active layer. Moreover, the HMDS process film | membrane was used as an organic monomolecular film | membrane formed on an active layer. These forming methods are the same as those in Example 1.

実験TFT2の構成をまとめると、以下のようになった。
実験TFT2:
n-Si/SiO2(100nm)/IGZO(50nm)/Al(400nm)/HMDS処理膜
The configuration of the experimental TFT 2 is summarized as follows.
Experiment TFT2:
n-Si / SiO 2 (100nm) / IGZO (50nm) / Al (400nm) / HMDS treatment film

(実験例3)
実験例3では、図3に示す構成で活性層上に有機単分子膜及び保護層を形成しない実験TFT3を作製した。基板としては、n−Si板三菱マテリアル社、N型4インチSiウエハー)を用いた。なお、この基板は、ゲート電極を兼ねている。ゲート絶縁層としては、SiOを用いた。ゲート絶縁層の厚みは100nmであった。ゲート絶縁層上に形成する活性層としては、IGZO/IGZO及びGa/Gaからなる3層構造とした。各層の厚みは、それぞれ50nm、10nm、10nmであった。活性層上に形成するソース・ドレイン電極としては、Alを用いた。
(Experimental example 3)
In Experimental Example 3, an experimental TFT 3 in which the organic monomolecular film and the protective layer were not formed on the active layer with the configuration shown in FIG. 3 was produced. As the substrate, an n-Si plate Mitsubishi Materials Corporation, N-type 4 inch Si wafer) was used. This substrate also serves as a gate electrode. As the gate insulating layer, SiO 2 was used. The thickness of the gate insulating layer was 100 nm. The active layer formed on the gate insulating layer has a three-layer structure made of IGZO / IGZO and Ga 2 O 3 / Ga 2 O 3 . The thickness of each layer was 50 nm, 10 nm, and 10 nm, respectively. Al was used as a source / drain electrode formed on the active layer.

実験TFT3の構成をまとめると、以下のようになった。
実験TFT3:
n-Si/SiO2(100nm)/IGZO(50nm)/IGZO+Ga2O3(10nm)/Ga2O3(10nm)/Al(400nm)
The configuration of the experimental TFT 3 is summarized as follows.
Experiment TFT3:
n-Si / SiO 2 (100 nm) / IGZO (50 nm) / IGZO + Ga 2 O 3 (10 nm) / Ga 2 O 3 (10 nm) / Al (400 nm)

(実験例4)
実験例4では、図1に示す構成で活性層上に有機単分子膜及び保護層を形成しない実験TFT4を作製した。基板としては、n−Si板(三菱マテリアル社、N型4インチSiウエハー)を用いた。なお、この基板は、ゲート電極を兼ねている。ゲート絶縁層としては、SiOを用いた。ゲート絶縁層の厚みは100nmであった。ゲート絶縁層上に形成する活性層としては、IGZOを用いた。活性層の厚みは50nmであった。活性層上に形成するソース・ドレイン電極としては、Alを用いた。
(Experimental example 4)
In Experimental Example 4, an experimental TFT 4 having the structure shown in FIG. 1 and having no organic monomolecular film and protective layer formed on the active layer was produced. As the substrate, an n-Si plate (Mitsubishi Materials Corporation, N-type 4 inch Si wafer) was used. This substrate also serves as a gate electrode. As the gate insulating layer, SiO 2 was used. The thickness of the gate insulating layer was 100 nm. IGZO was used as an active layer formed on the gate insulating layer. The thickness of the active layer was 50 nm. Al was used as a source / drain electrode formed on the active layer.

実験TFT4の構成をまとめると、以下のようになった。
実験TFT4:
n-Si/SiO2(100nm)/IGZO(50nm)/Al(400nm)
The configuration of the experimental TFT 4 is summarized as follows.
Experiment TFT4:
n-Si / SiO 2 (100 nm) / IGZO (50 nm) / Al (400 nm)

(水に対するTFT特性の安定性)
室温で1μlの純水を得られた各TFTのソース・ドレイン電極間に滴下する前後で、飽和領域ドレイン電圧(Vd)=10V(ゲート電圧(Vg):−10V≦Vg≦15V)でのTFT伝達特性の測定を行い、TFTの閾値電圧(Vth)を評価した。TFT伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー4156C(アジレントテクノロジー社製)を用いて行った。
(Stability of TFT characteristics against water)
TFT with saturation region drain voltage (Vd) = 10 V (gate voltage (Vg): −10 V ≦ Vg ≦ 15 V) before and after dropping 1 μl of pure water between the source and drain electrodes of each TFT obtained at room temperature The transfer characteristic was measured, and the threshold voltage (Vth) of the TFT was evaluated. The measurement of TFT transfer characteristics was performed using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies).

得られた結果を表2に示す。なお、表2中の「Vth0」は、水を接触させる前のVthであり、「Vth1」は、室温で1μlの純水をソース・ドレイン電極間に滴下して風乾燥後のVthである。   The obtained results are shown in Table 2. “Vth0” in Table 2 is Vth before contact with water, and “Vth1” is Vth after air-drying by dropping 1 μl of pure water between the source and drain electrodes at room temperature.

Figure 2011077450
Figure 2011077450

実験例1〜4では、図1〜図3に示すように有機単分子膜上に保護層を設けることはしていないが、表2の結果より、実験TFT3より有機単分子膜としてのHMDS処理膜を形成した実験TFT1の方が、また実験TFT4より活性層上にHMDS処理膜を形成した実験TFT2の方が、水の接触前後で閾値電圧の変化が小さく、水に対するTFT特性が安定していることが分かった。これにより、仮に有機単分子膜が形成された活性層上に保護層を設けたとしても、保護層を通過した水を、活性層へ到達する前に疎水性を有する有機単分子膜により防ぐことができる、と言える。また、保護層としての感光性樹脂から出る水をも防ぐことができる、と言える。   In Experimental Examples 1 to 4, a protective layer is not provided on the organic monomolecular film as shown in FIGS. 1 to 3, but from the results of Table 2, HMDS treatment as an organic monomolecular film from Experimental TFT 3 The experimental TFT 1 in which the film is formed and the experimental TFT 2 in which the HMDS treatment film is formed on the active layer than the experimental TFT 4 have a smaller threshold voltage change before and after contact with water, and the TFT characteristics with respect to water are more stable. I found out. As a result, even if a protective layer is provided on the active layer on which the organic monomolecular film is formed, water that has passed through the protective layer is prevented by the hydrophobic organic monomolecular film before reaching the active layer. Can be said. Moreover, it can be said that the water which comes out from the photosensitive resin as a protective layer can also be prevented.

10、30、50 TFT(薄膜トランジスタ)
12、32、52 基板
14、34、54 ゲート電極
16、36、56 ゲート絶縁層
18、42、58 活性層
20、38、60 ソース電極
22、40、62 ドレイン電極
24、44、64 有機単分子膜
26、46、66 保護層
10, 30, 50 TFT (Thin Film Transistor)
12, 32, 52 Substrate 14, 34, 54 Gate electrode 16, 36, 56 Gate insulating layer 18, 42, 58 Active layer 20, 38, 60 Source electrode 22, 40, 62 Drain electrode 24, 44, 64 Organic single molecule Membrane 26, 46, 66 Protective layer

Claims (10)

基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された酸化物半導体からなる活性層と、
前記活性層と前記ゲート絶縁層の間に又は前記活性層上に、互いに離間して形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極で覆われていない前記活性層の上面を覆う疎水性を有する有機単分子膜と、
前記活性層上の前記有機単分子膜上に形成された保護層と、
を有する薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating layer formed to cover the gate electrode;
An active layer made of an oxide semiconductor formed on the gate insulating layer;
A source electrode and a drain electrode formed between the active layer and the gate insulating layer or on the active layer, spaced apart from each other;
A hydrophobic organic monomolecular film covering the upper surface of the active layer not covered with the source electrode and the drain electrode;
A protective layer formed on the organic monomolecular film on the active layer;
Thin film transistor.
前記保護層は、感光性樹脂から構成されている請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the protective layer is made of a photosensitive resin. 前記有機単分子膜は、有機シラン化合物から構成されている請求項1又は請求項2に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the organic monomolecular film is composed of an organosilane compound. 前記酸化物半導体がIn、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor is an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn. 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる活性層、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも前記活性層上に、疎水性を有する有機単分子膜を形成する工程と、
前記活性層上に形成された前記有機単分子膜上に保護層を形成する工程と、
前記保護層を形成した後、熱処理する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating layer so as to cover the gate electrode;
Forming an active layer made of an oxide semiconductor, a source electrode, and a drain electrode on the gate insulating layer;
Forming a hydrophobic organic monomolecular film on at least the active layer;
Forming a protective layer on the organic monomolecular film formed on the active layer;
A step of heat-treating after forming the protective layer;
The manufacturing method of the thin-film transistor which has.
前記保護層の構成材料として、感光性樹脂を用いる請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 5, wherein a photosensitive resin is used as a constituent material of the protective layer. 前記保護層を形成した後、前記ソース電極及びドレイン電極上の有機単分子膜を除去する工程を有する請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, further comprising a step of removing an organic monomolecular film on the source electrode and the drain electrode after forming the protective layer. 前記熱処理の温度は、100℃以上200℃以下である請求項6又は請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6 or 7, wherein a temperature of the heat treatment is 100 ° C or higher and 200 ° C or lower. 前記有機単分子膜を、有機シラン化合物を用いて形成する請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method for producing a thin film transistor according to claim 5, wherein the organic monomolecular film is formed using an organosilane compound. 前記酸化物半導体の構成材料として、In、Ga及びZnのうちの少なくとも1種を含む酸化物を用いる請求項5〜請求項9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 5 to 9, wherein an oxide containing at least one of In, Ga, and Zn is used as a constituent material of the oxide semiconductor.
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