JP2012099661A - Method of manufacturing oxide semiconductor - Google Patents

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Mamoru Furuta
守 古田
Shigekazu Tomai
重和 笘井
Kiminori Yano
公規 矢野
Masatsugu Oyama
正嗣 大山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked structure of a metal oxide thin film that can improve crystallinity of ZnO, can reduce the thickness of a ZnO thin film by the improvement, and can achieve sufficient electron field-effect mobility and high transmissivity.SOLUTION: A stacked structure is composed of a first thin film, which is an amorphous film containing oxide of a metal element M1 of one or both of In and Sn, and a second thin film that is stacked on and in contact with the first thin film and contains at least ZnO.

Description

本発明は、金属酸化物を含有する薄膜の積層構造、それを用いた薄膜トランジスタ及び薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to a laminated structure of a thin film containing a metal oxide, a thin film transistor and a thin film solar cell using the same.

電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路の単位電子素子、高周波信号増幅素子、液晶駆動用素子等として広く用いられており、現在、最も多く実用化されている電子デバイスである。   Field effect transistors are widely used as unit electronic elements, high frequency signal amplifying elements, liquid crystal driving elements and the like of semiconductor memory integrated circuits, and are the most widely used electronic devices at present.

そのなかでも、近年における表示装置のめざましい発展に伴い、液晶表示装置(LCD)のみならず、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)や、フィールドエミッションディスプレイ(FED)等の各種の表示装置において、表示素子に駆動電圧を印加して表示装置を駆動させるスイッチング素子として、薄膜トランジスタ(TFT)が多用されている。   Among them, with the remarkable development of display devices in recent years, not only in liquid crystal display devices (LCD) but also in various display devices such as electroluminescence display devices (EL) and field emission displays (FED), they are used as display elements. Thin film transistors (TFTs) are frequently used as switching elements that drive a display device by applying a driving voltage.

ZnO薄膜の電極構造体に関する特許文献1では、基板上に多結晶のIn等の立方構造の酸化物薄膜上に酸化亜鉛(ZnO)を形成することで、ZnOの結晶性を向上することが可能であることが開示されている。
しかしながら、ZnOの結晶性を向上させるInの好ましい膜厚が不明であり、このため立方構造であることがどの程度必要か不明であった。
In Patent Document 1 regarding an electrode structure of a ZnO thin film, the crystallinity of ZnO is improved by forming zinc oxide (ZnO) on an oxide thin film having a cubic structure such as polycrystalline In 2 O 3 on a substrate. It is disclosed that it is possible.
However, the preferred film thickness of In 2 O 3 that improves the crystallinity of ZnO is unknown, and therefore it was unknown how much a cubic structure is necessary.

光起電力素子に関する特許文献2では、AlやGaをドープしたZnOの代わりに膜厚を小さくしたインジウムと亜鉛の酸化物(In:ZnO=90:10質量比)(以下、IZOということがある。IZOは出光興産株式会社の登録商標である。)をCIGS太陽電池の透明電極として用いている。しかしながら、InはZnと比較して大変高価であり、膜厚を小さくしただけではコストメリットが出しにくいという難点があった。 In Patent Document 2 relating to a photovoltaic element, an oxide of indium and zinc (In 2 O 3 : ZnO = 90: 10 mass ratio) with a reduced film thickness instead of ZnO doped with Al or Ga (hereinafter referred to as IZO). IZO is a registered trademark of Idemitsu Kosan Co., Ltd.) as a transparent electrode for CIGS solar cells. However, In is very expensive compared to Zn, and there is a problem that it is difficult to obtain cost merit only by reducing the film thickness.

ZnOを含有する薄膜を結晶化させるためには、一定以上の膜厚とする必要があった。
このため、ZnOを含有する薄膜をボトムゲート型のTFTのチャネル層に用いた場合、ゲート絶縁膜と隣接する部分には結晶性が充分でない領域が生じ、電圧をかけても充分な電界効果移動度を得ることができなかった。
また、ZnOを含有する薄膜をa−SiやCIGS等の薄膜太陽電池に用いた場合には、膜厚が厚くなるため、高い透過率を確保することが困難であった。
In order to crystallize a thin film containing ZnO, it was necessary to set the film thickness to a certain level or more.
For this reason, when a thin film containing ZnO is used for the channel layer of a bottom gate type TFT, a region having insufficient crystallinity occurs in a portion adjacent to the gate insulating film, and sufficient field effect transfer is achieved even when a voltage is applied. Could not get the degree.
In addition, when a thin film containing ZnO is used for a thin film solar cell such as a-Si or CIGS, it is difficult to ensure high transmittance because the film thickness is increased.

特開平9−255491号公報JP-A-9-255491 特開2010−098263号公報JP 2010-098263 A

本発明の目的は、ZnOを含有する薄膜の結晶性を向上させることができ、それによってZnO薄膜の膜厚を小さくすることができ、十分な電界効果移動度と高い透過率を達成できる金属酸化物薄膜の積層構造を提供することである。
また、本発明の目的は、上記積層構造をチャネル層に用い、優れたTFT特性を有する薄膜トランジスタを提供することである。
さらに、本発明の目的は、上記積層構造を上部電極に用い、優れた起電力を有する薄膜太陽電池を提供することである。
It is an object of the present invention to improve the crystallinity of a thin film containing ZnO, thereby reducing the thickness of the ZnO thin film, and achieving a sufficient field effect mobility and high transmittance. It is to provide a laminated structure of physical thin films.
Another object of the present invention is to provide a thin film transistor having excellent TFT characteristics using the above laminated structure as a channel layer.
Furthermore, the objective of this invention is using the said laminated structure for an upper electrode, and is providing the thin film solar cell which has the outstanding electromotive force.

上記目的を達成するため、発明者らは鋭意検討した結果、特定の金属酸化物からなる非晶質の薄い酸化物膜を下地層として用いれば、ZnOや、AlやGaをドープしたZnOからなる薄膜の結晶性を大きく改善することができるため、ZnO層を薄くできること、さらにそれによって透過率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to achieve the above object, the inventors have intensively studied. As a result, if an amorphous thin oxide film made of a specific metal oxide is used as an underlayer, it is made of ZnO or ZnO doped with Al or Ga. Since the crystallinity of the thin film can be greatly improved, it has been found that the ZnO layer can be thinned, and that the transmittance can be improved thereby, and the present invention has been completed.

本発明によれば、以下の積層構造、薄膜トランジスタ及び薄膜太陽電池が提供される。
1.In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する非晶質膜である第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜
からなる積層構造。
2.前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する1に記載の積層構造。
3.前記第一及び第二の薄膜を積層した後、酸素雰囲気で熱処理を施したものである1又は2に記載の積層構造。
4.前記第一の薄膜の膜厚が3〜50nmである1〜3のいずれかに記載の積層構造。
5.前記第二の薄膜の膜厚が20〜200nmである1〜4のいずれかに記載の積層構造。
6.前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される2〜5のいずれかに記載の積層構造。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
7.前記第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する1〜6のいずれかに記載の積層構造。
8.ゲート絶縁膜上に、チャネル層を有する薄膜トランジスタであって、
前記チャネル層が、
In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造
からなる薄膜トランジスタ。
9.前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する8に記載の薄膜トランジスタ。
10.前記第一の薄膜の膜厚が5〜50nmである8又は9に記載の薄膜トランジスタ。
11.前記第二の薄膜の膜厚が30〜100nmである8〜10のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
12.前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される9〜11のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
13.前記第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する8〜12のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
14.裏面電極上に、光吸収層、界面層及び上部電極が、この順に設けられた薄膜太陽電池であって、
前記上部電極が、In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造からなる薄膜太陽電池。
15.前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する14に記載の薄膜太陽電池。
16.前記第一の薄膜の膜厚が3〜30nmである14又は15に記載の薄膜太陽電池。
17.前記上部電極の膜厚が100〜1000nmである14〜16のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
18.前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される15〜18のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
19.第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する14〜18のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
According to the present invention, the following laminated structure, thin film transistor, and thin film solar cell are provided.
1. A first thin film which is an amorphous film containing an oxide of one or both of the metal elements M1 and In and Sn, and contains at least ZnO laminated in contact with the first thin film A laminated structure consisting of a second thin film.
2. 2. The laminated structure according to 1, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.
3. 3. The laminated structure according to 1 or 2, wherein the first and second thin films are laminated and then heat-treated in an oxygen atmosphere.
4). The laminated structure according to any one of 1 to 3, wherein the thickness of the first thin film is 3 to 50 nm.
5. The laminated structure according to any one of 1 to 4, wherein the second thin film has a thickness of 20 to 200 nm.
6). The laminated structure according to any one of 2 to 5, wherein the combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
7). The laminated structure according to any one of 1 to 6, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga.
8). A thin film transistor having a channel layer on a gate insulating film,
The channel layer comprises:
A first thin film containing an oxide of one or both of metal elements M1 and In and Sn, and a second thin film containing at least ZnO and laminated on the first thin film. A thin film transistor having a laminated structure.
9. 9. The thin film transistor according to 8, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.
10. The thin film transistor according to 8 or 9, wherein the first thin film has a thickness of 5 to 50 nm.
11. The thin film transistor according to any one of 8 to 10, wherein the second thin film has a thickness of 30 to 100 nm.
12 The thin film transistor according to any one of 9 to 11, wherein the combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
13. The thin film transistor according to any one of 8 to 12, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga oxides.
14 On the back electrode, a light absorption layer, an interface layer and an upper electrode are thin film solar cells provided in this order,
A first thin film containing an oxide of one or both of the metal elements M1 and In and Sn, and a first thin film containing at least ZnO laminated in contact with the first thin film. A thin film solar cell comprising a laminated structure comprising two thin films.
15. 15. The thin film solar cell according to 14, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.
16. The thin film solar cell according to 14 or 15, wherein the thickness of the first thin film is 3 to 30 nm.
17. The thin film solar cell according to any one of 14 to 16, wherein the upper electrode has a thickness of 100 to 1000 nm.
18. The thin film solar cell according to any one of 15 to 18, wherein the combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
19. The thin film solar cell according to any one of 14 to 18, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga oxides.

本発明によれば、特定の酸化物薄膜上に、少なくともZnOを含有する薄膜を積層することでZnOの結晶性を向上させることができる。当該積層構造をボトムゲート型のTFTのチャネル層に用いた場合、ゲート電極との接触抵抗を低減することができ、TFT特性を大幅に改善することができる。また、当該積層構造を薄膜太陽電池に用いた場合、薄い膜厚において短絡電流密度(Isc)>20mAを達成し、タクトタイムを短縮でき、さらに高い透過率を達成できる。   According to the present invention, the crystallinity of ZnO can be improved by laminating a thin film containing at least ZnO on a specific oxide thin film. When the stacked structure is used for a channel layer of a bottom gate TFT, the contact resistance with the gate electrode can be reduced, and the TFT characteristics can be greatly improved. Moreover, when the said laminated structure is used for a thin film solar cell, short circuit current density (Isc)> 20mA is achieved in a thin film thickness, tact time can be shortened, and higher transmittance can be achieved.

実施例1及び比較例1で作製した積層構造の、アニール前のX線回折(XRD)チャートである。2 is an X-ray diffraction (XRD) chart before annealing of the laminated structure produced in Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例1及び比較例1で作製した積層構造の、アニール後のXRDチャートである。It is a XRD chart after annealing of the laminated structure produced in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例15及び比較例3で作製した薄膜トランジスタの伝達特性を示すチャートである。10 is a chart showing transfer characteristics of thin film transistors manufactured in Example 15 and Comparative Example 3. 実施例15及び比較例3で作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度を示すチャートである。10 is a chart showing field effect mobility of the thin film transistors manufactured in Example 15 and Comparative Example 3.

(1)積層構造
本発明の積層構造は、In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する非晶質膜である第一の薄膜、及び前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなることを特徴とする。
さらに、本発明の積層構造においては、第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有していてもよい。
(1) Laminated structure The laminated structure of the present invention is formed on the first thin film, which is an amorphous film containing an oxide of one or both of In and Sn, and the first thin film. It is characterized by comprising a second thin film containing at least ZnO laminated in contact therewith.
Furthermore, in the laminated structure of the present invention, the first thin film may further contain an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.

金属元素M1及びM2の酸化物を含有する非晶質である第一の薄膜上に第二の薄膜を設けることにより、第二の薄膜に対する第一の薄膜の膜応力の影響を低減することができ、第二の薄膜の結晶性を向上させ、クラックの発生を低減させることができる。クラックに基づく格子欠陥がキヤリアトラップとなり、電界効果移動度の低下、TFTのS値の悪化等が生じるのを抑制することができる。これは、金属元素M1及びM2の酸化物を含有する薄膜が、少なくともZnOを含有する第二の薄膜の結晶成長を促進させるのに適したイオン結合性を保有しているためと考えられる。   By providing the second thin film on the amorphous first thin film containing the oxides of the metal elements M1 and M2, the influence of the film stress of the first thin film on the second thin film can be reduced. This can improve the crystallinity of the second thin film and reduce the occurrence of cracks. Lattice defects based on cracks become carrier traps, and it is possible to prevent the field effect mobility from being lowered and the S value of the TFT from being deteriorated. This is presumably because the thin film containing the oxides of the metal elements M1 and M2 has ionic bonding properties suitable for promoting crystal growth of the second thin film containing at least ZnO.

本発明において、非晶質であるとは、X線回折(XRD)を測定した場合に結晶構造を示すピークが確認できないことをいう。   In the present invention, being amorphous means that a peak indicating a crystal structure cannot be confirmed when X-ray diffraction (XRD) is measured.

これにより、当該積層構造をボトムゲート型のTFTのチャネル層に用いた場合、ゲート絶縁膜との界面近傍の結晶性が向上することで電界効果移動度が上昇し、TFT特性を大幅に改善することができる。また、当該積層構造を薄膜太陽電池に用いた場合、薄い膜厚において短絡電流密度(Isc)>20mAを達成することができ、タクトタイムを短縮でき、さらに高い透過率を達成できる。   As a result, when the stacked structure is used for the channel layer of a bottom gate type TFT, the crystallinity near the interface with the gate insulating film is improved, thereby increasing the field effect mobility and greatly improving the TFT characteristics. be able to. Moreover, when the laminated structure is used for a thin film solar cell, a short-circuit current density (Isc)> 20 mA can be achieved at a thin film thickness, the tact time can be shortened, and a higher transmittance can be achieved.

本発明の積層構造は、第一及び第二の薄膜を積層した後、酸素雰囲気で熱処理(アニール)を施したものであることが好ましい。熱処理の条件は、空気中等の酸素雰囲気で、200〜400℃の温度で、0.5〜2時間であることが好ましい。このように熱処理することで、第二の薄膜の結晶性をさらに向上させることができる。図1及び2を対比すると、アニール前後でZnOのC軸方向の配向性を指標とした第二の薄膜の結晶性が変化していることがわかる。   The laminated structure of the present invention is preferably one in which the first and second thin films are laminated and then subjected to heat treatment (annealing) in an oxygen atmosphere. The conditions for the heat treatment are preferably 0.5 to 2 hours at a temperature of 200 to 400 ° C. in an oxygen atmosphere such as air. By performing the heat treatment in this manner, the crystallinity of the second thin film can be further improved. Comparing FIGS. 1 and 2, it can be seen that the crystallinity of the second thin film changes with the orientation of ZnO in the C-axis direction as an index before and after annealing.

第一の薄膜は、金属元素M1であるIn及びSnの少なくとも一方の酸化物を含有し、金属元素M2であるZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の酸化物を任意に含有してなる。即ち、第一の薄膜は、In又はSnの酸化物のみからなっていてもよいし、In及びSnの酸化物からなっていてもよいし、In及びSnのいずれか一方の酸化物とZn、Al及びGaのうちの一種以上の酸化物とからなっていてもよいし、In及びSnの酸化物とZn、Al及びGaのうちの一種以上の酸化物とからなっていてもよい。金属元素M1は、Inのみ、又はInとSnであることが好ましい。   The first thin film contains an oxide of at least one of In and Sn, which are metal elements M1, and optionally contains one or more oxides selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga, which are metal elements M2. Do it. That is, the first thin film may be made of only an oxide of In or Sn, or may be made of an oxide of In and Sn, or one of In and Sn and Zn, It may be composed of one or more oxides of Al and Ga, or may be composed of an oxide of In and Sn and one or more oxides of Zn, Al, and Ga. The metal element M1 is preferably only In or In and Sn.

金属元素M1としてInとSnの両方を含有する場合、InとSnOの割合は、質量比で90:10〜99.9:0.1であることが好ましく、95:5〜99.8:0.2であることがより好ましい。 When both In and Sn are contained as the metal element M1, the ratio of In 2 O 3 and SnO 2 is preferably 90:10 to 99.9: 0.1 in terms of mass ratio, and 95: 5 to 99 .8: 0.2 is more preferable.

金属元素M2を含有する場合、金属元素M1の酸化物の合計量と金属元素M2の酸化物の合計量の割合は、質量比で20:80〜95:5であることが好ましく、30:70〜90:10であることがより好ましい。   When the metal element M2 is contained, the ratio of the total amount of the oxide of the metal element M1 and the total amount of the oxide of the metal element M2 is preferably 20:80 to 95: 5, and 30:70 More preferably, it is -90: 10.

第一の薄膜を構成する金属元素M1及びM2の組み合わせ(M1;M2)は、次のものが好ましい。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
The following combinations (M1; M2) of the metal elements M1 and M2 constituting the first thin film are preferable.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)

第一の薄膜の膜厚は、積層構造の用途によって適宜設定することができるが、3〜50nmであると、第一の薄膜の結晶性を低下させることができるため好ましい。加えて、第一の薄膜の膜厚が3〜50nm、より好ましくは5〜50nmであると、タクトタイムの短縮が期待できる。さらに好ましい第一の薄膜の膜厚は、7〜20nmである。   Although the film thickness of a 1st thin film can be suitably set with the use of laminated structure, since the crystallinity of a 1st thin film can be reduced as it is 3-50 nm, it is preferable. In addition, if the thickness of the first thin film is 3 to 50 nm, more preferably 5 to 50 nm, a reduction in tact time can be expected. A more preferable thickness of the first thin film is 7 to 20 nm.

第二の薄膜の膜厚も、積層構造の用途によって適宜設定することができるが、20〜200nmであることが好ましく、30〜150nmであることがより好ましい。ZnOを含有する第二の薄膜の膜厚が20〜200nmであると、ZnOの結晶化度を十分に上げることができる。   Although the film thickness of a 2nd thin film can also be suitably set with the use of laminated structure, it is preferable that it is 20-200 nm, and it is more preferable that it is 30-150 nm. When the thickness of the second thin film containing ZnO is 20 to 200 nm, the crystallinity of ZnO can be sufficiently increased.

尚、第二の薄膜は、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有していてもよい。Al又はGaの酸化物を含有することにより、第二の薄膜に導電性を付与することができる。   The second thin film may further contain one or both oxides of Al and Ga. By containing an oxide of Al or Ga, conductivity can be imparted to the second thin film.

第二の薄膜中のAl及び/又はGaの酸化物の割合は、第二の薄膜の合計量を100質量%としたときに、0.2〜5質量%であることが好ましく、0.5〜3質量%であることがより好ましい。Al及び/又はGaの酸化物の割合が0.2質量%未満では、導電性が付与できないおそれがあり、5質量%を超えると、逆に導電性が低下するおそれがある。   The ratio of the oxide of Al and / or Ga in the second thin film is preferably 0.2 to 5% by mass when the total amount of the second thin film is 100% by mass, More preferably, it is -3 mass%. If the ratio of the oxide of Al and / or Ga is less than 0.2% by mass, the conductivity may not be imparted, and if it exceeds 5% by mass, the conductivity may be lowered.

本発明の積層構造は、公知の方法によって製造できるが、例えば、次のように製造することができる。
ガラス板等の支持基板上に、第一の薄膜の材料をスパッタリング等の公知の方法によって所定の膜厚となるように成膜し、さらにその上に、第二の薄膜の材料をスパッタリング等の公知の方法によって所定の膜厚となるように成膜する。
尚、第一及び第二の薄膜に複数の金属酸化物を用いる場合、所望の組成比と等しい酸化物のスパッタリングターゲットを用いればよい。
また、上述したように、第二の薄膜の成膜後に、空気中等の酸素雰囲気中で熱処理を行うことで、第二の薄膜の結晶性をさらに高めることができる。
The laminated structure of the present invention can be manufactured by a known method. For example, it can be manufactured as follows.
A first thin film material is deposited on a supporting substrate such as a glass plate by a known method such as sputtering, and a second thin film material is further formed thereon by sputtering or the like. A film is formed by a known method so as to have a predetermined film thickness.
When a plurality of metal oxides are used for the first and second thin films, an oxide sputtering target having a desired composition ratio may be used.
Further, as described above, the crystallinity of the second thin film can be further enhanced by performing heat treatment in an oxygen atmosphere such as air after the second thin film is formed.

(2)薄膜トランジスタ
本発明の薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、チャネル層を有する薄膜トランジスタであって、前記チャネル層が、In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び前前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造からなることを特徴とする。
また、本発明の薄膜トランジスタにおいては、第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有していてもよい。
(2) Thin Film Transistor The thin film transistor of the present invention is a thin film transistor having a channel layer on a gate insulating film, wherein the channel layer contains an oxide of one or both of metal elements M1 and In and Sn. It is characterized by comprising a laminated structure comprising one thin film and a second thin film containing at least ZnO, which is laminated in contact with the first thin film.
In the thin film transistor of the present invention, the first thin film may further contain an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.

上記積層構造をボトムゲート型のTFTのチャネル層に用いた場合、ZnOを含有する第二の薄膜の結晶性が向上しているため、粒界散乱の抑制が可能となり、TFT特性を大幅に改善することができる。また、耐還元性のあるZnOを含有する膜をチャネル層として用いることにより、酸化膜よりもパッシベーション性に優れる窒化膜を直接積層することができ、製造コストの低減が期待できる。   When the above laminated structure is used for the channel layer of a bottom-gate TFT, the crystallinity of the second thin film containing ZnO is improved, so that it is possible to suppress grain boundary scattering and greatly improve TFT characteristics. can do. In addition, by using a film containing ZnO containing reduction resistance as a channel layer, a nitride film having better passivation than an oxide film can be directly stacked, and a reduction in manufacturing cost can be expected.

本発明の薄膜トランジスタのチャネル層における第一の薄膜の膜厚は、5〜50nmであることが好ましく、7〜20nmであることがより好ましい。第一の薄膜の膜厚が5nm未満であると、第二の薄膜の結晶性の向上効果が不十分となるおそれがあり、50nmを超えると、薄膜トランジスタのチャネル厚よりも厚くなるため、電界効果移動度の向上効果が得られなくなるおそれがある。   The film thickness of the first thin film in the channel layer of the thin film transistor of the present invention is preferably 5 to 50 nm, and more preferably 7 to 20 nm. If the thickness of the first thin film is less than 5 nm, the effect of improving the crystallinity of the second thin film may be insufficient. If the thickness exceeds 50 nm, the channel thickness of the thin film transistor becomes thicker. There is a possibility that the effect of improving mobility cannot be obtained.

本発明の薄膜トランジスタのチャネル層における第二の薄膜の膜厚は、30〜100nmであることが好ましく、40〜80nmであることがより好ましい。第二の薄膜の膜厚が30nm未満であると、薄膜トランジスタのチャネル厚よりも薄くなるため、電界効果移動度の向上効果が得られなくなるおそれがあり、100nmを超えると、電界効果移動度のバラツキを招くおそれがある。   The film thickness of the second thin film in the channel layer of the thin film transistor of the present invention is preferably 30 to 100 nm, and more preferably 40 to 80 nm. If the thickness of the second thin film is less than 30 nm, the channel thickness of the thin film transistor becomes thinner, so that the effect of improving the field effect mobility may not be obtained. If the thickness of the second thin film exceeds 100 nm, the field effect mobility varies. May be incurred.

本発明の薄膜トランジスタのチャネル層における第一の薄膜中の金属元素M1及びM2の好ましい組み合わせ、各酸化物の割合、第二の薄膜に添加する成分については、上記本発明の積層構造と同様である。   The preferred combination of the metal elements M1 and M2 in the first thin film in the channel layer of the thin film transistor of the present invention, the ratio of each oxide, and the component added to the second thin film are the same as in the above-described laminated structure of the present invention. .

本発明の薄膜トランジスタは、チャネル層として上記本発明の積層構造を用いる以外は公知のボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法を用いて製造することができる。   The thin film transistor of the present invention can be manufactured using a known bottom gate thin film transistor manufacturing method, except that the stacked structure of the present invention is used as a channel layer.

(3)薄膜太陽電池
本発明の薄膜太陽電池は、裏面電極上に、光吸収層、界面層及び上部電極が、この順に設けられた薄膜太陽電池であって、前記上部電極が、In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜に接触して設けられた、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造からなることを特徴とする。
また、本発明の薄膜太陽電池においては、第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有していてもよい。
(3) Thin Film Solar Cell The thin film solar cell of the present invention is a thin film solar cell in which a light absorption layer, an interface layer, and an upper electrode are provided in this order on a back electrode, and the upper electrode is composed of In and Sn. A laminated structure comprising a first thin film containing an oxide of one or both of the metal elements M1 and a second thin film containing at least ZnO provided in contact with the first thin film It is characterized by that.
In the thin film solar cell of the present invention, the first thin film may further contain an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga.

本発明の薄膜太陽電池は、上記積層構造を上部電極として用いていることにより、薄い膜厚の上部電極であっても、短絡電流密度(Isc)>20mAを達成でき、タクトタイムを短縮でき、さらに高い透過率を達成できる。   The thin film solar cell of the present invention can achieve the short-circuit current density (Isc)> 20 mA even when the upper electrode is thin, by using the above laminated structure as the upper electrode. Higher transmittance can be achieved.

本発明の薄膜太陽電池の上部電極における第一の薄膜の膜厚は、3〜30nmであることが好ましく、7〜20nmであることがより好ましい。第一の膜厚が3nm未満であると、第二の薄膜の結晶性の向上効果が不十分となるおそれがあり、30nmを超えると、高価なインジウムを多量に使用することになるため、経済的でない。   The film thickness of the first thin film in the upper electrode of the thin film solar cell of the present invention is preferably 3 to 30 nm, and more preferably 7 to 20 nm. If the first film thickness is less than 3 nm, the effect of improving the crystallinity of the second thin film may be insufficient, and if it exceeds 30 nm, a large amount of expensive indium is used. Not right.

本発明の薄膜太陽電池の上部電極の膜厚は、求められる性能に応じて適宜設定できるが、100〜1000nmであることが好ましく、200〜500nmであることがより好ましい。上部電極の膜厚が100nm未満では、導電性が不足するおそれがあり、1000nmを超えると、吸収により太陽電池の短絡電流密度が低下するおそれがある。   Although the film thickness of the upper electrode of the thin film solar cell of this invention can be suitably set according to the performance calculated | required, it is preferable that it is 100-1000 nm, and it is more preferable that it is 200-500 nm. If the film thickness of the upper electrode is less than 100 nm, the conductivity may be insufficient, and if it exceeds 1000 nm, the short-circuit current density of the solar cell may be reduced due to absorption.

本発明の薄膜太陽電池の上部電極における第一の薄膜中の金属元素M1及びM2の好ましい組み合わせ、各酸化物の割合、第二の薄膜に添加する成分については、上記本発明の積層構造と同様である。   The preferred combination of the metal elements M1 and M2 in the first thin film in the upper electrode of the thin film solar cell of the present invention, the ratio of each oxide, and the component added to the second thin film are the same as in the above laminated structure of the present invention. It is.

本発明の薄膜太陽電池は、上部電極として上記本発明の積層構造を用いる以外は公知の方法を用いて製造することができる。   The thin film solar cell of this invention can be manufactured using a well-known method except using the laminated structure of the said invention as an upper electrode.

[積層構造の作製]
実施例1
無アルカリガラスとしてeagle2000(コーニング社製)を使用し、第一の薄膜の材料であるIZO(出光興産株式会社製、登録商標、In:ZnO=95:5質量比)をRFスパッタにより10nm成膜した。次にRFスパッタにより第二の薄膜の材料であるZnOを40nm成膜した。尚、成膜条件は以下の通りとした。
第一の薄膜(IZO膜)の成膜条件
ターゲット・基板間距離 88mm
基板温度 室温
ガス流量 Ar=10sccm
成膜圧力 0.5Pa
スパッタパワー 2.3W/cm2
第二の薄膜(ZnO膜)の成膜条件
ターゲット・基板間距離 88mm
基板温度 150℃
ガス流量 Ar=10sccm、O=10sccm
成膜圧力 1Pa
スパッタパワー 2.3W/cm
[Production of laminated structure]
Example 1
Eagle 2000 (manufactured by Corning) is used as an alkali-free glass, and IZO (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd., registered trademark, In 2 O 3 : ZnO = 95: 5 mass ratio), which is the material of the first thin film, is obtained by RF sputtering. A 10 nm film was formed. Next, 40 nm of ZnO which is the material of the second thin film was formed by RF sputtering. The film forming conditions were as follows.
Deposition condition of the first thin film (IZO film) Target-substrate distance 88mm
Substrate temperature Room temperature Gas flow rate Ar = 10sccm
Deposition pressure 0.5Pa
Sputter power 2.3 W / cm2
Deposition condition of second thin film (ZnO film) Target-substrate distance 88mm
Substrate temperature 150 ° C
Gas flow rate Ar = 10 sccm, O 2 = 10 sccm
Deposition pressure 1Pa
Sputter power 2.3 W / cm 2

このようにして得られたIZO/ZnO薄膜積層構造を空気中、350℃、1時間の条件でアニールした。アニール前の薄膜のX線回折(XRD)結果を図1に、アニール後の薄膜のXRD結果を図2に示す。
また、ZnOのC軸方向の配向性に基づいて、第二の薄膜の結晶性を評価した。結晶性の評価は、具体的には、ZnO(0002)のピーク強度を膜厚で割った値を相対指標とした。この指標値が大きいほど結晶性が高いことを示す。結果を表1に示す。
The IZO / ZnO thin film laminated structure thus obtained was annealed in air at 350 ° C. for 1 hour. FIG. 1 shows the X-ray diffraction (XRD) result of the thin film before annealing, and FIG. 2 shows the XRD result of the thin film after annealing.
The crystallinity of the second thin film was evaluated based on the orientation of ZnO in the C-axis direction. Specifically, the crystallinity was evaluated using a value obtained by dividing the peak intensity of ZnO (0002) by the film thickness as a relative index. A larger index value indicates higher crystallinity. The results are shown in Table 1.

実施例2〜14
第一及び第二の薄膜の膜厚・組成等を表1に記載のものに変更した以外は実施例1と同様にして各積層構造を作製した。さらに実施例1と同様にXRDを測定し、結晶性を評価した。結果を表1に示す。
Examples 2-14
Each laminated structure was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the film thickness and composition of the first and second thin films were changed to those shown in Table 1. Further, XRD was measured in the same manner as in Example 1 to evaluate crystallinity. The results are shown in Table 1.

比較例1
無アルカリガラスとしてeagle2000を使用し、RFスパッタによりZnOを40nm成膜した後、空気中、350℃、1時間の条件でアニールした。アニール前の薄膜のXRD結果を図1に、アニール後の薄膜のXRD結果を図2に示す。また、得られたZnO膜の結晶性を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
Eagle 2000 was used as non-alkali glass, and ZnO was deposited to 40 nm by RF sputtering, and then annealed in air at 350 ° C. for 1 hour. FIG. 1 shows the XRD result of the thin film before annealing, and FIG. 2 shows the XRD result of the thin film after annealing. Further, the crystallinity of the obtained ZnO film was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2012099661
Figure 2012099661

表1の結果から、ZnOを含有する第二の薄膜の下地層として第一の薄膜を形成することによって、ZnOを含有する第二の薄膜の膜厚を小さくしても、高い結晶性を得ることができることがわかる。   From the results of Table 1, high crystallinity is obtained even when the thickness of the second thin film containing ZnO is reduced by forming the first thin film as the underlayer of the second thin film containing ZnO. You can see that

図1及び図2の結果から、実施例1におけるIZO膜を下地層としてその上に形成されたZnO膜は、比較例1における同じ膜厚のZnO単膜よりも結晶性に優れていることがわかる。   From the results of FIGS. 1 and 2, the ZnO film formed on the IZO film in Example 1 as an underlayer is superior in crystallinity to the ZnO single film having the same film thickness in Comparative Example 1. Recognize.

実施例15
[薄膜トランジスタの作製]
下記材料・条件で薄膜トランジスタを作製した。
・ゲート電極
無アルカリガラスとしてeagle2000を使用し、Crをスパッタ成膜した。次にフォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ゲート電極とした。
・絶縁膜
上記基板をCVD装置にセットし、SiOの成膜を行った。SiOはSiH+NO+Nガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)にて行い、膜厚は50nmに設定した。
・チャネル成膜
このようにして得た絶縁膜付き基板をスパッタ装置にセットし、実施例1と同様にしてIZO/ZnOからなる酸化物薄膜積層構造を作製した。
Example 15
[Production of Thin Film Transistor]
A thin film transistor was fabricated with the following materials and conditions.
-Gate electrode Eagle 2000 was used as non-alkali glass, and Cr was formed by sputtering. Next, a photoresist was applied, exposed, developed, and etched, and finally the resist was peeled to form a gate electrode.
· An insulating film above the substrate was set in a CVD apparatus, film formation was carried out in the SiO 2. SiO 2 was formed by plasma chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + N 2 O + N 2 gas, and the film thickness was set to 50 nm.
Channel deposition The substrate with an insulating film thus obtained was set in a sputtering apparatus, and an oxide thin film laminated structure made of IZO / ZnO was produced in the same manner as in Example 1.

・エッチストッパー
上記基板をCVD装置にセットし、SiNの成膜を行った。SiNはSiH+NH+Nガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)にて行い、膜厚は100nmに設定した。
・チャネル、エッチストッパーのパターニング
上記基板にフォトレジストを塗布し、露光、現像、ドライエッチングを行い、最後にレジストを剥離して、チャネル層を得た。
・保護膜
さらに上記基板をCVD装置にセットし、SiNの成膜を行った。SiNはSiH+NH+Nガスを用いたプラズマ化学気相成長(PCVD)にて行い、膜厚は100nmに設定した。
次に上記基板にフォトレジストを塗布し、露光、現像、ドライエッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ソース、ドレイン、ゲート電極用のコンタクトホールを作製した。
Etch stopper The substrate was set in a CVD apparatus, and a SiN x film was formed. SiN x was formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + NH 3 + N 2 gas, and the film thickness was set to 100 nm.
-Patterning of channel and etch stopper Photoresist was applied to the substrate, exposed, developed, and dry etched, and finally the resist was peeled off to obtain a channel layer.
Protective film further set the substrate in a CVD apparatus, film formation was carried out in the SiN x. SiN x was formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) using SiH 4 + NH 3 + N 2 gas, and the film thickness was set to 100 nm.
Next, a photoresist was applied to the substrate, and exposure, development, and dry etching were performed. Finally, the resist was peeled off to form contact holes for source, drain, and gate electrodes.

・ソース、ドレイン電極
上記基板上にITOをスパッタ成膜した後、フォトレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行い、最後にレジストを剥離して、ソース・ドレイン電極とした。
-Source and drain electrodes After sputter-depositing ITO on the substrate, a photoresist was applied, exposed, developed, and etched, and finally the resist was removed to form source and drain electrodes.

このようにして得た薄膜トランジスタを用い、ゲート電圧(V)の変化に伴うドレイン電流(I)の大きさを測定することにより、その伝達特性の評価を行った。結果を図3に示した。
また、ゲート電圧(Vg)の変化に伴う電界効果移動度の大きさを計算した。結果を図4に示した。
Using the thin film transistor thus obtained, the magnitude of the drain current (I d ) accompanying the change in the gate voltage (V g ) was measured to evaluate the transfer characteristics. The results are shown in FIG.
Further, the magnitude of the field effect mobility accompanying the change of the gate voltage (Vg) was calculated. The results are shown in FIG.

また、得られた薄膜トランジスタの電界効果移動度とオフ電流(Ioff)を下記の方法で測定した。結果を表2に示す。
・電界効果移動度
電界効果移動度はHall効果測定で評価した。
尚、ホール測定装置、及びその測定条件は下記の通りである。
ホール測定装置
東陽テクニカ製:Resi Test8310
測定条件
測定温度:室温(25℃)
測定磁場:0.45T
測定電流:10−12〜10−4
測定モード:AC磁場ホール測定
In addition, the field-effect mobility and off-current (I off ) of the obtained thin film transistor were measured by the following method. The results are shown in Table 2.
-Field effect mobility Field effect mobility was evaluated by Hall effect measurement.
The Hall measuring device and the measurement conditions are as follows.
Hall measuring device manufactured by Toyo Technica: Resi Test 8310
Measurement conditions Measurement temperature: Room temperature (25 ° C)
Measurement magnetic field: 0.45T
Measurement current: 10 −12 to 10 −4 A
Measurement mode: AC magnetic field hall measurement

・Ioff(オフ電流)
ゲート電圧(V)=−5Vのときのドレイン電流(I)をオフ電流(Ioff)とした。
オフ電流は通常5×10−9A以下であり、1×10−9A以下が好ましく、5×10−10A以下がより好ましく、1×10−10A以下が特に好ましい。オフ電流が5×10−9A以下であれば、リーク電流が少なくディスプレイの薄膜トランジスタとして使用できる。
・ I off (off current)
The drain current (I d ) when the gate voltage (V g ) = − 5 V was defined as the off-current (I off ).
The off-current is usually 5 × 10 −9 A or less, preferably 1 × 10 −9 A or less, more preferably 5 × 10 −10 A or less, and particularly preferably 1 × 10 −10 A or less. When the off-state current is 5 × 10 −9 A or less, the leakage current is small and it can be used as a thin film transistor for a display.

実施例16〜27
チャネル成膜を表2に記載の材料で行った他は、実施例15と同様にして薄膜トランジスタを作製し、実施例1と同様に電界効果移動度とIoff(オフ電流)を測定した。結果を表2に示す。
Examples 16-27
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 15 except that the channel film formation was performed using the materials shown in Table 2, and the field effect mobility and I off (off current) were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

比較例3
チャネル成膜を比較例1と同様にして行った他は、実施例15と同様にしてZnOのみをチャネル層としたトランジスタを作製し、実施例15と同様に伝達特性及び電界効果移動度とIoff(オフ電流)を測定した。結果を図3及び表2に示す。また、ゲート電圧(V)の変化に伴う電界効果移動度の大きさを計算した。結果を図4に示した。
Comparative Example 3
A transistor using only ZnO as a channel layer was fabricated in the same manner as in Example 15 except that channel film formation was performed in the same manner as in Comparative Example 1. Similarly to Example 15, transfer characteristics, field effect mobility, and I The off (off current) was measured. The results are shown in FIG. Further, the magnitude of the field effect mobility accompanying the change of the gate voltage (V g ) was calculated. The results are shown in FIG.

Figure 2012099661
Figure 2012099661

図3から明らかなように、ゲート電圧(V)=0.1Vにおける実施例15のドレイン電流値(I)は比較例3のドレイン電流値に比べて1桁近い向上が得られた。
また、図4から明らかなように、ゲート電圧(V)=25Vにおける比較例3の電界効果移動度は13cm/Vsであるのに対し、実施例15の電界効果移動度は53cm/Vsであり、実施例15におけるIZO膜を下地層としてその上に形成されたZnO膜は、比較例3における同じ膜厚のZnO単膜よりも顕著に高い電界効果移動度を示すことがわかる。
As is clear from FIG. 3, the drain current value (I d ) of Example 15 at the gate voltage (V g ) = 0.1 V was improved by almost one digit compared with the drain current value of Comparative Example 3.
Further, as apparent from FIG. 4, the field effect mobility of Comparative Example 3 at the gate voltage (V g ) = 25 V is 13 cm 2 / Vs, whereas the field effect mobility of Example 15 is 53 cm 2 / V. It can be seen that the ZnO film formed on the IZO film in Example 15 using the IZO film in Example 15 as a base layer exhibits significantly higher field effect mobility than the ZnO single film having the same film thickness in Comparative Example 3.

表2の結果から、実施例15〜27で作製した薄膜トランジスタは、電界効果移動度が高く、オフ電流(Ioff)が非常に低く、優れたTFT特性を有していることがわかる。 From the results in Table 2, it can be seen that the thin film transistors manufactured in Examples 15 to 27 have high field-effect mobility, very low off-state current (I off ), and excellent TFT characteristics.

上述したように、特定の金属酸化物からなる第一の薄膜とZnOを含有する第二の薄膜の積層構造をチャネル層に用いた本発明の薄膜トランジスタは、優れたTFT特性を有しており、液晶表示装置等の駆動素子として使用可能なものである。   As described above, the thin film transistor of the present invention using the laminated structure of the first thin film made of a specific metal oxide and the second thin film containing ZnO as the channel layer has excellent TFT characteristics. It can be used as a driving element for a liquid crystal display device or the like.

実施例28
[CIGS薄膜太陽電池の作製]
下記材料・条件でCIGS薄膜太陽電池を作製した。・ガラス基板
ソーダライムガラスを使用した。
・裏面電極層
Moを直流スパッタリングにより500nm成膜した。
・光吸収層
Cu,In,Ga及びSeを通過型スパッタ装置にて5000nmとなるように成膜した。
・バッファ層
InSをCBD(ケミカルバスでポジション)法により200nm成膜した。
・n型半導体層
ZnOをスパッタ法により500nm成膜した。
・透明電極層1(第一の薄膜)
Inをスパッタ法により10nm成膜した。
・透明電極層2(第二の薄膜)
AZO(ZnO:Al=99:1質量比)をスパッタ法により200nm成膜した。このとき基板温度は150℃に設定した。
Example 28
[Preparation of CIGS thin film solar cell]
A CIGS thin film solar cell was produced under the following materials and conditions. -Glass substrate Soda lime glass was used.
-Back electrode layer A Mo film was formed to a thickness of 500 nm by direct current sputtering.
-Light absorption layer Cu, In, Ga, and Se were formed into a film so as to have a thickness of 5000 nm using a pass-through sputtering apparatus.
Buffer layer A 200 nm InS film was formed by CBD (position on chemical bath) method.
-N-type semiconductor layer A ZnO film was formed by sputtering to a thickness of 500 nm.
-Transparent electrode layer 1 (first thin film)
A film of In 2 O 3 having a thickness of 10 nm was formed by sputtering.
-Transparent electrode layer 2 (second thin film)
AZO (ZnO: Al 2 O 3 = 99: 1 mass ratio) was formed to a thickness of 200 nm by a sputtering method. At this time, the substrate temperature was set to 150 ° C.

得られたCIGS薄膜太陽電池における、短絡電流密度(Isc)>20mAを達成する透明電極層の膜厚(第一及び第二の薄膜の総厚)と、AZOの膜厚400〜1200nmにおける平均透過率を下記方法で求めた。結果を表3に示す。
・短絡電流密度(Isc)>20mAを達成する透明電極層2の膜厚
AZOのみをガラス上に成膜し、接触式膜厚測定器(DEKTAK、ULVAC社製)を用いて測定した。
・平均透過率
AZOのみをガラス上に成膜し、波長範囲400〜1200nmの透過率を測定し平均値を算出した。
In the obtained CIGS thin film solar cell, the thickness of the transparent electrode layer (total thickness of the first and second thin films) that achieves a short-circuit current density (Isc)> 20 mA, and the average transmission of AZO at a thickness of 400 to 1200 nm The rate was determined by the following method. The results are shown in Table 3.
-Film thickness of transparent electrode layer 2 that achieves short-circuit current density (Isc)> 20 mA Only AZO was deposited on glass and measured using a contact-type film thickness meter (DEKTAK, manufactured by ULVAC).
-Average transmittance | permeability Only AZO was formed into a film on glass, the transmittance | permeability of the wavelength range 400-1200 nm was measured, and the average value was computed.

実施例29
透明電極層2としてZnO:Ga(99:1質量比)を用いた他は実施例28と同様にしてCIGS薄膜太陽電池を作製し、実施例28と同様に性能評価を行った。結果を表3に示す。
Example 29
A CIGS thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 28 except that ZnO: Ga 2 O 3 (99: 1 mass ratio) was used as the transparent electrode layer 2, and performance evaluation was performed in the same manner as in Example 28. The results are shown in Table 3.

比較例4
透明電極層1を作製しなかった他は実施例28と同様にしてCIGS薄膜太陽電池を作製し、性能評価を行った。結果を表3に示す。
Comparative Example 4
A CIGS thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 28 except that the transparent electrode layer 1 was not produced, and performance evaluation was performed. The results are shown in Table 3.

Figure 2012099661
Figure 2012099661

表3の結果から、実施例28及び29で作製した薄膜太陽電池は、Isc>20mAを達成する透明電極層の膜厚を小さく抑えることができ、それにより高い透過率が得られることがわかる。   From the results in Table 3, it can be seen that the thin film solar cells produced in Examples 28 and 29 can suppress the film thickness of the transparent electrode layer that achieves Isc> 20 mA, thereby obtaining a high transmittance.

本発明によれば、ゲート絶縁膜と半導体薄膜の良好な界面を得ることができ、高性能で量産性のある薄膜トランジスタを提供することができる。
本発明の薄膜トランジスタは、優れたTFT性能を有するものであり、液晶表示装置等の駆動素子として有用である。
本発明の薄膜太陽電池は、透明電極層の膜厚を小さくできるため、高い透過率を有する高性能な太陽電池として有用である。
According to the present invention, a good interface between a gate insulating film and a semiconductor thin film can be obtained, and a thin film transistor with high performance and mass productivity can be provided.
The thin film transistor of the present invention has excellent TFT performance and is useful as a driving element for liquid crystal display devices and the like.
Since the thin film solar cell of this invention can make the film thickness of a transparent electrode layer small, it is useful as a high performance solar cell which has a high transmittance | permeability.

Claims (19)

In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する非晶質膜である第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜
からなる積層構造。
A first thin film which is an amorphous film containing an oxide of one or both of the metal elements M1 and In and Sn, and contains at least ZnO laminated in contact with the first thin film A laminated structure consisting of a second thin film.
前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する請求項1に記載の積層構造。   The multilayer structure according to claim 1, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga. 前記第一及び第二の薄膜を積層した後、酸素雰囲気で熱処理を施したものである請求項1又は2に記載の積層構造。   The laminated structure according to claim 1, wherein the first and second thin films are laminated and then heat-treated in an oxygen atmosphere. 前記第一の薄膜の膜厚が3〜50nmである請求項1〜3のいずれかに記載の積層構造。   The laminated structure according to claim 1, wherein the first thin film has a thickness of 3 to 50 nm. 前記第二の薄膜の膜厚が20〜200nmである請求項1〜4のいずれかに記載の積層構造。   The laminated structure according to claim 1, wherein the second thin film has a thickness of 20 to 200 nm. 前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される請求項2〜5のいずれかに記載の積層構造。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
The laminated structure according to any one of claims 2 to 5, wherein a combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
前記第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の積層構造。   The laminated structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga oxides. ゲート絶縁膜上に、チャネル層を有する薄膜トランジスタであって、
前記チャネル層が、
In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造
からなる薄膜トランジスタ。
A thin film transistor having a channel layer on a gate insulating film,
The channel layer comprises:
A first thin film containing an oxide of one or both of metal elements M1 and In and Sn, and a second thin film containing at least ZnO and laminated on the first thin film. A thin film transistor having a laminated structure.
前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する請求項8に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 8, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga. 前記第一の薄膜の膜厚が5〜50nmである請求項8又は9に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 8 or 9, wherein the thickness of the first thin film is 5 to 50 nm. 前記第二の薄膜の膜厚が30〜100nmである請求項8〜10のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 8, wherein the second thin film has a thickness of 30 to 100 nm. 前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される請求項9〜11のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
The thin film transistor according to any one of claims 9 to 11, wherein a combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
前記第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する請求項8〜12のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to any one of claims 8 to 12, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga oxides. 裏面電極上に、光吸収層、界面層及び上部電極が、この順に設けられた薄膜太陽電池であって、
前記上部電極が、In及びSnのいずれか一方又は両方の金属元素M1の酸化物を含有する第一の薄膜、及び
前記第一の薄膜上に接触して積層された、少なくともZnOを含有する第二の薄膜からなる積層構造からなる薄膜太陽電池。
On the back electrode, a light absorption layer, an interface layer and an upper electrode are thin film solar cells provided in this order,
A first thin film containing an oxide of one or both of the metal elements M1 and In and Sn, and a first thin film containing at least ZnO laminated in contact with the first thin film. A thin film solar cell comprising a laminated structure comprising two thin films.
前記第一の薄膜が、さらにZn、Al及びGaからなる群から選択される一種以上の金属元素M2の酸化物を含有する請求項14に記載の薄膜太陽電池。   The thin film solar cell according to claim 14, wherein the first thin film further contains an oxide of one or more metal elements M2 selected from the group consisting of Zn, Al, and Ga. 前記第一の薄膜の膜厚が3〜30nmである請求項14又は15に記載の薄膜太陽電池。   The thin film solar cell according to claim 14 or 15, wherein the first thin film has a thickness of 3 to 30 nm. 前記上部電極の膜厚が100〜1000nmである請求項14〜16のいずれかに記載の薄膜太陽電池。   The thin film solar cell according to any one of claims 14 to 16, wherein the film thickness of the upper electrode is 100 to 1000 nm. 前記金属元素M1及びM2の組み合わせが下記の組合せから選択される請求項15〜18のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
(M1;M2)=(In;Ga)、(In;Zn)、(In;Ga及びZn)及び(In及びSn;Zn)
The thin film solar cell according to any one of claims 15 to 18, wherein a combination of the metal elements M1 and M2 is selected from the following combinations.
(M1; M2) = (In; Ga), (In; Zn), (In; Ga and Zn) and (In and Sn; Zn)
第二の薄膜が、さらにAl及びGaのいずれか一方又は両方の酸化物を含有する請求項14〜18のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
The thin film solar cell according to any one of claims 14 to 18, wherein the second thin film further contains one or both of Al and Ga oxides.
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