JPWO2015198857A1 - Metal oxide film manufacturing method, metal oxide film, thin film transistor, and electronic device - Google Patents

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Abstract

溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成する金属酸化物前駆体膜形成工程と、金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、金属酸化物前駆体膜に対し、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm2以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm2以上であることの少なくとも一方を満たす条件で紫外線を照射することにより金属酸化物前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、を有する金属酸化物膜の製造方法及びその応用。A metal oxide precursor film forming step of forming a metal oxide precursor film by applying a solution containing at least indium as a solvent and a metal component on a substrate, and metal oxidation in a state where the metal oxide precursor film is heated UV light with a condition satisfying at least one of an illuminance with a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm being 80 mW / cm 2 or more and an illuminance with a wavelength of not less than 150 nm and not more than 200 nm being 6.5 mW / cm 2 or more. A metal oxide film having a conversion step of converting a metal oxide precursor film into a metal oxide film by irradiating the film, and its application.

Description

本発明は、金属酸化物膜の製造方法、金属酸化物膜、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a metal oxide film, a metal oxide film, a thin film transistor, and an electronic device.

酸化物半導体膜又は酸化物導体膜としての金属酸化物膜は真空成膜法による製造において実用化がなされ、現在注目を集めている。   A metal oxide film as an oxide semiconductor film or an oxide conductor film has been put into practical use in production by a vacuum film forming method, and is currently attracting attention.

一方で、簡便に、低温で、かつ大気圧下で高い半導体特性を有する酸化物半導体膜を形成することを目的とした、液相プロセスによる酸化物半導体膜の作製に関して研究開発が盛んに行われている。   On the other hand, research and development have been actively conducted on the production of oxide semiconductor films by a liquid phase process for the purpose of easily forming oxide semiconductor films having high semiconductor characteristics at low temperature and atmospheric pressure. ing.

最近では、例えば、硝酸塩、酢酸塩等の溶質を溶媒中で75℃、12時間加熱攪拌を施して金属メトキシエトキシドを生成した溶液を用い、基板上に塗布し、紫外線を用いることで150℃以下の低温で高い輸送特性を有する薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を製造する手法が報告されている(Nature, Vol.489 (2012) p128参照)。   Recently, for example, a solution in which a solute such as nitrate or acetate is heated and stirred in a solvent at 75 ° C. for 12 hours to form metal methoxy ethoxide is applied onto a substrate, and ultraviolet rays are used to apply the solute to 150 ° C. A method of manufacturing a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) having high transport characteristics at the following low temperature has been reported (see Nature, Vol. 489 (2012) p128).

一方、安価な硝酸塩、酢酸塩等の溶液を用いて金属酸化物半導体前駆体膜を形成する手法が開示されている(例えば、国際公開第2009/081862号参照)。   On the other hand, a method of forming a metal oxide semiconductor precursor film using an inexpensive solution of nitrate, acetate, or the like has been disclosed (for example, see International Publication No. 2009/081862).

また、基板上に形成された酸化物半導体前駆体膜に対し、紫外線を照射した後、プラズマ処理することにより前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる手法が開示されている(特開2013−197539号公報参照)。   Further, a method is disclosed in which an oxide semiconductor precursor film formed on a substrate is irradiated with ultraviolet light and then subjected to plasma treatment to convert the precursor film into a metal oxide film (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-2013). 1975539).

Nature, Vol.489 (2012) p128に開示されている手法では、金属メトキシエトキシドを作製するため、溶液合成における手間とコストの上昇といった課題が存在し、また、アルコキシドを形成するため、大気中では加水分解を起こしやすく、安定性に問題がある。   Nature, Vol. 489 (2012) In the method disclosed in p128, since metal methoxyethoxide is produced, there are problems such as a labor and cost increase in solution synthesis, and in order to form an alkoxide, hydrolysis is performed in the atmosphere. It is easy to wake up and there is a problem with stability.

また、国際公開第2009/081862号には硝酸塩、酢酸塩等の溶液を用いて金属酸化物半導体の前駆体膜を形成した後、金属酸化物半導体膜へ転化する一つの手法として紫外線オゾン法(UVオゾン法)が挙げられ、UV光の照度としては1mW/cm〜10W/cmとすることが記載されている。しかしながら、国際公開第2009/081862号では、前駆体膜に照射する紫外線の波長や照度が金属酸化物膜の電気特性に与える影響や、処理時間とUV光の照度との関係について具体的な検討がなされていない。In addition, International Publication No. 2009/081862 discloses an ultraviolet ozone method as one method for forming a metal oxide semiconductor precursor film using a solution of nitrate, acetate or the like and then converting it to a metal oxide semiconductor film. UV ozone method), and the illuminance of UV light is described as 1 mW / cm 2 to 10 W / cm 2 . However, in International Publication No. 2009/081862, the specific effects of the wavelength and illuminance of ultraviolet rays applied to the precursor film on the electrical characteristics of the metal oxide film and the relationship between the processing time and the illuminance of UV light are specifically examined. Has not been made.

また、特開2013−197539号公報では、前駆体膜に対し、紫外線照射後、プラズマ処理を施すことで転化を行うため、転化工程全体として手間と時間を要してしまう。   In JP 2013-197539 A, since the precursor film is converted by performing a plasma treatment after the ultraviolet irradiation, the entire conversion process takes time and effort.

本発明は、電子伝達特性を有する金属酸化物膜を容易に製造することができる金属酸化物膜の製造方法、並びに電気特性に優れた金属酸化物膜、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスを提供することを目的とする。   The present invention provides a method for producing a metal oxide film capable of easily producing a metal oxide film having electron transfer characteristics, and a metal oxide film, a thin film transistor, and an electronic device having excellent electric characteristics. Objective.

上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
<1> 溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成する金属酸化物前駆体膜形成工程と、
金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、金属酸化物前駆体膜に対し、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることの少なくとも一方を満たす条件で紫外線を照射することにより金属酸化物前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、
を有する金属酸化物膜の製造方法。
<2> 紫外線の照射を、少なくとも波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上である条件で行う<1>に記載の金属酸化物膜の製造方法。
<3> 紫外線の照射を、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であり、且つ、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上である条件で行う<1>又は<2>に記載の金属酸化物膜の製造方法。
<4> 紫外線の波長200nm超300nm以下の照度が90mW/cm以上である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<5> 紫外線の波長150nm以上200nm以下の照度が7mW/cm以上である<1>〜<4>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<6> 紫外線の照射時間が25分以下である<1>〜<5>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<7> 紫外線の照射時間が15分以下である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<8> 紫外線を照射する雰囲気の酸素濃度が80000ppm以下である<1>〜<7>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<9> 紫外線を照射する雰囲気の酸素濃度が30000ppm以下である<1>〜<8>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<10> 紫外線を照射する間の基板の温度を200℃未満に保持する<1>〜<9>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<11> 紫外線を照射する間の基板温度を120℃超に保持する<1>〜<10>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<12> 溶液に含まれるインジウムがインジウムイオンである<1>〜<11>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<13> 溶液が硝酸イオンを含む<1>〜<12>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<14> 紫外線を照射する間に基板が昇温又は降温する速度を±0.5℃/min以内にする<1>〜<13>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<15> 溶液に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである<1>〜<14>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<16> 溶液が、少なくとも硝酸インジウムを溶媒に溶解させた溶液である<1>〜<15>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<17> 溶液が、亜鉛、錫、ガリウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属成分をさらに含む<1>〜<16>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<18> 溶媒が、メタノール、メトキシエタノール、及び水から選ばれる少なくとも1種を含む<1>〜<17>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<19> 溶液中の金属成分の濃度が、0.01mol/L以上1.0mol/L以下である<1>〜<18>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<20> 紫外線の照射に用いる光源が、低圧水銀ランプである<1>〜<19>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<21> 金属酸化物前駆体膜形成工程において、溶液を基板上に塗布し、基板を35℃以上100℃以下に加熱して乾燥させることにより金属酸化物前駆体膜を形成する<1>〜<20>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<22> 金属酸化物前駆体膜形成工程において、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも1種の塗布法により、溶液を基板上に塗布する<1>〜<21>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
<23> <1>〜<22>のいずれか1つに記載の金属酸化物膜の製造方法を用いて作製された金属酸化物膜。
<24> 金属酸化物膜に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである<23>に記載の金属酸化物膜。
<25> 半導体膜である<23>又は<24>に記載の金属酸化物膜。
<26> <25>に記載の金属酸化物膜を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタ。
<27> <26>に記載の薄膜トランジスタを備えた電子デバイス。
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
<1> a metal oxide precursor film forming step of forming a metal oxide precursor film by applying a solution containing at least indium as a solvent and a metal component on a substrate;
In a state where the metal oxide precursor film is heated, the illuminance having a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm is 80 mW / cm 2 or more, and the illuminance having a wavelength of 150 to 200 nm is 6. A conversion step of converting the metal oxide precursor film into a metal oxide film by irradiating ultraviolet rays under conditions satisfying at least one of 5 mW / cm 2 or more;
The manufacturing method of the metal oxide film which has this.
<2> The method for producing a metal oxide film according to <1>, wherein the irradiation with ultraviolet rays is performed under the condition that an illuminance of at least a wavelength of 200 nm to 300 nm or less is 80 mW / cm 2 or more.
<3> The ultraviolet irradiation, or less illuminance wavelength 200nm ultra 300nm is 80 mW / cm 2 or more, and, 200nm or less illuminance than wavelength 150nm is performed under conditions at 6.5 mW / cm 2 or more <1> or The manufacturing method of the metal oxide film as described in <2>.
<4> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <3>, wherein an illuminance of an ultraviolet wavelength of 200 nm to 300 nm is 90 mW / cm 2 or more.
<5> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <4>, wherein the illuminance at an ultraviolet wavelength of 150 nm to 200 nm is 7 mW / cm 2 or more.
<6> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <5>, wherein the irradiation time of ultraviolet rays is 25 minutes or less.
<7> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <6>, wherein the irradiation time of ultraviolet rays is 15 minutes or less.
<8> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <7>, wherein an oxygen concentration in an atmosphere irradiated with ultraviolet rays is 80000 ppm or less.
<9> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <8>, wherein an oxygen concentration in an atmosphere irradiated with ultraviolet rays is 30000 ppm or less.
<10> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <9>, wherein the temperature of the substrate during irradiation with ultraviolet rays is kept below 200 ° C.
<11> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <10>, wherein the substrate temperature during irradiation with ultraviolet rays is maintained at over 120 ° C.
<12> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <11>, wherein indium contained in the solution is indium ions.
<13> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <12>, wherein the solution contains nitrate ions.
<14> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <13>, wherein a rate at which the substrate is heated or lowered during irradiation with ultraviolet rays is within ± 0.5 ° C./min. .
<15> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <14>, wherein 50 atom% or more of the metal component contained in the solution is indium.
<16> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <15>, wherein the solution is a solution in which at least indium nitrate is dissolved in a solvent.
<17> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <16>, wherein the solution further contains at least one metal component selected from the group consisting of zinc, tin, gallium, and aluminum. .
<18> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <17>, wherein the solvent contains at least one selected from methanol, methoxyethanol, and water.
<19> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <18>, wherein the concentration of the metal component in the solution is 0.01 mol / L or more and 1.0 mol / L or less.
<20> The method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <19>, wherein the light source used for ultraviolet irradiation is a low-pressure mercury lamp.
<21> In the metal oxide precursor film forming step, the solution is applied onto the substrate, and the substrate is heated to 35 ° C. or higher and 100 ° C. or lower to be dried to form the metal oxide precursor film <1> to The manufacturing method of the metal oxide film as described in any one of <20>.
<22> In the metal oxide precursor film forming step, the solution is applied onto the substrate by at least one application method selected from an inkjet method, a dispenser method, a relief printing method, and an intaglio printing method <1> to The method for producing a metal oxide film according to any one of <21>.
<23> A metal oxide film produced using the method for producing a metal oxide film according to any one of <1> to <22>.
<24> The metal oxide film according to <23>, wherein 50 atom% or more of the metal component contained in the metal oxide film is indium.
<25> The metal oxide film according to <23> or <24>, which is a semiconductor film.
<26> A thin film transistor having an active layer including the metal oxide film according to <25>, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode.
<27> An electronic device comprising the thin film transistor according to <26>.

本発明によれば、電子伝達特性を有する金属酸化物膜を容易に製造することができる金属酸化物膜の製造方法、並びに電気特性に優れた金属酸化物膜、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the metal oxide film which can manufacture the metal oxide film which has an electron transfer characteristic easily, and the metal oxide film, thin film transistor, and electronic device excellent in the electrical property are provided. The

本発明により製造される薄膜トランジスタの一例(トップゲート−トップコンタクト型)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an example (top gate-top contact type) of the thin-film transistor manufactured by this invention. 本発明により製造される薄膜トランジスタの一例(トップゲート−ボトムコンタクト型)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an example (top gate-bottom contact type) of the thin-film transistor manufactured by this invention. 本発明により製造される薄膜トランジスタの一例(ボトムゲート−トップコンタクト型)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an example (bottom gate-top contact type) of the thin-film transistor manufactured by this invention. 本発明により製造される薄膜トランジスタの一例(ボトムゲート−ボトムコンタクト型)の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of an example (bottom gate-bottom contact type) of the thin-film transistor manufactured by this invention. 実施形態の液晶表示装置の一部分を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of liquid crystal display device of embodiment. 図5に示す液晶表示装置の電気配線の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrical wiring of the liquid crystal display device shown in FIG. 実施形態の有機EL表示装置の一部分を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of organic EL display apparatus of embodiment. 図7に示す有機EL表示装置の電気配線の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrical wiring of the organic electroluminescence display shown in FIG. 実施形態のX線センサアレイの一部分を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a part of X-ray sensor array of embodiment. 図9に示すX線センサアレイの電気配線の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electrical wiring of the X-ray sensor array shown in FIG. 実施例1、2及び比較例1、2で作製した簡易型TFTのV−I特性を示す図である。It is a diagram showing, V g -I d characteristics of the simplified TFT fabricated in Examples 1 and 2. 実施例1、2及び比較例1、2における転化工程での波長200nm超300nm以下の照度と移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the illumination intensity and wavelength of wavelength 200nm or more and 300nm or less in the conversion process in Example 1, 2 and Comparative Example 1,2. 実施例1、2及び比較例1、2における転化工程での波長150nm以上200nm以下の照度と移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the illumination intensity and the mobility of wavelength 150nm or more and 200nm or less in the conversion process in Examples 1, 2 and Comparative Examples 1, 2. 実施例3、4及び比較例3、4における転化工程での波長200nm超300nm以下の照度と移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the illumination intensity and wavelength of wavelength 200nm to 300nm or less in the conversion process in Example 3, 4 and Comparative Example 3, 4. 実施例3、4及び比較例3、4における転化工程での波長150nm以上200nm以下の照度と移動度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the illumination intensity and the mobility of wavelength 150nm or more and 200nm or less in the conversion process in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4. 実施例及び比較例で用いた硝酸インジウムを2−メトキシエタノール中に溶解させた溶液の紫外光吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the ultraviolet light absorption spectrum of the solution which dissolved the indium nitrate used in the Example and the comparative example in 2-methoxyethanol.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る金属酸化物膜の製造方法、並びに本発明により製造される金属酸化物膜、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスについて具体的に説明する。
なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材(構成要素)には同じ符号を付して適宜説明を省略する。また、本明細書において「〜」の記号により数値範囲を示す場合、範囲を示す下限値及び上限値としてそれぞれ記載されている数値はその数値範囲に含まれる。
また、本発明は、導電膜又は半導体膜としての金属酸化物膜の製造に適用することができる。代表例として、半導体膜の製造方法について主に説明する。
Hereinafter, a method for producing a metal oxide film according to the present invention and a metal oxide film, a thin film transistor, and an electronic device produced according to the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
In the drawings, members (components) having the same or corresponding functions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate. Further, in the present specification, when a numerical range is indicated by the symbol “to”, numerical values respectively described as a lower limit value and an upper limit value indicating the range are included in the numerical range.
Further, the present invention can be applied to manufacture of a metal oxide film as a conductive film or a semiconductor film. As a representative example, a method for manufacturing a semiconductor film will be mainly described.

本発明者は、溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成した後、金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、特定の波長及び照度を満たす条件で紫外線を照射することにより短時間で容易に電子伝達特性に優れた金属酸化物膜に転化させることを見出した。   The inventor applied a solution containing at least indium as a solvent and a metal component on a substrate to form a metal oxide precursor film, and then heated the metal oxide precursor film to a specific wavelength and illuminance. It was found that by irradiating with ultraviolet rays under conditions satisfying the above conditions, it can be easily converted into a metal oxide film having excellent electron transfer characteristics in a short time.

<金属酸化物膜の製造方法>
本開示に係る金属酸化物膜の製造方法は、溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成する金属酸化物前駆体膜形成工程と、金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、金属酸化物前駆体膜に対し、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることの少なくとも一方を満たす条件で紫外線を照射することにより金属酸化物前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、を有する。
<Method for producing metal oxide film>
A method for producing a metal oxide film according to the present disclosure includes: a metal oxide precursor film forming step of forming a metal oxide precursor film by applying a solution containing at least indium as a solvent and a metal component on a substrate; In a state where the oxide precursor film is heated, the illuminance having a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm is 80 mW / cm 2 or more and the illuminance having a wavelength of 150 to 200 nm is 6.5 mW with respect to the metal oxide precursor film. Conversion step of converting the metal oxide precursor film into a metal oxide film by irradiating with ultraviolet rays under conditions satisfying at least one of / cm 2 or more.

本開示の方法により電子伝達特性に優れた金属酸化物膜が得られる理由は定かでないが、金属酸化物前駆体膜を形成するためのインジウムを含む溶液が、特に波長150nm以上200nm以下、及び、波長200nm超300nm以下の紫外光に対して高い分解性を示し、特定の照度以上で紫外線を照射することで、短時間でも前駆体膜が金属酸化物膜に転化し、酸化インジウムが生成され易いためと考えられる。そのため、短時間の紫外線照射でもインジウムを含む金属酸化物膜において膜密度が増大し、インジウム−酸素−インジウムの結合形成を促進するとともに、キャリア濃度が増大、結果として電子伝達特性が向上すると考えられる。   Although the reason why a metal oxide film excellent in electron transfer characteristics can be obtained by the method of the present disclosure is not certain, a solution containing indium for forming the metal oxide precursor film has a wavelength of 150 nm or more and 200 nm or less, and Exhibits high decomposability for ultraviolet light with a wavelength of more than 200 nm and less than 300 nm. By irradiating with ultraviolet light at a specific illuminance or higher, the precursor film is converted into a metal oxide film even in a short time, and indium oxide is easily generated This is probably because of this. Therefore, it is considered that the film density is increased in the metal oxide film containing indium even when ultraviolet irradiation is performed for a short time, the indium-oxygen-indium bond formation is promoted, the carrier concentration is increased, and as a result, the electron transfer characteristics are improved. .

以下、各工程について具体的に説明する。   Hereinafter, each step will be specifically described.

[金属酸化物前駆体膜形成工程]
まず、溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液(以下、「金属酸化物前駆体溶液」又は単に「溶液」という場合がある。)を用意し、基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成する。
[Metal oxide precursor film forming step]
First, a solution containing at least indium as a solvent and a metal component (hereinafter sometimes referred to as “metal oxide precursor solution” or simply “solution”) is prepared and applied onto a substrate to form a metal oxide precursor film. Form.

(基板)
基板の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板の構造は単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
(substrate)
There is no restriction | limiting in particular about the shape of a board | substrate, a structure, a magnitude | size, It can select suitably according to the objective. The structure of the substrate may be a single layer structure or a laminated structure.

基板を構成する材料としては特に限定はなく、ガラス、YSZ(Yttria−Stabilized Zirconia;イットリア安定化ジルコニア)等の無機材料、樹脂、樹脂複合材料等からなる基板を用いることができる。中でも軽量である点、可撓性を有する点から樹脂基板又は樹脂複合材料からなる基板(樹脂複合材料基板)が好ましい。具体的には、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミド・オレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂基板が挙げられる。
また、無機材料と樹脂との複合材料に含まれる無機材料としては、酸化珪素粒子、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子等の無機粒子、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の炭素材料、ガラスフレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズ等のガラス材料が挙げられる。
また、樹脂と粘土鉱物との複合プラスチック材料、樹脂と雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料、樹脂と薄いガラスとの間に少なくとも1つの接合界面を有する積層プラスチック材料、無機層と有機層を交互に積層することで少なくとも1つ以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料等が挙げられる。
また、ステンレス基板或いはステンレスと異種金属を積層した金属多層基板、アルミニウム基板又は表面に酸化処理(例えば陽極酸化処理)を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板、酸化膜付きシリコン基板等を用いることもできる。
また、樹脂基板又は樹脂複合材料基板は、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、及び低吸湿性等に優れていることが好ましい。樹脂基板又は樹脂複合材料基板は、水分、酸素等の透過を防止するためのガスバリア層、樹脂基板の平坦性及び下部電極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ていてもよい。
The material constituting the substrate is not particularly limited, and a substrate made of glass, an inorganic material such as YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia), a resin, a resin composite material, or the like can be used. Of these, a resin substrate or a substrate made of a resin composite material (resin composite material substrate) is preferable in terms of light weight and flexibility. Specifically, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, Fluorine resin such as polybenzazole, polyphenylene sulfide, polycycloolefin, norbornene resin, polychlorotrifluoroethylene, liquid crystal polymer, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, ionomer resin, cyanate resin, crosslinked fumaric acid diester, cyclic polyolefin, Synthetic resin substrates such as aromatic ether, maleimide / olefin, cellulose, episulfide compounds, etc. .
Inorganic materials contained in the composite material of inorganic material and resin include inorganic particles such as silicon oxide particles, metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles, and inorganic nitride nanoparticles, carbon fibers such as carbon fibers and carbon nanotubes. Examples thereof include glass materials such as materials, glass flakes, glass fibers, and glass beads.
Also, composite plastic material of resin and clay mineral, composite plastic material of resin and particles having mica-derived crystal structure, laminated plastic material having at least one bonding interface between resin and thin glass, inorganic layer and organic Examples include a composite material having barrier performance having at least one or more bonding interfaces by alternately laminating layers.
In addition, a stainless steel substrate or a metal multilayer substrate in which different metals are laminated with stainless steel, an aluminum substrate, or an aluminum substrate with an oxide film whose surface insulation is improved by subjecting the surface to oxidation treatment (for example, anodization treatment), an oxide film An attached silicon substrate or the like can also be used.
The resin substrate or the resin composite material substrate is preferably excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, low moisture absorption, and the like. The resin substrate or the resin composite material substrate may include a gas barrier layer for preventing permeation of moisture, oxygen, etc., an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate and the adhesion to the lower electrode, and the like. .

本開示で用いる基板の厚みに特に制限はないが、50μm以上500μm以下であることが好ましい。基板の厚みが50μm以上であると、基板自体の平坦性がより向上する。また、基板の厚みが500μm以下であると、基板自体の可撓性がより向上し、フレキシブルデバイス用基板としての使用がより容易となる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the board | substrate used by this indication, It is preferable that they are 50 micrometers or more and 500 micrometers or less. When the thickness of the substrate is 50 μm or more, the flatness of the substrate itself is further improved. Further, when the thickness of the substrate is 500 μm or less, the flexibility of the substrate itself is further improved, and the use as a substrate for a flexible device becomes easier.

(溶液)
本開示で用いる溶液は、溶媒と、金属成分としてインジウムとを含有し、必要に応じてインジウム以外の他の金属成分も含有してもよい。
溶液に含まれるインジウムは、安価な材料で、膜厚均一性の高い金属酸化物膜を得る観点から、インジウムイオンとして含まれることが好ましい。なお、本開示におけるインジウムイオンは、溶媒分子等の配位子が配位したインジウム錯イオンであってもよい。また、溶液に含まれるインジウム以外の他の金属成分もイオンとして含まれることが好ましい。
(solution)
The solution used in the present disclosure contains a solvent and indium as a metal component, and may contain other metal components other than indium as necessary.
Indium contained in the solution is an inexpensive material and is preferably contained as indium ions from the viewpoint of obtaining a metal oxide film with high film thickness uniformity. The indium ion in the present disclosure may be an indium complex ion coordinated with a ligand such as a solvent molecule. Moreover, it is preferable that metal components other than the indium contained in the solution are also contained as ions.

本開示で用いる溶液は、原料となる金属塩等の金属原子含有化合物(溶質)を、溶液中で所望の濃度となるように秤量し、溶媒中で攪拌、溶解させて得られる。攪拌を行う時間は溶質が十分に溶解されれば特に制限はない。   The solution used in the present disclosure is obtained by weighing a metal atom-containing compound (solute) such as a metal salt as a raw material so as to have a desired concentration in the solution, and stirring and dissolving in a solvent. The stirring time is not particularly limited as long as the solute is sufficiently dissolved.

溶液中のインジウムの含有量は、溶液中に含まれる金属成分の50atom%以上であることが好ましい。上記濃度範囲のインジウムを含む溶液を用いることで、膜中の金属成分の50atom%以上がインジウムとなる金属酸化物膜が得られ、電子伝達特性の高い金属酸化物膜を容易に製造することができる。   The indium content in the solution is preferably 50 atom% or more of the metal component contained in the solution. By using a solution containing indium in the above concentration range, a metal oxide film in which 50 atom% or more of the metal component in the film is indium can be obtained, and a metal oxide film having high electron transfer characteristics can be easily manufactured. it can.

本開示で用いる溶液に含まれるインジウム及び必要に応じて含まれる他の金属成分の原料として金属原子含有化合物が用いられる。金属原子含有化合物としては金属塩、金属ハロゲン化物、有機金属化合物を挙げることができる。金属塩としては、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩、蓚酸塩等、金属ハロゲン化物としては塩化物、ヨウ化物、臭化物等、有機金属化合物としては金属アルコキシド、有機酸塩、金属β−ジケトネート等が挙げられる。   A metal atom-containing compound is used as a raw material for indium contained in the solution used in the present disclosure and, if necessary, other metal components. Examples of the metal atom-containing compound include metal salts, metal halides, and organometallic compounds. Metal salts include sulfates, phosphates, carbonates, acetates, oxalates, metal halides include chlorides, iodides, bromides, etc. Organic metal compounds include metal alkoxides, organic acid salts, metal β- Examples include diketonates.

本開示で用いる溶液は、インジウムのほか、硝酸イオンを含むことが好ましく、少なくとも硝酸インジウムを溶媒に溶解させた溶液であることがより好ましい。硝酸インジウムを溶媒に溶解させた溶液を塗布して得られた金属酸化物前駆体膜は、紫外光を効率よく吸収することができ、容易にインジウムを含む酸化物膜を形成することができる。なお、硝酸インジウムは水和物であってもよい。   The solution used in the present disclosure preferably contains nitrate ions in addition to indium, and more preferably a solution in which at least indium nitrate is dissolved in a solvent. A metal oxide precursor film obtained by applying a solution in which indium nitrate is dissolved in a solvent can efficiently absorb ultraviolet light, and an oxide film containing indium can be easily formed. Indium nitrate may be a hydrate.

溶液はインジウム以外の金属成分として、亜鉛、錫、ガリウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属成分を含むことが好ましい。本開示で用いる溶液が、インジウム以外の上記いずれかの金属成分を適量含むことにより、得られる金属酸化物膜の電気的安定性を向上させることができる。   The solution preferably contains at least one metal component selected from the group consisting of zinc, tin, gallium and aluminum as a metal component other than indium. When the solution used in the present disclosure contains an appropriate amount of any one of the above metal components other than indium, the electrical stability of the resulting metal oxide film can be improved.

また、本開示により製造される金属酸化物半導体膜においては、閾値電圧を所望の値に制御することも可能となる。
インジウムと他の金属元素を含む金属酸化物膜(導体膜又は半導体膜)として、In−Ga−Zn−O、In−Zn−O、In−Ga−O、In−Sn−O、In−Sn−Zn−O等が挙げられる。
In the metal oxide semiconductor film manufactured according to the present disclosure, the threshold voltage can be controlled to a desired value.
As a metal oxide film (conductor film or semiconductor film) containing indium and another metal element, In—Ga—Zn—O, In—Zn—O, In—Ga—O, In—Sn—O, and In—Sn are used. -Zn-O etc. are mentioned.

なお、本開示における溶液は、溶液中に金属酸化物半導体粒子等の不溶物を含まない溶液を用いることが好ましい。溶液中に金属酸化物半導体粒子等の不溶物を含まない溶液を用いることで金属酸化物膜を形成した際の表面ラフネスが小さくなり、面内均一性に優れた金属酸化物膜を形成することができる。   In addition, it is preferable that the solution in this indication uses the solution which does not contain insoluble matters, such as a metal oxide semiconductor particle, in a solution. By using a solution that does not contain insoluble materials such as metal oxide semiconductor particles in the solution, the surface roughness when the metal oxide film is formed is reduced, and a metal oxide film having excellent in-plane uniformity is formed. Can do.

本開示における溶液に用いる溶媒としては、溶質として用いる金属原子含有化合物が溶解するものであれば特に制限されるところではなく、水、アルコール溶媒(メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等)、アミド溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド等)、ケトン溶媒(アセトン、N−メチルピロリドン、スルホラン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン等)、エーテル溶媒(テトラヒドロフラン、メトキシエタノール等)、ニトリル溶媒(アセトニトリル等)、その他上記以外のヘテロ原子含有溶媒等が挙げられる。溶媒は1種単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。特に、溶解性及び塗れ性の向上、コスト及び環境負荷の軽減の観点から、溶媒は、メタノール、メトキシエタノール、及び水から選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。   The solvent used in the solution in the present disclosure is not particularly limited as long as the metal atom-containing compound used as a solute is soluble, water, alcohol solvents (methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, etc.), amide solvents (N, N-dimethylformamide etc.), ketone solvent (acetone, N-methylpyrrolidone, sulfolane, N, N-dimethylimidazolidinone etc.), ether solvent (tetrahydrofuran, methoxyethanol etc.), nitrile solvent (acetonitrile etc.), Other examples include hetero atom-containing solvents other than those described above. A solvent may be used individually by 1 type and may be used in mixture of 2 or more types. In particular, the solvent preferably contains at least one selected from methanol, methoxyethanol, and water from the viewpoint of improving solubility and wettability, and reducing cost and environmental burden.

溶液中の金属成分の濃度は、粘度及び得たい膜厚に応じて任意に選択することができる。薄膜の平坦性及び生産性の向上の観点から、溶液中の金属成分の濃度が0.01mol/L以上1.0mol/L以下であることが好ましく、0.01mol/L以上0.5mol/L以下であることがより好ましい。   The concentration of the metal component in the solution can be arbitrarily selected according to the viscosity and the desired film thickness. From the viewpoint of improving the flatness and productivity of the thin film, the concentration of the metal component in the solution is preferably 0.01 mol / L or more and 1.0 mol / L or less, and 0.01 mol / L or more and 0.5 mol / L or less. The following is more preferable.

(塗布)
溶液を基板上に塗布する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ミスト法、インクジェット法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法等が挙げられる。特に、微細パターンを容易に形成する観点から、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも1種の塗布法を用いることが好ましい。
(Application)
As a method of applying the solution on the substrate, spray coating method, spin coating method, blade coating method, dip coating method, casting method, roll coating method, bar coating method, die coating method, mist method, inkjet method, dispenser method, Examples thereof include screen printing, letterpress printing, and intaglio printing. In particular, from the viewpoint of easily forming a fine pattern, it is preferable to use at least one coating method selected from an inkjet method, a dispenser method, a relief printing method, and an intaglio printing method.

(乾燥)
溶液を基板上に塗布した後、自然乾燥して金属酸化物前駆体膜としてもよいが、基板温度を35℃以上100℃以下にする加熱処理によって乾燥させて金属酸化物前駆体膜を得ることが好ましい。乾燥によって、塗布膜の流動性を低減させ、最終的に得られる金属酸化物膜の平坦性を向上させることができる。また、適切な乾燥温度(35℃以上100℃以下)を選択することにより、最終的により緻密な金属酸化物膜を得ることができる。加熱処理の方法は特に限定されず、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択することができる。
(Dry)
After the solution is applied on the substrate, it may be naturally dried to obtain a metal oxide precursor film. However, the metal oxide precursor film is obtained by drying by a heat treatment in which the substrate temperature is 35 ° C. or more and 100 ° C. or less. Is preferred. By drying, the fluidity of the coating film can be reduced and the flatness of the finally obtained metal oxide film can be improved. Further, by selecting an appropriate drying temperature (35 ° C. or more and 100 ° C. or less), a final denser metal oxide film can be obtained. The method for the heat treatment is not particularly limited, and can be selected from hot plate heating, electric furnace heating, infrared heating, microwave heating, and the like.

乾燥は膜の平坦性を均一に保つ観点から、基板上に溶液を塗布後、5分以内に開始することが好ましい。
乾燥を行う時間は特に制限はないが、膜の均一性、生産性の観点から15秒以上10分以下であることが好ましい。
乾燥を行う雰囲気は特に制限はないが、製造コスト等の観点から大気圧下、大気中で行うことが好ましい。
Drying is preferably started within 5 minutes after applying the solution on the substrate from the viewpoint of keeping the flatness of the film uniform.
The drying time is not particularly limited, but is preferably 15 seconds or longer and 10 minutes or shorter from the viewpoint of film uniformity and productivity.
The atmosphere in which drying is performed is not particularly limited, but it is preferably performed in the air at atmospheric pressure from the viewpoint of manufacturing cost and the like.

[転化工程]
次いで、金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、金属酸化物前駆体膜に対し、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることの少なくとも一方を満たす条件で紫外線を照射することにより金属酸化物前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる。金属酸化物前駆体膜を加熱処理した状態で、上記条件で紫外線照射を行うことで、例えば25分以下の紫外線照射で電子伝達特性の高い金属酸化物膜へと転化させることができる。
[Conversion process]
Next, in a state where the metal oxide precursor film is heated, the illuminance having a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm is 80 mW / cm 2 or more, and the illuminance having a wavelength of 150 to 200 nm is applied to the metal oxide precursor film. The metal oxide precursor film is converted into a metal oxide film by irradiating ultraviolet rays under conditions that satisfy at least one of 6.5 mW / cm 2 or more. By performing ultraviolet irradiation under the above conditions in a state where the metal oxide precursor film is heat-treated, it can be converted into a metal oxide film having high electron transfer characteristics by ultraviolet irradiation for 25 minutes or less, for example.

(加熱処理)
転化工程における基板温度は120℃超に保持することが好ましい。転化工程における基板温度を120℃超に保持すれば、より短時間で高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができる。
一方、転化工程における基板温度は、200℃未満に保持することが好ましい。転化工程における基板温度を200℃未満に保持すれば、熱エネルギーの増大を抑制して製造コストを低く抑えることができ、また、耐熱性の低い樹脂基板への適用が容易となる。
転化工程における基板に対する加熱手段は特に限定されず、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択すればよい。
(Heat treatment)
It is preferable that the substrate temperature in the conversion step is kept above 120 ° C. If the substrate temperature in the conversion step is kept above 120 ° C., a metal oxide film having high electron transfer characteristics can be obtained in a shorter time.
On the other hand, the substrate temperature in the conversion step is preferably kept below 200 ° C. If the substrate temperature in the conversion step is kept below 200 ° C., an increase in thermal energy can be suppressed to reduce the manufacturing cost, and application to a resin substrate with low heat resistance is facilitated.
The heating means for the substrate in the conversion step is not particularly limited, and may be selected from hot plate heating, electric furnace heating, infrared heating, microwave heating, and the like.

紫外線照射前に基板を加熱し、基板温度が一定となってから紫外線照射を行うことが好ましい。基板温度が一定となってから紫外線照射を行うことで再現性の高い素子作製が可能な金属酸化物膜を作製することができる。
紫外線照射前の加熱処理時間に特に制限はないが、生産性の観点から短時間であることが好ましく、具体的には5分以内であることが好ましい。
It is preferable that the substrate is heated before the ultraviolet irradiation, and the ultraviolet irradiation is performed after the substrate temperature becomes constant. By performing ultraviolet irradiation after the substrate temperature becomes constant, a metal oxide film capable of manufacturing a highly reproducible element can be manufactured.
There is no particular limitation on the heat treatment time before the ultraviolet irradiation, but it is preferably a short time from the viewpoint of productivity, and specifically within 5 minutes.

また、高い電子伝達特性を達成する観点から、紫外線照射中の基板が昇温又は降温する速度を±0.5℃/min以内にすることが好ましく、紫外線照射中の基板温度は一定にすることがより好ましい。紫外線照射中の基板温度は、基板を加熱するホットプレート等の加熱手段の出力を調整する等によって制御することができる。
なお、基板温度は、熱電対付きSi基板によって基板の表面温度を測定することができる。
Also, from the viewpoint of achieving high electron transfer characteristics, it is preferable that the rate of temperature rise or fall of the substrate during ultraviolet irradiation is within ± 0.5 ° C / min, and the substrate temperature during ultraviolet irradiation is constant. Is more preferable. The substrate temperature during ultraviolet irradiation can be controlled by adjusting the output of a heating means such as a hot plate for heating the substrate.
In addition, the substrate temperature can measure the surface temperature of a board | substrate with the Si substrate with a thermocouple.

(紫外線照射)
転化工程で加熱された状態の金属酸化物前駆体膜に照射する紫外線は、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることの少なくとも一方を満たす条件で照射する。
(UV irradiation)
The ultraviolet rays applied to the metal oxide precursor film heated in the conversion step have an illuminance of more than 200 nm and not more than 300 nm of 80 mW / cm 2 or more, and an illuminance of not less than 150 nm and not more than 200 nm is 6.5 mW. Irradiation is performed under conditions satisfying at least one of / cm 2 or more.

金属酸化物前駆体膜に照射される紫外線は、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であることで短時間の処理であっても高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができ、90mW/cm以上であればより高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができる。なお、波長200nm超300nm以下の照度の上限は、装置コスト及び樹脂基板を用いた場合の変色を抑制する観点から500mW/cm以下であることが好ましい。The ultraviolet rays irradiated to the metal oxide precursor film have a high electron transfer characteristic metal oxide film even when the treatment is performed for a short time because the illuminance at a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm is 80 mW / cm 2 or more. If it is 90 mW / cm 2 or more, a metal oxide film having higher electron transfer characteristics can be obtained. In addition, it is preferable that the upper limit of the illuminance having a wavelength of more than 200 nm and not more than 300 nm is 500 mW / cm 2 or less from the viewpoint of suppressing device color and discoloration when using a resin substrate.

また、金属酸化物前駆体膜に照射される紫外線は、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることで短時間の処理であっても高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができ、7mW/cm以上であればより高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができる。波長150nm以上200nm以下の照度の上限は、装置コスト及び樹脂基板を用いた場合の変色を抑制する観点から200mW/cm以下であることが好ましい。
なお、紫外線の各波長域の照度は、用いる光源の選択や、集光機構、減光フィルタ等によって調整することができる。
In addition, the ultraviolet rays applied to the metal oxide precursor film have a high electron transfer property even when the illuminance having a wavelength of 150 nm or more and 200 nm or less is 6.5 mW / cm 2 or more even in a short time treatment. A film can be obtained, and if it is 7 mW / cm 2 or more, a metal oxide film having higher electron transfer characteristics can be obtained. The upper limit of the illuminance at a wavelength of 150 nm or more and 200 nm or less is preferably 200 mW / cm 2 or less from the viewpoint of suppressing device cost and discoloration when a resin substrate is used.
Note that the illuminance in each wavelength region of ultraviolet light can be adjusted by selecting a light source to be used, a light collecting mechanism, a neutral density filter, or the like.

なお、転化工程では、加熱された状態の金属酸化物前駆体膜に対し、少なくとも波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上の条件で紫外線を照射してもよいが、金属酸化物前駆体膜を短時間で電子伝達特性のより高い金属酸化物膜に転化する観点から、少なくとも波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上の条件で紫外線を照射することが好ましく、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であり、且つ、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上の条件で紫外線を照射することがより好ましい。In the conversion step, the heated metal oxide precursor film may be irradiated with ultraviolet rays under the condition that the illuminance with a wavelength of 150 nm or more and 200 nm or less is 6.5 mW / cm 2 or more. From the viewpoint of converting the precursor precursor film into a metal oxide film having higher electron transfer characteristics in a short time, it is preferable to irradiate ultraviolet rays under the condition that the illuminance of at least 200 nm and 300 nm or less is 80 mW / cm 2 or more. 200nm ultra 300nm following illumination is at 80 mW / cm 2 or more and, more preferably 200nm or less of the intensity or wavelength 150nm is irradiated with ultraviolet rays at 6.5 mW / cm 2 or more.

転化工程における紫外線照射は、金属酸化物前駆体膜が金属酸化物膜に転化するまで行えばよく、金属酸化物前駆体膜に照射される紫外線の照度及び目標とする電子伝達特性に応じて選択すればよい。本開示では転化工程における処理時間(基板を加熱した状態で金属酸化物前駆体膜に対して紫外線を照射する時間)を例えば25分以下に抑えることができる。転化工程における処理時間を25分以下に抑えることで、例えば、ロール・ツー・ロール(以下、「RTR」と略記する場合がある。)方式での電子デバイスの作製が容易となり、製造コストを大幅に下げることが可能となる。
なお、生産性の観点から、転化工程の処理時間は15分以下であることがより好ましい。転化工程での処理時間が15分以下であればより容易にRTR方式への適用が可能となる。
一方、転化工程での処理時間が長いほど電子伝達特性が向上する傾向にあるため、電子伝達特性が高い金属酸化物膜に確実に転化させる観点から、転化工程での処理時間は5分以上が好ましく、10分以上がより好ましい。
The ultraviolet irradiation in the conversion process may be performed until the metal oxide precursor film is converted into the metal oxide film, and is selected according to the illuminance of the ultraviolet light irradiated on the metal oxide precursor film and the target electron transfer characteristics. do it. In the present disclosure, the processing time in the conversion step (the time for irradiating the metal oxide precursor film with ultraviolet rays while the substrate is heated) can be suppressed to, for example, 25 minutes or less. By suppressing the processing time in the conversion process to 25 minutes or less, for example, it becomes easy to produce an electronic device in a roll-to-roll (hereinafter sometimes abbreviated as “RTR”) method, which greatly increases the manufacturing cost. It is possible to lower it.
In addition, from the viewpoint of productivity, the treatment time of the conversion process is more preferably 15 minutes or less. If the processing time in the conversion step is 15 minutes or less, the application to the RTR method can be more easily performed.
On the other hand, the longer the processing time in the conversion process, the more the electron transfer characteristics tend to improve. Therefore, from the viewpoint of sure conversion to a metal oxide film having high electron transfer characteristics, the processing time in the conversion process is 5 minutes or more. Preferably, 10 minutes or more is more preferable.

また、転化工程における紫外線照射時の雰囲気は、酸素濃度(体積率)が80000ppm以下(8%以下)であることが好ましく、30000ppm以下(3%以下)であることがより好ましい。金属酸化物前駆体膜に対して紫外線を照射する雰囲気の酸素濃度が80000ppm以下であればより高い電子伝達特性の金属酸化物膜が得られ、30000ppm以下であればさらに高い電子伝達特性の金属酸化物膜を得ることができる。   Further, the atmosphere during the ultraviolet irradiation in the conversion step is preferably an oxygen concentration (volume ratio) of 80000 ppm or less (8% or less), and more preferably 30000 ppm or less (3% or less). If the oxygen concentration of the atmosphere in which the metal oxide precursor film is irradiated with ultraviolet rays is 80000 ppm or less, a metal oxide film having higher electron transfer characteristics can be obtained, and if it is 30000 ppm or less, metal oxide having higher electron transfer characteristics is obtained. A material film can be obtained.

なお、紫外線照射時の雰囲気中の酸素濃度を上記濃度範囲に調整する手段としては、例えば基板上の金属酸化物前駆体膜に対して加熱及び紫外線照射を行う処理室内に供給する窒素ガス等の不活性ガスの流速を調整する方法、処理室内に供給するガス中の酸素濃度を調整する方法、事前に処理室内を真空引きし、そこに所望の酸素濃度のガスを充填する方法等が挙げられる。   As a means for adjusting the oxygen concentration in the atmosphere at the time of ultraviolet irradiation to the above-mentioned concentration range, for example, nitrogen gas supplied to a processing chamber for performing heating and ultraviolet irradiation on the metal oxide precursor film on the substrate or the like Examples include a method for adjusting the flow rate of the inert gas, a method for adjusting the oxygen concentration in the gas supplied to the processing chamber, and a method for evacuating the processing chamber in advance and filling the gas with a desired oxygen concentration therein. .

転化工程における加熱処理中の紫外線照射の光源としては、UVランプ、UVレーザー等が挙げられる。大面積に均一に、安価な設備で紫外線照射を行う観点からUVランプが好ましい。UVランプとしては、例えばエキシマランプ、重水素ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ヘリウムランプ、カーボンアークランプ、カドミウムランプ、無電極放電ランプ等が挙げられ、特に低圧水銀ランプを用いると容易に金属酸化物前駆体膜から金属酸化物膜への転化が行えることから好ましい。
以上の工程を経て、電子伝達特性を有する金属酸化物膜を容易に製造することができる。
Examples of the light source for ultraviolet irradiation during the heat treatment in the conversion step include a UV lamp and a UV laser. A UV lamp is preferable from the viewpoint of uniformly irradiating ultraviolet rays with inexpensive equipment uniformly over a large area. Examples of UV lamps include excimer lamps, deuterium lamps, low pressure mercury lamps, high pressure mercury lamps, ultra high pressure mercury lamps, metal halide lamps, helium lamps, carbon arc lamps, cadmium lamps, electrodeless discharge lamps, etc. It is preferable to use a mercury lamp because the metal oxide precursor film can be easily converted into the metal oxide film.
Through the above steps, a metal oxide film having electron transfer characteristics can be easily manufactured.

<薄膜トランジスタ>
本発明の実施形態により作製される金属酸化物膜は高い電子伝達特性を示すことから、半導体膜又は導電膜として用いることができ、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)の電極(ソース電極、ドレイン電極、若しくはゲート電極)又は活性層(酸化物半導体層)に好適に用いることができる。例えば、活性層の形成に本発明を適用すれば、高い移動度を有するTFTを短時間で作製することが可能となる。
以下、本発明の製造方法により作製された金属酸化物膜を薄膜トランジスタの活性層として用いる場合の実施形態について説明する。なお、本発明の金属酸化物膜の製造方法及びそれにより製造される金属酸化物膜はTFTの活性層に限定されるものではない。
<Thin film transistor>
Since the metal oxide film manufactured according to the embodiment of the present invention exhibits high electron transfer characteristics, it can be used as a semiconductor film or a conductive film. For example, an electrode (a source electrode, a drain electrode, or a thin film transistor (TFT) electrode) Gate electrode) or an active layer (oxide semiconductor layer). For example, if the present invention is applied to formation of an active layer, a TFT having high mobility can be manufactured in a short time.
Hereinafter, an embodiment in which a metal oxide film produced by the production method of the present invention is used as an active layer of a thin film transistor will be described. In addition, the manufacturing method of the metal oxide film of this invention and the metal oxide film manufactured by it are not limited to the active layer of TFT.

本開示に係るTFTの素子構造は特に限定されず、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)及びスタガ構造(トップゲート型とも呼ばれる)のいずれの態様であってもよい。また、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き、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。
トップゲート型とは、TFTが形成されている基板を最下層としたときに、ゲート絶縁膜の上側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の下側に活性層が形成された形態であり、ボトムゲート型とは、ゲート絶縁膜の下側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜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。
The element structure of the TFT according to the present disclosure is not particularly limited, and may be any of a so-called reverse stagger structure (also referred to as a bottom gate type) and a stagger structure (also referred to as a top gate type) based on the position of the gate electrode. Also good. Further, based on the contact portion between the active layer and the source and drain electrodes (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate), either a so-called top contact type or bottom contact type may be used.
The top gate type is a form in which a gate electrode is disposed on the upper side of the gate insulating film and an active layer is formed on the lower side of the gate insulating film when the substrate on which the TFT is formed is the lowermost layer. The bottom gate type is a form in which a gate electrode is disposed below the gate insulating film and an active layer is formed above the gate insulating film. 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.

図1は、トップゲート構造でトップコンタクト型の本開示に係るTFTの一例を示す模式図である。図1に示すTFT10では、基板12の一方の主面上に活性層14として上述の酸化物半導体膜が積層されている。そして、この活性層14上にソース電極16及びドレイン電極18が互いに離間して設置され、更にこれらの上にゲート絶縁膜20と、ゲート電極22とが順に積層されている。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a top contact type TFT according to the present disclosure having a top gate structure. In the TFT 10 shown in FIG. 1, the above-described oxide semiconductor film is stacked as an active layer 14 on one main surface of the substrate 12. A source electrode 16 and a drain electrode 18 are disposed on the active layer 14 so as to be spaced apart from each other, and a gate insulating film 20 and a gate electrode 22 are sequentially stacked thereon.

図2は、トップゲート構造でボトムコンタクト型の本開示に係るTFTの一例を示す模式図である。図2に示すTFT30では、基板12の一方の主面上にソース電極16及びドレイン電極18が互いに離間して設置されている。そして、活性層14として上述の酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜20と、ゲート電極22と、が順に積層されている。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a TFT according to the present disclosure having a top gate structure and a bottom contact type. In the TFT 30 shown in FIG. 2, the source electrode 16 and the drain electrode 18 are disposed on one main surface of the substrate 12 so as to be separated from each other. Then, the above-described oxide semiconductor film, the gate insulating film 20, and the gate electrode 22 are sequentially stacked as the active layer.

図3は、ボトムゲート構造でトップコンタクト型の本開示に係るTFTの一例を示す模式図である。図3に示すTFT40では、基板12の一方の主面上にゲート電極22と、ゲート絶縁膜20と、活性層14として上述の酸化物半導体膜と、が順に積層されている。そして、この活性層14の表面上にソース電極16及びドレイン電極18が互いに離間して設置されている。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a top contact type TFT according to the present disclosure having a bottom gate structure. In the TFT 40 illustrated in FIG. 3, the gate electrode 22, the gate insulating film 20, and the above-described oxide semiconductor film as the active layer 14 are sequentially stacked on one main surface of the substrate 12. A source electrode 16 and a drain electrode 18 are spaced apart from each other on the surface of the active layer 14.

図4は、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型の本開示に係るTFTの一例を示す模式図である。図4に示すTFT50では、基板12の一方の主面上にゲート電極22と、ゲート絶縁膜20と、が順に積層されている。そして、このゲート絶縁膜20の表面上にソース電極16及びドレイン電極18が互いに離間して設置され、更にこれらの上に、活性層14として上述の酸化物半導体膜が積層されている。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of a bottom contact type TFT according to the present disclosure having a bottom gate structure. In the TFT 50 shown in FIG. 4, the gate electrode 22 and the gate insulating film 20 are sequentially stacked on one main surface of the substrate 12. A source electrode 16 and a drain electrode 18 are disposed on the surface of the gate insulating film 20 so as to be spaced apart from each other, and the above-described oxide semiconductor film is stacked thereon as the active layer 14.

以下の実施形態としては図1に示すトップゲート型の薄膜トランジスタ10について主に説明するが、本開示の薄膜トランジスタはトップゲート型に限定されることなく、ボトムゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。   In the following embodiment, the top-gate thin film transistor 10 shown in FIG. 1 will be mainly described. However, the thin film transistor of the present disclosure is not limited to the top-gate type, and may be a bottom-gate type thin film transistor.

(活性層)
本実施形態のTFT10を製造する場合、まず、基板12上に、前述した金属酸化物前駆体膜形成工程及び転化工程を経て金属酸化物半導体膜を形成し、金属酸化物半導体膜を活性層の形状にパターンニングする。
パターンニングは前述したインクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、凹版印刷法等によって予め活性層のパターンを有する金属酸化物前駆体膜を形成して金属酸化物半導体膜に転化してもよいし、金属酸化物半導体膜をフォトリソグラフィー及びエッチングにより活性層の形状にパターンニングしてもよい。フォトリソグラフィー及びエッチングによりパターン形成を行うには、例えば、残存させる部分にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、若しくは燐酸、又は、硝酸及び酢酸の混合液等の酸溶液によりエッチングすることにより活性層14のパターンを形成すればよい。
(Active layer)
When manufacturing the TFT 10 of the present embodiment, first, a metal oxide semiconductor film is formed on the substrate 12 through the above-described metal oxide precursor film forming process and conversion process, and the metal oxide semiconductor film is formed as an active layer. Pattern into shape.
Patterning may be converted into a metal oxide semiconductor film by forming a metal oxide precursor film having a pattern of an active layer in advance by the above-described inkjet method, dispenser method, relief printing method, intaglio printing method, etc. The metal oxide semiconductor film may be patterned into the shape of the active layer by photolithography and etching. In order to form a pattern by photolithography and etching, for example, a resist pattern is formed on the remaining portion by photolithography, and an acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, dilute sulfuric acid, phosphoric acid, or a mixed solution of nitric acid and acetic acid is used. The pattern of the active layer 14 may be formed by etching.

活性層14の厚みは、平坦性及び膜形成に要する時間の観点から5nm以上50nm以下であることが好ましい。   The thickness of the active layer 14 is preferably 5 nm or more and 50 nm or less from the viewpoint of flatness and time required for film formation.

また、高い移動度を得る観点から、活性層14におけるインジウムの含有量は、活性層14に含まれる金属成分の50atom%以上であることが好ましく、80atom%以上であることがより好ましい。   From the viewpoint of obtaining high mobility, the content of indium in the active layer 14 is preferably 50 atom% or more of the metal component contained in the active layer 14, and more preferably 80 atom% or more.

(保護層)
活性層14上にはソース・ドレイン電極16,18のエッチング時に活性層14を保護するための保護層(不図示)を形成することが好ましい。保護層の成膜方法に特に限定はなく、金属酸化物半導体膜に続けて成膜してもよいし、金属酸化物半導体膜のパターンニング後に形成してもよい。
保護層としては金属酸化物層であってもよく、樹脂のような有機材料であってもよい。なお、保護層はソース電極16及びドレイン電極18(適宜「ソース・ドレイン電極」と記す)の形成後に除去しても構わない。
(Protective layer)
A protective layer (not shown) for protecting the active layer 14 is preferably formed on the active layer 14 when the source / drain electrodes 16 and 18 are etched. There is no particular limitation on the method for forming the protective layer, and the protective layer may be formed after the metal oxide semiconductor film or after the patterning of the metal oxide semiconductor film.
The protective layer may be a metal oxide layer or an organic material such as a resin. The protective layer may be removed after the source electrode 16 and the drain electrode 18 (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate) are formed.

(ソース・ドレイン電極)
活性層14上にソース・ドレイン電極16,18を形成する。ソース・ドレイン電極16,18はそれぞれ電極として機能するように高い導電性を有するものを用い、Al,Mo,Cr,Ta,Ti,Ag,Au等の金属、Al−Nd、Ag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)、In−Ga−Zn−O等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することができる。
(Source / drain electrodes)
Source / drain electrodes 16 and 18 are formed on the active layer 14. The source / drain electrodes 16 and 18 have high conductivity so as to function as electrodes, respectively, and metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Ag, Au, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide , Zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), a metal oxide conductive film such as In—Ga—Zn—O, or the like can be used.

ソース・ドレイン電極16,18を形成する場合、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法等の化学的方式等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すればよい。   When the source / drain electrodes 16 and 18 are formed, 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, a chemical method such as a CVD method and a plasma CVD method, etc. The film may be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the material to be used.

ソース・ドレイン電極16,18の膜厚は、成膜性、エッチング又はリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、10nm以上1000nm以下とすることが好ましく、50nm以上100nm以下とすることがより好ましい。   The film thickness of the source / drain electrodes 16 and 18 is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, preferably 50 nm or more and 100 nm or less in consideration of film forming properties, patterning properties by etching or lift-off methods, conductivity, and the like. More preferred.

ソース・ドレイン電極16,18は、導電膜を形成した後、例えば、エッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングして形成してもよく、インクジェット法等により直接パターン形成してもよい。この際、ソース・ドレイン電極16,18及びこれらの電極に接続する配線(図示せず)を同時にパターンニングすることが好ましい。   The source / drain electrodes 16 and 18 may be formed by patterning into a predetermined shape by, for example, etching or a lift-off method after forming a conductive film, or may be directly formed by an inkjet method or the like. At this time, it is preferable to pattern the source / drain electrodes 16 and 18 and the wiring (not shown) connected to these electrodes simultaneously.

(ゲート絶縁膜)
ソース・ドレイン電極16,18及び配線(図示せず)を形成した後、ゲート絶縁膜20を形成する。ゲート絶縁膜20は高い絶縁性を有するものが好ましく、例えばSiO、SiN、SiON、Al、Y、Ta、HfO等の絶縁膜、又はこれらの化合物を2種以上含む絶縁膜としてもよい。
ゲート絶縁膜20の形成は、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法等の化学的方式等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すればよい。
(Gate insulation film)
After forming the source / drain electrodes 16 and 18 and the wiring (not shown), the gate insulating film 20 is formed. The gate insulating film 20 preferably has a high insulating property. For example, an insulating film such as SiO 2 , SiN x , SiON, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , or a compound thereof is used. An insulating film including two or more kinds may be used.
The gate insulating film 20 can be formed 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 or plasma CVD method. The film may be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the material to be used.

なお、ゲート絶縁膜20はリーク電流の低下及び電圧耐性の向上のための厚みを有する必要がある一方、ゲート絶縁膜20の厚みが大きすぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。ゲート絶縁膜20は材質にもよるが、ゲート絶縁膜20の厚みは10nm以上10μm以下が好ましく、50nm以上1000nm以下がより好ましく、100nm以上400nm以下が特に好ましい。   Note that the gate insulating film 20 needs to have a thickness for reducing the leakage current and improving the voltage resistance. On the other hand, if the gate insulating film 20 is too thick, the driving voltage is increased. Although the gate insulating film 20 depends on the material, the thickness of the gate insulating film 20 is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1000 nm, and particularly preferably 100 nm to 400 nm.

(ゲート電極)
ゲート絶縁膜20を形成した後、ゲート電極22を形成する。ゲート電極22には高い導電性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、Al,Mo,Cr,Ta,Ti,Ag,Au等の金属、Al−Nd、Ag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)、IGZO等の金属酸化物導電膜等を用いてゲート電極22を形成することができる。ゲート電極22としてはこれらの導電膜を単層構造又は2層以上の積層構造として用いることができる。
(Gate electrode)
After forming the gate insulating film 20, a gate electrode 22 is formed. It is preferable to use a material having high conductivity for the gate electrode 22. For example, metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Ag, Au, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), IGZO The gate electrode 22 can be formed using a metal oxide conductive film or the like. As the gate electrode 22, these conductive films can be used as a single layer structure or a stacked structure of two or more layers.

ゲート電極22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法等の化学的方式等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する。
ゲート電極22を形成するための金属膜の膜厚は、成膜性、エッチング又はリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、10nm以上1000nm以下とすることが好ましく、50nm以上200nm以下とすることがより好ましい。
成膜後、エッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングすることにより、ゲート電極22を形成してもよく、インクジェット法等により直接パターン形成してもよい。この際、ゲート電極22及びゲート配線(図示せず)を同時にパターンニングすることが好ましい。
The gate electrode 22 is made of a material used from a wet method such as a printing method or 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 or plasma CVD method. The film is formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of the above.
The film thickness of the metal film for forming the gate electrode 22 is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, preferably 50 nm or more and 200 nm or less in consideration of film forming property, patterning property by etching or lift-off method, conductivity, and the like. More preferably.
After the film formation, the gate electrode 22 may be formed by patterning into a predetermined shape by an etching or lift-off method, or the pattern may be directly formed by an inkjet method or the like. At this time, it is preferable to pattern the gate electrode 22 and the gate wiring (not shown) at the same time.

<電子デバイス>
以上で説明した本実施形態の薄膜トランジスタ10の用途には特に限定はないが、高い輸送特性を示すことから、各種電子デバイスに適用することができる。具体的には、液晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)表示装置、無機EL表示装置等の表示装置における駆動素子、耐熱性の低い樹脂基板を用いたフレキシブルディスプレイの作製に好適である。
更に本開示により製造される薄膜トランジスタは、X線センサ、イメージセンサ等の各種センサ、MEMS(Micro Electro Mechanical System)等、種々の電子デバイスにおける駆動素子(駆動回路)として好適に用いられる。
本開示により製造される薄膜トランジスタを適用することで、電気特性に優れた電子デバイスの製造コストを抑制することができる。
<Electronic device>
Although there is no limitation in particular in the use of the thin-film transistor 10 of this embodiment demonstrated above, Since it shows a high transport characteristic, it can apply to various electronic devices. Specifically, it is suitable for manufacturing a flexible display using a driving element in a display device such as a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, and an inorganic EL display device, and a resin substrate having low heat resistance.
Furthermore, the thin film transistor manufactured according to the present disclosure is suitably used as a driving element (driving circuit) in various electronic devices such as various sensors such as an X-ray sensor and an image sensor, and a MEMS (Micro Electro Mechanical System).
By applying the thin film transistor manufactured according to the present disclosure, the manufacturing cost of an electronic device having excellent electrical characteristics can be suppressed.

<液晶表示装置>
本発明の一実施形態である液晶表示装置について、図5にその一部分の概略断面図を示し、図6に電気配線の概略構成図を示す。
<Liquid crystal display device>
FIG. 5 shows a schematic sectional view of a part of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of electrical wiring.

図5に示すように、本実施形態の液晶表示装置100は、図1に示したトップゲート構造でトップコンタクト型のTFT10と、TFT10のパッシベーション層102で保護されたゲート電極22上に画素下部電極104およびその対向上部電極106で挟まれた液晶層108と、各画素に対応させて異なる色を発色させるためのR(赤)G(緑)B(青)のカラーフィルタ110とを備え、TFT10の基板12側およびRGBカラーフィルタ110上にそれぞれ偏光板112a、112bを備えた構成である。   As shown in FIG. 5, the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment includes a top contact type TFT 10 having the top gate structure shown in FIG. 1 and a pixel lower electrode on the gate electrode 22 protected by the passivation layer 102 of the TFT 10. 104 and a liquid crystal layer 108 sandwiched between the counter upper electrode 106 and an R (red) G (green) B (blue) color filter 110 for developing different colors corresponding to each pixel. The polarizing plate 112a and 112b are provided on the substrate 12 side and the RGB color filter 110, respectively.

また、図6に示すように、本実施形態の液晶表示装置100は、互いに平行な複数のゲート配線112と、ゲート配線112と交差する、互いに平行なデータ配線114とを備えている。ここでゲート配線112とデータ配線114は電気的に絶縁されている。ゲート配線112とデータ配線114との交差部付近に、TFT10が備えられている。   As shown in FIG. 6, the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment includes a plurality of gate lines 112 that are parallel to each other and data lines 114 that are parallel to each other and intersect the gate lines 112. Here, the gate wiring 112 and the data wiring 114 are electrically insulated. The TFT 10 is provided in the vicinity of the intersection between the gate wiring 112 and the data wiring 114.

TFT10のゲート電極22は、ゲート配線112に接続されており、TFT10のソース電極16はデータ配線114に接続されている。また、TFT10のドレイン電極18はゲート絶縁膜20に設けられたコンタクトホール116を介して(コンタクトホール116に導電体が埋め込まれて)画素下部電極104に接続されている。この画素下部電極104は、接地された対向上部電極106とともにキャパシタ118を構成している。   The gate electrode 22 of the TFT 10 is connected to the gate wiring 112, and the source electrode 16 of the TFT 10 is connected to the data wiring 114. The drain electrode 18 of the TFT 10 is connected to the pixel lower electrode 104 through a contact hole 116 provided in the gate insulating film 20 (a conductor is embedded in the contact hole 116). The pixel lower electrode 104 forms a capacitor 118 together with the grounded counter upper electrode 106.

<有機EL表示装置>
本発明の一実施形態に係るアクティブマトリックス方式の有機EL表示装置について、図7に一部分の概略断面図を示し、図8に電気配線の概略構成図を示す。
<Organic EL display device>
FIG. 7 shows a schematic sectional view of a part of an active matrix organic EL display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of electrical wiring.

本実施形態のアクティブマトリックス方式の有機EL表示装置200は、図1に示したトップゲート構造のTFT10が、パッシベーション層202を備えた基板12上に、駆動用TFT10aおよびスイッチング用TFT10bとして備えられ、TFT10a,10b上に下部電極208および上部電極210に挟まれた有機発光層212からなる有機EL発光素子214を備え、上面もパッシベーション層216により保護された構成となっている。   The active-matrix organic EL display device 200 of the present embodiment includes the TFT 10 having the top gate structure shown in FIG. 1 as a driving TFT 10a and a switching TFT 10b on a substrate 12 having a passivation layer 202. , 10b is provided with an organic EL light emitting element 214 composed of an organic light emitting layer 212 sandwiched between a lower electrode 208 and an upper electrode 210, and the upper surface is also protected by a passivation layer 216.

また、図8に示すように、本実施形態の有機EL表示装置200は、互いに平行な複数のゲート配線220と、ゲート配線220と交差する、互いに平行なデータ配線222および駆動配線224とを備えている。ここで、ゲート配線220とデータ配線222、駆動配線224とは電気的に絶縁されている。スイッチング用TFT10bのゲート電極22は、ゲート配線220に接続されており、スイッチング用TFT10bのソース電極16はデータ配線222に接続されている。また、スイッチング用TFT10bのドレイン電極18は駆動用TFT10aのゲート電極22に接続されるとともに、キャパシタ226を用いることで駆動用TFT10aをオン状態に保つ。駆動用TFT10aのソース電極16は駆動配線224に接続され、ドレイン電極18は有機EL発光素子214に接続される。   As shown in FIG. 8, the organic EL display device 200 of this embodiment includes a plurality of gate wirings 220 that are parallel to each other, and data wirings 222 and driving wirings 224 that are parallel to each other and intersect the gate wirings 220. ing. Here, the gate wiring 220, the data wiring 222, and the drive wiring 224 are electrically insulated. The gate electrode 22 of the switching TFT 10 b is connected to the gate wiring 220, and the source electrode 16 of the switching TFT 10 b is connected to the data wiring 222. The drain electrode 18 of the switching TFT 10b is connected to the gate electrode 22 of the driving TFT 10a, and the driving TFT 10a is kept on by using the capacitor 226. The source electrode 16 of the driving TFT 10 a is connected to the driving wiring 224, and the drain electrode 18 is connected to the organic EL light emitting element 214.

なお、図7に示した有機EL表示装置において、上部電極210を透明電極としてトップエミッション型としてもよいし、下部電極208およびTFTの各電極を透明電極とすることによりボトムエミッション型としてもよい。   In the organic EL display device shown in FIG. 7, the upper electrode 210 may be a top emission type using a transparent electrode, or the lower electrode 208 and each electrode of a TFT may be a bottom emission type using a transparent electrode.

<X線センサ>
本発明の一実施形態であるX線センサについて、図9にその一部分の概略断面図を示し、図10にその電気配線の概略構成図を示す。
<X-ray sensor>
FIG. 9 shows a schematic sectional view of a part of an X-ray sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows a schematic configuration diagram of its electrical wiring.

本実施形態のX線センサ300は基板12上に形成されたTFT10およびキャパシタ310と、キャパシタ310上に形成された電荷収集用電極302と、X線変換層304と、上部電極306とを備えて構成される。TFT10上にはパッシベーション膜308が設けられている。   The X-ray sensor 300 of this embodiment includes the TFT 10 and the capacitor 310 formed on the substrate 12, the charge collection electrode 302 formed on the capacitor 310, the X-ray conversion layer 304, and the upper electrode 306. Composed. A passivation film 308 is provided on the TFT 10.

キャパシタ310は、キャパシタ用下部電極312とキャパシタ用上部電極314とで絶縁膜316を挟んだ構造となっている。キャパシタ用上部電極314は絶縁膜316に設けられたコンタクトホール318を介し、TFT10のソース電極16およびドレイン電極18のいずれか一方(図9においてはドレイン電極18)と接続されている。   The capacitor 310 has a structure in which an insulating film 316 is sandwiched between a capacitor lower electrode 312 and a capacitor upper electrode 314. The capacitor upper electrode 314 is connected to one of the source electrode 16 and the drain electrode 18 (the drain electrode 18 in FIG. 9) of the TFT 10 through a contact hole 318 provided in the insulating film 316.

電荷収集用電極302は、キャパシタ310におけるキャパシタ用上部電極314上に設けられており、キャパシタ用上部電極314に接している。
X線変換層304はアモルファスセレンからなる層であり、TFT10およびキャパシタ310を覆うように設けられている。
上部電極306はX線変換層304上に設けられており、X線変換層304に接している。
The charge collection electrode 302 is provided on the capacitor upper electrode 314 in the capacitor 310 and is in contact with the capacitor upper electrode 314.
The X-ray conversion layer 304 is a layer made of amorphous selenium, and is provided so as to cover the TFT 10 and the capacitor 310.
The upper electrode 306 is provided on the X-ray conversion layer 304 and is in contact with the X-ray conversion layer 304.

図10に示すように、本実施形態のX線センサ300は、互いに平行な複数のゲート配線320と、ゲート配線320と交差する、互いに平行な複数のデータ配線322とを備えている。ここでゲート配線320とデータ配線322は電気的に絶縁されている。ゲート配線320とデータ配線322との交差部付近に、TFT10が備えられている。   As shown in FIG. 10, the X-ray sensor 300 of this embodiment includes a plurality of gate wirings 320 that are parallel to each other and a plurality of data wirings 322 that intersect with the gate wirings 320 and are parallel to each other. Here, the gate wiring 320 and the data wiring 322 are electrically insulated. The TFT 10 is provided in the vicinity of the intersection between the gate wiring 320 and the data wiring 322.

TFT10のゲート電極22は、ゲート配線320に接続されており、TFT10のソース電極16はデータ配線322に接続されている。また、TFT10のドレイン電極18は電荷収集用電極302に接続されており、さらにこの電荷収集用電極302は、キャパシタ310に接続されている。   The gate electrode 22 of the TFT 10 is connected to the gate wiring 320, and the source electrode 16 of the TFT 10 is connected to the data wiring 322. The drain electrode 18 of the TFT 10 is connected to the charge collecting electrode 302, and the charge collecting electrode 302 is connected to the capacitor 310.

本実施形態のX線センサ300において、X線は図9中、上部電極306側から入射してX線変換層304で電子−正孔対を生成する。X線変換層304に上部電極306によって高電界を印加しておくことにより、生成した電荷はキャパシタ310に蓄積され、TFT10を順次走査することによって読み出される。   In the X-ray sensor 300 of this embodiment, X-rays enter from the upper electrode 306 side in FIG. 9 and generate electron-hole pairs in the X-ray conversion layer 304. By applying a high electric field to the X-ray conversion layer 304 by the upper electrode 306, the generated charge is accumulated in the capacitor 310 and read out by sequentially scanning the TFT 10.

なお、上記実施形態の液晶表示装置100、有機EL表示装置200、及びX線センサ300においては、トップゲート構造のTFTを備えるものとしたが、TFTはこれに限定されず、図2〜図4に示す構造のTFTであってもよい。   In the liquid crystal display device 100, the organic EL display device 200, and the X-ray sensor 300 of the above embodiment, a TFT having a top gate structure is provided. However, the TFT is not limited to this, and FIGS. A TFT having the structure shown in FIG.

以下に実施例を説明するが、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 will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
以下のような試料を作製し、評価を行った。
(金属酸化物前駆体膜形成工程)
硝酸インジウム(In(NO)・xHO、純度:4N,高純度化学研究所社製)を2−メトキシエタノール(試薬特級、和光純薬工業社製)中に溶解させ、0.1mol/Lの濃度の硝酸インジウム溶液を作製した。
基板として熱酸化膜付p型シリコン基板を用い、熱酸化膜をゲート絶縁膜として用いる簡易型のTFTを作製した。2.54cm(1インチ)角の熱酸化膜付p型シリコン基板上に、作製した硝酸インジウム溶液を1500rpmの回転速度で30秒スピンコートした後、60℃に加熱されたホットプレート上で5分間乾燥を行った。
<Example 1>
The following samples were prepared and evaluated.
(Metal oxide precursor film formation process)
Indium nitrate (In (NO 3 ) 3 ) · xH 2 O, purity: 4N, manufactured by High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd.) was dissolved in 2-methoxyethanol (special grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). An indium nitrate solution having a concentration of 1 mol / L was prepared.
A simple TFT using a p-type silicon substrate with a thermal oxide film as a substrate and using the thermal oxide film as a gate insulating film was fabricated. A 2.54 cm (1 inch) square p-type silicon substrate with a thermal oxide film was spin-coated with the prepared indium nitrate solution at a rotation speed of 1500 rpm for 30 seconds, and then on a hot plate heated to 60 ° C. for 5 minutes. Drying was performed.

(転化工程)
得られた金属酸化物前駆体膜を、下記条件で金属酸化物膜に転化させた。装置としては低圧水銀ランプを備えたVUVドライプロセッサ(オーク製作所社製、VUE−3400−F)を用いた。
(Conversion process)
The obtained metal oxide precursor film was converted into a metal oxide film under the following conditions. As a device, a VUV dry processor (VUE-3400-F, manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd.) equipped with a low-pressure mercury lamp was used.

試料を、装置内の、表面温度160℃に加熱されたホットプレート上にセットした後、5分間待機した。この間、装置処理室内に50L/minの窒素をフローさせることで、処理室内の酸素濃度を50ppm以下にした。なお、装置処理室内の酸素濃度は酸素濃度計(横河電機社製、OX100)を使用して測定した。
また、温度校正には熱電対付きSiウエハで行い、正確な基板表面温度になるように調整した。基板表面温度は160℃であった。
The sample was set on a hot plate heated to a surface temperature of 160 ° C. in the apparatus, and waited for 5 minutes. During this time, the oxygen concentration in the processing chamber was reduced to 50 ppm or less by flowing nitrogen of 50 L / min into the processing chamber. The oxygen concentration in the apparatus treatment chamber was measured using an oxygen concentration meter (Yokogawa Electric Corporation, OX100).
The temperature calibration was performed using a Si wafer with a thermocouple, and the temperature was adjusted so that the substrate surface temperature was accurate. The substrate surface temperature was 160 ° C.

5分間の待機後、装置内のシャッターを開け、15分間、160℃の加熱処理下での紫外線照射処理を行うことで金属酸化物半導体膜を得た。加熱処理下での紫外線照射処理の間、50L/minの窒素を常にフローさせた。
試料位置での波長254nmをピーク波長とする紫外線照度は、紫外線積算光量計(浜松ホトニクス社製、コントローラーC9536、センサヘッドH9536−254、200nm超300nm程度の範囲に分光感度を持つ)を用いて測定し、105mW/cmであった。
また、波長185nmをピーク波長とする紫外線照度は、紫外線積算光量計(浜松ホトニクス社製、コントローラーC9536、センサヘッドH9536−185、150nm〜200nm程度の範囲に分光感度を持つ)を用いて測定し、8.2mW/cmであった。
After waiting for 5 minutes, the shutter in the apparatus was opened, and a metal oxide semiconductor film was obtained by performing an ultraviolet irradiation treatment under a heat treatment at 160 ° C. for 15 minutes. During the ultraviolet irradiation treatment under the heat treatment, 50 L / min of nitrogen was always flowed.
Ultraviolet illuminance with a wavelength of 254 nm at the sample position as a peak wavelength is measured using an ultraviolet integrated light meter (manufactured by Hamamatsu Photonics, controller C9536, sensor head H9536-254, having spectral sensitivity in the range of about 200 nm to about 300 nm) And 105 mW / cm 2 .
In addition, the ultraviolet illuminance having a wavelength of 185 nm as a peak wavelength is measured using an ultraviolet integrating light meter (manufactured by Hamamatsu Photonics, controller C9536, sensor head H9536-185, having a spectral sensitivity in the range of about 150 nm to 200 nm) It was 8.2 mW / cm 2 .

上記得られた金属酸化物半導体膜上にソース・ドレイン電極を蒸着により成膜した。ソース・ドレイン電極はメタルマスクを用いたパターン成膜にて作製し、Tiを50nmの厚さに成膜した。ソース・ドレイン電極サイズは各々1mm角とし、電極間距離は0.2mmとした。   A source / drain electrode was formed on the metal oxide semiconductor film obtained above by vapor deposition. The source / drain electrodes were formed by pattern deposition using a metal mask, and Ti was deposited to a thickness of 50 nm. The source / drain electrode size was 1 mm square, and the distance between the electrodes was 0.2 mm.

<実施例2、比較例1,2>
(転化工程における紫外線照度を変更した例)
実施例1の転化工程における紫外線照度を変化させたこと以外は実施例1と同様の手法で簡易型TFTを作製した。
実施例1、2及び比較例1、2の転化工程における紫外線照度を表1に示す。なお、紫外線照度の調整は低圧水銀ランプと金属酸化物前駆体膜の間に減光フィルタ(金属メッシュ)を導入することで行った。
<Example 2, Comparative Examples 1 and 2>
(Example of changing the UV illuminance in the conversion process)
A simple TFT was produced in the same manner as in Example 1 except that the ultraviolet illuminance in the conversion step of Example 1 was changed.
Table 1 shows the ultraviolet illuminance in the conversion steps of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. The ultraviolet illuminance was adjusted by introducing a neutral density filter (metal mesh) between the low-pressure mercury lamp and the metal oxide precursor film.

[評価]
(トランジスタ特性)
上記で得られた簡易型TFTについて、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、トランジスタ特性V−Iの測定を行った。
−I特性の測定は、ドレイン電圧(V)を+1Vに固定し、ゲート電圧(V)を−15V〜+30Vの範囲内で変化させ、各ゲート電圧におけるドレイン電流(I)を測定することにより行った。
図11に、実施例1、2及び比較例1、2のV−I特性を、また、表2にV−I特性から求めた線形移動度(以下、「移動度」という場合がある)を示す。
[Evaluation]
(Transistor characteristics)
For simplified TFT obtained above, using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies), it was measured transistor characteristics V g -I d.
Measurement of V g -I d characteristics, the drain voltage (V d) is fixed to + 1V, the gate voltage (V g) is changed within the range of -15V~ + 30V, the drain current at gate voltages (I d) It was performed by measuring.
Figure 11, a, V g -I d characteristics of the Examples 1 and 2, also linear mobility determined from V g -I d characteristics in Table 2 (hereinafter, referred to as "mobility" Is).

図12及び図13に紫外線照度と移動度との関係を示す。加熱処理下での15分間の紫外線照射処理において、200nm超300nm以下の照度、及び150nm以上200nm以下の照度が高くなり、ある閾値を超えたところで急激に移動度が向上することがわかる。具体的には15分間の短時間処理であるにも関わらず、200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上、且つ、150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上(実施例2)であれば0.2cm/Vsの高い移動度が得られ、200nm超300nm以下の照度が90mW/cm以上(実施例1)、且つ、150nm以上200nm以下の照度が7mW/cm以上であれば、移動度が指数関数的に上昇し短時間で高い移動度を得ることができる。12 and 13 show the relationship between ultraviolet illuminance and mobility. It can be seen that in the ultraviolet irradiation treatment for 15 minutes under the heat treatment, the illuminance of more than 200 nm to 300 nm or less and the illuminance of 150 nm to 200 nm are increased, and the mobility is rapidly improved when a certain threshold value is exceeded. Specifically in spite of the short-term treatment for 15 minutes, 200 nm ultra 300nm following illuminance 80 mW / cm 2 or more, and, 200 nm or less illumination than 150nm is 6.5 mW / cm 2 or more (Example 2 ), A high mobility of 0.2 cm 2 / Vs is obtained, an illuminance of more than 200 nm and not more than 300 nm is 90 mW / cm 2 or more (Example 1), and an illuminance of 150 to 200 nm is 7 mW / cm 2 or more. If so, the mobility increases exponentially and high mobility can be obtained in a short time.

<実施例3、4、比較例3、4>
(転化工程の処理時間を25分間とした例)
実施例1、2及び比較例1、2の転化工程における処理時間をそれぞれ25分とした以外は同様の手法で簡易型TFTを作製し、トランジスタ特性V−Iの測定を行った。具体的には、実施例3は実施例1と同じ照度条件、実施例4は実施例2と同じ照度条件、比較例3は比較例1と同じ照度条件、比較例4は比較例2と同じ照度条件である。表3に実施例3、4及び比較例3、4の線形移動度を示す。
<Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4>
(Example in which the conversion process time is 25 minutes)
The processing time in the conversion process of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 except that the 25 minutes, respectively to prepare a simplified TFT in the same manner, was measured in the transistor characteristics V g -I d. Specifically, Example 3 has the same illumination conditions as Example 1, Example 4 has the same illumination conditions as Example 2, Comparative Example 3 has the same illumination conditions as Comparative Example 1, and Comparative Example 4 has the same characteristics as Comparative Example 2. Illuminance conditions. Table 3 shows the linear mobility of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4.

図14及び図15に紫外線照度と移動度の関係を示す。加熱処理下での25分間の紫外線照射処理において、200nm超300nm以下の照度、及び150nm以上200nm以下の照度が高くなり、ある閾値を超えたところで急激に15分間の処理に比べさらに移動度が向上することがわかる。具体的には25分という短時間処理であるにも関わらず、200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上、且つ、150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上(実施例4)であれば0.3cm/Vsの高い移動度が得られ、200nm超300nm以下の照度が90mW/cm以上、且つ、150nm以上200nm以下の照度が7mW/cm以上(実施例3)であれば、移動度が指数関数的に上昇し短時間で高い移動度を得ることができる。14 and 15 show the relationship between the ultraviolet illuminance and the mobility. In the ultraviolet irradiation treatment for 25 minutes under the heat treatment, the illuminance above 200 nm and below 300 nm and the illuminance above 150 nm and below 200 nm become high, and the mobility is further improved compared to the treatment for 15 minutes suddenly when a certain threshold is exceeded. I understand that Specifically spite of the short-term treatment of 25 minutes, 200 nm ultra 300nm following illuminance 80 mW / cm 2 or more, and, 200 nm or less illumination than 150nm is 6.5 mW / cm 2 or more (Example 4 ), A high mobility of 0.3 cm 2 / Vs is obtained, and an illuminance of more than 200 nm to 300 nm or less is 90 mW / cm 2 or more, and an illuminance of 150 to 200 nm is 7 mW / cm 2 or more (Example 3). If so, the mobility increases exponentially and high mobility can be obtained in a short time.

<実施例5、比較例5>
(転化工程における紫外線照度を変更した例)
実施例2の転化工程における紫外線照度を変更し、加熱処理下で15分処理したこと以外は実施例2と同様の手法で簡易型TFTを作製し、トランジスタ特性V−Iの測定を行った。
具体的には、200nm以下の波長の光を選択的に減衰させるガラス窓を設け、且つランプとサンプル間の距離を調整することにより、実施例5では200nm超300nm以下の照度は実施例2とほぼ同程度とする半面、150nm以上200nm以下の照度を大幅に低減し、装置内のシャッターを閉めることにより、比較例5では、150nm以上200nm以下の照度と200nm超300nm以下の照度をいずれも0(mW/cm)とした。表4に実施例2とともに実施例5及び比較例5の紫外線照度と線形移動度を示す。
<Example 5, Comparative Example 5>
(Example of changing the UV illuminance in the conversion process)
Change the ultraviolet illuminance at the converting step in Example 2, except that for 15 minutes under heating to produce a simplified TFT in the same manner as in Example 2, measured the transistor characteristics V g -I d It was.
Specifically, by providing a glass window that selectively attenuates light having a wavelength of 200 nm or less and adjusting the distance between the lamp and the sample, in Example 5, the illuminance of more than 200 nm and 300 nm or less is On the other hand, the illuminance between 150 nm and 200 nm or less is greatly reduced, and the shutter in the apparatus is closed. In Comparative Example 5, the illuminance between 150 nm and 200 nm and the illuminance between 200 nm and 300 nm is less than 0. (MW / cm 2 ). Table 4 shows the ultraviolet illuminance and linear mobility of Example 5 and Comparative Example 5 together with Example 2.

<実施例6、7>
(転化工程における基板温度及び処理時間を変更した例)
実施例1の転化工程における基板温度と処理時間を変更したこと以外は実施例1と同様の手法で簡易型TFTを作製し、トランジスタ特性V−Iの測定を行った。具体的には、実施例6では基板温度を125℃、処理時間を60分とし、実施例7では基板温度を195℃、処理時間を15分とした。表5に実施例1とともに実施例6、7の転化工程における基板温度と線形移動度を示す。
<Examples 6 and 7>
(Example of changing substrate temperature and processing time in conversion process)
Except for changing the substrate temperature and the treatment time in the converting step in Example 1 to prepare a simplified TFT in the same manner as in Example 1 was measured of the transistors characteristics V g -I d. Specifically, in Example 6, the substrate temperature was 125 ° C. and the processing time was 60 minutes, and in Example 7, the substrate temperature was 195 ° C. and the processing time was 15 minutes. Table 5 shows the substrate temperature and linear mobility in the conversion steps of Examples 6 and 7 together with Example 1.

転化工程における基板温度を160℃とすることで15分の短時間処理であっても移動度が大きく向上し、基板温度を195℃とすることで顕著に向上することがわかる。
It can be seen that when the substrate temperature in the conversion step is set to 160 ° C., the mobility is greatly improved even if the treatment is performed for a short time of 15 minutes, and the substrate temperature is significantly improved by setting the substrate temperature to 195 ° C.

<実施例8、9>
(転化工程における酸素濃度を変更した例)
実施例3の転化工程における雰囲気中の酸素濃度を変更したこと以外は実施例3と同様の手法で簡易型TFTを作製し、トランジスタ特性V−Iの測定を行った。具体的には、実施例8では酸素濃度を2.7%(27000ppm)とし、実施例9では酸素濃度を7.8%(78000ppm)とした。なお、処理室内への窒素フローを調整することで酸素濃度を制御した。表6に実施例3とともに実施例8、9の転化工程における酸素濃度と線形移動度を示す。
<Examples 8 and 9>
(Example of changing the oxygen concentration in the conversion process)
Except for changing the oxygen concentration in the atmosphere in the step of conversion Example 3 to produce a simplified TFT in the same manner as in Example 3, was measured transistor characteristics V g -I d. Specifically, in Example 8, the oxygen concentration was 2.7% (27000 ppm), and in Example 9, the oxygen concentration was 7.8% (78000 ppm). Note that the oxygen concentration was controlled by adjusting the nitrogen flow into the treatment chamber. Table 6 shows the oxygen concentration and linear mobility in the conversion steps of Examples 8 and 9 together with Example 3.

転化工程における酸素濃度が低い程、移動度が高くなることがわかる。   It can be seen that the lower the oxygen concentration in the conversion step, the higher the mobility.

<参考例>
(硝酸インジウム溶液のUV吸収スペクトル測定)
実施例、比較例で用いた硝酸インジウム溶液のUV吸収スペクトルを測定した。測定においては、日立ハイテクノロジーズ社製ダブルビーム分光光度計U−2910を用いた。
図16に硝酸インジウムを2−メトキシエタノール中に溶解させた溶液の紫外光吸収スペクトルを示す。おおよそ270−280nm程度の波長域に吸収ピークを持ち、350nm以上の波長域には吸収を持たないことがわかる。溶液の色も無色透明であり、可視域に吸収を持たないことがわかる。
<Reference example>
(Measurement of UV absorption spectrum of indium nitrate solution)
The UV absorption spectra of the indium nitrate solutions used in the examples and comparative examples were measured. In the measurement, a double beam spectrophotometer U-2910 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.
FIG. 16 shows an ultraviolet absorption spectrum of a solution in which indium nitrate is dissolved in 2-methoxyethanol. It can be seen that there is an absorption peak in the wavelength range of about 270-280 nm and no absorption in the wavelength range of 350 nm or more. It can be seen that the color of the solution is also colorless and transparent and has no absorption in the visible range.

本開示の金属酸化物膜の製造方法は、安価な材料を用い、大気圧下、比較的低温で、且つ、短時間で電子伝達特性の高い緻密な金属酸化物膜を形成することが可能であるため、例えば、耐熱性の低い樹脂基板への金属酸化物膜の形成に利用可能である。とりわけ金属酸化物半導体膜に関しては安価な材料を用い、大気圧下、比較的低温で、且つ、短時間で高い半導体特性を示し、安価な樹脂基板上への薄膜トランジスタの形成が可能であるため、液晶ディスプレイ、有機EL等の表示装置、特にフレキシブルディスプレイの作製に利用可能である。   The manufacturing method of the metal oxide film of the present disclosure can form a dense metal oxide film with high electron transfer characteristics in a short time using an inexpensive material at a relatively low temperature under atmospheric pressure. Therefore, for example, it can be used for forming a metal oxide film on a resin substrate having low heat resistance. Especially for metal oxide semiconductor films, it is possible to form thin film transistors on an inexpensive resin substrate by using inexpensive materials, exhibiting high semiconductor properties at a relatively low temperature under atmospheric pressure, and in a short time. The present invention can be used for manufacturing a display device such as a liquid crystal display and an organic EL, particularly a flexible display.

日本特許出願2014−129571の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
The entire disclosure of Japanese Patent Application No. 2014-129571 is incorporated herein by reference.
All documents, patents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are specifically and individually described as individual documents, patents, patent applications, and technical standards are incorporated by reference. To the same extent, it is incorporated herein by reference.

Claims (27)

溶媒及び金属成分として少なくともインジウムを含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物前駆体膜を形成する金属酸化物前駆体膜形成工程と、
前記金属酸化物前駆体膜を加熱した状態で、該金属酸化物前駆体膜に対し、波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であること、及び、波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上であることの少なくとも一方を満たす条件で紫外線を照射することにより前記金属酸化物前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、
を有する金属酸化物膜の製造方法。
A metal oxide precursor film forming step of forming a metal oxide precursor film by applying a solution containing at least indium as a solvent and a metal component on a substrate;
With the metal oxide precursor film heated, the metal oxide precursor film has an illuminance of more than 200 nm and not more than 300 nm of 80 mW / cm 2 and an illuminance of not less than 150 nm and not more than 200 nm. A conversion step of converting the metal oxide precursor film into a metal oxide film by irradiating ultraviolet rays under conditions satisfying at least one of 6.5 mW / cm 2 or more;
The manufacturing method of the metal oxide film which has this.
前記紫外線の照射を、少なくとも前記波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上である条件で行う請求項1に記載の金属酸化物膜の製造方法。 2. The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein the ultraviolet irradiation is performed under a condition in which an illuminance of at least the wavelength of 200 nm to 300 nm is at least 80 mW / cm 2 . 前記紫外線の照射を、前記波長200nm超300nm以下の照度が80mW/cm以上であり、且つ、前記波長150nm以上200nm以下の照度が6.5mW/cm以上である条件で行う請求項1又は請求項2に記載の金属酸化物膜の製造方法。The irradiation of the ultraviolet, the or less of illuminance wavelength 200nm ultra 300nm is 80 mW / cm 2 or more, and, according to claim 1 or the wavelength 150nm or more 200nm following illuminance performed under conditions at 6.5 mW / cm 2 or more The manufacturing method of the metal oxide film of Claim 2. 前記紫外線の前記波長200nm超300nm以下の照度が90mW/cm以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 3, wherein the illuminance of the ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 300 nm is 90 mW / cm 2 or more. 前記紫外線の前記波長150nm以上200nm以下の照度が7mW/cm以上である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。5. The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein an illuminance of the ultraviolet light having a wavelength of 150 nm to 200 nm is 7 mW / cm 2 or more. 前記紫外線の照射時間が25分以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein the irradiation time of the ultraviolet rays is 25 minutes or less. 前記紫外線の照射時間が15分以下である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 6, wherein the irradiation time of the ultraviolet rays is 15 minutes or less. 前記紫外線を照射する雰囲気の酸素濃度が80000ppm以下である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 7, wherein an oxygen concentration in an atmosphere irradiated with the ultraviolet rays is 80,000 ppm or less. 前記紫外線を照射する雰囲気の酸素濃度が30000ppm以下である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 8, wherein an oxygen concentration in an atmosphere irradiated with the ultraviolet rays is 30000 ppm or less. 前記紫外線を照射する間の前記基板の温度を200℃未満に保持する請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 9, wherein the temperature of the substrate during irradiation with the ultraviolet rays is maintained at less than 200 ° C. 前記紫外線を照射する間の前記基板温度を120℃超に保持する請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 10, wherein the substrate temperature is kept above 120 ° C during irradiation with the ultraviolet rays. 前記溶液に含まれるインジウムがインジウムイオンである請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein indium contained in the solution is indium ions. 前記溶液が硝酸イオンを含む請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein the solution contains nitrate ions. 前記紫外線を照射する間に前記基板が昇温又は降温する速度を±0.5℃/min以内にする請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 13, wherein a rate at which the temperature of the substrate rises or falls during irradiation of the ultraviolet rays is within ± 0.5 ° C / min. 前記溶液に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein 50 atom% or more of the metal component contained in the solution is indium. 前記溶液が、少なくとも硝酸インジウムを前記溶媒に溶解させた溶液である請求項1〜請求項15のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to claim 1, wherein the solution is a solution in which at least indium nitrate is dissolved in the solvent. 前記溶液が、亜鉛、錫、ガリウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属成分をさらに含む請求項1〜請求項16のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 16, wherein the solution further contains at least one metal component selected from the group consisting of zinc, tin, gallium, and aluminum. 前記溶媒が、メタノール、メトキシエタノール、及び水から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1〜請求項17のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 17, wherein the solvent contains at least one selected from methanol, methoxyethanol, and water. 前記溶液中の金属成分の濃度が、0.01mol/L以上1.0mol/L以下である請求項1〜請求項18のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 18, wherein a concentration of a metal component in the solution is 0.01 mol / L or more and 1.0 mol / L or less. 前記紫外線の照射に用いる光源が、低圧水銀ランプである請求項1〜請求項19のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The method for producing a metal oxide film according to any one of claims 1 to 19, wherein a light source used for the irradiation with ultraviolet rays is a low-pressure mercury lamp. 前記金属酸化物前駆体膜形成工程において、前記溶液を前記基板上に塗布し、前記基板を35℃以上100℃以下に加熱して乾燥させることにより前記金属酸化物前駆体膜を形成する請求項1〜請求項20のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   The said metal oxide precursor film | membrane formation process WHEREIN: The said solution is apply | coated on the said board | substrate, The said metal oxide precursor film | membrane is formed by heating and drying the said board | substrate to 35 to 100 degreeC. The manufacturing method of the metal oxide film of any one of Claims 1-20. 前記金属酸化物前駆体膜形成工程において、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも1種の塗布法により、前記溶液を前記基板上に塗布する請求項1〜請求項21のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法。   In the metal oxide precursor film forming step, the solution is applied onto the substrate by at least one application method selected from an inkjet method, a dispenser method, a relief printing method, and an intaglio printing method. The method for producing a metal oxide film according to claim 21. 請求項1〜請求項22のいずれか1項に記載の金属酸化物膜の製造方法を用いて作製された金属酸化物膜。   The metal oxide film produced using the manufacturing method of the metal oxide film of any one of Claims 1-22. 前記金属酸化物膜に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである請求項23に記載の金属酸化物膜。   24. The metal oxide film according to claim 23, wherein 50 atom% or more of a metal component contained in the metal oxide film is indium. 半導体膜である請求項23又は請求項24に記載の金属酸化物膜。   The metal oxide film according to claim 23 or 24, which is a semiconductor film. 請求項25に記載の金属酸化物膜を含む活性層と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極とを有する薄膜トランジスタ。   A thin film transistor having an active layer including the metal oxide film according to claim 25, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode. 請求項26に記載の薄膜トランジスタを備えた電子デバイス。   An electronic device comprising the thin film transistor according to claim 26.
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