JPWO2016121230A1 - Method for manufacturing oxide protective film, oxide protective film, method for manufacturing thin film transistor, thin film transistor, and electronic device - Google Patents

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Abstract

溶媒及び50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を、基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜上に塗布して酸化物保護膜前駆体膜を形成する工程と、酸化物保護膜前駆体膜を酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜に転化させる工程と、を含む酸化物保護膜の製造方法及びその応用。An oxide protective film precursor solution containing a solvent and a metal component containing at least 50 atom% of indium is applied onto the oxide semiconductor film containing indium formed on the substrate to form an oxide protective film precursor film. And a method for converting the oxide protective film precursor film into an oxide protective film having a specific resistance higher than that of the oxide semiconductor film, and a method for manufacturing the oxide protective film.

Description

本開示は、酸化物保護膜の製造方法、酸化物保護膜、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、及び電子デバイスに関する。   The present disclosure relates to an oxide protective film manufacturing method, an oxide protective film, a thin film transistor manufacturing method, a thin film transistor, and an electronic device.

酸化物半導体膜を用いた薄膜トランジスタ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。
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(例えば、国際公開第2009/081862号参照)。
A thin film transistor using an oxide semiconductor film has been put into practical use in manufacturing by a vacuum film forming method, and is currently attracting attention.
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. (For example, see International Publication No. 2009/081862).

酸化物半導体膜を電子素子に用いる場合には外的要因(水、汚染等)によって動作安定性が悪くなるため、酸化物半導体膜(活性層)を保護膜で覆うことが必要となる。酸化物半導体膜と同様、簡便に、低温で、かつ大気圧下で保護膜を形成するため、保護膜に関しても液相プロセス(塗布法)によって形成することが提案されている(例えば、特開2010−103203号公報参照)。   When an oxide semiconductor film is used for an electronic element, operation stability is deteriorated due to an external factor (water, contamination, or the like), and thus the oxide semiconductor film (active layer) needs to be covered with a protective film. As with the oxide semiconductor film, it is proposed to form the protective film by a liquid phase process (coating method) in order to form the protective film easily at a low temperature and under atmospheric pressure (for example, Japanese Patent Laid-Open 2010-103203).

例えば、国際公開第2010/38566号では、ゲート絶縁膜上に、インジウム、亜鉛、及びガリウムを含む溶液をインクジェット法によって塗布して半導体前駆体膜を形成し、マイクロ波照射によって酸化物半導体層に変換した後、酸化物半導体層上の保護層を形成する部分に表面処理層を形成し、酸化物半導体層上にポリシラザン溶液をインクジェット法によって塗布し、さらに熱処理を施すことで、二酸化ケイ素からなる保護層を形成する薄膜トランジスタの製造方法が開示されている。   For example, in International Publication No. 2010/38566, a solution containing indium, zinc, and gallium is applied to a gate insulating film by an inkjet method to form a semiconductor precursor film, and the oxide semiconductor layer is formed by microwave irradiation. After the conversion, a surface treatment layer is formed on the oxide semiconductor layer where a protective layer is to be formed, and a polysilazane solution is applied onto the oxide semiconductor layer by an ink jet method, and further subjected to heat treatment, thereby comprising silicon dioxide. A method of manufacturing a thin film transistor for forming a protective layer is disclosed.

しかしながら、例えば、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)の製造工程において、液相プロセスによって酸化物半導体膜(活性層)上に保護膜を形成すると、閾値シフト等、TFT特性に大きな影響が生じ易い。
例えば、特開2010−103203号公報及び国際公開第2010/38566号には、液相プロセスによって酸化物半導体膜(活性層)上に保護膜を形成することが開示されているが、保護膜を形成するための塗布液に含まれる金属成分、転化工程の処理条件、塗布液に含まれる溶媒種等を適切に選択することにより酸化物半導体膜に悪影響を与えずに動作安定性を向上させることは考慮されていない。
However, for example, when a protective film is formed on an oxide semiconductor film (active layer) by a liquid phase process in a manufacturing process of a thin film transistor (TFT), TFT characteristics such as a threshold shift are likely to be greatly affected.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-103203 and International Publication No. 2010/38566 disclose that a protective film is formed on an oxide semiconductor film (active layer) by a liquid phase process. Improving operational stability without adversely affecting the oxide semiconductor film by appropriately selecting the metal components contained in the coating solution to be formed, the processing conditions of the conversion process, the solvent species contained in the coating solution, etc. Is not considered.

本発明は、酸化物半導体膜上に液相プロセスによって酸化物保護膜を形成しても酸化物半導体膜の電気特性の変化を小さく抑え、且つ、酸化物半導体膜を有する電子素子の繰り返し動作安定性の低下が抑制される酸化物保護膜の製造方法、並びに、酸化物半導体膜の電気特性の変化を小さく抑え、且つ、電子素子の繰り返し動作安定性の低下が抑制される酸化物保護膜、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、及び電子デバイスを提供することを目的とする。   The present invention suppresses changes in electrical characteristics of an oxide semiconductor film even when an oxide protective film is formed over the oxide semiconductor film by a liquid phase process, and stabilizes repeated operation of an electronic element including the oxide semiconductor film. Manufacturing method of oxide protective film in which deterioration of property is suppressed, and oxide protective film in which change in electrical characteristics of oxide semiconductor film is suppressed to be small, and deterioration in repeated operation stability of an electronic element is suppressed, It is an object to provide a thin film transistor, a method for manufacturing the thin film transistor, and an electronic device.

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50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を、基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜上に塗布して酸化物保護膜前駆体膜を形成する工程と、
酸化物保護膜前駆体膜を酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜に転化させる工程と、
を含む酸化物保護膜の製造方法。
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
<1> An oxide protective film precursor film including a solvent and an oxide protective film precursor solution containing a metal component in which 50 atom% or more is indium is applied on an oxide semiconductor film containing indium formed on a substrate. Forming a step;
Converting the oxide protective film precursor film into an oxide protective film having a higher specific resistance than the oxide semiconductor film; and
The manufacturing method of the oxide protective film containing this.

<2> 酸化物半導体膜に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである<1>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<3> 溶媒が、アシル基を有する溶媒を含む<1>又は<2>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<4> アシル基が、アセチル基である<3>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<5> 溶媒が、ポリオールを含む<1>又は<2>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<6> 溶媒が、アセチルアセトン及びエチレングリコールの少なくとも一方を含む<4>又は<5>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<7> 酸化物保護膜前駆体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>〜<6>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法。
<8> 酸化物保護膜前駆体溶液が、硝酸イオンを含む<1>〜<7>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法。
<9> 酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させる工程において、酸化物保護膜前駆体膜が加熱されている条件下で酸化物保護膜前駆体膜に紫外線照射を行う<1>〜<8>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法。
<10> 酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させる工程において、基板の温度を120℃超に維持する<1>〜<9>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法。
<11> 酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させる工程において、基板の温度を200℃未満に維持する<10>に記載の酸化物保護膜の製造方法。
<12> 酸化物半導体膜は、溶媒及びインジウムを含む酸化物半導体前駆体溶液を基板上に塗布して酸化物半導体前駆体膜を形成した後、酸化物半導体前駆体膜を転化させた酸化物半導体膜である<1>〜<11>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法。
<2> The method for producing an oxide protective film according to <1>, wherein 50 atom% or more of the metal component contained in the oxide semiconductor film is indium.
<3> The method for producing an oxide protective film according to <1> or <2>, wherein the solvent includes a solvent having an acyl group.
<4> The method for producing an oxide protective film according to <3>, wherein the acyl group is an acetyl group.
<5> The method for producing an oxide protective film according to <1> or <2>, wherein the solvent contains a polyol.
<6> The method for producing an oxide protective film according to <4> or <5>, wherein the solvent contains at least one of acetylacetone and ethylene glycol.
<7> The method for producing an oxide protective film according to any one of <1> to <6>, wherein indium contained in the oxide protective film precursor solution is indium ions.
<8> The method for producing an oxide protective film according to any one of <1> to <7>, wherein the oxide protective film precursor solution contains nitrate ions.
<9> In the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film, the oxide protective film precursor film is irradiated with ultraviolet rays under the condition that the oxide protective film precursor film is heated <1. The manufacturing method of the oxide protective film as described in any one of>-<8>.
<10> The oxide protective film according to any one of <1> to <9>, wherein the temperature of the substrate is maintained at over 120 ° C. in the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film. Manufacturing method.
<11> The method for producing an oxide protective film according to <10>, wherein the temperature of the substrate is maintained at less than 200 ° C. in the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film.
<12> An oxide semiconductor film is an oxide obtained by applying an oxide semiconductor precursor solution containing a solvent and indium on a substrate to form an oxide semiconductor precursor film, and then converting the oxide semiconductor precursor film. The manufacturing method of the oxide protective film as described in any one of <1>-<11> which is a semiconductor film.

<13> <1>〜<12>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法により製造された酸化物保護膜。 <13> An oxide protective film produced by the method for producing an oxide protective film according to any one of <1> to <12>.

<14> ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、インジウムを含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜の少なくとも一部を保護する<13>に記載の酸化物保護膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有する薄膜トランジスタ。
<15> ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、インジウムを含む酸化物半導体膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、酸化物半導体膜の少なくとも一部を保護する酸化物保護膜とを有し、酸化物半導体膜中の炭素濃度をC、酸化物保護膜中の炭素濃度をCとしたとき、下記の関係式(I)を満たす薄膜トランジスタ。
100≧C/C≧10 (I)
式(I)においてC及びCの単位はいずれもatoms/cmである。
<16> 酸化物半導体膜中の炭素濃度Cが1×1021atoms/cm以下である<15>に記載の薄膜トランジスタ。
<17> 酸化物保護膜中の炭素濃度Cが1×1022atoms/cm以上である<15>又は<16>に記載の薄膜トランジスタ。
<18> ボトムゲート構造を有する<14>〜<17>のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタ。
<19> 酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極が形成されており、且つ、ソース電極とドレイン電極との間で露出する酸化物半導体膜上に酸化物保護膜が形成されている構造を有する<18>に記載の薄膜トランジスタ。
<14> A gate electrode, a gate insulating film, an oxide semiconductor film containing indium, and the oxide protective film according to <13> that protects at least part of the oxide semiconductor film, a source electrode, and a drain electrode And a thin film transistor.
<15> A gate electrode, a gate insulating film, an oxide semiconductor film containing indium, a source electrode, a drain electrode, and an oxide protective film that protects at least a part of the oxide semiconductor film. A thin film transistor that satisfies the following relational expression (I), where C S is the carbon concentration in the physical semiconductor film and C P is the carbon concentration in the oxide protective film.
100 ≧ C P / C S ≧ 10 (I)
In the formula (I), the units of C P and C S are both atoms / cm 3 .
<16> The thin film transistor according to the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film is not more than 1 × 10 21 atoms / cm 3 <15>.
The thin film transistor according to <17> carbon concentration C P in the oxide protective film is 1 × 10 22 atoms / cm 3 or more <15> or <16>.
<18> The thin film transistor according to any one of <14> to <17>, which has a bottom gate structure.
<19> A structure in which a source electrode and a drain electrode are formed on an oxide semiconductor film, and an oxide protective film is formed on the oxide semiconductor film exposed between the source electrode and the drain electrode. The thin film transistor according to <18>.

<20> 基板上にゲート電極を形成する工程と、
基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
ゲート絶縁膜上にインジウムを含む酸化物半導体膜を形成する工程と、
酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
ソース電極とドレイン電極との間で露出する酸化物半導体膜上に<1>〜<12>のいずれか1つに記載の酸化物保護膜の製造方法により酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
<20> forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
Forming an oxide semiconductor film containing indium over the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode over the oxide semiconductor film;
The specific resistance is higher than that of the oxide semiconductor film by the method for manufacturing the oxide protective film according to any one of <1> to <12> over the oxide semiconductor film exposed between the source electrode and the drain electrode. Forming an oxide protective film;
The manufacturing method of the thin-film transistor which has this.

<21> <14>〜<19>のいずれか1つに記載の薄膜トランジスタを備えた電子デバイス。 <21> An electronic device comprising the thin film transistor according to any one of <14> to <19>.

本発明によれば、酸化物半導体膜上に液相プロセスによって酸化物保護膜を形成しても酸化物半導体膜の電気特性の変化を小さく抑え、且つ、酸化物半導体膜を有する電子素子の繰り返し動作安定性の低下が抑制される酸化物保護膜の製造方法、並びに、酸化物半導体膜の電気特性の変化を小さく抑え、且つ、電子素子の繰り返し動作安定性の低下が抑制される酸化物保護膜、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、及び電子デバイスが提供される。   According to the present invention, even when an oxide protective film is formed over an oxide semiconductor film by a liquid phase process, a change in electrical characteristics of the oxide semiconductor film is suppressed to be small, and an electronic element having the oxide semiconductor film is repeatedly formed. Method for manufacturing oxide protective film in which deterioration in operation stability is suppressed, and oxide protection in which a change in electrical characteristics of an oxide semiconductor film is suppressed to be small and a decrease in repeated operation stability of an electronic element is suppressed A film, a thin film transistor, a method for manufacturing the thin film transistor, and an electronic device are provided.

本開示により製造される酸化物保護膜を備えた薄膜トランジスタの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the thin-film transistor provided with the oxide protective film manufactured by this indication. 本開示により製造される酸化物保護膜を備えた薄膜トランジスタの構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of the thin-film transistor provided with the oxide protective film manufactured by this indication. 本開示により製造される酸化物保護膜を備えた薄膜トランジスタの構成の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of a structure of the thin-film transistor provided with the oxide protective film manufactured by this indication. 実施形態の液晶表示装置の一部分を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of liquid crystal display device of embodiment. 図4に示す液晶表示装置の電気配線の概略図である。It is the schematic of the electrical wiring of the liquid crystal display device shown in FIG.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態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、下限値及び上限値として記載されている数値がそれぞれ数値範囲に含まれる。
Hereinafter, embodiments of 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 described as the lower limit value and the upper limit value are included in the numerical range, respectively.

[酸化物保護膜の製造方法]
本開示に係る酸化物保護膜の製造方法は、溶媒及び50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を、基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜上に塗布して酸化物保護膜前駆体膜を形成する工程と、酸化物保護膜前駆体膜を酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜に転化させる工程と、を含む。
以下、上記の酸化物保護膜前駆体溶液を「保護膜前駆体溶液」又は単に「溶液」という場合があり、上記の酸化物半導体膜を「半導体膜」という場合があり、上記の酸化物保護膜前駆体膜を「保護膜前駆体膜」という場合があり、上記の酸化物保護膜を「保護膜」という場合がある。
[Production Method of Oxide Protective Film]
An oxide protective film manufacturing method according to the present disclosure includes: an oxide protective film precursor solution containing a solvent and a metal component having 50 atom% or more of indium on an oxide semiconductor film containing indium formed on a substrate; A step of forming an oxide protective film precursor film by coating, and a step of converting the oxide protective film precursor film into an oxide protective film having a higher specific resistance than the oxide semiconductor film.
Hereinafter, the oxide protective film precursor solution may be referred to as “protective film precursor solution” or simply “solution”, and the oxide semiconductor film may be referred to as “semiconductor film”. The film precursor film may be referred to as a “protective film precursor film”, and the oxide protective film may be referred to as a “protective film”.

酸化物半導体膜上に液相プロセスにより酸化物保護膜を形成すると、酸化物保護膜を形成するための溶液と酸化物半導体膜との反応、保護膜前駆体膜から酸化物保護膜への転化、あるいは、酸化物保護膜と酸化物半導体膜との反応により、酸化物半導体膜の特性が変化し易いと考えられる。そのため、例えば薄膜トランジスタ(TFT)等の電子素子の製造工程において、酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を形成し、その後の工程において酸化物保護膜によって酸化物半導体膜を保護したとしても、電子素子の電気特性が変化したり、繰り返し動作安定性(以下、単に「動作安定性」という場合がある。)が低下すると考えられる。   When an oxide protective film is formed on the oxide semiconductor film by a liquid phase process, the reaction between the solution for forming the oxide protective film and the oxide semiconductor film, conversion from the protective film precursor film to the oxide protective film Alternatively, it is considered that characteristics of the oxide semiconductor film are easily changed by a reaction between the oxide protective film and the oxide semiconductor film. Therefore, even if an oxide protective film is formed on an oxide semiconductor film in a manufacturing process of an electronic device such as a thin film transistor (TFT) and the oxide semiconductor film is protected by the oxide protective film in a subsequent process, It is considered that the electrical characteristics of the element change or that the repeated operation stability (hereinafter, sometimes simply referred to as “operation stability”) decreases.

これに対し、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法によれば、酸化物半導体膜上に液相プロセスによって酸化物保護膜を形成しても酸化物半導体膜の電気特性(例えば、TFTの線形移動度及び閾値)の変化を小さく抑え、且つ、酸化物半導体膜を有する電子素子の繰り返し動作安定性の低下(例えば、TFTの閾値シフト)が抑制される。
その理由は定かでないが、酸化物保護膜を形成するための酸化物保護膜前駆体溶液が、半導体膜に含まれるインジウムと同種の金属成分であるインジウムを金属成分全体に対して50atom%以上の比率で含むことで酸化物保護膜成膜時に半導体膜と保護膜前駆体膜又は酸化物保護膜との界面でのインジウムの拡散が抑制されて半導体膜の電気特性の変化が抑制され、一方、酸化物半導体膜よりも酸化物保護膜の比抵抗が高いことで酸化物保護膜による半導体膜の電気伝導性への影響が抑えられ、電子素子の繰り返し動作安定性が向上すると考えられる。
On the other hand, according to the method for manufacturing an oxide protective film according to the present disclosure, even if the oxide protective film is formed on the oxide semiconductor film by a liquid phase process, the electrical characteristics of the oxide semiconductor film (for example, TFT The change in linear mobility and threshold) is suppressed to a low level, and the decrease in the repetitive operation stability (for example, the threshold shift of the TFT) of the electronic element having the oxide semiconductor film is suppressed.
Although the reason is not clear, the oxide protective film precursor solution for forming the oxide protective film contains 50 atom% or more of indium, which is the same metal component as indium contained in the semiconductor film, with respect to the entire metal component. By including the ratio, indium diffusion at the interface between the semiconductor film and the protective film precursor film or the oxide protective film is suppressed at the time of forming the oxide protective film, and the change in the electrical characteristics of the semiconductor film is suppressed, It is considered that the specific resistance of the oxide protective film is higher than that of the oxide semiconductor film, so that the influence of the oxide protective film on the electrical conductivity of the semiconductor film is suppressed, and the stability of repeated operation of the electronic element is improved.

なお、本明細書において、酸化物半導体膜を保護する酸化物保護膜とは、酸化物半導体膜を形成した後、酸化物半導体膜に対する外気又は溶液による影響及び酸化物半導体膜上に形成される他の層による影響を防止又は緩和して酸化物半導体膜の電気特性の変化を抑制するために設けられる膜であって、酸化物半導体膜よりも比抵抗が高く、酸化物半導体膜の少なくとも一部と接触した状態で積層される膜である。本開示に係る酸化物保護膜は、比抵抗が高いほど好ましく、絶縁膜であることがより好ましい。   Note that in this specification, an oxide protective film that protects an oxide semiconductor film is formed over the oxide semiconductor film and the influence of outside air or a solution on the oxide semiconductor film after the oxide semiconductor film is formed. A film provided for preventing or mitigating the influence of another layer and suppressing change in electrical characteristics of the oxide semiconductor film, which has higher specific resistance than the oxide semiconductor film and is at least one of the oxide semiconductor films. It is the film | membrane laminated | stacked in the state which contacted the part. The oxide protective film according to the present disclosure is preferably as the specific resistance is higher, and more preferably an insulating film.

また、本実施形態において、「導電膜」とは、比抵抗値が10−2Ωcm未満の膜を意味し、「半導体膜」とは比抵抗値が10−2Ωcm以上10Ωcm以下の膜を意味し、「絶縁膜」とは比抵抗値が10Ωcm超の膜を意味する。
なお、膜の比抵抗値は、ホール効果・比抵抗測定装置(東陽テクニカ社製)を用い、van der pauw法によって測定することができる。
In the present embodiment, the “conductive film” means a film having a specific resistance value of less than 10 −2 Ωcm, and the “semiconductor film” means a film having a specific resistance value of 10 −2 Ωcm or more and 10 7 Ωcm or less. The “insulating film” means a film having a specific resistance value of more than 10 7 Ωcm.
The specific resistance value of the film can be measured by a van der pauw method using a Hall effect / specific resistance measuring device (manufactured by Toyo Technica).

本開示に係る酸化物保護膜の製造方法によれば、酸化物半導体膜の本来の特性が変化することを抑制して電子素子を形成することが可能である。そのため、例えば薄膜トランジスタの酸化物半導体膜を保護する酸化物保護膜の形成に適用すれば、高い電子伝達特性を有し、また、酸化物保護膜の形成により動作安定性が極めて高い薄膜トランジスタを提供することが可能となる。   According to the method for manufacturing an oxide protective film according to the present disclosure, it is possible to form an electronic element while suppressing changes in the original characteristics of the oxide semiconductor film. Therefore, for example, when applied to the formation of an oxide protective film for protecting an oxide semiconductor film of a thin film transistor, a thin film transistor having high electron transfer characteristics and extremely high operational stability is provided by the formation of the oxide protective film. It becomes possible.

また、本開示に係る酸化物保護膜は、液相プロセスで製造することができるため、大掛かりな真空装置を用いる必要がない点、比較的低温での形成が可能であるため耐熱性の低い安価な樹脂基板を用いることができる点、原料が安価である点等から電子素子の作製コストを大幅に低減可能となる。
また、本開示の酸化物保護膜の製造方法は、耐熱性の低い樹脂基板にも適用できることからフレキシブルディスプレイ等のフレキシブル電子デバイスを安価に作製することが可能となる。
In addition, since the oxide protective film according to the present disclosure can be manufactured by a liquid phase process, it is not necessary to use a large-scale vacuum apparatus, and since it can be formed at a relatively low temperature, it is inexpensive and has low heat resistance. In view of the fact that a simple resin substrate can be used and the raw material is inexpensive, the manufacturing cost of the electronic device can be greatly reduced.
Moreover, since the manufacturing method of the oxide protective film of this indication is applicable also to a resin substrate with low heat resistance, it becomes possible to produce flexible electronic devices, such as a flexible display, at low cost.

以下、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法における各工程について具体的に説明する。   Hereinafter, each process in the manufacturing method of the oxide protective film concerning this indication is explained concretely.

<酸化物保護膜前駆体膜形成工程>
酸化物保護膜前駆体膜形成工程では、溶媒及び50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を、基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜上に塗布して酸化物保護膜前駆体膜を形成する。
<Oxide protective film precursor film forming step>
In the oxide protective film precursor film forming step, an oxide protective film precursor solution containing a solvent and a metal component in which 50 atom% or more is indium is applied onto the oxide semiconductor film containing indium formed on the substrate. Thus, an oxide protective film precursor film is formed.

(基板)
まず、保護対象となる膜として基板上にインジウムを含む酸化物半導体膜が形成された被塗布物(酸化物半導体膜付き基板)を用意する。
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)
First, an object to be coated (a substrate with an oxide semiconductor film) in which an oxide semiconductor film containing indium is formed on a substrate as a film to be protected is prepared.
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(有機材料)、又は無機材料と有機材料との複合材料からなる基板等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複合材料からなる基板が好ましい。
具体的には、樹脂基板として、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。
複合材料からなる基板としては、酸化珪素粒子を含む複合プラスチック材料、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、又は無機窒化物ナノ粒子等を含む複合プラスチック材料、カーボン繊維、又はカーボンナノチューブ等を含む複合プラスチック材料、ガラスフレーク、ガラスファイバー、又はガラスビーズ等を含む複合プラスチック材料、粘土鉱物又は雲母派生結晶構造を有する粒子を含む複合プラスチック材料、厚みの薄いガラスと既述のいずれかの合成樹脂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し、バリア性能を有する複合材料等の基板が挙げられる。
無機材料からなる基板としては、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、アルミニウム基板或いは表面に酸化処理(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ができる。
また、樹脂基板は耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性等に優れていることが好ましい。樹脂基板は、水分及び酸素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. The substrate is made of glass, an inorganic material such as YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia), a resin (organic material), or a composite material of an inorganic material and an organic material. Etc. can be used. Among them, a resin substrate or a substrate made of a composite material is preferable from the viewpoint of light weight and flexibility.
Specifically, as a resin substrate, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, allyl diglycol carbonate, polyamide, polyimide, polyamideimide, Fluorine resins such as polyetherimide, polybenzazole, polyphenylene sulfide, polycycloolefin, norbornene resin, polychlorotrifluoroethylene, liquid crystal polymer, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, ionomer resin, cyanate resin, crosslinked fumaric acid diester , Synthetic trees such as cyclic polyolefin, aromatic ether, maleimide / olefin, cellulose, episulfide compound, etc. Board, and the like.
As a substrate made of a composite material, a composite plastic material containing silicon oxide particles, a composite plastic material containing metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles, inorganic nitride nanoparticles, etc., a composite containing carbon fibers, carbon nanotubes, etc. Composite plastic material including plastic material, glass flake, glass fiber, glass bead, etc., composite plastic material including particles having clay mineral or mica-derived crystal structure, thin glass and any of the above-mentioned synthetic resins Examples thereof include a laminated plastic material having at least one bonding interface therebetween, and a substrate such as a composite material having at least one bonding interface by alternately laminating inorganic layers and organic layers and having barrier performance.
As a substrate made of an inorganic material, a stainless steel substrate, a metal multilayer substrate in which different metals are laminated with stainless steel, an aluminum substrate, or an oxide film with improved surface insulation by performing oxidation treatment (for example, anodic oxidation treatment) on the surface An aluminum substrate, a silicon substrate with an oxide film, or the like can be used.
The resin 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 may include a gas barrier layer for preventing permeation of moisture and oxygen, an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate and adhesion with 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.

(酸化物半導体膜)
基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜は、インジウムと酸素とを含み、半導体膜として機能する電子伝達特性を有する膜であれば特に限定されない。容易に高い電子伝達特性を得る上で、酸化物半導体膜に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムであることが好ましい。
酸化物半導体膜を構成する材料として、具体的には、酸化インジウム(In)、In−Ga−Zn−O(IGZO)、In−Zn−O(IZO)、In−Ga−O(IGO)、In−Sn−O(ITO)、In−Sn−Zn−O(ITZO)等が挙げられる。
(Oxide semiconductor film)
There is no particular limitation on the oxide semiconductor film containing indium formed over the substrate as long as it contains indium and oxygen and functions as a semiconductor film and has electron transfer characteristics. In order to easily obtain high electron transfer characteristics, it is preferable that 50 atom% or more of the metal component contained in the oxide semiconductor film is indium.
Specifically, as a material for forming the oxide semiconductor film, indium oxide (In 2 O 3 ), In—Ga—Zn—O (IGZO), In—Zn—O (IZO), In—Ga—O ( IGO), In—Sn—O (ITO), In—Sn—Zn—O (ITZO), and the like.

酸化物半導体膜は基板に直接接している必要はなく、必要に応じて基板と酸化物半導体膜との間に絶縁膜、導電膜などの膜を有していてもよい。   The oxide semiconductor film is not necessarily in direct contact with the substrate, and an insulating film, a conductive film, or the like may be provided between the substrate and the oxide semiconductor film as necessary.

酸化物半導体膜の成膜方法に制限はなく、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、化学気相蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)、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選択することができる。大気圧下で簡便に膜形成が可能な点から湿式方式を用いることが好ましい。   There is no limitation on the method for forming an oxide semiconductor film, and wet methods such as a printing method and a coating method, physical methods such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and an ion plating method, and chemical vapor deposition (CVD). ), And a chemical method such as a plasma CVD method can be selected in consideration of suitability with the material to be used. It is preferable to use a wet method from the viewpoint that a film can be easily formed under atmospheric pressure.

酸化物半導体膜を形成するための塗布液(酸化物半導体前駆体溶液)を湿式方式で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、及び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一種の塗布法を用いることが好ましい。   As a method of applying a coating solution (oxide semiconductor precursor solution) for forming an oxide semiconductor film on a substrate by a wet method, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method , Roll coating method, bar coating method, die coating method, mist method, ink jet method, dispenser method, screen printing method, relief printing method, intaglio printing method and the like. 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.

酸化物半導体前駆体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溶媒であれば特に制限されず、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、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種を用いることが好ましい。   The solvent used for the oxide semiconductor precursor solution is not particularly limited as long as the metal atom-containing compound used as the solute is dissolved, and water, alcohol solvents (methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, etc.), amide solvents ( N, N-dimethylformamide, etc.), ketone solvents (acetone, N-methylpyrrolidone, sulfolane, N, N-dimethylimidazolidinone, etc.), ether solvents (tetrahydrofuran, methoxyethanol, etc.), nitrile solvents (acetonitrile, etc.), etc. Examples include heteroatom-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, it is preferable to use at least one selected from methanol, methoxyethanol, and water from the viewpoints of improving solubility and wettability, and reducing cost and environmental burden.

また、低温で緻密な酸化物半導体膜を得る観点から、溶媒及びインジウムを含む酸化物半導体前駆体溶液を基板上に塗布して酸化物半導体前駆体膜を形成した後、酸化物半導体前駆体膜を転化させた酸化物半導体膜であることが好ましい。
酸化物半導体前駆体膜を酸化物半導体膜に転化させる方法としては、酸化物半導体前駆体膜が加熱されている条件下で紫外線照射を行うことにより酸化物半導体膜に転化させることが好ましい。なお、酸化物半導体前駆体膜を酸化物半導体膜に転化させる際の基板の加熱温度、紫外線照射等の条件は、後述する酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させる工程と同様の条件を適用することができる。
In addition, from the viewpoint of obtaining a dense oxide semiconductor film at low temperature, an oxide semiconductor precursor film is formed by applying an oxide semiconductor precursor solution containing a solvent and indium on a substrate, and then forming an oxide semiconductor precursor film. An oxide semiconductor film in which is converted is preferable.
As a method for converting the oxide semiconductor precursor film into the oxide semiconductor film, it is preferable to convert the oxide semiconductor precursor film into an oxide semiconductor film by performing ultraviolet irradiation under conditions where the oxide semiconductor precursor film is heated. Note that the substrate heating temperature and ultraviolet irradiation conditions when the oxide semiconductor precursor film is converted into the oxide semiconductor film are the same as those in the process of converting the oxide protective film precursor film described later into the oxide protective film. The conditions can be applied.

(酸化物保護膜前駆体溶液)
酸化物半導体膜上に酸化物保護膜前駆体膜を形成するための酸化物保護膜前駆体溶液を用意する。本開示では、酸化物保護膜前駆体溶液として、溶媒及び50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を用いる。溶液に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムである金属組成とすることで、インジウムを含む酸化物半導体膜との反応が極めて少ない酸化物保護膜を形成することができる。
(Oxide protective film precursor solution)
An oxide protective film precursor solution for forming an oxide protective film precursor film on the oxide semiconductor film is prepared. In the present disclosure, an oxide protective film precursor solution containing a solvent and a metal component in which 50 atom% or more is indium is used as the oxide protective film precursor solution. With a metal composition in which 50 atom% or more of the metal component contained in the solution is indium, an oxide protective film with extremely little reaction with the oxide semiconductor film containing indium can be formed.

酸化物保護膜前駆体溶液に含まれる金属成分に占めるインジウムの割合は高いことが好ましく、インジウム以外の金属成分を含まないことが好ましいが、比抵抗がより高い酸化物保護膜を形成する観点から、酸化物保護膜前駆体溶液は、必要に応じてインジウム以外の他の金属成分を含有してもよい。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が挙げられる。   The proportion of indium in the metal component contained in the oxide protective film precursor solution is preferably high, and preferably contains no metal component other than indium, but from the viewpoint of forming an oxide protective film having a higher specific resistance. The oxide protective film precursor solution may contain other metal components other than indium as necessary. Examples of metal components other than indium include zinc, tin, gallium, and aluminum.

本開示において製造する酸化物保護膜の比抵抗(絶縁性)は、例えば、酸化物保護膜前駆体溶液に含まれる各金属成分の種類及び含有量、酸化物保護膜前駆体溶液に含まれる金属成分以外の種類及び含有量、転化工程における雰囲気に含まれる酸素濃度、保護膜の厚みなどによって変化する。   The specific resistance (insulating property) of the oxide protective film produced in the present disclosure is, for example, the type and content of each metal component contained in the oxide protective film precursor solution, the metal contained in the oxide protective film precursor solution It varies depending on the type and content other than the components, the oxygen concentration contained in the atmosphere in the conversion step, the thickness of the protective film, and the like.

一方、本発明者らは、特に、酸化物保護膜前駆体溶液に含まれる溶媒の種類が酸化物保護膜の比抵抗(絶縁性)に大きく影響することを見出した。酸化物保護膜の比抵抗(絶縁性)を高くする観点から、本開示で用いる酸化物保護膜前駆体溶液は、溶媒として、アシル基を有する溶媒及びポリオールの少なくとも一方を含むことが好ましい。   On the other hand, the present inventors have found that the type of the solvent contained in the oxide protective film precursor solution greatly affects the specific resistance (insulating property) of the oxide protective film. From the viewpoint of increasing the specific resistance (insulating property) of the oxide protective film, the oxide protective film precursor solution used in the present disclosure preferably includes at least one of a solvent having an acyl group and a polyol as a solvent.

ここで、アシル基とは、カルボン酸からOHを取り除いたR−CO−の骨格を有する基を意味し、具体的にはアセチル基、ホルミル基、プロピオニル基、ベンゾイル基、アクリロイル基等が挙げられる。アシル基の中でも得られる酸化物保護膜の比抵抗等の観点からアセチル基を有する溶媒が好ましい。アセチル基を有する溶媒としては、アセチルアセトン、酢酸、アセト酢酸、アセトフェノン等が挙げられ、溶解性、濡れ性等の観点からアセチルセトンが好ましい。   Here, the acyl group means a group having an R—CO— skeleton obtained by removing OH from a carboxylic acid, and specifically includes an acetyl group, a formyl group, a propionyl group, a benzoyl group, an acryloyl group, and the like. . Among the acyl groups, a solvent having an acetyl group is preferable from the viewpoint of the specific resistance of the oxide protective film obtained. Examples of the solvent having an acetyl group include acetylacetone, acetic acid, acetoacetic acid, acetophenone, and the like, and acetylsetone is preferable from the viewpoint of solubility and wettability.

また、ポリオールとは、分子骨格中に水酸基(−OH)を二つ以上含む化合物を意味する。具体的にはエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、グリセリン等が挙げられ、溶解性、濡れ性等の観点からエチレングリコールが好ましい。   The polyol means a compound containing two or more hydroxyl groups (—OH) in the molecular skeleton. Specific examples include ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, butanediol, glycerin and the like, and ethylene glycol is preferable from the viewpoint of solubility, wettability and the like.

本開示で用いる酸化物保護膜前駆体溶液は、溶媒として、アセチルアセトン及びエチレングリコールの少なくとも一方を含むことが好ましい。酸化物保護膜前駆体溶液がアセチルアセトン及びエチレングリコールの少なくとも一方の溶媒を含むことで、酸化物保護膜に含まれる金属成分の50atom%以上がインジウムであっても、酸化物保護膜の導電性が抑制され、半導体としてはではなく、絶縁性の保護膜として機能させることが可能となる。   The oxide protective film precursor solution used in the present disclosure preferably includes at least one of acetylacetone and ethylene glycol as a solvent. Since the oxide protective film precursor solution contains at least one solvent of acetylacetone and ethylene glycol, even if 50 atom% or more of the metal component contained in the oxide protective film is indium, the conductivity of the oxide protective film is improved. Thus, it is possible to function as an insulating protective film rather than as a semiconductor.

酸化物膜の導電性は、一般的に膜中の酸素欠陥の影響が大きく、酸素欠陥が少ないほど導電性が低下する傾向となる。上記の溶媒を用いて保護膜前駆体膜を形成して酸化物保護膜に転化させた場合、酸素が主たる金属成分であるインジウムと結合し易くなり、酸素欠陥が低減されていると推測される。一方、本発明者らの実験によれば、上記の溶媒を用いて本開示に係る保護膜前駆体膜を形成した場合、酸化物保護膜中の炭素濃度が高くなることがわかった。膜中に単なる不純物として炭素が含まれていれば電子素子の電気特性に影響して動作安定性が低下するが、インジウムと結合して膜中に存在することで酸化物半導体膜の電子伝達特性への影響が抑制され、電子素子の動作安定性に寄与していると推測される。   The conductivity of an oxide film is generally greatly influenced by oxygen defects in the film, and the conductivity tends to decrease as the number of oxygen defects decreases. When a protective film precursor film is formed using the above-mentioned solvent and converted to an oxide protective film, oxygen is easily combined with indium, which is a main metal component, and oxygen defects are estimated to be reduced. . On the other hand, according to experiments by the present inventors, it was found that when the protective film precursor film according to the present disclosure was formed using the above-described solvent, the carbon concentration in the oxide protective film was increased. If carbon is contained as a simple impurity in the film, the electrical stability of the electronic device will be affected and the operational stability will be degraded. It is presumed that the influence on the device is suppressed and contributes to the operational stability of the electronic device.

酸化物保護膜前駆体溶液に含まれるインジウムは、溶液の調製が容易である点、酸化物保護膜の平坦性等の点から、インジウムイオンとして含まれることが好ましい。尚、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、溶液に含み得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。   Indium contained in the oxide protective film precursor solution is preferably contained as indium ions from the viewpoint of easy preparation of the solution, flatness of the oxide protective film, and the like. 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 other metal components other than indium which can be contained in the solution are also contained as ions.

本開示で用いる酸化物保護膜前駆体溶液は、金属成分の原料として金属原子含有化合物(溶質)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、有機金属化合物等を挙げることができる。
酸化物保護膜前駆体溶液は、原料となる金属塩等の溶質を、溶液が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。攪拌を行う時間及び攪拌中の溶液の温度は溶質が十分に溶解されれば特に制限はない。
In the oxide protective film precursor solution used in the present disclosure, a metal atom-containing compound (solute) is used as a raw material for the metal component. Examples of the metal atom-containing compound include metal salts, metal halides, and organometallic compounds.
The oxide protective film precursor solution is obtained by weighing a solute such as a metal salt as a raw material so that the solution has a desired concentration, and stirring and dissolving in a solvent. The time for stirring and the temperature of the solution during stirring are not particularly limited as long as the solute is sufficiently dissolved.

金属塩としては、硝酸塩、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−ジケトネート等がそれぞれ挙げられる。   Metal salts include nitrates, sulfates, phosphates, carbonates, acetates, oxalates, metal halides include chlorides, iodides, bromides, etc., and organometallic compounds include metal alkoxides, organic acid salts, metal Examples include β-diketonate.

酸化物保護膜前駆体溶液は、インジウムのほかに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解させた溶液を塗布して得られた酸化物保護膜前駆体膜は、比較的低温で、容易に緻密なインジウム含有酸化物保護膜に転化させることができる。尚、硝酸インジウムは水和物であってもよい。   The oxide protective film precursor solution preferably contains nitrate ions in addition to indium, and more preferably a solution in which at least indium nitrate is dissolved. An oxide protective film precursor film obtained by applying a solution in which indium nitrate is dissolved can be easily converted into a dense indium-containing oxide protective film at a relatively low temperature. Indium nitrate may be a hydrate.

酸化物保護膜前駆体溶液中の金属成分の合計濃度は、目標とする粘度、膜厚、比抵抗等に応じて選択することができる。酸化物保護膜の平坦性及び生産性の観点から0.01mol/L以上0.5mol/L以下であることが好ましい。   The total concentration of the metal components in the oxide protective film precursor solution can be selected according to the target viscosity, film thickness, specific resistance, and the like. From the viewpoint of flatness and productivity of the oxide protective film, it is preferably 0.01 mol / L or more and 0.5 mol / L or less.

(塗布)
次に、酸化物保護膜前駆体溶液を酸化物半導体膜上に塗布する。
酸化物保護膜前駆体溶液を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、選択的に酸化物半導体膜上にパターンを形成する観点から、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一種の塗布法を用いることが好ましい。
(Application)
Next, an oxide protective film precursor solution is applied onto the oxide semiconductor film.
As a method of applying the oxide protective film precursor solution, 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, Examples thereof include a dispenser method, a screen printing method, a relief printing method, and an intaglio printing method. In particular, from the viewpoint of selectively forming a pattern on the oxide semiconductor film, 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)
酸化物半導体膜上に酸化物保護膜前駆体溶液を塗布した後、自然乾燥して酸化物保護膜前駆体膜としてもよいが、加熱処理によって塗布膜を乾燥させ、酸化物保護膜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、最終的に得られる酸化物保護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(例えば、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酸化物保護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。
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。
また、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。
また、乾燥における雰囲気に特に制限はないが、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。
(Dry)
After the oxide protective film precursor solution is applied on the oxide semiconductor film, it may be naturally dried to obtain an oxide protective film precursor film. However, the coating film is dried by heat treatment, and the oxide protective film precursor film is then dried. It is preferable to obtain By drying, the fluidity of the coating film can be reduced, and the flatness of the finally obtained oxide protective film can be improved. Further, by selecting an appropriate drying temperature (for example, 35 ° C. or more and 100 ° C. or less), a denser oxide protective film can be finally 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.
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.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the atmosphere in drying, but it is preferable to carry out in air | atmosphere under atmospheric pressure from viewpoints, such as manufacturing cost.

<酸化物保護膜への転化工程>
酸化物保護膜への転化工程(以下、「転化工程」という場合がある。)では、酸化物保護膜前駆体膜を酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜に転化させる。
酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させる方法に特に制限はなく、加熱、プラズマ、紫外光、マイクロ波等を用いる手法が挙げられ、より低温で酸化物保護膜への転化を行う観点から、酸化物保護膜前駆体膜が加熱されている条件下で紫外線照射を行う手法が好ましい。
<Conversion process to oxide protective film>
In the conversion step to the oxide protective film (hereinafter sometimes referred to as “conversion step”), the oxide protective film precursor film is converted into an oxide protective film having a higher specific resistance than the oxide semiconductor film.
There is no particular limitation on the method for converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film, and examples include a method using heating, plasma, ultraviolet light, microwave, etc. From the viewpoint of performing, a method of performing ultraviolet irradiation under conditions where the oxide protective film precursor film is heated is preferable.

転化する際の雰囲気は酸素濃度が8%以下(80000ppm以下)であることが好ましく、3%以下(30000ppm以下)であることがより好ましい。酸素濃度が80000ppm以下であればより緻密な酸化物保護膜が得られやすく、電子デバイスとしての繰り返し動作安定性が向上しやすい。
転化工程における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、例えば基板上の酸化物保護膜前駆体膜を転化させる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。
The atmosphere at the time of conversion preferably has an oxygen concentration of 8% or less (80000 ppm or less), and more preferably 3% or less (30000 ppm or less). If the oxygen concentration is 80,000 ppm or less, a denser oxide protective film can be easily obtained, and the repeated operation stability as an electronic device is easily improved.
As a means for adjusting the oxygen concentration in the atmosphere in the conversion step to the above concentration range, for example, the flow rate of an inert gas such as nitrogen gas supplied into the processing chamber for converting the oxide protective film precursor film on the substrate is adjusted. Examples thereof include a method, a method of adjusting the oxygen concentration in the gas supplied into the processing chamber, and a method of evacuating the processing chamber in advance and filling it with a gas having a desired oxygen concentration.

転化工程における基板温度は200℃未満であることが好ましく、且つ120℃超であることがより好ましい。200℃未満であれば耐熱性の低い樹脂基板への適用が容易となり、120℃超であれば、短時間で緻密な酸化物保護膜を得ることができる。
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。また、短時間で緻密な酸化物保護膜を得る観点から転化工程において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、基板温度を一定に保持することがより好ましい。
転化工程は、生産性の観点から、5秒以上120分以下であることが好ましい。
The substrate temperature in the conversion step is preferably less than 200 ° C and more preferably more than 120 ° C. If it is less than 200 ° C., it can be easily applied to a resin substrate having low heat resistance, and if it exceeds 120 ° C., a dense oxide protective film can be obtained in a short time.
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. Further, from the viewpoint of obtaining a dense oxide protective film in a short time, it is preferable that the rate at which the substrate is heated or lowered in the conversion step is within ± 0.5 ° C./min, and the substrate temperature can be kept constant. More preferred.
The conversion step is preferably from 5 seconds to 120 minutes from the viewpoint of productivity.

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こと等によって制御することができる。なお、基板の温度は、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. The substrate temperature can be measured with a Si substrate with a thermocouple.

酸化物保護膜前駆体膜の膜面には波長300nm以下の紫外光を10mW/cm以上の照度で照射することが好ましい。上記波長範囲の紫外光を上記照度範囲で照射することでより短い時間で酸化物保護膜前駆体膜から酸化物保護膜への転化を行うことができる。The film surface of the oxide protective film precursor film is preferably irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less at an illuminance of 10 mW / cm 2 or more. By irradiating ultraviolet light in the wavelength range within the illuminance range, conversion from the oxide protective film precursor film to the oxide protective film can be performed in a shorter time.

なお、紫外線の照度は、用いる光源の選択、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。   The illuminance of ultraviolet rays can be adjusted by selecting a light source to be used, a light collecting mechanism, a neutral density filter, and the like.

転化工程で用いる紫外線の光源としては、UV(Ultraviolet)ランプ、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酸化物保護膜前駆体膜から酸化物保護膜への転化が容易に行えることから好ましい。   Examples of the ultraviolet light source used in the conversion step include a UV (ultraviolet) lamp and a 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, ultrahigh pressure mercury lamps, metal halide lamps, helium lamps, carbon arc lamps, cadmium lamps, electrodeless discharge lamps, etc. Use of a mercury lamp is preferable because conversion from the oxide protective film precursor film to the oxide protective film can be easily performed.

以上の工程を経て、インジウムを含む酸化物半導体膜上にインジウムを含む酸化物保護膜を簡便に製造することができる。   Through the above steps, an oxide protective film containing indium can be easily manufactured over the oxide semiconductor film containing indium.

[薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタ]
本開示により製造された酸化物保護膜は、酸化物半導体膜の半導体特性の低下を抑制し、高い動作安定性を付与できることから、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)における活性層(半導体層)を保護する酸化物保護膜として好適に用いることができる。
[Thin Film Transistor Manufacturing Method and Thin Film Transistor]
Since the oxide protective film manufactured according to the present disclosure can suppress deterioration of the semiconductor characteristics of the oxide semiconductor film and provide high operational stability, an active layer (semiconductor layer) in a thin film transistor (TFT) is provided. It can be suitably used as an oxide protective film to be protected.

以下、本開示に係る製造方法を用いて作製された酸化物保護膜を薄膜トランジスタの活性層を保護する酸化物保護膜として用いる実施形態について説明する。尚、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法及びそれにより製造される酸化物保護膜は、TFTの作製における利用に限定されない。   Hereinafter, an embodiment in which an oxide protective film manufactured using the manufacturing method according to the present disclosure is used as an oxide protective film for protecting an active layer of a thin film transistor will be described. In addition, the manufacturing method of the oxide protective film which concerns on this indication, and the oxide protective film manufactured by it are not limited to the use in preparation of TFT.

一般的に、TFTの素子構造は、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、いわゆるスタガ構造(トップゲート型又はトップゲート構造とも呼ばれる)と、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逆スタガ構造(ボトムゲート型又はボトムゲート構造とも呼ばれる)がある。
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、ソース・ドレイン電極が半導体層よりも先に形成されて半導体層の下面がソース・ドレイン電極に接触するボトムコンタクト型(ボトムコンタクト構造)と、半導体層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて半導体層の上面がソース・ドレイン電極に接触するトップコンタクト型(トップコンタクト構造)とがある。
In general, in the element structure of a TFT, when the substrate on which the TFT is formed is the lowermost layer, a gate electrode is disposed above the gate insulating film and an active layer is formed below the gate insulating film. A so-called staggered structure (also referred to as a top gate type or top gate structure) and an inverted staggered structure (bottom gate type or bottom gate type) in which a gate electrode is disposed below the gate insulating film and an active layer is formed above the gate insulating film. Also called bottom gate structure).
Further, based on the contact portion between the active layer and the source and drain electrodes (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate), the source / drain electrodes are formed prior to the semiconductor layer, and the lower surface of the semiconductor layer is the source / drain electrode. A bottom contact type (bottom contact structure) in contact with the drain electrode, and a top contact type (top contact structure) in which the semiconductor layer is formed before the source / drain electrodes and the upper surface of the semiconductor layer is in contact with the source / drain electrodes. There is.

本開示に係る酸化物保護膜の製造方法を薄膜トランジスタに適用する場合、薄膜トランジスタの素子構造は特に限定されないが、ボトムゲート構造のTFTを製造する際、活性層となる酸化物半導体膜を形成した後、外気、溶液、上層等によって酸化物半導体膜の電気特性が影響を受けやすい。そのため、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法は、ボトムゲート構造のTFTを製造する際に、酸化物半導体膜を保護する保護膜の形成に適用することで、効果が顕在化し易い。   When the manufacturing method of the oxide protective film according to the present disclosure is applied to a thin film transistor, the element structure of the thin film transistor is not particularly limited. However, after manufacturing the bottom gate structure TFT, after forming the oxide semiconductor film serving as an active layer The electrical characteristics of the oxide semiconductor film are easily affected by the outside air, solution, upper layer, and the like. Therefore, when the manufacturing method of the oxide protective film according to the present disclosure is applied to the formation of the protective film that protects the oxide semiconductor film when manufacturing the TFT having the bottom gate structure, the effect is easily manifested.

以下、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法を適用して製造する電子素子の代表例として、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、インジウムを含む酸化物半導体膜と、酸化物半導体膜の少なくとも一部を保護する前述した実施形態に係る酸化物保護膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有する薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明する。   Hereinafter, as a representative example of an electronic device manufactured by applying the method for manufacturing an oxide protective film according to the present disclosure, at least a gate electrode, a gate insulating film, an oxide semiconductor film containing indium, and an oxide semiconductor film A thin film transistor having the oxide protective film, the source electrode, and the drain electrode according to the above-described embodiment that partially protects, and a manufacturing method thereof will be described.

本開示に係る薄膜トランジスタの製造方法は、好ましくは、基板上にゲート電極を形成する工程と、基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜上にインジウムを含む酸化物半導体膜を形成する工程と、酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極とドレイン電極との間で露出する酸化物半導体膜上に前述した実施形態に係る酸化物保護膜の製造方法により酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜を形成する工程と、を有する。   The method for manufacturing a thin film transistor according to the present disclosure preferably includes a step of forming a gate electrode on a substrate, a step of forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode, and an oxide semiconductor containing indium on the gate insulating film. Forming the film; forming the source electrode and the drain electrode on the oxide semiconductor film; and protecting the oxide according to the above-described embodiment on the oxide semiconductor film exposed between the source electrode and the drain electrode. Forming an oxide protective film having a specific resistance higher than that of the oxide semiconductor film by the film manufacturing method.

図1は、本開示に係るTFTの構成の一例を示す概略図である。図1に示すTFT10では、ボトムゲート構造及びトップコンタクト構造を有し、基板12の一方の主面上にゲート電極14と、ゲート絶縁膜16と、活性層としてインジウムを含む酸化物半導体膜18と、が順に積層されている。活性層18の表面上にはソース電極20及びドレイン電極22(適宜、「ソース・ドレイン電極」という)が間隙を有して設けられており、さらに、ソース電極20とドレイン電極22の間隙から露出する酸化物半導体膜18上には酸化物半導体膜18を保護する酸化物保護膜24が設けられている。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a TFT according to the present disclosure. The TFT 10 shown in FIG. 1 has a bottom gate structure and a top contact structure. On one main surface of the substrate 12, a gate electrode 14, a gate insulating film 16, an oxide semiconductor film 18 containing indium as an active layer, Are stacked in order. On the surface of the active layer 18, a source electrode 20 and a drain electrode 22 (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate) are provided with a gap, and are further exposed from the gap between the source electrode 20 and the drain electrode 22. An oxide protective film 24 that protects the oxide semiconductor film 18 is provided over the oxide semiconductor film 18 to be formed.

図2は、本開示に係るTFTの構成の他の例を示す概略図である。図2に示すTFT30もボトムゲート構造を有し、基板12、ゲート電極14、ゲート絶縁膜16、酸化物半導体膜18の配置は図1に示すTFT10と同様である。酸化物半導体膜18上には酸化物保護膜24が設けられ、さらに酸化物保護膜24上にソース電極20及びドレイン電極22が間隙を有して設けられている。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the TFT according to the present disclosure. The TFT 30 shown in FIG. 2 also has a bottom gate structure, and the arrangement of the substrate 12, the gate electrode 14, the gate insulating film 16, and the oxide semiconductor film 18 is the same as that of the TFT 10 shown in FIG. An oxide protective film 24 is provided on the oxide semiconductor film 18, and a source electrode 20 and a drain electrode 22 are provided on the oxide protective film 24 with a gap.

図3は、本開示に係るTFTの構成の他の例を示す概略図である。図3に示すTFT40もボトムゲート構造及びボトムコンタクト構造を有し、基板12、ゲート電極14、ゲート絶縁膜16の配置は図1に示すTFT10と同様である。ゲート絶縁膜16上には、ソース電極20及びドレイン電極22が間隙を有して設けられ、ソース電極20とドレイン電極22とに接触して酸化物半導体膜18が設けられている。さらに酸化物半導体膜18上には酸化物保護膜24が設けられている。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the TFT according to the present disclosure. The TFT 40 shown in FIG. 3 also has a bottom gate structure and a bottom contact structure, and the arrangement of the substrate 12, the gate electrode 14, and the gate insulating film 16 is the same as that of the TFT 10 shown in FIG. On the gate insulating film 16, a source electrode 20 and a drain electrode 22 are provided with a gap, and an oxide semiconductor film 18 is provided in contact with the source electrode 20 and the drain electrode 22. Further, an oxide protective film 24 is provided on the oxide semiconductor film 18.

図1〜図3に示す構成のTFT10,30,40のうち、簡便に製造できる点、酸化物保護膜24によって酸化物半導体膜18を効果的に保護する点、線形移動度、閾値シフト(繰り返し動作安定性)等のTFT特性に優れる点から、図1に示すTFT10のように、ボトムゲート構造であり、且つ、酸化物半導体膜18上にソース電極20及びドレイン電極22が形成されており、且つ、ソース電極20とドレイン電極22との間で露出する酸化物半導体膜18上に酸化物保護膜24が形成されている構造を有することが特に好ましい。
以下、代表例として、主に図1に示すTFT10の構成及び製造方法について詳細に説明する。なお、以下の説明では、符号は適宜省略する。
1 to 3, the TFT 10, 30, and 40 can be easily manufactured, the oxide semiconductor film 18 can be effectively protected by the oxide protective film 24, linear mobility, and threshold shift (repeatedly). In view of excellent TFT characteristics such as (operational stability), the TFT 10 has a bottom gate structure, and the source electrode 20 and the drain electrode 22 are formed on the oxide semiconductor film 18 as shown in FIG. In addition, the oxide protective film 24 is particularly preferably formed on the oxide semiconductor film 18 exposed between the source electrode 20 and the drain electrode 22.
Hereinafter, as a representative example, the structure and manufacturing method of the TFT 10 mainly shown in FIG. 1 will be described in detail. In the following description, reference numerals are omitted as appropriate.

(ゲート電極)
基板上にゲート電極を形成する。ゲート電極は高い導電性を有する材料を用い、例えばAl,Mo,Cr,Ta,Ti,Au,Ag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(IGZO)等の金属酸化物の導電膜を用いて形成することができる。ゲート電極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)
A gate electrode is formed on the substrate. The gate electrode is made of a material having high conductivity. For example, a metal such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide ( It can be formed using a conductive film of a metal oxide such as ITO), indium zinc oxide (IZO), or In—Ga—Zn—O (IGZO). As the gate electrode, these conductive films can be used as a single layer structure or a stacked structure of two or more layers.

ゲート電極は、例えば印刷方式、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。
ゲート電極を形成するための導電膜の膜厚は、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し、ゲート電極を形成してもよく、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、ゲート電極及びゲート配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
The gate electrode is 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 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 conductive film for forming the gate electrode 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. It is more preferable.
After film formation, the gate electrode 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 and the gate wiring at the same time.

(ゲート絶縁膜)
ゲート電極及び配線を形成した後、ゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜は高い絶縁性を有する膜が好ましく、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少なくとも二つ以上含む絶縁膜としてもよく、単層構造であっても積層構造であってもよい。
ゲート絶縁膜は、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。
(Gate insulation film)
After forming the gate electrode and the wiring, a gate insulating film is formed. The gate insulating film is preferably a highly insulating film, 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. It may be an insulating film including two or more, and may have a single layer structure or a laminated structure.
The gate insulating film is a material used from 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, and a chemical method such as a CVD and a plasma CVD method. The film is formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of the above.

ゲート絶縁膜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。ゲート絶縁膜は材質にもよるが、ゲート絶縁膜の厚みは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。   The gate insulating film needs to have a thickness for reducing the leakage current and improving the voltage resistance. On the other hand, if the thickness of the gate insulating film is too large, the driving voltage is increased. Although depending on the material of the gate insulating film, the thickness of the gate insulating film is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 50 nm to 1000 nm, and particularly preferably 100 nm to 400 nm.

(酸化物半導体膜)
ゲート絶縁膜上に酸化物半導体膜を含む活性層をパターン形成する。活性層のパターン形成は、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、及び凹版印刷法によって予め活性層のパターンを有する酸化物半導体前駆体膜を形成して酸化物半導体膜に転化してもよいし、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、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、又は燐酸、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パターンを形成する。
酸化物半導体膜(活性層)の膜厚は、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。
(Oxide semiconductor film)
An active layer including an oxide semiconductor film is patterned on the gate insulating film. The pattern formation of the active layer may be performed by forming an oxide semiconductor precursor film having an active layer pattern in advance by the inkjet method, the dispenser method, the relief printing method, and the intaglio printing method, and converting the oxide layer into an oxide semiconductor film. Alternatively, the 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, a resist pattern is formed by photolithography on the remaining portion, and etching is performed with an acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, dilute sulfuric acid, or a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid and acetic acid. Form a pattern.
The thickness of the oxide semiconductor film (active layer) is preferably 5 nm or more and 50 nm or less from the viewpoint of flatness and time required for film formation.

(ソース・ドレイン電極)
活性層上にソース・ドレイン電極を形成する。ソース・ドレイン電極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材料を用い、Al,Mo,Cr,Ta,Ti,Au,Ag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(IGZO)等の金属酸化物の導電膜等を用いて形成することができる。
(Source / drain electrodes)
Source / drain electrodes are formed on the active layer. The source / drain electrodes are made of materials having high conductivity so as to function as electrodes, respectively, such as metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, and Ag, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, and zinc oxide. In addition, a conductive film of a metal oxide such as indium oxide, indium tin oxide (ITO), zinc indium oxide (IZO), or In—Ga—Zn—O (IGZO) can be used.

ソース・ドレイン電極の形成は、例えば印刷方式、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。
ソース・ドレイン電極の膜厚は、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。
ソース・ドレイン電極は、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・ドレイン電極の全ての層及びこれらの電極に接続する配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
The source / drain electrodes can be formed from, for example, 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 CVD or plasma CVD method. The film may be formed according to a method selected appropriately in consideration of suitability with the material to be used.
The film thickness of the source / drain electrodes is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 100 nm or less in consideration of film formability, patterning property by etching or lift-off method, conductivity, and the like.
The source / drain electrodes may be formed by patterning into a predetermined shape by an etching or lift-off method, or may be directly formed by an inkjet method or the like. At this time, it is preferable to pattern all layers of the source / drain electrodes and wirings connected to these electrodes simultaneously.

(酸化物保護膜)
酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を上述した実施形態の手法に従って形成する。
酸化物保護膜は、酸化物半導体膜を形成した後に酸化物半導膜上に形成する。酸化物半導体膜の成膜に続けて成膜してもよいし、酸化物半導体膜を活性層の形状にパターンニングした後に酸化物保護膜を成膜してもよい。
また、酸化物保護膜は、図1に示すTFT10のように、ソース・ドレイン電極の形成後にソース・ドレイン電極間で露出する酸化物半導体膜上に形成してもよいし、図2に示すTFT30のように、ソース・ドレイン電極の形成前に酸化物半導体膜上に形成してもよい。あるいは、図3に示すTFT40のように、ソース・ドレイン電極の形成後に、酸化物半導体膜を形成し、酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を形成してもよい。
(Oxide protective film)
An oxide protective film is formed over the oxide semiconductor film according to the method of the above-described embodiment.
The oxide protective film is formed over the oxide semiconductor film after the oxide semiconductor film is formed. The oxide protective film may be formed after the oxide semiconductor film is formed, or after the oxide semiconductor film is patterned into the shape of the active layer.
The oxide protective film may be formed on the oxide semiconductor film exposed between the source and drain electrodes after the formation of the source and drain electrodes, as in the TFT 10 shown in FIG. 1, or the TFT 30 shown in FIG. As described above, it may be formed on the oxide semiconductor film before forming the source / drain electrodes. Alternatively, as in the TFT 40 shown in FIG. 3, an oxide semiconductor film may be formed after the source / drain electrodes are formed, and an oxide protective film may be formed over the oxide semiconductor film.

本開示により製造される薄膜トランジスタにおける酸化物半導体膜中の炭素濃度をC(atom/cm)、酸化物保護膜中の炭素濃度をC(atom/cm)としたとき、以下の関係式(I−1)を満たすことが好ましい。
/C≧10 (I−1)
When the carbon concentration in the oxide semiconductor film in the thin film transistor manufactured according to the present disclosure is C S (atom / cm 3 ) and the carbon concentration in the oxide protective film is C P (atom / cm 3 ), the following relationship is established. It is preferable to satisfy Formula (I-1).
C P / C S ≧ 10 (I-1)

式(I−1)を満たすことで、高い線形移動度を有し、繰り返し動作安定性が向上した(閾値シフトが小さい)薄膜トランジスタを得ることができる。
かかる観点から、下記式(I)を満たすことがより好ましい。
100≧C/C≧10 (I)
By satisfying the formula (I-1), a thin film transistor having high linear mobility and improved repeated operation stability (threshold shift is small) can be obtained.
From this viewpoint, it is more preferable to satisfy the following formula (I).
100 ≧ C P / C S ≧ 10 (I)

酸化物半導体膜中の炭素濃度Cに対し、酸化物保護膜中の炭素濃度Cが上記関係式(I)を満たすことで、酸化物保護膜の導電性が抑制され、半導体ではなく、絶縁性の保護膜として機能させることが可能となる。
上記関係式を満たす酸化物半導体膜及び酸化物保護膜を得る手法としては、酸化物半導体膜と酸化物保護膜を異なる成膜方法より形成する手法(例えば酸化物半導体膜を真空成膜で、酸化物保護膜を溶液プロセスで成膜する)、酸化物半導体膜と酸化物保護膜をともに溶液プロセスにて成膜する場合には異なる溶媒種の溶液を用いる手法等が挙げられる。
When the carbon concentration C P in the oxide protective film satisfies the relational expression (I) with respect to the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film, the conductivity of the oxide protective film is suppressed, not the semiconductor, It becomes possible to function as an insulating protective film.
As a method for obtaining an oxide semiconductor film and an oxide protective film satisfying the above relational expression, a method of forming the oxide semiconductor film and the oxide protective film by different film formation methods (for example, vacuum film formation of an oxide semiconductor film, In the case where the oxide protective film is formed by a solution process), and when both the oxide semiconductor film and the oxide protective film are formed by a solution process, a method using a solution of a different solvent type may be used.

酸化物半導体膜中の炭素濃度Cは1×1021atoms/cm以下であることが好ましい。上記炭素濃度範囲にすることで高い電子伝達特性を有する酸化物半導体膜が得られやすい。The carbon concentration C S in the oxide semiconductor film is preferably 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. By setting the carbon concentration range, an oxide semiconductor film having high electron transfer characteristics can be easily obtained.

酸化物保護膜中の炭素濃度Cは1×1022atoms/cm以下であることが好ましい。上記炭素濃度範囲にすることで高い動作安定性が得られやすい。Carbon concentration C P in the oxide protective film is preferably at most 1 × 10 22 atoms / cm 3 . High operational stability is easily obtained by adjusting the carbon concentration range.

酸化物半導体膜及び酸化物保護膜中のそれぞれの炭素濃度、窒素濃度、及び水素濃度は二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIMS)による測定で求めることができる。尚、SIMSはその原理上、試料表面近傍及び異種材料の界面近傍において正確なデータを得ることが困難なことが知られている。膜中の不純物濃度の厚さ方向の分布をSIMSで分析する場合、測定対象となる膜が存在する範囲において、極端な強度変動がなく、ほぼ一定の強度が得られる領域の値を採用する。   The carbon concentration, the nitrogen concentration, and the hydrogen concentration in the oxide semiconductor film and the oxide protective film can be obtained by measurement by secondary ion mass spectrometry (SIMS). SIMS is known to be difficult to obtain accurate data in the vicinity of the sample surface and in the vicinity of the interface between different materials due to its principle. When analyzing the distribution of the impurity concentration in the film in the thickness direction by SIMS, a value in a region where an almost constant intensity is obtained without any extreme intensity fluctuation in the range where the film to be measured exists is adopted.

酸化物保護膜の膜厚は、酸化物半導体膜を保護し、さらに、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 oxide protective film is preferably 5 nm or more and 50 nm or less from the viewpoint of protecting the oxide semiconductor film, and further from flatness and time required for film formation.

[電子デバイス]
以上で説明した本開示に係る薄膜トランジスタの用途には特に限定はないが、本開示に係る薄膜トランジスタは高いTFT特性を示すことから、例えば電気光学装置(例えば液晶表示装置、有機EL(Electro Luminescence)表示装置、無機EL表示装置等の表示装置等)における駆動素子として、耐熱性の低い樹脂基板上に形成したフレキシブルディスプレイに用いる場合に好適である。
また、本開示に係る電子素子は、X線センサー等の各種センサー、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]
The application of the thin film transistor according to the present disclosure described above is not particularly limited. However, since the thin film transistor according to the present disclosure exhibits high TFT characteristics, for example, an electro-optical device (for example, a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display) As a drive element in a display device such as a device or an inorganic EL display device, it is suitable for use in a flexible display formed on a resin substrate having low heat resistance.
In addition, the electronic element 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 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.

以下、本開示に係る電子デバイスの代表例として、本実施形態により製造される薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置について具体的に説明する。   Hereinafter, as a representative example of the electronic device according to the present disclosure, a liquid crystal display device including the thin film transistor manufactured according to the present embodiment will be specifically described.

<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4にその一部分の概略断面図を示し、図5に電気配線の概略構成図を示す。
<Liquid crystal display device>
FIG. 4 shows a schematic sectional view of a part of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of electrical wiring.

図4に示すように、本実施形態の液晶表示装置100は、図1に示したボトムゲート構造のTFT10と、パッシベーション層102上の画素下部電極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120a、120bを備えた構成である。   As shown in FIG. 4, the liquid crystal display device 100 of this embodiment includes a liquid crystal layer sandwiched between the TFT 10 having the bottom gate structure shown in FIG. 1, the pixel lower electrode 104 on the passivation layer 102 and the counter upper electrode 106. 108 and an R (red), G (green), and B (blue) color filter 110 for developing different colors corresponding to each pixel, and polarized on the substrate 12 side of the TFT 10 and the RGB color filter 110, respectively. It is the structure provided with board 120a, 120b.

また、図5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。   Further, as shown in FIG. 5, 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14は、ゲート配線112に接続されており、TFT10のソース電極20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22はパッシベーション層102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 14 of the TFT 10 is connected to the gate wiring 112, and the source electrode 20 of the TFT 10 is connected to the data wiring 114. Further, the drain electrode 22 of the TFT 10 is connected to the pixel lower electrode 104 through a contact hole 116 provided in the passivation layer 102 (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.

なお、上記実施形態の液晶表示装置100においては、図1に示す構造のTFTを備えるが、TFTは図1に示す構造のTFTに限定されず、例えば、図2に示す構造のTFTであってもよい。
また、本開示に係る電子デバイスは図4及び図5に示す構成を有する液晶表示装置に限定されず、本開示に係る酸化物保護膜の製造方法は、有機EL表示装置、X線センサ等の他の電子デバイスにも適用することができる。
In the liquid crystal display device 100 of the above embodiment, the TFT having the structure shown in FIG. 1 is provided. However, the TFT is not limited to the TFT having the structure shown in FIG. Also good.
In addition, the electronic device according to the present disclosure is not limited to the liquid crystal display device having the configuration illustrated in FIGS. 4 and 5, and the manufacturing method of the oxide protective film according to the present disclosure includes an organic EL display device, an X-ray sensor, and the like. It can also be applied to other electronic devices.

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>
以下のような手順でTFTを作製し、評価を行った。
<Example 1>
A TFT was fabricated and evaluated according to the following procedure.

基板上に以下の手法で酸化物半導体膜を形成した。
硝酸インジウム(In(NO・xHO、純度:4N,(株)高純度化学研究所製)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(酸化物半導体前駆体溶液)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。熱酸化膜付p型シリコン25mm角の基板上に、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。
An oxide semiconductor film was formed over the substrate by the following method.
Indium nitrate (In (NO 3 ) 3 xH 2 O, purity: 4N, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was dissolved in 2-methoxyethanol (special grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 0 An indium nitrate solution (oxide semiconductor precursor 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. The prepared indium nitrate solution was spin coated on a p-type silicon 25 mm square substrate with a thermal oxide film at a rotational speed of 1500 rpm for 30 seconds, and then dried on a hot plate heated to 60 ° C. for 5 minutes.

得られた酸化物半導体前駆体膜を、下記条件で酸化物半導体膜に転化させた。
装置としては低圧水銀ランプを備えた真空紫外(VUV:Vacuum Ultraviolet)ドライプロセッサ(オーク製作所社製、VUE−3400−F)を用いた。
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30L/minの窒素をフローさせることで、処理室内の酸素濃度を27000ppmにした。尚、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。
The obtained oxide semiconductor precursor film was converted into an oxide semiconductor film under the following conditions.
As an apparatus, a vacuum ultraviolet (VUV) dry processor (manufactured by Oak Manufacturing Co., Ltd., VUE-3400-F) equipped with a low-pressure mercury lamp was used.
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 set to 27000 ppm by flowing nitrogen of 30 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).

5分間の待機後、装置内のシャッターを開け、90分間、160℃の加熱処理下での紫外線照射処理を酸化物半導体前駆体膜に行うことで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以下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、150〜200nm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 the oxide semiconductor precursor film was subjected to ultraviolet irradiation treatment at 160 ° C. for 90 minutes to obtain an oxide semiconductor film. 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 as a peak wavelength at the sample position is measured using an ultraviolet integrated light meter (manufactured by Hamamatsu Photonics, controller C9536, sensor head H9536-254, having a spectral sensitivity in the range of more than 200 nm to less than 300 nm) The measured value was 105 mW / cm 2 . In addition, the ultraviolet illuminance with 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 to 200 nm) It was 8.2 mW / cm 2 .

上記得られた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・ドレイン電極の成膜は、メタルマスクを用いたパターン成膜にて作製し、Ti膜を50nmの厚みに成膜した。ソース・ドレイン電極のサイズは各々1mm角とし、電極間距離は0.2mmとした。   A source / drain electrode was formed on the obtained oxide semiconductor film by vapor deposition. The source / drain electrodes were formed by pattern formation using a metal mask, and a Ti film was formed to a thickness of 50 nm. The size of the source / drain electrodes was 1 mm square, and the distance between the electrodes was 0.2 mm.

次に、ソース・ドレイン電極間の酸化物半導体膜上に酸化物保護膜をインクジェット法を用いて形成した。
酸化物保護膜前駆体溶液としては、硝酸インジウム(In(NO・xHO、純度:4N,(株)高純度化学研究所製)をエチレングリコール(試薬特級、和光純薬工業社製)中に溶解させ、0.3mol/Lの濃度の硝酸インジウム溶液を作製した。
酸化物保護膜前駆体溶液(硝酸インジウム溶液)を富士フイルム社製 マテリアルプリンターDMP−2831を用いて、ソース・ドレイン電極間全体を覆う2mm×0.4mmの酸化物保護膜前駆体膜をパターン形成した。インクカートリッジは室温とし、基板を配置した加熱機能付きステージは60℃に加熱してインクジェットにより硝酸インジウム溶液を塗布した。
Next, an oxide protective film was formed on the oxide semiconductor film between the source and drain electrodes by an inkjet method.
As the oxide protective film precursor solution, indium nitrate (In (NO 3 ) 3 × H 2 O, purity: 4N, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was used as ethylene glycol (special reagent grade, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The indium nitrate solution having a concentration of 0.3 mol / L was prepared.
Oxide protective film precursor solution (indium nitrate solution) is patterned using a material printer DMP-2831 manufactured by Fuji Film Co., Ltd. to form a 2 mm x 0.4 mm oxide protective film precursor film covering the entire area between the source and drain electrodes. did. The ink cartridge was at room temperature, the stage with a heating function on which the substrate was placed was heated to 60 ° C., and the indium nitrate solution was applied by inkjet.

次いで、酸化物保護膜前駆体膜を酸化物保護膜に転化させた。酸化物保護膜への転化工程は、上述した酸化物半導体膜への転化工程と同様の加熱処理下(90分間、160℃)での紫外線照射による酸化物半導体膜の転化工程と同じ条件で行った。
以上の工程を経て、薄膜トランジスタを作製した。
Next, the oxide protective film precursor film was converted into an oxide protective film. The conversion process to the oxide protective film is performed under the same conditions as the conversion process of the oxide semiconductor film by ultraviolet irradiation under the same heat treatment (90 minutes, 160 ° C.) as the conversion process to the oxide semiconductor film described above. It was.
Through the above steps, a thin film transistor was manufactured.

<実施例2>
酸化物保護膜前駆体溶液の溶媒としてアセチルアセトン(試薬特級、和光純薬工業社製)を用いて酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を作製したこと以外は実施例1と同じ手法で薄膜トランジスタを作製した。
<Example 2>
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that an oxide protective film was formed on the oxide semiconductor film using acetylacetone (special grade, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent for the oxide protective film precursor solution. Produced.

<比較例1>
保護膜前駆体溶液として、NN120−20(ポリシラザン20質量%、キシレン80質量%、AZエレクトロニックマテリアルズ社製)をAZ−Thinner(酢酸2−エトキシエチル)にて2倍希釈し、ポリシラザン溶液を得た。このポリシラザン溶液を用いて酸化物半導体膜上に酸窒化珪素保護膜を作製したこと以外は実施例1と同じ手法で薄膜トランジスタを作製した。
<Comparative Example 1>
As a protective film precursor solution, NN120-20 (polysilazane 20% by mass, xylene 80% by mass, manufactured by AZ Electronic Materials) was diluted twice with AZ-Thinner (2-ethoxyethyl acetate) to obtain a polysilazane solution. It was. A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a silicon oxynitride protective film was formed on the oxide semiconductor film using this polysilazane solution.

<比較例2>
ソース・ドレイン電極形成後に酸化物保護膜を形成しないこと以外は実施例1と同じ手法で薄膜トランジスタを作製した。
<Comparative example 2>
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the oxide protective film was not formed after the source / drain electrodes were formed.

<実施例3>
酸化物保護膜前駆体溶液として、実施例1で用いた0.3mol/Lの濃度の硝酸インジウム溶液と、硝酸亜鉛(Zn(NO・6HO、純度:3N,(株)高純度化学研究所製)をエチレングリコールに溶解させて作製した0.3mol/Lの濃度の硝酸亜鉛溶液を1:1の割合で混合し、溶液中に含まれる金属成分の50atom%がインジウムである酸化物保護膜前駆体溶液を作製した。この酸化物保護膜前駆体溶液を用いたこと以外は実施例1と同じ手法で酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を作製し、薄膜トランジスタを作製した。
<Example 3>
As the oxide protective film precursor solution, an indium nitrate solution having a concentration of 0.3 mol / L used in Example 1, zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 .6H 2 O, purity: 3N, high by Co., Ltd. A zinc nitrate solution having a concentration of 0.3 mol / L prepared by dissolving (purity chemical laboratory) in ethylene glycol is mixed at a ratio of 1: 1, and 50 atom% of the metal component contained in the solution is indium. An oxide protective film precursor solution was prepared. An oxide protective film was produced on the oxide semiconductor film by the same method as in Example 1 except that this oxide protective film precursor solution was used, and a thin film transistor was produced.

<比較例3>
酸化物保護膜前駆体溶液として、実施例1で用いた0.3mol/Lの濃度の硝酸インジウム溶液と、実施例3で用いた0.3mol/Lの濃度の硝酸亜鉛溶液を1:4の割合で混合し、溶液中に含まれる金属成分の20atom%がインジウムである酸化物保護膜前駆体溶液を作製した。この酸化物保護膜前駆体溶液を用いたこと以外は実施例1と同じ手法で酸化物半導体膜上に酸化物保護膜を作製し、薄膜トランジスタを作製した。
<Comparative Example 3>
As the oxide protective film precursor solution, the indium nitrate solution having a concentration of 0.3 mol / L used in Example 1 and the zinc nitrate solution having a concentration of 0.3 mol / L used in Example 3 were 1: 4. The oxide protective film precursor solution in which 20 atom% of the metal component contained in the solution was indium was mixed at a ratio. An oxide protective film was produced on the oxide semiconductor film by the same method as in Example 1 except that this oxide protective film precursor solution was used, and a thin film transistor was produced.

[評価]
(TFT特性の評価)
実施例及び比較例で作製した薄膜トランジスタについて、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。V−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。
[Evaluation]
(Evaluation of TFT characteristics)
The thin film transistor manufactured in Examples and Comparative Examples, 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.

また、−15V〜+30V〜−15Vのゲート電圧掃引終了後、1分経過してから再度−15V〜+30V〜−15Vの掃引を行う作業を10回繰り返し、1回目の掃引時の閾値(Vth)と10回目の掃引時のVthの差を閾値シフト(ΔVth)として求めた。In addition, after completion of the gate voltage sweep of −15 V to +30 V to −15 V, the operation of performing the sweep of −15 V to +30 V to −15 V again after 10 minutes is repeated 10 times, and the threshold value (V th ) and it was determined the difference between the 10 th V th at the time of the sweep as a threshold shift (ΔV th).

表1に実施例及び比較例で用いた保護膜前駆体溶液に含まれる金属成分の総量に対するインジウム(In)の割合及び溶媒種並びにV−I特性から求めた線形移動度、Vth、ΔVthを示す。Linear mobility was determined from the ratio and the kind of solvent and, V g -I d characteristics of the indium (In) to the total amount of metal components contained in the protective film precursor solution used in Examples and Comparative Examples in Table 1, V th, ΔV th is shown.


実施例1〜3については保護膜形成前の特性(比較例2)と同等の線形移動度とVthを示しており、保護膜形成によって酸化物半導体膜の特性がほとんど変化していないことがわかる。
加えて酸化物保護膜の形成前では繰り返し駆動による閾値シフト(ΔVth)が極めて大きかったのに対して、酸化物保護膜の形成によりΔVthが大幅に低減していることがわかる。比較例1のポリシラザン溶液を用いた酸化物保護膜の形成では保護膜の形成により閾値(Vth)が大幅にマイナス方向にシフトしてしまった。
酸化物保護膜における金属成分のうちインジウムの含有量が50atom%以上であればΔVthが−2Vよりも小さい安定な動作が可能だが、インジウム含有量が20atom%(比較例3)となるとΔVthが大きい不安定な動作となることがわかる。
Examples 1 to 3 show linear mobility and Vth equivalent to the characteristics before the formation of the protective film (Comparative Example 2), and the characteristics of the oxide semiconductor film are hardly changed by the formation of the protective film. Recognize.
In addition, it can be seen that the threshold shift (ΔV th ) due to repeated driving was extremely large before the formation of the oxide protective film, whereas ΔV th was significantly reduced by the formation of the oxide protective film. In the formation of the oxide protective film using the polysilazane solution of Comparative Example 1, the threshold value (V th ) was significantly shifted in the negative direction due to the formation of the protective film.
When the indium content of the metal component in the oxide protective film is 50 atom% or more, stable operation is possible where ΔV th is less than −2 V, but when the indium content is 20 atom% (Comparative Example 3), ΔV th It can be seen that the operation becomes unstable.

(炭素濃度の評価)
実施例1及び比較例1の条件で作製した酸化物保護膜についてSIMS分析を行った。測定装置はULVAC PHI社製PHI ADEPT1010を用い、測定条件としては一次イオン種はCs+、一次加速電圧は1.0kV、検出領域は140μm×140μmとした。
(Evaluation of carbon concentration)
The SIMS analysis was performed about the oxide protective film produced on the conditions of Example 1 and Comparative Example 1. The measurement apparatus used was PHI ADEPT1010 manufactured by ULVAC PHI. The measurement conditions were Cs + for the primary ion species, 1.0 kV for the primary acceleration voltage, and 140 μm × 140 μm for the detection region.

表2にSIMSによって見積もられた、実施例1〜3及び比較例1、3の酸化物保護膜中の炭素濃度Cを示す。
なお、各例における酸化物半導体膜中の炭素濃度Cは5.0×1020[atoms/cm]である。酸化物半導体膜中の炭素濃度C(atoms/cm)と酸化物保護膜中の炭素濃度C(atoms/cm)との比(C/C)も表2に示す。
Table 2 was estimated by SIMS, showing the carbon concentration C P of the protective oxide film of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 3.
Note that the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film in each example is 5.0 × 10 20 [atoms / cm 3 ]. The ratio of the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film (atoms / cm 3) and the carbon concentration C P of the protective oxide film (atoms / cm 3) (C P / C S) are also shown in Table 2.


すなわち、酸化物半導体膜中の炭素濃度Cと酸化物保護膜中の炭素濃度Cとの関係が、実施例1〜3では、100≧C/C≧10であったが、比較例1では、C/C<10であり、比較例3では、C/C>100であった。
以上より、酸化物保護膜中の炭素濃度Cと酸化物半導体膜中の炭素濃度Cとの比が、特にTFTの動作安定性(ΔVth)に大きく影響しており、100≧C/C≧10の関係を満たすことで、TFTの動作安定性が向上すると考えられる。
That is, the relationship between the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film and the carbon concentration C P in the oxide protective film was 100 ≧ C P / C S ≧ 10 in Examples 1 to 3. In Example 1, C P / C S <10, and in Comparative Example 3, C P / C S > 100.
From the above, the ratio between the carbon concentration C P in the oxide protective film and the carbon concentration C S in the oxide semiconductor film has a great influence on the operational stability (ΔV th ) of the TFT, particularly 100 ≧ C P It is considered that the operation stability of the TFT is improved by satisfying the relationship of / C S ≧ 10.

2015年1月28日に出願された日本特許出願2015−014626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 disclosure of Japanese Patent Application No. 2015-014626 filed on January 28, 2015 is incorporated herein by reference in its entirety.
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Claims (21)

溶媒及び50atom%以上がインジウムである金属成分を含む酸化物保護膜前駆体溶液を、基板上に形成されたインジウムを含む酸化物半導体膜上に塗布して酸化物保護膜前駆体膜を形成する工程と、
前記酸化物保護膜前駆体膜を前記酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜に転化させる工程と、
を含む酸化物保護膜の製造方法。
An oxide protective film precursor solution containing a solvent and a metal component containing at least 50 atom% of indium is applied onto the oxide semiconductor film containing indium formed on the substrate to form an oxide protective film precursor film. Process,
Converting the oxide protective film precursor film into an oxide protective film having a higher specific resistance than the oxide semiconductor film;
The manufacturing method of the oxide protective film containing this.
前記酸化物半導体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1に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 1, wherein 50 atom% or more of a metal component contained in the oxide semiconductor film is indium. 前記溶媒が、アシル基を有する溶媒を含む請求項1又は請求項2に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The manufacturing method of the oxide protective film of Claim 1 or Claim 2 in which the said solvent contains the solvent which has an acyl group. 前記アシル基が、アセチル基である請求項3に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 3, wherein the acyl group is an acetyl group. 前記溶媒が、ポリオールを含む請求項1又は請求項2に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The manufacturing method of the oxide protective film of Claim 1 or Claim 2 in which the said solvent contains a polyol. 前記溶媒が、アセチルアセトン及びエチレングリコールの少なくとも一方を含む請求項4又は請求項5に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 4, wherein the solvent contains at least one of acetylacetone and ethylene glycol. 前記酸化物保護膜前駆体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6のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 1, wherein indium contained in the oxide protective film precursor solution is indium ions. 前記酸化物保護膜前駆体溶液が、硝酸イオンを含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 1, wherein the oxide protective film precursor solution contains nitrate ions. 前記酸化物保護膜前駆体膜を前記酸化物保護膜に転化させる工程において、前記酸化物保護膜前駆体膜が加熱されている条件下で前記酸化物保護膜前駆体膜に紫外線照射を行う請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法。   Claims: In the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film, the oxide protective film precursor film is irradiated with ultraviolet rays under the condition that the oxide protective film precursor film is heated. The manufacturing method of the oxide protective film of any one of Claims 1-8. 前記酸化物保護膜前駆体膜を前記酸化物保護膜に転化させる工程において、前記基板の温度を120℃超に維持する請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法。   10. The oxide protective film according to claim 1, wherein in the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film, the temperature of the substrate is maintained at over 120 ° C. 10. Manufacturing method. 前記酸化物保護膜前駆体膜を前記酸化物保護膜に転化させる工程において、前記基板の温度を200℃未満に維持する請求項10に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The method for producing an oxide protective film according to claim 10, wherein the temperature of the substrate is maintained at less than 200 ° C. in the step of converting the oxide protective film precursor film into the oxide protective film. 前記酸化物半導体膜は、溶媒及びインジウムを含む酸化物半導体前駆体溶液を前記基板上に塗布して酸化物半導体前駆体膜を形成した後、前記酸化物半導体前駆体膜を転化させた酸化物半導体膜である請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法。   The oxide semiconductor film is formed by applying an oxide semiconductor precursor solution containing a solvent and indium on the substrate to form an oxide semiconductor precursor film, and then converting the oxide semiconductor precursor film. It is a semiconductor film, The manufacturing method of the oxide protective film of any one of Claims 1-11. 請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法により製造された酸化物保護膜。   The oxide protective film manufactured by the manufacturing method of the oxide protective film of any one of Claims 1-12. ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、インジウムを含む酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜の少なくとも一部を保護する請求項13に記載の酸化物保護膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有する薄膜トランジスタ。   A gate electrode, a gate insulating film, an oxide semiconductor film containing indium, the oxide protective film according to claim 13 protecting at least a part of the oxide semiconductor film, a source electrode, a drain electrode, Thin film transistor. ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、インジウムを含む酸化物半導体膜と、ソース電極と、ドレイン電極と、前記酸化物半導体膜の少なくとも一部を保護する酸化物保護膜とを有し、前記酸化物半導体膜中の炭素濃度をC、前記酸化物保護膜中の炭素濃度をCとしたとき、下記の関係式(I)を満たす薄膜トランジスタ。
100≧C/C≧10 (I)
式(I)においてC及びCの単位はいずれもatoms/cmである。
A gate electrode; a gate insulating film; an oxide semiconductor film containing indium; a source electrode; a drain electrode; and an oxide protective film that protects at least part of the oxide semiconductor film. A thin film transistor that satisfies the following relational expression (I), where C S is the carbon concentration in the semiconductor film and C P is the carbon concentration in the oxide protective film.
100 ≧ C P / C S ≧ 10 (I)
In the formula (I), the units of C P and C S are both atoms / cm 3 .
前記酸化物半導体膜中の炭素濃度Cが1×1021atoms/cm以下である請求項15に記載の薄膜トランジスタ。The thin film transistor according to claim 15, wherein a carbon concentration C S in the oxide semiconductor film is 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. 前記酸化物保護膜中の炭素濃度Cが1×1022atoms/cm以上である請求項15又は請求項16に記載の薄膜トランジスタ。The thin film transistor according to claim 15 or claim 16 carbon concentration C P is 1 × 10 22 atoms / cm 3 or more of said protective oxide film. ボトムゲート構造を有する請求項14〜請求項17のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to any one of claims 14 to 17, which has a bottom gate structure. 前記酸化物半導体膜上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極が形成されており、且つ、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で露出する前記酸化物半導体膜上に前記酸化物保護膜が形成されている構造を有する請求項18に記載の薄膜トランジスタ。   The source electrode and the drain electrode are formed on the oxide semiconductor film, and the oxide protective film is formed on the oxide semiconductor film exposed between the source electrode and the drain electrode. The thin film transistor according to claim 18, having a structure as described above. 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記基板及び前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にインジウムを含む酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で露出する前記酸化物半導体膜上に請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の酸化物保護膜の製造方法により前記酸化物半導体膜よりも比抵抗が高い酸化物保護膜を形成する工程と、
を有する薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
Forming an oxide semiconductor film containing indium on the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode on the oxide semiconductor film;
The method for manufacturing an oxide protective film according to claim 1, wherein the oxide protective film is exposed between the source electrode and the drain electrode. Forming an oxide protective film having a high specific resistance;
The manufacturing method of the thin-film transistor which has this.
請求項14〜請求項19のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを備えた電子デバイス。   The electronic device provided with the thin-film transistor of any one of Claims 14-19.
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