KR20110083474A - Process of producing field effect transistor, process of producing display device, process of producing x-ray imaging device and process of producing optical sensor - Google Patents

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KR20110083474A
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아츠시 타나카
마사유키 스즈키
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a field effect transistor, a method for manufacturing a display device, a method for manufacturing an x ray photographing device, and a method for manufacturing an optical sensor are provided to perform a heating process at a temperature lower than 240°C, thereby reducing the power consumption of a heating furnace. CONSTITUTION: An active layer(18) is made of an amorphous oxide semiconductor. The active layer includes In, Ga, and Zn. The active layer is heated at a temperature lower than 240°C when the composition ratio of elements is In:Ga:Zn=a:b:c.

Description

전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법{PROCESS OF PRODUCING FIELD EFFECT TRANSISTOR, PROCESS OF PRODUCING DISPLAY DEVICE, PROCESS OF PRODUCING X-RAY IMAGING DEVICE AND PROCESS OF PRODUCING OPTICAL SENSOR}Manufacturing Method of Field Effect Transistor, Manufacturing Method of Display Device, Manufacturing Method of X-ray Imaging Device and Manufacturing Method of Optical Sensor PROCESS OF PRODUCING OPTICAL SENSOR}

본 발명은 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor, a method of manufacturing a display device, a method of manufacturing an X-ray imaging device, and a method of manufacturing an optical sensor.

최근, 산화물 반도체 재료를 활성층에 사용한 전계 효과형 트랜지스터, 특히 박막화한 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)의 개발이 진행되고 있다. 그리고, 상기 활성층에 사용되는 산화물 반도체 재료로서, IGZO계의 투명한 산화물 반도체, 즉, In, Ga 및 Zn을 포함하는 산화물 반도체(이하, IGZO라고 한다)가 주목받고 있다. IGZO는 투명할뿐만 아니라, 스퍼터링에 의해 실온에서 비정질 IGZO의 성막이 가능하고, 비정질이어도 비정질 실리콘에 비해서 캐리어 이동도가 높은 것 등 뛰어난 트랜지스터 특성을 갖는 것이 보고되고 있다.In recent years, development of the field effect transistor which used the oxide semiconductor material for the active layer, especially the thin film transistor (TFT) thinned is progressing. And as an oxide semiconductor material used for the said active layer, the IGZO type transparent oxide semiconductor, ie, the oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn (henceforth IGZO) attracts attention. It has been reported that IGZO is not only transparent but also capable of forming amorphous IGZO at room temperature by sputtering, and having excellent transistor characteristics such as higher carrier mobility than amorphous silicon even if amorphous.

예를 들면, 특허문헌 1에서는 활성층의 구성 재료로서 IGZO(In:Ga:Zn=0.98:1.02:4)을 사용한 TFT에 대해서, 이동도가 7cm2/VS 정도, 온오프비가 103정도의 트랜지스터 특성을 갖고 있는 것이 보고되고 있다. 또한, TFT의 제조 공정에 있어서, IGZO로 이루어지는 활성층을 600℃이하에서 열처리하면, 캐리어 농도를 높일 수 있는 것이 보고되고 있고, 특히 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 가요성이 있는 수지 기판을 사용할 경우에는, 내열성을 고려해서 300℃이하, 특히 200℃이하의 저온에서 열처리하는 것이 보고되고 있다.For example, Patent Document 1 discloses a transistor having a mobility of about 7 cm 2 / VS and an on-off ratio of about 10 3 with respect to a TFT using IGZO (In: Ga: Zn = 0.98: 1.02: 4) as a constituent material of the active layer. It is reported that it has a characteristic. In the manufacturing process of the TFT, it is reported that the carrier concentration can be increased by heat-treating the active layer made of IGZO at 600 ° C. or lower. In particular, when a flexible resin substrate such as PET (polyethylene terephthalate) is used, In consideration of heat resistance, it has been reported that heat treatment is performed at a low temperature of 300 ° C or lower, particularly 200 ° C or lower.

그 외에도, 특허문헌 2에서는 In원소 및 Zn원소 및 원소 X(원소 X의 후보의 하나에 Ga원소가 포함된다)를 함유하고, In/(In+Zn+X)=0.200∼0.600, 또한 Zn/ (In+Zn+X)=0.200∼0.800을 만족시키는 비정질 산화물 반도체를 활성층에 지니는 전계 효과형 트랜지스터, 또는 활성층 형성 후에 70℃∼350℃에서 열처리하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법이 보고되어 있다.In addition, Patent Document 2 includes In element, Zn element, and element X (Ga element is included in one of element X candidates), In / (In + Zn + X) = 0.200 to 0.600, and Zn / It has been reported that a field effect transistor having an amorphous oxide semiconductor satisfying (In + Zn + X) = 0.200 to 0.800 in an active layer, or a field effect transistor heat-treated at 70 ° C to 350 ° C after formation of an active layer has been reported.

또한, 비특허문헌 1에서는 TFT의 제조공정에 있어서, 400℃정도의 고온에서 활성층에 열처리를 실시하면, 열처리 전에 비해, 이동도 μ, 역치 Vth나 S값 등의 소위 트랜지스터 특성이 향상하고, 또한 트랜지스터 특성의 안정성이 향상하는 것이 보고되고 있다.Further, in Non-Patent Document 1, when the active layer is heat treated at a high temperature of about 400 ° C. in the TFT manufacturing process, so-called transistor characteristics such as mobility μ, threshold Vth, S value, and the like are improved compared to before heat treatment. It is reported that the stability of transistor characteristics is improved.

(선행 기술문헌)(Prior art document)

(특허문헌 1) 일본특허공개 2006-165531호 공보(Patent Document 1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-165531

(특허문헌 2) 일본특허공개 2009-253204호 공보(Patent Document 2) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-253204

(비특허문헌 1) Applied Physics Letters, 93(2008) 192107-1쪽∼3쪽(Non-Patent Document 1) Applied Physics Letters, 93 (2008) pp. 192107-1 ~ 3

그러나, 특허문헌 1에 기재된 TFT는 온오프비가 103정도로 낮기 때문에, TFT의 온오프를 취할 수 없다고 한다. 또한, 열처리 후의 트랜지스터 특성에 대해서는 일체 언급이 없다. 가령, 300℃이하의 저온에서의 열처리를 실시해서 트랜지스터 특성을 측정한다고 하여도 특허문헌 1에 기재된 IGZO 중의 Ga함유량에서는 후술하는 비교예와 같이 상승 전압 Von이 매우 마이너스측으로 위치해버려, TFT로서 기능하지 않는 것이 예상된다.However, since the TFT described in Patent Document 1 has a low on-off ratio of about 10 3 , it is said that the TFT cannot be turned on and off. In addition, nothing is mentioned about the transistor characteristics after heat treatment. For example, even if the transistor characteristics are measured by performing heat treatment at a low temperature of 300 ° C. or lower, the Ga content in IGZO described in Patent Document 1 shows that the rising voltage Von is located on the very negative side as in the comparative example described later and does not function as a TFT. Is not expected.

그리고, 특허문헌 2에 기재된 TFT에서는 활성층 형성 후에 열처리 공정을 포함하는 트랜지스터의 제조방법이 기재되어 있지만, 후술의 승온 탈리 가스 분석 결과에 의하면, 248℃이상의 열처리 온도에서는 Zn성분 탈리 때문에 활성층의 조성비에 혼란이 생길 우려가 있다. 또한, 이동도에 관해서는 극적인 개선이 보이지만, 상승 전압 Von이나 역치 전압 Vth에 관해서는 기재가 없다.In the TFT described in Patent Literature 2, a method of manufacturing a transistor including a heat treatment step after forming an active layer is described. There is a risk of confusion. Moreover, although dramatic improvement is seen with respect to mobility, there is no description regarding rising voltage Von and threshold voltage Vth.

또한, 비특허문헌 1에 기재된 TFT는 400℃정도의 고온에서 열처리를 실시하고 있기 때문에 열처리에 요하는 시간이 길어져, 가열로의 소비 전력도 높아지게 된다. 또한, 고온의 열처리에도 견디는 기판을 이용하지 않으면 안되기 때문에, TFT에 이용 가능한 기판의 종류가 한정되어 버린다.Moreover, since the TFT of nonpatent literature 1 heat-processes at the high temperature of about 400 degreeC, the time required for heat processing becomes long and the power consumption of a heating furnace also becomes high. In addition, since a substrate that withstands high temperature heat treatment must be used, the type of substrate that can be used for TFT is limited.

본 발명은 열처리의 온도를 저감하면서, 트랜지스터 특성의 향상을 꾀하는 것이 가능한 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시 장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field effect transistor, a method for manufacturing a display device, a method for manufacturing an X-ray imaging device, and a method for manufacturing an optical sensor that can improve transistor characteristics while reducing the temperature of heat treatment. It is done.

본 발명의 상기 과제는 하기의 수단에 의해 해결되었다.The said subject of this invention was solved by the following means.

<1> In, Ga 및 Zn을 함유하고, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c이라고 했을 경우, a+b=2이고, 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체로 이루어지는 활성층을 형성하는 공정과,When <1> In, Ga and Zn are contained and the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c, a + b = 2, 1.2 <b <2, and 1 ≦ c ≦ Forming an active layer made of an amorphous oxide semiconductor defined in a range of two, and

상기 활성층을 240℃이하에서 열처리하는 공정을 포함하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.The method of manufacturing a field effect transistor comprising the step of heat-treating the active layer at 240 ℃ or less.

<2> 상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층의 전기전도도 σ를 10-6≤σ≤10-4(S/cm)의 범위로 조정하는 <1>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<2> The method for producing a field effect transistor according to <1>, wherein in the heat treatment step, the electrical conductivity σ of the active layer is adjusted to a range of 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm).

<3> 상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 75℃이상에서 열처리하는 <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<3> The method for producing a field effect transistor according to <1> or <2>, wherein the active layer is heat-treated at 75 ° C or higher in the heat-treating step.

<4> 상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 180℃이하에서 열처리하는 <3>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<4> The method for producing a field effect transistor according to <3>, wherein the active layer is heat-treated at 180 ° C. or lower in the heat-treating step.

<5> 상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 산소를 함유한 산화 분위기 하에서 열처리하는 <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<5> The method for producing a field effect transistor according to <1> or <2>, wherein the active layer is heat treated in an oxidizing atmosphere containing oxygen in the step of heat treatment.

<6> 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 b<2이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<6> In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are b <2, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8. Or the method for producing a field effect transistor according to <2>.

<7> 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 <6>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<7> In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are b ≦ 1.5, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8 to form an active layer. The manufacturing method of the field effect transistor as described in>.

<8> 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.3≤b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 <7>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<8> In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are 1.3 ≦ b ≦ 1.5, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8 to form an active layer. The manufacturing method of the field effect transistor as described in <7>.

<9> 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.2≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<9> In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are 1.2 ≦ b, 1 ≦ c, and <1> for forming an active layer in a range of c ≦ -5b + 8. The manufacturing method of the field effect transistor as described in <2>.

<10> 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.3≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 <9>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<10> In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are 1.3 ≦ b, 1 ≦ c, and <9> to form an active layer in a range of c ≦ -5b + 8. The manufacturing method of the field effect transistor as described.

<11> 상기 전계 효과형 트랜지스터를 수지 기판상에 형성하는 <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.<11> The method for producing a field effect transistor according to <1> or <2>, wherein the field effect transistor is formed on a resin substrate.

<12> 상기 수지 기판으로서 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 기판을 사용하는 <11>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.The manufacturing method of the field effect transistor as described in <11> which uses the board | substrate which consists of polyethylene naphthalates as said <12> resin substrate.

<13> <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 표시장치의 제조방법.<13> The manufacturing method of a display apparatus containing the manufacturing method of the field effect transistor as described in <1> or <2>.

<14> <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 X선 촬상장치의 제조방법.<14> A manufacturing method of an X-ray imaging apparatus comprising the manufacturing method of the field effect transistor as described in <1> or <2>.

<15> <1> 또는 <2>에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 광센서의 제조방법.<15> The manufacturing method of the optical sensor containing the manufacturing method of the field effect transistor as described in <1> or <2>.

(발명의 효과)(Effects of the Invention)

본 발명에 의하면, 열처리의 온도를 저감하면서, 트랜지스터 특성의 향상을 꾀하는 것이 가능한 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, a method of manufacturing a display device, a method of manufacturing an X-ray imaging device, and a method of manufacturing an optical sensor that can improve transistor characteristics while reducing the temperature of heat treatment. Can be.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT이고, 보톰 게이트 구조의 TFT의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT이고, 탑 게이트 구조의 TFT의 일예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 표시장치의 일예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 열처리 온도에 의한 IGZO막의 전기전도도의 변화의 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 탈리 성분 중 Zn에 관한 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 조성비가 a=0.7, b=1.3, c=1.0인 IGZO막을 활성층에 갖는 실시예 3의 TFT의 열처리 전후에 있어서의 Vg-Id 특성의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 조성비가 a=1.1, b=0.9, c=1.0인 IGZO막을 활성층에 갖는 비교예 3의 TFT의 열처리 전후에 있어서의 Vg-Id 특성의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 3에 따른 TFT의 활성층에 대하여, 모노크로광의 파장을 변화시켜서 조사했을 때의 Vg-Id 특성을 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
1 is a TFT according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing an example of a TFT having a bottom gate structure.
2 is a TFT according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing an example of a TFT having a top gate structure.
3 is a schematic diagram illustrating an example of a display device according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a form of change in electrical conductivity of the IGZO film due to the heat treatment temperature.
5 is a graph showing an analysis result of Zn in the leaving component.
FIG. 6 is a graph showing measurement results of Vg-Id characteristics before and after heat treatment of a TFT of Example 3 having an IGZO film having an IGZO film having a composition ratio of a = 0.7, b = 1.3, and c = 1.0 in an active layer.
FIG. 7 is a graph showing measurement results of Vg-Id characteristics before and after heat treatment of a TFT of Comparative Example 3 having an IGZO film having an IGZO film having a composition ratio of a = 1.1, b = 0.9, and c = 1.0 in an active layer.
FIG. 8 is a diagram showing results of measuring Vg-Id characteristics when irradiated with varying wavelengths of monochrome light in the active layer of the TFT according to Example 3. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 도면 중, 동일 또는 대응하는 기능을 갖는 부재(구성 요소)에는 동일한 부호를 붙여서 적당하게 설명을 생략한다.Hereinafter, a method of manufacturing a field effect transistor, a method of manufacturing a display device, a method of manufacturing an X-ray imaging device, and a method of manufacturing an optical sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in drawing, the member (component) which has the same or corresponding function is attached | subjected with the same code | symbol, and description is abbreviate | omitted suitably.

1. 전계 효과형 트랜지스터1. Field effect transistor

본 발명의 실시 형태에 따른 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법에 대해서, TFT를 일례로 들어서 구체적으로 설명한다.A method of manufacturing a field effect transistor according to an embodiment of the present invention will be specifically described by taking a TFT as an example.

(TFT의 구성)(Configuration of TFT)

TFT의 제조방법을 설명하기 전에, 상기 제조방법에 의해 제작되는 TFT의 구성에 대해서 간단하게 설명한다.Before explaining the manufacturing method of a TFT, the structure of TFT manufactured by the said manufacturing method is briefly demonstrated.

본 발명의 실시 형태에 따른 TFT는 적어도 게이트 전극, 게이트 절연막, 활성층, 소스 전극 및 드레인 전극을 갖고, 게이트 전극에 전압을 인가하고, 활성층에 흐르는 전류를 제어하고, 소스 전극과 드레인 전극간의 전류를 스위칭하는 기능을 갖는 액티브 소자이다.A TFT according to an embodiment of the present invention has at least a gate electrode, a gate insulating film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode, applies a voltage to the gate electrode, controls a current flowing in the active layer, and controls a current between the source electrode and the drain electrode. It is an active element having a function of switching.

TFT의 소자 구조로서는 게이트 전극의 위치에 기초한 소위, 역스태거 구조(보톰 게이트형이라고도 불린다) 및 스태거 구조(탑 게이트형이라고도 불린다) 중 어느 쪽의 형태라도 된다. 또한, 활성층과 소스 전극 및 드레인 전극(적당하게, 「소스·드레인 전극」이라고 한다.)과의 접촉 부분에 기초하여 소위, 탑 컨택트형, 보톰 컨택트형 중 어느 쪽의 형태라도 좋다.The element structure of the TFT may be either of a so-called reverse stagger structure (also called bottom gate type) and stagger structure (also called top gate type) based on the position of the gate electrode. The so-called top contact type or bottom contact type may be either based on the contact portion between the active layer, the source electrode, and the drain electrode (referred to as "source drain electrode").

또한, 탑 게이트형이란 게이트 절연층의 상측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연층의 하측에 활성층이 형성된 형태이고, 보톰 게이트형이란 게이트 절연층의 하측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연층의 상측에 활성층이 형성된 형태이다. 또한, 보톰 컨택트형이란 소스·드레인 전극이 활성층보다 먼저 형성되어서 활성층의 하면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이고, 탑 컨택트형이란 활성층이 소스·드레인 전극보다 먼저 형성되어서 활성층의 상면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이다.In addition, the top gate type has a gate electrode disposed above the gate insulating layer, and an active layer is formed below the gate insulating layer. The bottom gate type has a gate electrode disposed below the gate insulating layer. The active layer is formed on the upper side. In addition, a bottom contact type is a form in which a source / drain electrode is formed before the active layer and the bottom surface of the active layer contacts the source / drain electrode. A top contact type is formed in an active layer before the source / drain electrode. It is in contact with the drain electrode.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT이고, 보톰 게이트 구조의 TFT의 일예를 나타내는 모식도이다. TFT(10)는 기판(12) 상에 게이트 전극(14)과 게이트 절연층(16)과 활성층(18)을 순차적으로 적층해서 갖고, 활성층(18)의 표면상에 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22)이 서로 이간해서 설치된 구성이다.1 is a TFT according to an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram showing an example of a TFT having a bottom gate structure. The TFT 10 has the gate electrode 14, the gate insulating layer 16, and the active layer 18 sequentially stacked on the substrate 12, and the source electrode 20 and the drain on the surface of the active layer 18. The electrodes 22 are arranged apart from each other.

한편, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT이고, 탑 게이트 구조의 TFT의 일예를 나타내는 모식도이다. TFT(30)는 기판(32)의 표면상에 활성층(34)을 적층하고, 활성층(34)상에 소스 전극(36) 및 드레인 전극(38)이 서로 이간해서 설치되고, 이들 상에 게이트 절연층(40)과 게이트 전극(42)을 순차적으로 더 적층한 구성이다.2 is a TFT which concerns on embodiment of this invention, and is a schematic diagram which shows an example of TFT of a top gate structure. The TFT 30 stacks the active layer 34 on the surface of the substrate 32, and the source electrode 36 and the drain electrode 38 are provided on the active layer 34 so as to be spaced apart from each other, and the gate insulation is formed thereon. The layer 40 and the gate electrode 42 are further laminated sequentially.

또한, 본 실시형태에 따른 TFT는 상기 이외에도, 여러가지 구성을 채용하는 것이 가능하고, 적당하게 활성층 상에 보호층이나 기판 상에 절연층 등을 구비하는 구성이어도 좋다.In addition to the above, the TFT according to the present embodiment can adopt various configurations, and the configuration may be appropriately provided with an insulating layer or the like on the protective layer or the substrate on the active layer.

(TFT의 제조방법)(Manufacturing method of TFT)

다음에, 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT의 제조방법에 대해서, 보톰 게이트 구조이고 또한 탑 컨택트형의 TFT를 예로 들어서 설명한다.Next, a method for manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention will be described taking a TFT having a bottom gate structure and a top contact type as an example.

<기판><Substrate>

제 1 공정으로서, TFT를 형성하는 지지 기판을 준비한다.As a 1st process, the support substrate which forms a TFT is prepared.

본 실시형태의 지지 기판은 후술하는 활성층의 열처리를 저온에서 행하기 때문에 내열성이 낮은 것도 이용할 수 있다. 예를 들면, YSZ(지르코니아 안정화 이트륨), 글라스 등의 무기 재료 외, 포화 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)계 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리스티렌, 폴리시클로올레핀, 노르보르넨 수지, 폴리(클로로트리플루오로에틸렌), 가교 푸말산 디에스테르계 수지, 폴리카보네이트(PC)계 수지, 폴리에테르술폰(PES) 수지, 폴리술폰(PSF, PSU) 수지, 폴리아릴레이트(PAR) 수지, 알릴디글리콜카보네이트, 환상 폴리올레핀(COP, COC) 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리이미드(PI) 수지, 폴리아미드이미드(PAI) 수지, 말레이미드-올레핀 수지, 폴리아미드(Pa) 수지, 아크릴계 수지, 불소계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지 필름, 폴리벤즈아졸계 수지, 에피술피드 화합물, 액정 폴리머(LCP), 시아네이트계 수지, 방향족 에테르계 수지 등의 유기 재료 등이 열거된다. 그 밖에도 산화 규소 입자와의 복합 플라스틱 재료, 금속 나노 입자·무기 산화물 나노 입자·무기 질화물 나노 입자 등과의 복합 플라스틱 재료, 금속계·무기계의 나노 파이버 및/또는 마이크로 파이버와의 복합 플라스틱 재료, 카본 섬유, 카본 나노튜브와의 복합 플라스틱 재료, 글라스 플레이트·글라스 파이버·글라스 비드와의 복합 플라스틱 재료, 점토 광물이나 운모 파생 결정 구조를 갖는 입자와의 복합 플라스틱 재료, 얇은 유리와 상기 단독 유기 재료와의 사이에 적어도 1회의 접합 계면을 갖는 적층 플라스틱 재료나 무기층(예를 들면, SiO2, Al2O3, SiOxNy)이 상술한 재료로 이루어지는 유기층을 교대로 적층함으로써 적어도 1회이상의 접합 계면을 갖는 배리어 성능을 갖는 복합 재료, 스테인레스 또는 스테인레스와 이종 금속을 적층한 금속 적층 재료, 알루미늄 기판 또는 표면에 산화 처리(예를 들면, 양극 산화 처리)를 실시함으로써 표면의 절연성이 향상되어 있는 산화 피막 부착한 알루미늄 기판을 사용할 수도 있다. 상기 유기 재료의 경우, 치수 안정성, 내용제성, 전기 절연성, 가공성, 저통기성,또는 저흡습성 등이 우수한 경우가 바람직하다.Since the support substrate of this embodiment performs heat processing of the active layer mentioned later at low temperature, the thing with low heat resistance can also be used. For example, in addition to inorganic materials such as YSZ (zirconia stabilized yttrium) and glass, saturated polyester resins, polyethylene terephthalate (PET) resins, polyethylene naphthalate (PEN) resins, polybutylene terephthalate resins, Polystyrene, polycycloolefin, norbornene resin, poly (chlorotrifluoroethylene), crosslinked fumaric acid diester resin, polycarbonate (PC) resin, polyether sulfone (PES) resin, polysulfone (PSF, PSU ) Resin, polyarylate (PAR) resin, allyl diglycol carbonate, cyclic polyolefin (COP, COC) resin, cellulose resin, polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, maleimide-olefin resin, Polyamide (Pa) resin, acrylic resin, fluorine resin, epoxy resin, silicone resin film, polybenzazole resin, episulfide compound, liquid crystal polymer (LCP), cyanate resin And organic materials such as aromatic ether resins. In addition, composite plastic materials with silicon oxide particles, composite plastic materials with metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles, inorganic nitride nanoparticles, and the like, composite plastic materials with metal-based and inorganic nanofibers and / or microfibers, carbon fibers, Composite plastic material with carbon nanotubes, composite plastic material with glass plate glass fiber glass beads, composite plastic material with particles having clay minerals or mica-derived crystal structure, between thin glass and the sole organic material The laminated plastic material or inorganic layer (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , SiO x N y ) having at least one bonding interface is alternately laminated with at least one bonding interface by alternately stacking the organic layers. Composite materials with barrier performance, stainless or metal laminated with dissimilar metals It is also possible to use an aluminum substrate with an oxide film having improved surface insulation by subjecting the laminated material, the aluminum substrate or the surface to an oxidation treatment (for example, anodizing). In the case of the said organic material, it is preferable that it is excellent in dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low breathability, or low hygroscopicity.

본 발명에 있어서는 특히 가요성이 있는 수지 기판이 바람직하게 사용된다. 수지 기판의 재료로서는 투과율이 높은 유기 플라스틱 필름이 바람직하고, 예를 들면, 상술한 합성 수지를 사용할 수 있다. 또한, 필름상 플라스틱 기판에는 절연성이 불충분한 경우에는 절연층, 수분이나 산소의 투과를 방지하기 위한 가스 배리어층, 필름상 플라스틱 기판의 평탄성이나 전극이나 활성층과의 밀착성을 향상시키기 위한 언더코트층 등을 구비하는 것도 바람직하다.In the present invention, a particularly flexible resin substrate is preferably used. As a material of a resin substrate, the organic plastic film with high transmittance | permeability is preferable, For example, the synthetic resin mentioned above can be used. In addition, when the insulating property is insufficient for the film-like plastic substrate, an insulating layer, a gas barrier layer for preventing the permeation of moisture or oxygen, an undercoat layer for improving the flatness of the film-like plastic substrate, and the adhesion to the electrode or the active layer, etc. It is also preferable to have a.

여기서, 수지 기판의 두께는 50㎛이상 500㎛이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은 수지 기판의 두께를 50㎛미만으로 했을 경우에는 기판 자체가 충분한 평탄성을 유지하는 것이 어렵기 때문이다. 또한, 수지 기판의 두께를 500㎛보다도 두껍게 했을 경우에는 기판 자체를 자유롭게 휘는 것이 곤란해지는 즉, 기판 자체의 가요성이 결핍되기 때문이다.Here, it is preferable that the thickness of a resin substrate shall be 50 micrometers or more and 500 micrometers or less. This is because when the thickness of the resin substrate is less than 50 µm, it is difficult for the substrate itself to maintain sufficient flatness. Moreover, when the thickness of a resin substrate is made thicker than 500 micrometers, it becomes difficult to bend the board | substrate itself freely, ie, lack of the flexibility of the board | substrate itself.

기판의 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적 등에 따라서 적당하게 선택할 수 있다. 일반적으로는 기판의 형상으로서는 취급성, TFT의 형성 용이성 등의 관점으로부터, 판상인 것이 바람직하다. 기판의 구조는 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다. 또한, 기판은 단일 부재로 구성되어 있어도 좋고, 2개이상의 부재로 구성되어 있어도 좋다.There is no restriction | limiting in particular about the shape, structure, size, etc. of a board | substrate, According to the objective etc., it can select suitably. Generally, as a shape of a board | substrate, it is preferable that it is plate shape from a viewpoint of handleability, the ease of formation of TFT, etc. The structure of the substrate may be a single layer structure or a laminated structure. In addition, the board | substrate may be comprised by the single member, and may be comprised by two or more members.

<게이트 전극><Gate Electrode>

제 2 공정으로서 기판 상에 게이트 전극을 형성한다.As a second process, a gate electrode is formed on a substrate.

게이트 전극은 도전성을 갖는 것을 사용하고 예를 들면, Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag 등의 금속, Al-Nd, APC 등의 합금, 산화 주석, 산화 아연, 산화 인듐, 산화 인늄 주석(ITO), 산화아연 인듐(IZO) 등의 금속 산화물 도전막 등을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라스마 CVD법 등의 화학적 방식등 중에서 사용하는 재료와의 적성을 고려해서 적당하게 선택한 방법에 따라서 기판 상에 성막한다. 게이트 전극의 두께는 10nm이상 1000nm이하로 하는 것이 바람직하다.As the gate electrode, a conductive material is used. For example, metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag, alloys such as Al-Nd, APC, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium oxide It can be formed using a metal oxide conductive film such as tin (ITO) or zinc indium oxide (IZO). For example, in consideration of aptitude with materials used in wet methods such as printing methods, coating methods, physical methods such as vacuum deposition method, sputtering method, ion plating method, and chemical methods such as CVD and plasma CVD method, etc. The film is formed on the substrate according to the selected method. The thickness of the gate electrode is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less.

성막 후, 포토리소그래피법에 의해 소정의 형상으로 패터닝을 행한다. 이 때, 게이트 전극 및 게이트 배선을 동시에 패터닝하는 것이 바람직하다.After film formation, patterning is performed in a predetermined shape by photolithography. At this time, it is preferable to simultaneously pattern the gate electrode and the gate wiring.

<게이트 절연막><Gate Insulation>

제 3 공정으로서, 기판 및 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성한다.As a third step, a gate insulating film is formed on the substrate and the gate electrode.

게이트 절연막은 절연성을 갖는 것으로 하고, 예를 들면, SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, Y2O3, Ta2O5, HfO2 등의 절연막 또는 이들의 화합물을 두개 이상 포함하는 절연막으로 해도 된다. 게이트 절연막도 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라스마 CVD법 등의 화학적 방식 등 중에서 사용하는 재료와의 적성을 고려해서 적당하게 선택한 방법에 따라서 기판 상에 성막하고, 필요에 따라서 포토리소그래피법에 의해 소정의 형상으로 패터닝을 행한다.The gate insulating film has insulating property, for example, SiO 2 , SiN x , SiON, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 It is good also as an insulating film containing two or more insulating films, such as these, or these compounds. The gate insulating film is appropriately selected in consideration of the compatibility with the material to be used from a printing method, a wet method such as a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method. The film is formed on the substrate in accordance with the method, and patterned into a predetermined shape by the photolithography method as necessary.

또한, 게이트 절연막은 리크 전류의 저하 및 전압 내성의 향상을 위한 두께를 가질 필요가 있는 한편, 두께가 지나치게 크면 구동 전압의 상승을 초래한다. 게이트 절연막의 재질에도 의하지만, 게이트 절연막의 두께는 10nm∼10㎛가 바람직하고, 50nm∼1000nm가 보다 바람직하다.In addition, the gate insulating film needs to have a thickness for lowering the leakage current and improving the voltage resistance, while an excessively large thickness causes an increase in the driving voltage. Although based on the material of a gate insulating film, 10 nm-10 micrometers are preferable and, as for the thickness of a gate insulating film, 50 nm-1000 nm are more preferable.

<활성층><Active layer>

제 4 공정으로서, 게이트 절연막 상에 In, Ga 및 Zn을 함유하고, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c라고 했을 경우, a+b=2이고, 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체(IGZO막)로 이루어지는 활성층을 형성한다.As a fourth step, when In, Ga, and Zn are contained on the gate insulating film, and the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c, a + b = 2, and 1.2 <b <2 And an active layer made of an amorphous oxide semiconductor (IGZO film) defined in the range of 1 ≦ c ≦ 2.

바람직하게는 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비b, c가 b<2이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성한다. 보다 바람직하게는 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c가 b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성한다. 더욱 바람직하게는 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c가 1.3≤b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성한다.Preferably, in the step of forming the active layer, an active layer in which the composition ratios b and c of Ga and Zn are b <2, 1 ≦ c ≦ 2 and c> -5b + 8 is formed. More preferably, in the step of forming the active layer, an active layer having a composition ratio b and c of Ga and Zn is b ≦ 1.5, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8. More preferably, in the step of forming the active layer, an active layer having a composition ratio b and c of Ga and Zn of 1.3 ≦ b ≦ 1.5, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8 is formed. do.

단, 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c가 1.2≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성해도 좋다. 또한, 상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c가 1.3≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성해도 좋다.However, in the step of forming the active layer, an active layer in the range of composition ratios b and c of Ga and Zn of 1.2 ≦ b, 1 ≦ c, and c ≦ -5b + 8 may be formed. In the step of forming the active layer, an active layer in the range of composition ratios b and c of Ga and Zn of 1.3 ≦ b, 1 ≦ c, and c ≦ -5b + 8 may be formed.

활성층의 성막 방법으로서는 In, Ga 및 Zn을 포함하는 산화물 반도체의 다결정 소결체를 타깃으로서 기상 성막법을 이용하여 성막하는 것이 바람직하다. 기상 성막법 중에서도 스퍼터링법 및 펄스레이저 증착법(PLD법)이 보다 바람직하고, 양산성의 관점으로부터, 스퍼터링법이 특히 바람직하다.As a method for forming the active layer, it is preferable to form a film by using a vapor phase film formation method as a target of a polycrystalline sintered body of an oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn. Among the vapor deposition methods, the sputtering method and the pulse laser deposition method (PLD method) are more preferable, and the sputtering method is particularly preferable from the viewpoint of mass productivity.

예를 들면, 스퍼터링법 또는 PLD법에 의해 IGZO의 비정질막을 20∼150nm의 두께로 성막한다. 성막한 IGZO막은 X선 회절법에 의해 비정질막인 것을 확인할 수 있다. 또한, 막두께는 촉침식 표면 형상 측정에 의해 구할 수 있고, 조성비는 형광X선 분석에 의해 구할 수 있다.For example, an amorphous film of IGZO is formed into a film of 20 to 150 nm by sputtering or PLD. It can be confirmed that the IGZO film formed is an amorphous film by X-ray diffraction. In addition, a film thickness can be calculated | required by tactile surface shape measurement, and a composition ratio can be calculated | required by fluorescence X-ray analysis.

IGZO막의 조성비를 상술의 범위로 하는 조정 방법으로서는 예를 들면, 스퍼터에 의한 성막 방법에 있어서는 상기 범위내의 조성비가 되도록 1종이상의 타깃을 사용하는 방법이 열거된다. 일례로서, 다원의 타깃에 의해, 공스퍼터하고, 개개의 타깃에 대해서 투입 전력을 조정함으로써 막의 조성비를 변경하는 것이 가능하다.As an adjustment method which makes the composition ratio of an IGZO film into the above-mentioned range, for example, in the film-forming method by a sputter | spatter, the method of using 1 or more types of targets so that it may become a composition ratio in the said range is mentioned. As an example, it is possible to change the composition ratio of the film by co-sputtering with multiple targets and adjusting the input power for each target.

비정질 IGZO막을 성막한 후, 에칭에 의해 패터닝 가공을 행할 필요가 있다. 활성층의 패턴 가공 이후에 사용하는 에칭액에 내성이 없을 경우, 예를 들면 소위 리프트오프 등으로 패턴 형성하는 방법이 가장 간편하다.After forming an amorphous IGZO film, it is necessary to perform a patterning process by etching. If the etching solution used after the pattern processing of the active layer is not resistant, for example, a method of forming a pattern by so-called lift-off or the like is the simplest.

IGZO막의 패턴 가공은 포토리소그래피법과 에칭법에 의해 행할 수 있다. 구체적으로는 게이트 절연막 상에 성막한 IGZO막을 활성층으로서 잔존시키는 부분에 포토리소그래피에 의해 레지스트 마스크를 패턴 형성하고, 염산, 질산, 희황산 또는 인산, 질산 및 아세트산의 혼합액(Al에칭액; Kanto Chemical Co., Ltd.제작) 등의 산용액으로 에칭함으로써 활성층을 형성한다. 예를 들면, 인산, 질산 및 아세트산을 포함하는 수용액을 사용하면, IGZO막의 노출 부분을 확실하게 제거할 수 있기 때문에 바람직하다.Pattern processing of an IGZO film can be performed by the photolithographic method and the etching method. Specifically, a resist mask is patterned by photolithography on a portion of the IGZO film formed on the gate insulating film as an active layer, and a mixture of hydrochloric acid, nitric acid, dilute sulfuric acid or phosphoric acid, nitric acid and acetic acid (Al etching solution; Kanto Chemical Co., Ltd.) to form an active layer by etching with an acid solution. For example, an aqueous solution containing phosphoric acid, nitric acid and acetic acid is preferable because the exposed portion of the IGZO film can be reliably removed.

그리고, 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT의 제조방법에서는 활성층을 형성한 후에 상기 활성층을 240℃이하에서 열처리하는 공정을 포함한다.And the manufacturing method of TFT which concerns on embodiment of this invention includes the process of heat-processing the said active layer at 240 degrees C or less after forming an active layer.

여기서, 상기 열처리하는 공정에 있어서, 활성층의 전기전도도 σ를 10-6≤σ≤10-4(S/cm)의 범위로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 전기전도도를 예를 들면, 10- 6(S/cm)이상으로 하는 등 충분하게 높인다고 하는 관점으로부터, 활성층을 75℃이상에서 열처리하는 것도 바람직하다. 또한, 이용 가능한 기판의 종류를 보다 증대시키는 것이나 전기전도도를 충분하게 높인다고 하는 관점으로부터, 활성층을 180℃이하에서 열처리하는 것도 바람직하다. 또한, 활성층을 구성하는 IGZO막의 산소결손의 저감, 전기전도도의 조정, TFT의 안정성이라고 하는 관점으로부터, 활성층을 산소를 함유한 산화 분위기 하에서 열처리하는 것도 바람직하다.Here, in the step of heat treatment, it is preferable to adjust the electrical conductivity σ of the active layer in the range of 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm). In addition, the electrical conductivity, for example, 10 in terms of 6 nopindago sufficiently such as (S / cm) or more, it is also preferable to heat treating the active layer at least 75 ℃. Moreover, it is also preferable to heat-process an active layer at 180 degrees C or less from a viewpoint of further increasing the kind of board | substrate which can be used, and raising an electrical conductivity sufficiently. Moreover, it is also preferable to heat-process an active layer in the oxygen atmosphere containing oxygen from a viewpoint of reducing the oxygen deficiency of the IGZO film | membrane which comprises an active layer, adjustment of an electrical conductivity, and stability of TFT.

이렇게 열처리를 240℃이하의 저온에서 행하기 때문에 열처리에 요하는 시간도 짧아지고, 가열로의 소비 전력도 저감할 수 있다. 또한, 내열성이 낮은 기판, 예를 들면 융점이 약 264℃의 폴리에틸렌나프탈레이트라도 TFT에 이용 가능하게 된다.Thus, since heat processing is performed at low temperature below 240 degreeC, time required for heat processing becomes short and the power consumption of a heating furnace can also be reduced. Further, even a substrate having low heat resistance, for example, polyethylene naphthalate having a melting point of about 264 ° C., can be used for the TFT.

또한, 내열성을 고려해서 저온의 열처리를 실시해도, 본 발명의 실시 형태에 따른 TFT의 활성층에 대해서, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c이라고 했을 경우, a+b=2이고, 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체로이루어지도록 형성하고 있기 때문에, TFT의 상승 전압 Von, Vth이나 S값 등의 트랜지스터 특성이 악화하는 경우도 없다.In addition, even if heat treatment is performed at low temperature in consideration of heat resistance, when the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c for the active layer of the TFT according to the embodiment of the present invention, a + b = 2, 1.2 <b <2, and formed to be an amorphous oxide semiconductor defined in the range 1≤c≤2, so that transistor characteristics such as rising voltage Von, Vth, S value, etc. of TFT are deteriorated. none.

후술하는 실시예와 같이 본 발명자들은 활성층을 구성하는 비정질 산화물 반도체를 상기 조성 범위로 하면, 저온 열처리에서 TFT의 상승 전압 Von, 역치 전압Vth, S값 및 이동도 등의 트랜지스터 특성을 오히려 비약적으로 향상시킬 수 있는 것을 발견했다.When the amorphous oxide semiconductor constituting the active layer is in the above composition range, the present inventors considerably improve transistor characteristics such as rising voltage Von, threshold voltage Vth, S value and mobility of TFT in low temperature heat treatment. I found something that could be done.

또한, 저온의 열처리라도 400℃이상의 고온 열처리와 같이, TFT의 활성층으로서 바람직한 전기전도도의 범위인 10-6≤σ≤10-4(S/cm)로 조정하는 것이 가능한 것을 발견했다.In addition, it was found that even at a low temperature heat treatment, the temperature can be adjusted to 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm), which is a range of electrical conductivity preferable as the active layer of the TFT, similar to the high temperature heat treatment at 400 ° C or higher.

또한, 저온에서 열처리하기 때문에 활성층을 구성하는 비정질 산화물 반도체가 결정화할 우려도 없다.In addition, there is no fear that the amorphous oxide semiconductor constituting the active layer crystallizes because of the heat treatment at low temperature.

또한, 활성층을 상기 조성 범위로 조정함으로써 파장이 400∼420nm의 가시광선 단파장 영역에 있는 광에 대하여 광흡수를 저감하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 본 실시형태의 TFT를 유기 EL 표시 장치에 이용하고, 발광층으로부터 청색광을 포함하는 광이 조사되어도, 조사광에 대하여 영향을 받지 않아 안정하게 동작할 수 있다.Further, by adjusting the active layer to the composition range, light absorption can be reduced for light in the visible light short wavelength region having a wavelength of 400 to 420 nm. For this reason, even if light containing blue light is irradiated from the light emitting layer using the TFT of this embodiment for an organic electroluminescence display, it can operate stably without being influenced by irradiation light.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, IGZO막을 웨트 에칭해서 패턴 가공할 경우에 관하여 설명했지만, 드라이 에칭에 의해 패턴 가공해도 좋고, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 활성층을 형성해도 좋다. 또한, 활성층의 형성 후에 활성층을 보호하는 보호층을 형성해도 된다. 또한, 활성층은 저항율이 각각 다른 층이 복수 적층해서 구성되도록 하여도 좋다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, although the case where the IGZO film was wet-etched and pattern-processed was demonstrated, you may pattern-process by dry etching and an active layer may be formed using a shadow mask. Moreover, you may form the protective layer which protects an active layer after formation of an active layer. In addition, the active layer may be formed by laminating a plurality of layers each having a different resistivity.

또한, 활성층의 열처리 공정은 IGZO막(활성층)을 성막한 후이면, 어떠한 때에 행해도 되고, 예를 들면, IGZO막의 패턴 가공전이나, 패턴 가공 직후, 보호층 형성 직후 또는 TFT의 제작 직후에 행할 수도 있다. 또한, 열처리 공정은 1회뿐만아니라 복수회 행해도 좋고, 예를 들면 활성층의 형성 직후에 열처리하고, 또한 보호층 형성 직후에도 열처리하여도 좋다.The heat treatment step of the active layer may be performed at any time as long as the IGZO film (active layer) is formed, for example, before the pattern processing of the IGZO film, immediately after the pattern processing, immediately after the formation of the protective layer, or immediately after the production of the TFT. It may be. The heat treatment step may be performed not only once but also plural times. For example, the heat treatment step may be performed immediately after the formation of the active layer, or may be performed immediately after formation of the protective layer.

<소스·드레인 전극><Source Drain Electrode>

제 5 공정으로서, 활성층 및 게이트 절연막 상에 소스·드레인 전극을 형성하기 위한 금속막을 형성한다.As a fifth step, a metal film for forming source and drain electrodes is formed on the active layer and the gate insulating film.

금속막은 전극 및 배선으로서의 도전성을 갖고, 에칭에 의하여 패턴 가공할 수 있는 금속에 의해 활성층을 피복하도록 형성하면 좋다. 구체적으로는 Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag 등의 금속, Al-Nd, APC 등의 합금, 산화 주석, 산화 아연, 산화 인듐, 산화 인듐 주석(ITO), 산화 아연 인듐(IZO) 등의 금속 산화물 도전막, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 등의 유기 도전성 화합물 또는 이들의 혼합물이 열거된다.The metal film may be formed so as to cover the active layer with a metal having conductivity as an electrode and wiring and which can be patterned by etching. Specifically, metals such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag, alloys such as Al-Nd and APC, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and zinc indium oxide (IZO) Examples thereof include organic conductive compounds such as metal oxide conductive films, polyaniline, polythiophene, polypyrrole, and mixtures thereof.

특히, 성막성, 도전성, 패터닝성 등의 관점으로부터, Al 또는 Al을 주성분으로서 Nd, Y, Zr, Ta, Si, W 및 Ni 중 적어도 1종을 포함하는 금속으로 이루어지는 층 (Al계 금속막) 또는 산화물 반도체막측에서, Al 또는 Al을 주성분으로서 Nd, Y, Zr, Ta, Si, W 및 Ni 중 적어도 1종을 포함하는 금속으로 이루어지는 제 1 층과 Mo또는 Ti를 주성분으로 하는 제 2 층을 각각 스퍼터링, 증착 등의 방법에 의해 성막해서 적층하는 것이 바람직하다. 여기서,「주성분」이란 금속막을 구성하는 성분 중 가장 함유량(질량비)이 많은 성분이고, 50질량%이상인 것이 바람직하고, 90질량%이상인 것이 보다 바람직하다.In particular, a layer made of a metal containing Al or Al as at least one of Nd, Y, Zr, Ta, Si, W, and Ni as main components from the viewpoint of film forming property, conductivity, patterning property, and the like (Al-based metal film) Alternatively, on the oxide semiconductor film side, a first layer made of a metal containing Al or Al as at least one of Nd, Y, Zr, Ta, Si, W, and Ni, and a second layer containing Mo or Ti as a main component It is preferable to form into a film and laminate by methods, such as sputtering and vapor deposition, respectively. Here, a "main component" is a component with the most content (mass ratio) among the components which comprise a metal film, It is preferable that it is 50 mass% or more, It is more preferable that it is 90 mass% or more.

탑 컨택트형의 경우에는 이미 활성층이 형성되어 있기 때문에, 금속막의 두께는 소스·드레인 전극 후에 활성층을 형성하는 경우와 같이 제한은 없고, 두껍게 형성할 수 있다. 성막성, 에칭에 의한 패턴 가공성, 도전성(저저항화) 등을 고려하면, 소스·드레인 전극 및 그것에 접속하는 배선이 되는 금속막의 총두께는 10nm이상 1000nm이하로 하는 것이 바람직하다.In the case of the top contact type, since the active layer is already formed, the thickness of the metal film is not limited as in the case of forming the active layer after the source and drain electrodes, and can be formed thick. In consideration of the film-forming property, the pattern workability by etching, the conductivity (lower resistance), and the like, the total thickness of the source / drain electrode and the metal film serving as the wiring connected thereto is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less.

또한, Al계 금속막(제 1 층)과 Mo 또는 Ti를 주성분으로 하는 Mo계 금속막 또는 Ti계 금속막(제 2 층)을 적층시키는 경우는 제 1 층의 두께는 10nm이상 1000nm이하로 하고, 제 2 층의 두께는 1nm이상 300nm이하로 하는 것이 바람직하다.When the Al-based metal film (first layer) and the Mo-based metal film or Ti-based metal film (second layer) mainly composed of Mo or Ti are laminated, the thickness of the first layer is 10 nm or more and 1000 nm or less. The thickness of the second layer is preferably 1 nm or more and 300 nm or less.

이어서, 금속막을 에칭해서 패턴 가공함으로써 활성층과 접촉하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한다. 여기에서는 금속막을 잔류시키는 부분에 포토리소그래피법에 의해 레지스트 마스크를 형성하고, 예를 들면 인산 및 질산에 아세트산 또는 황산을 첨가한 산용액을 이용하여 에칭을 행하여 소스 전극 및 드레인 전극 중 적어도 한쪽을 형성한다. 공정의 간략화 등의 관점으로부터, 소스·드레인 전극 및 이들의 전극에 접속하는 배선(데이터 배선 등)을 동시에 패턴 가공하는 것이 바람직하다.Next, the metal film is etched and patterned to form a source electrode and a drain electrode in contact with the active layer. Here, a resist mask is formed on the portion where the metal film remains by photolithography, and, for example, etching is performed using an acid solution in which acetic acid or sulfuric acid is added to phosphoric acid and nitric acid to form at least one of a source electrode and a drain electrode. do. It is preferable to simultaneously pattern-process the source / drain electrode and the wiring (data wiring etc.) connected to these electrodes from a viewpoint of simplification of a process.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 금속막을 웨트 에칭해서 패턴 가공할 경우에 관하여 설명했지만, 드라이 에칭에 의해 패턴 가공해도 좋고, 쉐도우 마스크를 이용하여 소스·드레인 전극을 형성해도 좋다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, although the case where the metal film was wet-etched and pattern-processed was demonstrated, you may pattern-process by dry etching and you may form a source-drain electrode using a shadow mask.

2. 표시 장치2. Display device

본 발명의 실시 형태의 표시 장치의 제조방법은 상술의 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하고 있고, 그 밖의 구성의 제조방법은 공지의 어떠한 제조방법도 채용할 수 있다.The manufacturing method of the display device of the embodiment of the present invention includes the manufacturing method of the above-described field effect transistor, and any other known manufacturing method may be adopted as the manufacturing method of the other configuration.

본 발명의 실시 형태에 따른 표시 장치의 제조방법에 대해서, 유기 EL 표시장치를 일례로 들어서 설명한다.The manufacturing method of the display device which concerns on embodiment of this invention is demonstrated taking an organic electroluminescence display as an example.

도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 표시 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.3 is a schematic diagram illustrating an example of a display device according to an embodiment of the present invention.

유기 EL 표시장치(100)에 있어서, 기판(102)은 가요성 지지체로서, PEN 등의 플라스틱 필름이고, 절연성으로 하기 위해서 표면에 기판 절연층(104)을 갖는다. 그 위에 패터닝된 컬러 필터층(106)이 설치된다. 구동 TFT부에 게이트 전극(108)을 갖고, 또한 게이트 절연막(110)이 게이트 전극(108) 상에 형성된다. 게이트 절연막(110)의 일부에는 전기적 접속을 위해 커넥션 홀이 열린다. 구동 TFT부에 활성층(112)이 형성되고 그 상에 소스 전극(114) 및 드레인 전극(116)이 형성된다. 드레인 전극(116)과 유기 EL 소자의 화소 전극(양극)(118)은 연속한 일체이고, 동일재료·동일 공정으로 형성된다. 스위칭 TFT의 드레인 전극과 구동 TFT는 커넥션 전극(120)에 의해 커넥션 홀로 전기적으로 접속된다. 또한, 화소 전극부의 유기 EL소자가 형성되는 부분을 제외하고, 전체가 절연막(122)으로 피복된다. 화소 전극부 상에 발광층을 포함하는 유기층(124) 및 음극(126)이 형성되는 유기 EL 소자부가 형성된다.In the organic EL display device 100, the substrate 102 is a plastic support such as PEN as a flexible support, and has a substrate insulating layer 104 on its surface for insulating. The patterned color filter layer 106 is provided thereon. The gate electrode 108 is provided on the driving TFT portion, and a gate insulating film 110 is formed on the gate electrode 108. A portion of the gate insulating layer 110 opens a connection hole for electrical connection. An active layer 112 is formed in the driving TFT portion, and a source electrode 114 and a drain electrode 116 are formed thereon. The drain electrode 116 and the pixel electrode (anode) 118 of the organic EL element are continuously integrated, and are formed by the same material and the same process. The drain electrode and the driving TFT of the switching TFT are electrically connected to the connection hole by the connection electrode 120. Further, except for the portion where the organic EL element of the pixel electrode portion is formed, the whole is covered with the insulating film 122. An organic EL element portion on which the organic layer 124 including the light emitting layer and the cathode 126 are formed is formed on the pixel electrode portion.

여기서, 본 실시형태의 구동 TFT 또는/및 스위칭 TFT의 활성층은 In, Ga 및 Zn을 함유하고, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c이라고 했을 경우, a+b=2이고, 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체로 이루어지도록 형성되고, IGZO막의 성막 직후, 패터닝 직후 등의 타이밍에서 상술의 방법·조건 하, 저온에서 열처리된다.Here, the active layer of the driving TFT or / and switching TFT of the present embodiment contains In, Ga, and Zn, and a + b = 2 when the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c. And 1.2 <b <2, and formed of an amorphous oxide semiconductor defined in the range of 1≤c≤2, and heat-treated at low temperature under the above-described method and conditions at timings such as immediately after film formation and immediately after patterning of the IGZO film. .

따라서, 가요성 지지체로 이루어지는 기판(102)은 용해되지 않는다.Therefore, the substrate 102 made of the flexible support does not dissolve.

또한, 활성층의 조성비의 조정과 저온 열처리의 조합에 의해, TFT의 상승 전압 Von, 역치 전압 Vth나 S값 등의 트랜지스터 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.In addition, by combining the composition ratio of the active layer and low temperature heat treatment, transistor characteristics such as rising voltage Von, threshold voltage Vth, and S value of the TFT can be remarkably improved.

또한, 활성층을 상기 조성 범위로 조정함으로써, 파장이 400∼420nm의 가시광선 단파장 영역에 있는 광에 대하여, 광흡수를 저감하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 발광층으로부터 청색광을 포함하는 광이 활성층에 조사되어도 TFT는 조사광에 대하여 영향을 받지 않아 안정하게 동작할 수 있다.Further, by adjusting the active layer to the composition range, light absorption can be reduced for light in the visible light short wavelength region having a wavelength of 400 to 420 nm. For this reason, even when light containing blue light is irradiated to the active layer from the light emitting layer, the TFT is not affected by the irradiated light and can operate stably.

3. 응용3. Application

상술한 유기 EL 표시 장치(100)는 휴대전화 디스플레이, 퍼스널 디지탈 어시스턴트(PDA), 컴퓨터 디스플레이, 자동차의 정보 디스플레이, TV모니터 또는 일반 조명을 포함하는 광범위한 분야에서 폭넓은 분야로 응용된다.The above-described organic EL display device 100 is applied to a wide range of fields in a wide range of fields including mobile phone displays, personal digital assistants (PDAs), computer displays, information displays in automobiles, TV monitors or general lighting.

또한, 상술한 유기 EL 표시 장치(100) 이외에도, 본 발명의 실시형태에 따른 전계 효과형 트랜지스터는 X선 촬상장치나 광센서 등에 적용하는 것도 가능하다.In addition to the organic EL display device 100 described above, the field effect transistor according to the embodiment of the present invention can also be applied to an X-ray imaging device, an optical sensor, or the like.

(실시예)(Example)

이하, 본발명에 따른 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법, 표시장치의 제조방법, X선 촬상장치의 제조방법 및 광센서의 제조방법에 대해서, 실시예에 의해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 하등 한정되지 않는다.Hereinafter, the manufacturing method of the field effect transistor according to the present invention, the manufacturing method of the display device, the manufacturing method of the X-ray imaging apparatus, and the manufacturing method of the optical sensor will be described with reference to Examples. It is not limited at all.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

본 발명의 실시예 1에서는 In:Ga:Zn=0.7:1.3:1.0의 조성비를 갖는 IGZO막을 제작했다.In Example 1 of the present invention, an IGZO film having a composition ratio of In: Ga: Zn = 0.7: 1.3: 1.0 was produced.

구체적으로는 실시예 1에 관한 IGZO막은 InGaZnO4, ZnO 및 Ga2O3의 각 타깃에 의한 공스퍼터법에 의해 25mm×25mm 석영 글라스 상에 제작했다. 이들 타깃은 Toshima Mfg Co., Ltd.제작(순도 99.99%)의 것을 사용했다. 또한, InGaZnO4 타깃 및 Ga2O3 타깃을 사용하는 경우에는 RF스퍼터에 의해, ZnO 타깃을 사용하는 경우에는 DC스퍼터에 의해 성막을 행했다. ZnO 타깃을 사용하는 경우에는 일반적으로 ZnO 타깃의 저항이 높고 RF 스퍼터에 의해 성막을 행하는 경우도 많지만, DC 스퍼터에 의한 성막이 가능했던 점이나 양산성의 관점으로부터 DC 스퍼터를 채용했다.Specifically, the IGZO film according to Example 1 was produced on a 25 mm x 25 mm quartz glass by a co-sputtering method using each target of InGaZnO 4 , ZnO, and Ga 2 O 3 . These targets used those manufactured by Toshima Mfg Co., Ltd. (purity 99.99%). InGaZnO 4 targets and Ga 2 O 3 In the case of using the target, the film was formed by an RF sputterer and in the case of using a ZnO target, a DC sputter. In the case of using a ZnO target, in general, the ZnO target has a high resistance and is often formed by RF sputtering. However, DC sputtering has been adopted in view of the fact that film formation by DC sputtering is possible and mass production is possible.

성막한 IGZO막은 180℃, 300℃ 또는 600℃에서 열처리했다. 이 열처리는 산소분위기 제어로(Fuji Film Co., Ltd. 특주로)에 IGZO막을 설치 후, 유량 200sccm으로 산소 치환한 후 행했다. 열처리 조건은 승온 레이트를 8.3℃/min으로 하여 실온으로부터 소정의 온도까지 승온하고, 그 온도를 1시간 유지한 후 자연 냉각하고, 열처리 개시부터 IGZO막의 인출까지, 상기의 산소는 계속해서 흘리는 것으로 했다.The IGZO film formed into a film was heat-treated at 180 degreeC, 300 degreeC, or 600 degreeC. This heat treatment was performed after the IGZO film was installed in an oxygen atmosphere control furnace (Fuji Film Co., Ltd. special order furnace), followed by oxygen substitution at a flow rate of 200 sccm. In the heat treatment conditions, the temperature rising rate was 8.3 ° C./min, the temperature was raised from room temperature to a predetermined temperature, the temperature was maintained for 1 hour, followed by natural cooling, and the oxygen was continuously flowed from the start of heat treatment to the extraction of the IGZO film. .

<실시예 2><Example 2>

본 발명의 실시예 2에서는 In:Ga:Zn=0.5:1.5:1.0의 조성비를 갖는 IGZO막을 제작했다. 또한, 이 IGZO막은 조성비의 변경 이외는 실시예 1과 동일한 성막 방법을 이용하여 제작하였다.In Example 2 of the present invention, an IGZO film having a composition ratio of In: Ga: Zn = 0.5: 1.5: 1.0 was produced. In addition, this IGZO film was produced using the same film formation method as Example 1 except for changing the composition ratio.

성막한 IGZO막은 180℃, 300℃ 또는 600℃에서 열처리했다. 열처리의 방법·조건은 실시예 1의 방법·조건과 동일하게 했다.The IGZO film formed into a film was heat-treated at 180 degreeC, 300 degreeC, or 600 degreeC. The method and conditions of the heat treatment were the same as the method and conditions of Example 1.

<비교예 1>Comparative Example 1

비교예 1에서는 In:Ga:Zn=1.1:0.9:1.0의 조성비를 갖는 IGZO막을 제작했다. 또한, 이 IGZO막은 조성비의 변경이외는 실시예 1과 동일한 성막 방법을 이용하여 제작하였다.In Comparative Example 1, an IGZO film having a composition ratio of In: Ga: Zn = 1.1: 0.9: 1.0 was produced. In addition, this IGZO film was produced using the same film formation method as Example 1 except for changing the composition ratio.

성막한 IGZO막은 180℃, 300℃ 또는 600℃에서 열처리했다. 열처리의 방법·조건은 실시예 1의 방법·조건과 동일하게 했다. The IGZO film formed into a film was heat-treated at 180 degreeC, 300 degreeC, or 600 degreeC. The method and conditions of the heat treatment were the same as the method and conditions of Example 1.

또한, 실시예 1∼2 및 비교예 1에 관한 IGZO막의 성막 조건은 표 1에 나타내는 바와 같다. In addition, the film-forming conditions of the IGZO film which concerns on Examples 1-2 and Comparative Example 1 are as showing in Table 1.

샘플명
Sample name
In:Ga:Zn
In: Ga: Zn
도달
진공도
arrival
Vacuum degree
Ar/O2
(sccm)
Ar / O 2
(sccm)
성막 압력
Deposition pressure
RF POWER(W)
RF POWER (W)
DC POWER(W)DC POWER (W)
InGaZnO4 InGaZnO 4 Ga2O3 Ga 2 O 3 ZnOZnO 비교예1의 IGZO막IGZO film of Comparative Example 1 1.1:0.9:1.01.1: 0.9: 1.0
<2×10-5

<2 × 10 -5

100/0.9


100 / 0.9


0.388∼0.407


0.388-0.407

200

200

00 3.53.5
실시예1의 IGZO막IGZO film of Example 1 0.7:1.3:1.00.7: 1.3: 1.0 119119 11.311.3 실시예2의 IGZO막IGZO film of Example 2 0.5:1.5:1.00.5: 1.5: 1.0 172172 18.118.1

<실시예 3><Example 3>

본 발명의 실시예 3에서는 활성층이 In:Ga:Zn=0.7:1.3:1.0의 조성비를 갖는 IGZO막으로 이루어지는 TFT를 제작했다. In Example 3 of this invention, the TFT which produced the active layer which consists of IGZO film which has a composition ratio of In: Ga: Zn = 0.7: 1.3: 1.0 was produced.

구체적으로는 열산화막 부착 Si기판상에 상기 각 조성비를 갖는 IGZO막을 성막한 후, 혼산계의 알루미늄 에칭액에 의해 패터닝을 실시해서 활성층을 제작했다. 또한, 활성층을 구성하는 IGZO막의 성막 방법·조건은 실시예 1과 동일하다. 단, 막두께에 관해서는 실시예 1에서 성막한 IGZO막의 막두께 및 성막 시간을 기준으로서, 막두께가 50nm가 되도록 성막 시간을 조정하고 있다. 후술의 조성비를 변경한 전계 효과형 트랜지스터에 관해서도 막두께는 50nm가 되도록 성막 시간을 조정하고 있다.Specifically, after forming the IGZO film which has each said composition ratio on the Si substrate with a thermal oxidation film, it patterned with the mixed acid aluminum etching liquid, and produced the active layer. In addition, the film-forming method and conditions of the IGZO film which comprise an active layer are the same as that of Example 1. However, the film thickness is adjusted so that the film thickness is 50 nm based on the film thickness and the film formation time of the IGZO film formed in Example 1 as the film thickness. Also for the field effect transistor which changed the composition ratio mentioned later, film-forming time is adjusted so that film thickness may be 50 nm.

활성층의 제작 후, ITO를 소스·드레인 전극으로서 성막을 행함으로써 Si기판을 게이트 전극, 열산화막(100nm)을 게이트 절연막으로 한 TFT를 제작했다.After fabrication of the active layer, ITO was formed as a source / drain electrode to produce a TFT using a Si substrate as a gate electrode and a thermal oxide film (100 nm) as a gate insulating film.

제작한 TFT는 180℃에서 열처리했다. TFT의 열처리는 탁상 머플로(Denken Co., Ltd. 제작 KDF-75)에 TFT를 설치 후, 유량 200sccm으로 산소 치환한 후 행했다. 열처리 조건은 승온 레이트를 8.3℃/min으로서 실온으로부터 180℃까지 승온하고, 그 온도를 1시간 유지한 후 자연 냉각하고, 열처리 개시부터 TFT의 인출까지, 상기의 산소는 계속해서 흘리는 것으로 했다.The produced TFT was heat-treated at 180 degreeC. The heat treatment of the TFT was performed after the TFT was installed in a tabletop muffle furnace (KDF-75 manufactured by Denken Co., Ltd.), followed by oxygen substitution at a flow rate of 200 sccm. In the heat treatment conditions, the temperature rising rate was increased from room temperature to 180 ° C. at 8.3 ° C./min, the temperature was maintained for 1 hour, followed by natural cooling, and the above oxygen continued to flow from the heat treatment start to the extraction of the TFT.

<비교예 3>Comparative Example 3

비교예 3의 TFT에서는 활성층이 In:Ga:Zn=1.1:0.9:1.0의 조성비를 갖는 IGZO막으로 이루어지는 TFT를 제작했다. 또한, 이 TFT는 활성층의 조성비의 변경이외는 실시예 3과 동일한 제작 방법·조건을 이용하여 제작하고 있다.In the TFT of Comparative Example 3, a TFT was prepared in which the active layer was made of an IGZO film having a composition ratio of In: Ga: Zn = 1.1: 0.9: 1.0. In addition, this TFT is manufactured using the manufacturing method and conditions similar to Example 3 except having changed the composition ratio of an active layer.

제작한 TFT는 180℃에서 열처리했다. 열처리의 방법·조건은 실시예 3의 방법·조건과 동일하게 했다.The produced TFT was heat-treated at 180 degreeC. The method and conditions of the heat treatment were the same as the method and conditions of Example 3.

-박막 평가-Thin Film Evaluation

실시예 1∼2 및 비교예 1에 따른 열처리 전후의 IGZO막에 대하여, 각각 X선회절 측정, 조성비, 전기 특성, 승온 탈리 가스 분석의 각각의 평가를 행했다. 조성비, 결정성, 전기 특성 평가의 결과를 표 2에 나타낸다. 이하, 각 평가에 대해서, 각각 상술한다.The IGZO films before and after the heat treatment according to Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 were each evaluated for X-ray diffraction measurement, composition ratio, electrical characteristics, and elevated temperature desorption gas analysis. Table 2 shows the results of composition ratio, crystallinity, and electrical property evaluation. Hereinafter, each evaluation is explained in full detail.

Figure pat00001
Figure pat00001

(X선 회절 측정)(X-ray diffraction measurement)

제작한 모든 IGZO막의 회절 강도는 측정 장치 Rint-Ultima III(Rigaku Corporation 제작)을 사용하고, 주지의 X선 회절법에 의해 측정을 행했다. 표 2에 나타내는 바와 같이 측정의 결과, 모든 IGZO막은 비정질인 것을 확인할 수 있었다.The diffraction intensity of all the produced IGZO films was measured by the well-known X-ray diffraction method using the measuring apparatus Rint-Ultima III (made by Rigaku Corporation). As shown in Table 2, it was confirmed that all IGZO films were amorphous as a result of the measurement.

(조성비의 평가)(Evaluation of composition ratio)

제작한 모든 IGZO막의 조성비는 형광 X선 분석(장치: PANalytical사 제작 AXIOS형)에 의해 결정했다. 구체적으로는, 우선 ICP에 의해 각 In, Ga 및 Zn원소의 원소 농도가 결정된 표준 시료의 형광 X선 강도를 측정한다. 다음에 표준 시료의 각 원소 농도와 형광 X선 강도와의 사이에 검량선을 제작한다. 최후에 미지 시료의 형광 X선 분석을 행하고, 제작한 검량선을 이용하여 조성비를 결정했다.The composition ratio of all the produced IGZO films was determined by fluorescence X-ray analysis (device: AXIOS type manufactured by PANalytical). Specifically, the fluorescent X-ray intensity of the standard sample in which the element concentration of each In, Ga, and Zn element is determined by ICP is measured first. Next, a calibration curve is produced between the concentration of each element of the standard sample and the fluorescence X-ray intensity. Finally, the fluorescence X-ray analysis of the unknown sample was performed, and the composition ratio was determined using the produced calibration curve.

표 2에 나타내는 바와 같이 조성비를 결정한 결과, 각 IGZO막은 각각 상술로 나타낸 조성비가 되는 것을 확인할 수 있었다.As a result of determining the composition ratio as shown in Table 2, it was confirmed that each IGZO film became the composition ratio shown above, respectively.

(전기 특성)(Electrical characteristics)

제작한 모든 IGZO막의 전기 특성(시트 저항, 저항율, 전기전도도)은 저항율계(Mitsubishi Chemical Corporation 제작 하이레스타 MCP-HT450)를 이용하여 측정했다.The electrical properties (sheet resistance, resistivity, and electrical conductivity) of all the produced IGZO films were measured using a resistivity meter (Hyresta MCP-HT450 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).

표 2에 나타내는 바와 같이 전기 특성은 열처리 전후에서 변화가 현저했다.As shown in Table 2, the electrical properties were remarkable before and after the heat treatment.

도 4에 열처리 온도에 의한 IGZO막의 전기전도도의 변화의 형태를 나타낸다. 또한, 도면 중의 25℃에 있어서의 플롯은 열처리전의 각 IGZO막의 전기전도도를 나타내는 것이다. 또한, 도면 중의 b는 Ga의 조성비를 나타낸다.4 shows the form of change in the electrical conductivity of the IGZO film due to the heat treatment temperature. In addition, the plot at 25 degreeC in a figure shows the electrical conductivity of each IGZO film before heat processing. In addition, b in a figure shows the composition ratio of Ga.

도 4에 나타내는 바와 같이, Ga의 조성비 b를 증대시킨 실시예 1 및 2의 IGZO막의 전기전도도는 열처리 온도가 180℃ 부근에서 극대치를 갖고, 저온의 열처리에서 큰 변화가 보인다. 한편, 비교예 1의 IGZO막의 전기전도도는 극대치를 갖지 않고 열처리 온도를 높게 함에 따라서 서서히 증대하는 경향을 나타냈다.As shown in FIG. 4, the electrical conductivity of the IGZO film of Examples 1 and 2 which increased the composition ratio b of Ga has the maximum at the heat processing temperature of 180 degreeC, and shows a big change in low temperature heat processing. On the other hand, the electrical conductivity of the IGZO film of Comparative Example 1 did not have a maximum value and showed a tendency to gradually increase as the heat treatment temperature was increased.

또한, TFT의 활성층으로서 유효한 전기전도도 σ는 10-9≤σ≤10-2(S/cm)이고, 바람직하게는 10-6≤σ≤10-4(S/cm)이지만, 실시예 1 및 2의 IGZO막의 전기전도도는 저온 또는 고온에서 열처리해도 10-9≤σ≤10-2(S/cm)의 범위에 있다. 또한, 실시예 1 및 2의 IGZO막의 전기전도도는 열처리온도가 180℃ 부근에서 극대치를 갖기 때문에 75℃이상 240℃이하의 저온에서 열처리하여도 400℃ 등의 고온의 열처리에 의해 얻어지는 전기전도도와 대략 동일한 값을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 또한, Ga의 조성비 b가 b=1.3인 실시예 1에서는 75℃이상 240℃이하의 저온에서 열처리함으로써, 전기전도도 σ를 TFT의 활성층으로서 바람직한 10-6≤σ≤10-4(S/cm)의 범위로 조정할 수 있는 것이 확인되었다. 마찬가지로, Ga의 조성비 b가 b=1.5인 실시예 2에서는 140℃이상 200℃이하의 저온에서 열처리함으로써, 전기전도도 σ를 TFT의 활성층으로서 바람직한 10-6≤σ≤10-4(S/cm)의 범위에서 조정할 수 있는 것이 확인되었다.Further, the electric conductivity σ effective as the active layer of the TFT is 10 −9 ≦ σ ≦ 10 −2 (S / cm), and preferably 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm), but in Example 1 and The electrical conductivity of the IGZO film 2 is in the range of 10 −9 ≦ σ ≦ 10 −2 (S / cm) even when heat treated at low temperature or high temperature. In addition, the electrical conductivity of the IGZO films of Examples 1 and 2 has a maximum value at a heat treatment temperature of about 180 ° C, so that even when heat treated at a low temperature of 75 ° C or more and 240 ° C or less, the electrical conductivity obtained by heat treatment at a high temperature of 400 ° C or the like is approximately. It was confirmed that the same value can be obtained. Further, in Example 1 in which the composition ratio b of Ga was b = 1.3, the thermal conductivity was heat treated at a low temperature of 75 ° C or more and 240 ° C or less, so that the electrical conductivity σ is 10 -6 ≤ σ ≤ 10 -4 (S / cm), which is preferable as the active layer of the TFT. It was confirmed that it can adjust to the range of. Similarly, in Example 2 in which the composition ratio b of Ga was b = 1.5, heat conductivity was performed at a low temperature of 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, so that the electrical conductivity σ is 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm), which is preferable as the active layer of the TFT. It was confirmed that it can adjust in the range of.

(승온 탈리 가스 분석)(Temperature Desorption Gas Analysis)

비교예 1의 조성비를 갖는 IGZO막의 승온 탈리 가스 분석은 승온 탈리 가스분석 장치(ESCO Ltd.제작 EMD-WA1000S)을 사용해 행했다. 탈리 성분 중 Zn에 관한 분석 결과를 도 5에 나타낸다. 여기서, 세로축에는 질량수 64의 이온 강도를 나타내고 있다. 또한, 탈리 가스는 질량수 64, 66 및 68의 이온 강도가 Zn+ 이온의 동위체 존재 비율에 따라 변화되는 것부터 Zn이라고 판명됐다.An elevated temperature desorption gas analysis of the IGZO film having a composition ratio of Comparative Example 1 was performed using an elevated temperature desorption gas analyzer (ESCO Ltd. manufactured EMD-WA1000S). The analysis result about Zn among the detachment components is shown in FIG. Here, the ordinate shows the ionic strength of the mass number 64. In addition, the desorption gas was found to be Zn since the ionic strength of the masses 64, 66 and 68 was changed in accordance with the isotopic abundance ratio of Zn + ions.

이 결과, 열처리 온도 248℃를 경계로 해서, 탈리 가스의 강도가 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 이 결과는 실시예 1, 2의 조성비를 갖는 IGZO막의 승온 탈리 가스 분석에도 적용할 수 있다고 생각된다.As a result, it can be confirmed that the strength of the desorption gas starts to increase at the heat treatment temperature of 248 ° C. In addition, this result is considered to be applicable also to the temperature-detachment gas analysis of the IGZO film which has a composition ratio of Example 1, 2.

따라서, IGZO막의 조성비를 유지하면서, 열처리를 행하기 위해서는 240℃이하의 열처리 온도인 것이 바람직하다고 할 수 있다.Therefore, in order to perform heat processing, maintaining the composition ratio of an IGZO film, it can be said that it is preferable that it is the heat processing temperature of 240 degrees C or less.

-열처리 전후의 TFT 특성-TFT characteristics before and after heat treatment

실시예 3 및 비교예 3에 따른 TFT에 관해서, 열처리 전후의 TFT 특성(Vg-Id 특성, 상승 전압 Von, 역치 전압 Vth, 이동도 μ, S값)을 평가했다. TFT 특성의 평가는 건조 대기를 20분이상 흘린 후, 암소·건조 대기 분위기 하에서 행했다. 또한, Vg-Id 특성은 Vd=10V 시에 평가하고 있다.As for the TFTs according to Example 3 and Comparative Example 3, the TFT characteristics (Vg-Id characteristics, rising voltage Von, threshold voltage Vth, mobility μ, S value) before and after heat treatment were evaluated. Evaluation of TFT characteristics was performed in the dark and dry air atmosphere, after flowing a dry air for 20 minutes or more. In addition, the Vg-Id characteristic is evaluated when Vd = 10V.

표 3에 실시예 3 및 비교예 3의 TFT에 있어서의 열처리 전후의 TFT 특성의 평가 결과를 나타낸다. 또한, 도 6에 조성비가 a=0.7, b=1.3, c=1.0인 IGZO막을 활성층에 갖는 실시예 3의 TFT의 열처리 전후에 있어서의 Vg-Id 특성의 측정 결과를 나타낸다. 마찬가지로, 도 7에 조성비가 a=1.1, b=0.9, c=1.0인 IGZO막을 활성층에 갖는 비교예 3의 TFT의 열처리 전후에 있어서의 Vg-Id 특성의 측정 결과를 나타낸다.Table 3 shows the evaluation results of the TFT characteristics before and after the heat treatment in the TFTs of Example 3 and Comparative Example 3. 6 shows the measurement results of the Vg-Id characteristics before and after heat treatment of the TFT of Example 3 having an IGZO film having an IGZO film having a composition ratio of a = 0.7, b = 1.3 and c = 1.0 in the active layer. Similarly, Fig. 7 shows measurement results of Vg-Id characteristics before and after heat treatment of the TFT of Comparative Example 3 having an IGZO film having an IGZO film having a composition ratio of a = 1.1, b = 0.9 and c = 1.0 in the active layer.

Figure pat00002
Figure pat00002

도 7 및 표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 3의 180℃의 열처리를 통한 TFT는 온오프비가 3.6×107이고, TFT의 온오프는 취해지지만, 상승 전압 Von이 매우 마이너스측에 있다. 즉, 저온(180℃)의 열처리에서는 TFT로서 기능하지 않고 있는 것이 확인된다.As shown in Fig. 7 and Table 3, the TFT through 180 ° C heat treatment of Comparative Example 3 had an on-off ratio of 3.6x10 7 and a TFT on and off, but the rising voltage Von was very negative. That is, it is confirmed that it does not function as TFT in the low temperature (180 degreeC) heat processing.

또한, 열처리전과 비교하여 Vg-Id 특성이 크게 마이너스 시프트하고 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 오프 전류는 크게 변화되지 않지만, 온 전류는 열처리에 의해 크게 증가하고 있다. 상승 전압 Von에 관해서도 열처리전이 Von=1.0V에 대하여, 열처리 후는 Von=-37V이고, 크게 마이너스 시프트하고 있다(Von:Id=1×10-10A가 얻어졌을 때의 Vg값으로 하고 있다). 또한, 역치 전압 Vth도 마이너스 시프트하고 있다.In addition, it can be confirmed that the Vg-Id characteristics are greatly negatively shifted compared with before the heat treatment. In addition, although the off current does not change greatly, the on current is greatly increased by heat treatment. Regarding the rising voltage Von, Von = 1.0V before heat treatment, and Von = -37V after the heat treatment, and are greatly negatively shifted (Von: Id = 1 × 10 -10 A is set to the Vg value when obtained). . The threshold voltage Vth is also negatively shifted.

여기서, 상승 전압 Von이나 역치 전압 Vth는 0V 부근이 바람직하지만, 비교예 3의 180℃의 열처리를 통한 TFT는 열처리전에 비하여 상승 전압이나 역치 전압이 악화하고 있다.Here, although the rising voltage Von and the threshold voltage Vth are preferably around 0V, the TFT through 180 ° C heat treatment of Comparative Example 3 is deteriorated in rising voltage and threshold voltage as compared with before the heat treatment.

또한, S값도 열처리를 함으로써 값이 커져 악화하고 있는 것이 확인된다.In addition, it is confirmed that the S value is also increased and deteriorated by heat treatment.

한편, 도 6 및 표 3에 나타낸 바와 같이 실시예 3의 180℃의 열처리를 통한 TFT는 열처리전과 비교하여 Vg-Id 특성이 크게 마이너스 시프트하고 있다. 오프 전류는 거의 같은 값을 나타내고, 온 전류가 증가하고 있다. 온오프비는 9.8×107이고, TFT의 온오프는 취해지고 있었다.On the other hand, as shown in Fig. 6 and Table 3, the TFT through the 180 ° C heat treatment of Example 3 has a significant negative shift in Vg-Id characteristics compared with before the heat treatment. The off current has almost the same value, and the on current is increasing. The on-off ratio was 9.8 × 10 7 , and the on-off of the TFT was taken.

상승 전압 Von는 열처리전의 경우 Von=14.5V이지만, 열처리 후는 0V 부근에 근접해서 Von=0.8V가 되고, 양호한 값을 나타내는 것이 확인되었다(Von:Id=1×10-11A가 얻어진 때의 전압 Vg값으로 하고 있다). 역치 전압 Vth도 마찬가지로, 열처리를 함으로써 0V 부근에 근접해서, 양호한 값을 나타내는 것이 확인되었다.The rising voltage Von was Von = 14.5V before the heat treatment, but after the heat treatment, Von was close to 0V and became Von = 0.8V, and it was confirmed that a good value was obtained (when Von: Id = 1 × 10 -11 A was obtained. Voltage Vg value). Similarly, threshold voltage Vth was confirmed to exhibit a good value near 0V by heat treatment.

또한 S값도 열처리를 함으로써 값이 작아지고, 향상하는 것이 확인되었다.Moreover, it was confirmed that S value also becomes small and improves by heat-processing.

이상의 결과, 본 실시예 3의 TFT는 저온의 열처리를 실시해도 In, Ga 및 Zn을 함유하고, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c라고 했을 경우, a+b=2이고 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체로 이루어지도록 활성층을 형성하고 있기 때문에, TFT의 상승 전압 Von, 역치 전압 Vth, S값 및 이동도 등의 트랜지스터 특성을 비약적으로 향상시킬 수 있었다. 이것은 비교예 3의 TFT에서는 보여지지 않은 효과이다.As a result, the TFT of the third embodiment contains In, Ga, and Zn even when low-temperature heat treatment is performed, and a + b = 2 when the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c. Since the active layer is formed to be made of an amorphous oxide semiconductor defined in the range of 1.2 <b <2 and 1≤c≤2, transistor characteristics such as rising voltage Von, threshold voltage Vth, S value and mobility of TFT Could be improved dramatically. This is an effect not seen in the TFT of Comparative Example 3.

또한, 활성층을 상기 조성 범위로 조정함으로써, 예를 들면 도 8에 나타내는 바와 같이 파장이 400∼420nm의 가시광 단파장 영역에 있는 광에 대하여, 광흡수를 저감하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 본 실시형태의 TFT를 유기 EL 표시장치에 이용하고, 발광층으로부터 청색광을 포함하는 광이 조사되어도 조사광에 대하여 영향을 받지 않아 안정하게 동작할 수 있다. 이것은 비교예 3의 TFT에서는 보여지지 않는 효과이다.In addition, by adjusting the active layer to the above-mentioned composition range, for example, as shown in FIG. 8, light absorption can be reduced for light in a visible light short wavelength region having a wavelength of 400 to 420 nm. For this reason, the TFT of this embodiment is used for an organic electroluminescence display, and even if light containing blue light is irradiated from a light emitting layer, it is not influenced by irradiation light and can operate stably. This is an effect not seen in the TFT of Comparative Example 3.

10, 30 : TFT(전계 효과형 트랜지스터) 18, 34, 112 : 활성층
100 : 표시장치 102 : 기판
10, 30: TFT (field effect transistor) 18, 34, 112: active layer
100 display device 102 substrate

Claims (15)

In, Ga 및 Zn을 함유하고, 각 원소의 조성비를 In:Ga:Zn=a:b:c라고 했을 경우, a+b=2이고, 1.2<b<2이고, 1≤c≤2인 범위로 규정되는 비정질 산화물 반도체로이루어지는 활성층을 형성하는 공정과;
상기 활성층을 240℃이하에서 열처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
When In, Ga, and Zn are contained and the composition ratio of each element is In: Ga: Zn = a: b: c, it is a + b = 2, 1.2 <b <2, and 1≤c≤2 Forming an active layer comprising an amorphous oxide semiconductor defined by &lt; RTI ID = 0.0 &gt;
And a step of heat-treating the active layer at 240 ° C. or lower.
제 1 항에 있어서,
상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층의 전기전도도 σ를 10-6≤σ≤10-4(S/cm)의 범위로 조정하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 1,
In the heat treatment step, the electric conductivity σ of the active layer is adjusted to a range of 10 −6 ≦ σ ≦ 10 −4 (S / cm).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 75℃이상에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
In the heat treatment step, the active layer is heat-treated at 75 ℃ or more method for producing a field effect transistor.
제 3 항에 있어서,
상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 180℃이하에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 3, wherein
In the step of heat treatment, the active layer is a method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that the heat treatment at 180 ℃ or less.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열처리하는 공정에 있어서, 상기 활성층을 산소를 함유한 산화 분위기 하에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
In the heat treatment step, the active layer is heat-treated in an oxidizing atmosphere containing oxygen.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c가 b<2이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
In the step of forming the active layer, an electric field formed by forming an active layer in the range wherein the composition ratios b and c of Ga and Zn are b <2, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8. Method of manufacturing an effect transistor.
제 6 항에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 6,
In the step of forming the active layer, the composition ratio b, c of Ga and Zn is b ≤ 1.5, 1 ≤ c ≤ 2, c> -5b + 8 to form an active layer characterized in that Method of manufacturing an effect transistor.
제 7 항에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.3≤b≤1.5이고, 1≤c≤2이고, c>-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 7, wherein
In the step of forming the active layer, the composition ratios b and c of Ga and Zn are 1.3 ≦ b ≦ 1.5, 1 ≦ c ≦ 2, and c> -5b + 8 to form an active layer. A method of manufacturing a field effect transistor.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.2≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
In the step of forming the active layer, the composition ratio b, c of Ga and Zn is 1.2≤b, 1≤c, c≤-5b + 8 to form an active layer, characterized in that the field effect type Method for manufacturing a transistor.
제 9 항에 있어서,
상기 활성층을 형성하는 공정에 있어서, 상기 Ga와 Zn의 조성비 b, c는 1.3≤b이고, 1≤c이고, c≤-5b+8인 범위에 있는 활성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 9,
In the step of forming the active layer, the composition ratio b, c of Ga and Zn is 1.3≤b, 1≤c, c≤-5b + 8 to form an active layer, characterized in that the field effect type Method for manufacturing a transistor.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전계 효과형 트랜지스터를 수지 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The field effect transistor is formed on a resin substrate.
제 11 항에 있어서,
상기 수지 기판으로서 폴리에틸렌나프탈레이트로 이루어지는 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법.
The method of claim 11,
A method of manufacturing a field effect transistor, characterized in that a substrate made of polyethylene naphthalate is used as the resin substrate.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 제조방법.A method of manufacturing a display device, comprising the method of manufacturing the field effect transistor according to claim 1. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 촬상장치의 제조방법.A method for manufacturing an X-ray imaging apparatus, comprising the method for manufacturing the field effect transistor according to claim 1. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전계 효과형 트랜지스터의 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서의 제조방법.A method of manufacturing an optical sensor, comprising the method of manufacturing the field effect transistor according to claim 1.
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