TWI520224B - 場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、ｘ射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法 - Google Patents

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Description

場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法
本發明是有關於一種場效電晶體(field-effect transistor)的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器(photo sensor)的製造方法。
近年來，正在推進將氧化物半導體材料用於活性層的場效電晶體、尤其是薄膜化的薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)的開發。並且，作為用於上述活性層的氧化物半導體材料，IGZO系的透明氧化物半導體即包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體(以下，稱作IGZO)受到矚目。有報告稱：IGZO不僅為透明，還可藉由濺鍍(sputtering)而在室溫下進行非晶型(amorphous)IGZO的成膜，即使為非晶型，與非晶矽(amorphous silicon)相比亦具有載子(carrier)移動度高等優異的電晶體特性。
例如，於專利文獻1中報告：關於使用IGZO(In：Ga：Zn=0.98：1.02：4)來作為活性層的構成材料的TFT，具有移動度為7 cm2/VS左右、導通斷開比(on/off ratio)為103左右的電晶體特性。而且報告有：於TFT的製造步驟中，若以600℃以下來對由IGZO構成的活性層進行熱處理，則可提高載子濃度，尤其，當使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)等的具有可撓性的樹脂基板時，考慮到耐熱性，是以300℃以下、尤其200℃以下的低溫來進行熱處理。
除此以外，於專利文獻2中報告有一種活性層中具備含有In元素以及Zn元素以及元素X(於元素X的候補之一中包含Ga元素)且滿足In/(In+Zn+X)=0.200～0.600且Zn/(In+Zn+X)=0.200～0.800的非晶型氧化物半導體的場效電晶體、進而於活性層形成後以70℃～350℃來進行熱處理的場效電晶體的製造方法。
而且，於非專利文獻1中報告有：在TFT的製造步驟中，若以400℃左右的高溫來對活性層進行熱處理，則與熱處理前相比，移動度μ、臨限值Vth或S值等的所謂電晶體特性將提高，且電晶體特性的穩定性將提高。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-165531號公報
[專利文獻2]日本專利特開2009-253204號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Applied Physics Letters、93(2008)192107-1頁～3頁
然而，專利文獻1所揭示的TFT中，導通斷開比低至103左右，因此可以說未獲得TFT的導通斷開(on/off)。再者，對於熱處理後的電晶體特性未有任何提及。假設實施300℃以下的低溫下的熱處理後測定電晶體特性，可料想到，於專利文獻1所記載的IGZO中的Ga含量下，如後述的比較例般，上升電壓(rise voltage)Von將極端位於負(minus)側，從而無法作為TFT而發揮功能。
並且，於專利文獻2所揭示的TFT中，雖揭示有一種於活性層形成後包含熱處理步驟的電晶體的製造方法，但根據後述的熱脫附氣相分析(thermal desorption spectroscopy)結果，於248℃以上的熱處理溫度中，由於Zn成分脫附，活性層的組成比有時會產生紊亂。而且，關於移動度雖看到明顯的改善，但關於上升電壓Von或臨限值電壓Vth並無揭示。
而且，非專利文獻1所揭示的TFT是以400℃左右的高溫來實施熱處理，因此熱處理所需的時間變長，加熱爐的消耗電力亦變高。而且，由於必須利用亦可耐受高溫熱處理的基板，因此於TFT中，可利用的基板的種類受到限定。
本發明之目的在於提供一種場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法，其既可降低熱處理的溫度，又可實現電晶體特性的提高。
本發明的上述課題藉由下述手段而解決。
＜1＞一種場效電晶體的製造方法，包括如下步驟：形成由非晶質氧化物半導體構成的活性層，該非晶質氧化物半導體含有In、Ga以及Zn，且當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2＜b＜2且1≦c≦2的範圍所規定；以及以240℃以下對上述活性層進行熱處理。
＜2>如＜1＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，將上述活性層的導電度σ調整為10-6≦σ≦10-4(S/cm)的範圍。
＜3＞如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，以75℃以上對上述活性層進行熱處理。
＜4＞如＜3＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，以180℃以下對上述活性層進行熱處理。
＜5＞如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，於含有氧的氧化氣體環境下對上述活性層進行熱處理。
＜6＞如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b＜2且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。
＜7＞如＜6＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b≦1.5且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。
＜8＞如＜7＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b≦1.5且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。
＜9>如＜1>或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.2≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。
＜10＞如＜9＞所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。
＜11＞如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法，其中將上述場效電晶體形成於樹脂基板上。
＜12＞如＜11＞所述之場效電晶體的製造方法，其中作為上述樹脂基板，使用由聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)構成的基板。
＜13＞一種顯示裝置的製造方法，其包括如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法。
＜14＞一種X射線攝影裝置的製造方法，其包括如＜1＞或＜2＞所述之場效電晶體的製造方法。
＜15＞一種光感測器的製造方法，其包括如＜1＞或＜2＞中任一項所述之場效電晶體的製造方法。
[發明的効果]
根據本發明，能夠提供一種既可降低熱處理的溫度，又可實現電晶體特性的提高的場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下，參照附圖來具體說明本發明的場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法。再者，圖中，對於具有相同或對應的功能的構件(構成要素)標註相同的符號並適當省略說明。
1.場效電晶體
關於本發明的實施形態的場效電晶體的製造方法，舉一例TFT進行具體說明。
(TFT的構成)
在說明TFT的製造方法之前，對藉由上述製造方法所製作的TFT的構成進行簡單說明。
本發明的實施形態的TFT是主動(active)元件，其至少具有閘極(gate)電極、閘極絕緣膜、活性層、源極(source)電極以及汲極(drain)電極，且具有對閘極電極施加電壓以控制流經活性層的電流，從而對源極電極與汲極電極間的電流進行開關(switching)的功能。
作為TFT的元件構造，基於閘極電極的位置亦可為所謂逆交錯(inversely staggered)構造(亦稱作底閘極(bottom gate)型)以及交錯構造(亦稱作頂閘極(top gate)型)的任一種型態。而且，基於活性層與源極電極以及汲極電極(適當地稱作「源極‧汲極電極」)的接觸部分亦可為所謂頂部接觸(top contact)型、底部接觸(bottom contact)型的任一種型態。
再者，所謂頂閘極型，是指閘極電極配置於閘極絕緣層的上側，活性層形成於閘極絕緣層的下側的形態，所謂底閘極型，是指閘極電極配置於閘極絕緣層的下側，活性層形成於閘極絕緣層的上側的形態。而且，所謂底部接觸型，是指源極‧汲極電極比活性層先形成而活性層的下表面接觸於源極‧汲極電極的形態，所謂頂部接觸型，是指活性層比源極‧汲極電極先形成而活性層的上表面接觸於源極‧汲極電極的形態。
圖1是表示本發明的實施形態的TFT，且為底閘極構造之TFT的一例的示意圖。TFT10的構成為：於基板12上依序積層具有閘極電極14、閘極絕緣層16及活性層18，且於活性層18的表面上設置彼此隔開的源極電極20以及汲極電極22。
另一方面，圖2是表示本發明的實施形態的TFT且為頂閘極構造之TFT的一例的示意圖。TFT30的構成為：於基板32的表面上積層活性層34，於活性層34上設置彼此隔開的源極電極36以及汲極電極38，更於其上依序積層有閘極絕緣層40及閘極電極42。
再者，本實施形態的TFT除了上述構成以外，可採用各種構成，亦可為適當地於活性層上、於保護層或基板上具備絕緣層等的構成。
(TFT的製造方法)
其次，舉底閘極構造且頂部接觸型的TFT為例，對本發明的實施形態的TFT的製造方法進行說明。
<基板>
作為第1步驟，準備形成TFT的支持基板。
由於是以低溫進行後述的活性層的熱處理，因此本實施形態的支持基板亦可利用耐熱性低的材料。例如除了釔穩定氧化鋯(Yttrium-stabilized zirconia，YSZ)、玻璃(glass)等的無機材料以外，還可列舉飽和聚酯(polyester)系樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)系樹脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)系樹脂、聚對苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate)系樹脂、聚苯乙烯(polystyrene)、聚環烯烴(polycycloolefin)、降[艸伯]烯(norbornene)樹脂、聚(三氟氯乙烯)(poly(chlorotrifluoroethylene))、交聯反丁烯二酸雙酯系樹脂、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)系樹脂、聚醚碸(Polyether Sulfone，PES)樹脂、聚碸(polysulfone)(PSF、PSU)樹脂、聚芳酯(Polyarylate，PAR)樹脂、碳酸烯丙基二甘醇酯(allyl diglycol carbonate)、環狀聚烯烴(cyclic polyolefine)(COP、COC)樹脂、纖維素(cellulose)系樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，PI)樹脂、聚醯胺-醯亞胺(Polyamide imide，PAI)樹脂、馬來醯亞胺-烯烴(maleimido-olefin)樹脂、聚醯胺(Polyamide，PA)樹脂、丙烯(acryl)系樹脂、氟系樹脂、環氧(epoxy)系樹脂、聚矽氧(silicone)系樹脂薄膜、聚吲哚(polybenzazole) 系樹脂、環硫(episulfide)化合物、液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer，LCP)、氰酸酯(cyanate)系樹脂、芳香族醚系樹脂等的有機材料等。除此以外，還可使用與氧化矽粒子的複合塑膠材料，與金屬奈米(nano)粒子、無機氧化物奈米粒子、無機氮化物奈米粒子等的複合塑膠材料，與金屬系、無機系的奈米纖維(fiber)及/或微纖維(micro fiber)的複合塑膠材料，與碳(carbon)纖維、碳奈米管(carbon nano tube)的複合塑膠材料，與玻璃鱗片(glass flake)‧玻璃纖維‧玻璃珠的複合塑膠材料，與黏土礦物或具有雲母衍生結晶構造的粒子的複合塑膠材料，於薄玻璃與上述單獨有機材料之間至少具有1次接合界面的積層塑膠材料或者藉由將無機層(例如SiO2、Al2O3、SiOxNy)與由上述材料構成的有機層交替積層而具有至少1次以上的接合界面的具有阻障性能的複合材料，不鏽鋼(stainless)或者將不鏽鋼與異種金屬積層所得的金屬積層材料，鋁基板或者藉由對表面實施氧化處理(例如，陽極氧化處理)而提高了表面的絕緣性的附有氧化被膜的鋁基板。於上述有機材料的情況下，較佳為尺寸穩定性、耐溶劑性、電絕緣性、加工性、低通氣性或低吸濕性等優異。
於本發明中，尤佳為使用具有可撓性的樹脂基板。作為樹脂基板的材料，較佳為透過率高的有機塑膠薄膜(plastic film)，例如可使用上述的合成樹脂。而且，於薄膜狀塑膠基板上，當絕緣性不夠充分時具備絕緣層，具備用於防止水分或氧透過的阻氣(gas barrier)層、及用於提 高薄膜狀塑膠基板的平坦性或者提高與電極或活性層的緊貼性的底塗(under coat)層等亦較佳。
此處，樹脂基板的厚度較佳設為50μm以上500μm以下。其原因在於，若將樹脂基板的厚度設為小於50μm，則基板自身將難以保持充分的平坦性。而且，若使樹脂基板的厚度厚於500μm，則基板本身難以自由彎曲，即基板本身缺乏可撓性。
基板的形狀、構造、大小等並無特別限制，可根據目的等而適當選擇。一般而言，作為基板的形狀，基於操作性、TFT的形成容易性等的觀點，較佳為板狀。基板的構造既可為單層構造，亦可為積層構造。而且，基板既可由單一構件構成，亦可由2個以上的構件構成。
<閘極電極>
作為第2步驟，於基板上形成閘極電極。
閘極電極是使用具有導電性者，例如可使用Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等的金屬，Al-Nd、APC等的合金，氧化錫，氧化鋅，氧化銦，氧化銦錫(ITO)，氧化鋅銦(IZO)等的金屬氧化物導電膜等而形成。例如，依照考慮與所用材料的適應性而自印刷方式、塗佈(coating)方式等的濕式方式，真空蒸鍍法、濺鍍法、離子濺鍍(ion plating)法等的物理方式，化學氣相沈積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)、電漿(plasma)CVD法等的化學方式等中適當選擇的方法來於基板上成膜。閘極電極的厚度較佳設為10nm以上1000nm以下。
成膜後，藉由光微影(photolithography)法來以規定 形狀進行圖案化(patterning)。此時，較佳為同時對閘極電極以及閘極配線進行圖案化。
<閘極絕緣膜>
作為第3步驟，於基板以及閘極電極上，形成閘極絕緣膜。
閘極絕緣膜是設為具有絕緣性者，例如亦可設為SiO2、SiNx、SiON、Al2O3、Y2O3、Ta2O5、HfO2等的絕緣膜或者包含兩種以上這些化合物的絕緣膜。閘極絕緣膜亦是依照考慮與所用材料的適應性而自印刷方式、塗佈方式等的濕式方式，真空蒸鍍法、濺鍍法、離子濺鍍法等的物理方式，CVD、電漿CVD法等的化學方式等中適當選擇的方法而於基板上成膜，並視需要藉由光微影法來以規定形狀進行圖案化。
再者，閘極絕緣膜必須具有用於降低漏電流(leak current)以及提高電壓耐性的厚度，但另一方面，若厚度過大，則會導致驅動電壓的上升。雖亦取決於閘極絕緣膜的材質，但閘極絕緣膜的厚度較佳為10nm~10μm，更佳為50nm~1000nm。
<活性層>
作為第4步驟，於閘極絕緣膜上，形成由非晶質氧化物半導體(IGZO膜)構成的活性層，該非晶質氧化物半導體含有In、Ga以及Zn，且當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2<b<2且1≦c≦2的範圍所規定。
較佳為，於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b＜2且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。更佳為，於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b≦1.5且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。最佳為，於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b≦1.5且1≦c≦2且c＞-5b+8的範圍內的活性層。
然而，於上述形成活性層的步驟中，亦可形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.2≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。而且，於上述形成活性層的步驟中，亦可形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。
作為活性層的成膜方法，較佳為將包含In、Ga以及Zn的氧化物半導體的多結晶燒結體作為靶材(target)並使用氣相成膜法來進行成膜。氣相成膜法中，更佳為濺鍍法以及脈衝雷射沈積法(PLD(Pulse Laser Deposition)法)，基於量產性的觀點，尤佳為濺鍍法。
例如，藉由濺鍍法或PLD法來將IGZO的非晶質膜以20 nm～150 nm的厚度進行成膜。成膜後的IGZO膜藉由X射線繞射法可確認為非晶質膜。而且，膜厚可藉由觸針式表面形狀測定而求出，組成比可藉由螢光X射線分析而求出。
作為使IGZO膜的組成比在上述範圍內的調整方法，例如可列舉於藉由濺鍍(sputter)的成膜方法中，使用1種以上的靶材以達到上述範圍內的組成比的方法。作為一例，可藉由多元的靶材來進行共濺鍍，並對各個靶材調整接通電力，藉此來改變膜的組成比。
在對非晶質IGZO膜進行成膜之後，必須藉由蝕刻(etching)來進行圖案化加工。若對活性層的圖案(pattern)加工以後所用的蝕刻液無耐性，則例如利用所謂的剝離法(lift-off)等來進行圖案形成的方法最為簡便。
IGZO膜的圖案加工可藉由光微影法與蝕刻法來進行。具體而言，對於在閘極絕緣膜上成膜的IGZO膜，藉由光微影來對作為活性層而殘存的部分形成光阻遮罩(resist mask)圖案，並利用鹽酸、硝酸、稀硫酸或者磷酸、硝酸以及醋酸的混合液(Al蝕刻液，關東化學(股)製)等的酸溶液來進行蝕刻，藉此形成活性層。例如，若使用包含磷酸、硝酸以及醋酸的水溶液，則可確實地去除IGZO膜的露出部分，因而較佳。
並且，於本發明的實施形態的TFT的製造方法中，包括在形成活性層之後，以240℃以下來對上述活性層進行熱處理的步驟。
此處，較佳為，於上述進行熱處理的步驟中，將活性層的導電度σ調整為10-6≦σ≦10-4(S/cm)的範圍內。而且，基於將導電度充分提高至例如10-6(S/cm)以上等的觀點，以75℃以上來對活性層進行熱處理亦較佳。進而，基於進一步增大可利用的基板種類或充分提高導電度的觀點，以180℃以下來對活性層進行熱處理亦較佳。進而，基於構成活性層的IGZO膜的缺氧的減少、導電度的調整、TFT的穩定性的觀點，於含有氧的氧化氣體環境下對活性層進行熱處理亦較佳。
由於如此般以240℃以下的低溫來進行熱處理，因此熱處理所需的時間亦變短，加熱爐的消耗電力亦可降低。而且，耐熱性低的基板，例如融點為約264℃的聚萘二甲酸乙二醇酯亦可用於TFT。
進而，即使考慮到耐熱性而實施低溫的熱處理，由於本發明實施形態的TFT的活性層是以由非晶質氧化物半導體構成的方式而形成，該非晶質氧化物半導體當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2＜b＜2且1≦c≦2的範圍所規定，因此TFT的上升電壓Von、Vth或S值等的電晶體特性不會發生惡化。
如後述的實例所示，本發明者等人發現：若使構成活性層的非晶質氧化物半導體在上述組成範圍內，則能夠以低溫熱處理來使TFT的上升電壓Von、臨限值電壓Vth、S值以及移動度等的電晶體特性得到飛躍性提高。
進而發現：即使於低溫的熱處理下，亦可與400℃以上的高溫熱處理同樣地，調整至作為TFT的活性層而較佳的導電度的範圍即10-6≦σ≦10-4(S/cm)。
而且，由於是以低溫來進行熱處理，因此構成活性層的非晶質氧化物半導體亦無發生結晶化之虞。
進而，藉由將活性層調整至上述組成範圍內，對於波長在400 nm～420 nm的可見光短波長區域內的光，亦可減少光吸收。因此，即使將本實施形態的TFT用於有機電致發光(Electroluminescence，EL)顯示裝置，並自發光層照射包含藍色光的光，該TFT對於照射光亦不會受到影響而可穩定地動作。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。例如，已說明了對IGZO膜進行濕式蝕刻(wet etching)而進行圖案加工的情況，但亦可藉由乾式蝕刻(dry etching)來進行圖案加工，還可使用蔭罩幕(shadow mask)來形成活性層。而且，亦可於活性層的形成後設置保護活性層的保護層。進而，活性層亦可為積層多層電阻率各不相同的層而構成。
進而，活性層的熱處理步驟只要在使IGZO膜(活性層)成膜之後，則無論何時進行皆可，例如亦可在IGZO膜的圖案加工前或圖案加工之後、保護層形成之後或TFT的製作之後進行。進而，熱處理步驟亦可並非僅進行1次而進行多次，例如亦可在活性層的形成之後進行熱處理，且在保護層形成之後亦進行熱處理。
＜源極‧汲極電極＞
作為第5步驟，於活性層以及閘極絕緣膜之上形成用以形成源極‧汲極電極的金屬膜。
金屬膜具有作為電極以及配線的導電性，只要利用可藉由蝕刻進行圖案加工的金屬來以覆蓋活性層的方式形成即可。具體而言，可列舉Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、Ag等的金屬，Al-Nd、APC等的合金，氧化錫、氧化鋅、氧化銦、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等的金屬氧化物導電膜，聚苯胺(polyaniline)、聚噻吩(polythiophene)、聚吡咯(polypyrrole)等的有機導電性化合物，或者該些材料的混合物。
尤其，基於成膜性、導電性、圖案化性等的觀點，較佳為由Al或以Al為主成分並包含Nd、Y、Zr、Ta、Si、W以及Ni的至少一種的金屬構成的層(Al系金屬膜)，或者自氧化物半導體膜側分別藉由濺鍍、蒸鍍等的方法來對由Al或以Al為主成分並包含Nd、Y、Zr、Ta、Si、W以及Ni的至少一種的金屬構成的第1層、與以Mo或Ti為主成分的第2層進行成膜並積層。此處，所謂「主成分」，是指構成金屬膜的成分中的含量(質量比)最多的成分，較佳為50質量%以上，更佳為90質量%以上。
於頂部接觸型的情況下，由於已形成有活性層，因此金屬膜的厚度並無如在源極‧汲極電極之後形成活性層時的限制，可形成為較厚。若考慮到成膜性、藉由蝕刻的圖案加工性、導電性(低電阻化)等，則源極‧汲極電極以及作為與其連接的配線的金屬膜的總厚較佳設為10 nm以上1000 nm以下。
而且，於使Al系金屬膜(第1層)與以Mo或Ti為主成分的Mo系金屬膜或Ti系金屬膜(第2層)積層的情況下，較佳為，第1層的厚度設為10 nm以上1000 nm以下，第2層的厚度設為1 nm以上300 nm以下。
繼而，藉由對金屬膜進行蝕刻來圖案加工，形成與活性層接觸的源極電極以及汲極電極。此處，於使金屬膜殘留的部分，藉由光微影法來形成光阻遮罩，例如使用於磷酸以及硝酸中添加有醋酸或硫酸的酸溶液來進行蝕刻，以形成源極電極以及汲極電極的至少一者。基於步驟的簡化等的觀點，較佳為同時對源極‧汲極電極以及與該些電極連接的配線(資料(data)配線等)進行圖案加工。
再者，本發明並不限定於上述實施形態。例如，已說明了對金屬膜進行濕式蝕刻而進行圖案加工的情況，但亦可藉由乾式蝕刻來進行圖案加工，還可使用蔭罩幕來形成源極‧汲極電極。
2.顯示裝置
本發明實施形態的顯示裝置的製造方法包含上述場效電晶體的製造方法，其他構成的製造方法亦可採用公知的任何製造方法。
對於本發明實施形態的顯示裝置的製造方法，舉有機EL顯示裝置為一例來進行說明。
圖3是表示本發明的實施形態的顯示裝置的一例的示意圖。
於有機EL顯示裝置100中，基板102為可撓性支持體，是PEN等的塑膠薄膜，且為獲得絕緣性而於表面具有基板絕緣層104。於其上設置經圖案化的彩色濾光層(color filter)106。驅動TFT部具有閘極電極108，進而於閘極電極108上設置閘極絕緣膜110。於閘極絕緣膜110的一部分，開設有連接孔(connection hole)以用於電性連接。於驅動TFT部設有活性層112，並於其上設置有源極電極114以及汲極電極116。汲極電極116與有機EL元件的畫素電極(陽極)118為連續的一體，且由同一材料‧同一步驟形成。開關TFT的汲極電極與驅動TFT藉由連接電極120而以連接孔電性連接。進而，除了畫素電極部的有機EL元件所形成的部分以外，整體由絕緣膜122覆蓋。於畫素電極部上，設有包含發光層的有機層124以及陰極126而形成有機EL元件部。
此處，本實施形態的驅動TFT或/及開關TFT的活性層以由非晶質氧化物半導體構成的方式而形成，該非晶質氧化物半導體含有In、Ga以及Zn，且當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2＜b＜2且1≦c≦2的範圍所規定，並且該活性層於IGZO膜的成膜之後、圖案化之後等的時刻(timing)，在上述方法‧條件之下以低溫受到熱處理。
因而，由可撓性支持體構成的基板102不會熔融。
而且，藉由活性層的組成比的調整與低溫熱處理的組合，可使TFT的上升電壓Von、臨限值電壓Vth或S值等的電晶體特性得到飛躍性提高。
進而，藉由將活性層調整至上述組成範圍內，對於波長在400 nm～420 nm的可見光短波長區域內的光，亦可減少光吸收。因此，即使自發光層對活性層照射包含藍色光的光，TFT對於照射光亦不會受到影響而可穩定地動作。
3.應用
上述有機EL顯示裝置100在包含行動電話顯示器(display)、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)、電腦顯示器(computer display)、汽車的資訊顯示器、電視螢幕(TV monitor)或者普通照明的廣泛領域中得到應用。
而且，除了上述有機EL顯示裝置100以外，本發明的實施形態的場效電晶體亦可適用於X射線攝影裝置或光感測器等。
[實例]
以下，對於本發明的場效電晶體的製造方法、顯示裝置的製造方法、X射線攝影裝置的製造方法以及光感測器的製造方法，藉由實例來進行說明，但本發明並不受該些實例任何限定。
＜實例1＞
於本發明的實例1中，製作具有In：Ga：Zn=0.7：1.3：1.0的組成比的IGZO膜。
具體而言，藉由利用InGaZnO4、ZnO以及Ga2O3的各靶材的共濺鍍法，於25 mm見方的石英玻璃上製作實例1的IGZO膜。該些靶材是使用豐島製作所公司製(純度99.99%)的靶材。再者，當使用InGaZnO4靶材以及Ga2O3靶材時，藉由射頻(Radio Frequency，RF)濺鍍來進行成膜，當使用ZnO靶材時，藉由直流(Direct-Current，DC)濺鍍來進行成膜。當使用ZnO靶材時，一般而言ZnO靶材的電阻較高而多藉由RF濺鍍來進行成膜，但基於可藉由DC濺鍍來成膜或量產性的觀點而採用DC濺鍍。
成膜後的IGZO膜以180℃、300℃或600℃進行熱處理。該熱處理是在氧氣體環境控制爐(Fujifilm股份有限公司特注爐)內設置IGZO膜後，以流量200 sccm進行氧取代之後進行。熱處理條件是，將升溫速率設為8.3℃/分鐘，自室溫升溫至規定溫度為止，將該溫度保持1小時後自然冷卻，且自熱處理開始直至IGZO膜的取出為止，使上述氧持續流動。
＜實例2＞
於本發明的實例2中，製作具有In：Ga：Zn=0.5：1.5：1.0的組成比的IGZO膜。再者，該IGZO膜是除了組成比的變更以外，使用與實例1相同的成膜方法而製作。
成膜後的IGZO膜以180℃、300℃或600℃進行熱處理。熱處理的方法‧條件與實例1的方法‧條件相同。
＜比較例1＞
於比較例1中，製作具有In：Ga：Zn=1.1：0.9：1.0的組成比的IGZO膜。再者，該IGZO膜是除了組成比的變更以外，使用與實例1相同的成膜方法而製作。
成膜後的IGZO膜以180℃、300℃或600℃進行熱處理。熱處理的方法‧條件與實例1的方法‧條件相同。
再者，實例1～實例2以及比較例1的IGZO膜的成膜條件如表1所示。
＜實例3＞
於本發明的實例3中，製作活性層由具有In：Ga：Zn=0.7：1.3：1.0的組成比的IGZO膜構成的TFT。
具體而言，於附有熱氧化膜的Si基板上，使具有上述各組成比的IGZO膜成膜之後，藉由混酸系的鋁蝕刻液來實施圖案化而製作活性層。再者，構成活性層的IGZO膜的成膜方法‧條件與實例1相同。但是，關於膜厚，以實例1中成膜的IGZO膜的膜厚以及成膜時間為基準來調整成膜時間，以使膜厚達到50 nm。關於後述的組成比有所改變的場效電晶體，亦調整成膜時間以使膜厚達到50 nm。
活性層的製作後，將ITO作為源極‧汲極電極來進行成膜，藉此來製作以Si基板作為閘極電極、以熱氧化膜(100 nm)作為閘極絕緣膜的TFT。
所製作的TFT以180℃進行熱處理。TFT的熱處理是在桌上馬弗(Muffle)爐(Denken公司製KDF-75)內設置TFT後，以流量200 sccm來進行氧取代之後進行。熱處理條件是，將升溫速率設為8.3℃/分鐘，自室溫升溫至180℃為止，將該溫度保持1小時後自然冷卻，且自熱處理開始直至TFT的取出為止，使上述氧持續流動。
＜比較例3＞
對於比較例3的TFT，製作活性層由具有In：Ga：Zn=1.1：0.9：1.0的組成比的IGZO膜構成的TFT。再者，該TFT是除了活性層的組成比的變更以外，使用與實例3相同的製作方法‧條件而製作。
所製作的TFT以180℃進行熱處理。熱處理的方法‧條件與實例3的方法‧條件相同。
-薄膜評價-
對於實例1～實例2以及比較例1的熱處理前後的IGZO膜，分別進行X射線繞射測定、組成比、電特性、熱脫附氣相分析的各評價。將組成比、結晶性、電特性評價的結果示於表2。以下，對於各評價，分別進行詳述。
(X射線繞射測定)
所製作的所有IGZO膜的繞射強度是使用測定裝置Rint-Ultima III(Rigaku公司製)，並藉由眾所周知的X射線繞射法來進行測定。如表2所示，測定的結果可確認，所有IGZO膜皆為非晶質。
(組成比的評價)
所製作的所有IGZO膜的組成比是藉由螢光X射線分析(裝置：PANalytical公司製AXIOS型)來確定。具體而言，首先，藉由ICP來測定各In、Ga以及Zn元素的元素濃度已確定的標準試料的螢光X射線強度。繼而，於標準試料的各元素濃度與螢光X射線強度之間製作標準曲線。最後，進行未知試料的螢光X射線分析，使用所製作的標準曲線來確定組成比。
如表2所示，確定組成比的結果可確認，各IGZO膜分別達到上述所示的組成比。
(電特性)
所製作的所有IGZO膜的電特性(片電阻、電阻率、導電度)是使用電阻率計(三菱化學公司製Hiresta MCP-HT450)來測定。
如表2所示，電特性在熱處理前後變化明顯。
圖4表示因熱處理溫度造成的IGZO膜的導電度的變化情況。再者，圖中的25℃時的曲線圖(plot)表示熱處理前的各IGZO膜的導電度。而且，圖中的b表示Ga的組成比。
如圖4所示，使Ga的組成比b增大的實例1以及實例2的IGZO膜的導電度在熱處理溫度為180℃附近時具有極大值，於低溫的熱處理中呈現出大的變化。另一方面，比較例1的IGZO膜的導電度不具有極大值，呈現出隨著熱處理溫度變高而逐漸增大的傾向。
而且，作為TFT的活性層而有效的導電度σ為10-9≦σ≦10-2(S/cm)，較佳為10-6≦σ≦10-4(S/cm)，但實例1以及實例2的IGZO膜的導電度即使以低溫或高溫進行熱處理，仍在10-9≦σ≦10-2(S/cm)的範圍內。而且可知，實例1以及實例2的IGZO膜的導電度在熱處理溫度為180℃附近時具有極大值，因此即使以75℃以上240℃以下的低溫進行熱處理，仍可獲得與藉由400℃等的高溫熱處理所獲得的導電度大致相同的值。而且可知，於Ga的組成比b為b=1.3的實例1中，藉由以75℃以上240℃以下的低溫來進行熱處理，可將導電度σ調整至作為TFT的活性層而較佳的10-6≦σ≦10-4(S/cm)的範圍內。同樣可知，於Ga的組成比b為b=1.5的實例2中，藉由以140℃以上200℃以下的低溫來進行熱處理，可將導電度σ調整至作為TFT的活性層而較佳的10-6≦σ≦10-4(S/cm)的範圍內。
(熱脫附氣相分析)
具有比較例1的組成比的IGZO膜的熱脫附氣相分析是使用熱脫附氣相分析裝置(電子科學公司製EMD-WA1000S)來進行。將關於脫附成分中的Zn的分析結果示於圖5。此處，縱軸表示原子質量數64的離子(ion)強度。而且，由於原子質量數64、66以及68的離子強度根據Zn+離子的同位素存在比率而發生變化，因而可判明脫附氣體為Zn。
其結果可確認，以熱處理溫度248℃為界，脫附氣體的強度開始增加。再者，該結果被認為亦可適用於具有實例1、實例2的組成比的IGZO膜的熱脫附氣相分析中。
因而可以說，為了既保持IGZO膜的組成比，又進行熱處理，較佳為240℃以下的熱處理溫度。
-熱處理前後的TFT特性-
關於實例3以及比較例3的TFT，對熱處理前後的TFT特性(Vg-Id特性、上升電壓Von、臨限值電壓Vth、移動度μ、S值)進行評價。TFT特性的評價是在使乾燥大氣流動20分鐘以上之後，於暗處‧乾燥大氣氣體環境下進行。再者，Vg-Id特性是於Vd=10 V時進行評價。
表3表示實例3以及比較例3的TFT在熱處理前後的TFT特性的評價結果。而且，圖6表示活性層具有組成比為a=0.7、b=1.3、c=1.0的IGZO膜的實例3的TFT在熱處理前後的Vg-Id特性的測定結果。同樣地，圖7表示活性層具有組成比為a=1.1、b=0.9、c=1.0的IGZO膜的比較例3的TFT在熱處理前後的Vg-Id特性的測定結果。
如圖7以及表3所示，比較例3的經過180℃的熱處理之後的TFT的導通斷開比為3.6×107，雖可獲得TFT的導通斷開，但上升電壓Von極端位於負側。即可知，於低溫(180℃)的熱處理中無法作為TFT而發揮功能。
而且，與熱處理前進行比較可確認，Vg-Id特性較大地發生負偏移。進而，斷開電流雖未發生較大變化，但導通電流因熱處理而較大增加。關於上升電壓Von，熱處理前為Von=1.0 V，與此相對，熱處理後為Von=-37 V，亦較大地發生負偏移(Von：設為獲得Id=1×10-10 A時的Vg值)。而且，臨限值電壓Vth亦發生負偏移。
此處，上升電壓Von或臨限值電壓Vth較佳為0 V附近，但比較例3的經過180℃的熱處理後的TFT與熱處理前相比，上升電壓或臨限值電壓發生惡化。
而且，關於S值亦可知，由於進行熱處理，因而值變大而發生惡化。
另一方面，如圖6以及表3所示，實例3的經過180℃的熱處理之後的TFT與熱處理前相比較，Vg-Id特性較大地發生負偏移。斷開電流呈現大致相同的值，導通電流有所增加。導通斷開比為9.8×107，可獲得TFT的導通斷開。
關於上升電壓Von已知，於熱處理前的情況下為Von=14.5 V，但熱處理後接近0 V附近而達到Von=0.8 V，呈現出良好的值(Von：設為獲得Id=1×10-11 A時的電壓Vg值)。關於臨限值電壓Vth亦同樣可知，由於進行熱處理而接近0 V附近，呈現出良好的值。
而且，關於S值亦可知，由於進行熱處理而值變小，從而有所提高。
以上的結果為，本實例3的TFT即使實施低溫的熱處理，但由於是以由非晶質氧化物半導體構成的方式而形成活性層，該非晶質氧化物半導體含有In、Ga以及Zn，且當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2＜b＜2且1≦c≦2的範圍所規定，因此仍可使TFT的上升電壓Von、臨限值電壓Vth、S值以及移動度等的電晶體特性得到飛躍性提高。這是在比較例3的TFT中未能呈現的效果。
再者，藉由將活性層調整至上述組成範圍內，從而例如圖8所示，對於波長在400 nm～420 nm的可見光短波長區域內的光，可減少光吸收。因此，即使將本實施形態的TFT用於有機EL顯示裝置，並自發光層照射包含藍色光的光，該TFT對於照射光亦不會受到影響而可穩定地動作。這是在比較例3的TFT中未能呈現的效果。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、30．．．TFT(場效電晶體)
12、32．．．基板
14、42、108．．．閘極電極
16、40．．．閘極絕緣層
18、34、112．．．活性層
20、36、114．．．源極電極
22、38、116．．．汲極電極
100．．．顯示裝置
102‧‧‧基板
104‧‧‧基板絕緣層
106‧‧‧彩色濾光器層
110‧‧‧閘極絕緣膜
118‧‧‧畫素電極(陽極)
120‧‧‧連接電極
122‧‧‧絕緣膜
124‧‧‧有機層
126‧‧‧陰極
圖1是表示本發明的實施形態的TFT且為底閘極構造之TFT的一例的示意圖。
圖2是表示本發明的實施形態的TFT且為頂閘極構造的TFT的一例的示意圖。
圖3是表示本發明的實施形態的顯示裝置的一例的示意圖。
圖4是表示因熱處理溫度造成的IGZO膜的導電度的變化情況的圖。
圖5是表示脫附成分中關於Zn的分析結果的圖。
圖6是表示活性層具有組成比為a=0.7、b=1.3、c=1.0的IGZO膜的實例3的TFT在熱處理前後的Vg-Id特性的測定結果的圖。
圖7是表示活性層具有組成比為a=1.1、b=0.9、c=1.0的IGZO膜的比較例3的TFT在熱處理前後的Vg-Id特性的測定結果的圖。
圖8是表示使單色(monochroic)光的波長發生變化而對實例3的TFT的活性層照射時的Vg-Id特性進行測定的結果的圖。

Claims (14)

  1. 一種場效電晶體的製造方法，包括：形成由非晶質氧化物半導體構成的活性層，該非晶質氧化物半導體含有In、Ga以及Zn，且當各元素的組成比設為In：Ga：Zn=a：b：c時，由a+b=2且1.2<b<2且1≦c≦2的範圍所規定；以及於氧化氣體環境下以240℃以下對上述活性層進行熱處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，將上述活性層的導電度σ調整為10-6≦σ≦10-4(S/cm)的範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，以75℃以上對上述活性層進行熱處理。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述進行熱處理的步驟中，以180℃以下對上述活性層進行熱處理。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b<2且1≦c≦2且c>-5b+8的範圍內的活性層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在b≦1.5且1≦c≦2且c>-5b+8的範圍內 的活性層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b≦1.5且1≦c≦2且c>-5b+8的範圍內的活性層。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.2≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之場效電晶體的製造方法，其中於上述形成活性層的步驟中，形成上述Ga與Zn的組成比b、c在1.3≦b且1≦c且c≦-5b+8的範圍內的活性層。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法，其中將上述場效電晶體形成於樹脂基板上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之場效電晶體的製造方法，其中作為上述樹脂基板，使用由聚萘二甲酸乙二醇酯構成的基板。
  12. 一種顯示裝置的製造方法，其包括如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法。
  13. 一種X射線攝影裝置的製造方法，其包括如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法。
  14. 一種光感測器的製造方法，其包括如申請專利範圍第1項或第2項所述之場效電晶體的製造方法。
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