WO2012173064A1 - 非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタ - Google Patents

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WO2012173064A1
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infrared
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梅田　賢一
田中　淳
鈴木　真之
下田　達也
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an amorphous oxide thin film and a thin film transistor.
  • Transparent amorphous oxide semiconductors including amorphous oxide thin films are referred to as "IGZO"
  • IGZO In-Ga-Zn-O
  • TAOS Transparent Amorphous Oxide Semiconductor
  • liquid phase method Thin Film Transistor fabrication by a liquid phase process
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-258058 discloses a non-converting semiconductor precursor film to an amorphous metal oxide semiconductor film by heat-treating a semiconductor precursor film formed on a substrate and irradiating an electromagnetic wave.
  • a method for producing a crystalline oxide thin film is disclosed.
  • JP 2010-2558058 discloses that a semiconductor precursor film is formed and then cleaned by a dry cleaning process such as oxygen plasma or UV ozone cleaning before the semiconductor conversion process (before the heat treatment). It is also disclosed that it is preferable to decompose and wash organic substances that cause impurities and eliminate organic components other than metal components.
  • the present invention has been made in view of the above-described facts, and an object thereof is to provide a method for producing an amorphous oxide thin film and a thin film transistor that improve film quality.
  • the selective change in the binding state of the organic component in the pretreatment step is an infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film is measured by Fourier transform infrared spectroscopy. including changes to the corresponding to the reduction in the peak derived from the organic components in the wave number 1500 cm -1 or 1600 cm -1 or less in the range of infrared, method for producing an amorphous oxide thin film according to ⁇ 1>.
  • the selective change in the binding state of the organic component in the pretreatment step is an infrared absorption spectrum obtained when measured by Fourier transform infrared spectroscopy on the second oxide precursor film,
  • the pretreatment step is 0.37 or less when the 1 peak at 1500 cm -1 or 1600 cm -1 the following range before, method for producing an amorphous oxide thin film according to ⁇ 2>.
  • the pretreatment step is 0.11 or less when the 1 peak at 1500 cm -1 or 1600 cm -1 the following range before, method for producing an amorphous oxide thin film according to ⁇ 4>.
  • ⁇ 6> The method for producing an amorphous oxide thin film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein the pretreatment step is a light treatment step.
  • the pretreatment step is a light treatment step.
  • the first oxide precursor film is irradiated with ultraviolet rays.
  • the pretreatment step in an infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film is measured by Fourier transform infrared spectroscopy, an infrared wave number of 1380 cm ⁇ 1 or more and 1520 cm ⁇ 1 or less is obtained.
  • the wave number of infrared rays is 1380 cm ⁇ 1 or more and 1520 cm ⁇ 1 or less.
  • the method for producing an amorphous oxide thin film according to ⁇ 8> wherein the light treatment is performed using a total energy amount of 6 times or less.
  • the post-treatment step is a heat treatment step in which heat treatment is performed at a temperature of 425 ° C. or higher.
  • the composition of the inorganic component is such that InGaZnO 4- ⁇ (where ⁇ is an oxygen non-stoichiometric amount) appears in a single phase as a crystal phase in the heat treatment step above the crystallization temperature, ⁇ 11
  • the method further includes a formation step of forming the first oxide precursor film by a liquid phase method using a solution containing a metal alkoxide or an organic acid salt.
  • 12> The manufacturing method of the amorphous oxide thin film as described in any one of 12>.
  • ⁇ 14> A thin film transistor using, as an active layer, an amorphous oxide thin film produced by the method for producing an amorphous oxide thin film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>.
  • ⁇ 15> A thin film transistor using an amorphous oxide thin film produced by the method for producing an amorphous oxide thin film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13> as an insulating layer.
  • ⁇ 16> A thin film transistor using, as a conductive layer, an amorphous oxide thin film produced by the method for producing an amorphous oxide thin film according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 13>.
  • FIG. 1 is a process diagram of a method for producing an amorphous oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing an example of a top contact type TFT having a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing an example of a bottom contact type TFT with a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2C is a schematic diagram showing an example of a top contact type TFT with a bottom gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing an example of a top contact type TFT having a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing an example of a bottom contact type TFT with a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2D is a schematic view showing an example of a bottom contact type TFT with a bottom gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a part of a liquid crystal display device according to an embodiment of the electro-optical device of the invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of electrical wiring of the liquid crystal display device shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a part of an active matrix organic EL display device according to an embodiment of the electro-optical device of the invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of electric wiring of the electro-optical device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic sectional view of a part of an X-ray sensor which is an embodiment of the sensor of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram of electrical wiring of the sensor shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing the TG-DTA measurement results for the dry gel of the example.
  • FIG. 10 shows XRD measurement results for the first oxide precursor film of the example.
  • FIG. 11 is a diagram showing a measurement result of FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum measurement for each second oxide precursor film.
  • Figure 12 is an enlarged view of an infrared absorption spectrum in the range 1750 cm -1 following wave numbers 1350 cm -1 or more infrared shown in Figure 11.
  • FIG. 13 is a diagram showing measurement results obtained by performing FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum measurement on each film after heat-treating a plurality of first oxide precursor films at various temperatures. It is a figure which shows the XRD measurement result of the sample which heat-processed after UV ozone treatment. It is a figure which shows the XRD measurement result of the sample which has not performed UV ozone treatment.
  • FIG. 16 is a diagram showing process diagrams of a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 400 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. FIG. 18 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 425 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. 19 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 450 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, and 90 minutes.
  • FIG. FIG. 20 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 500 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. 21 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 600 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the on / off ratio obtained from the Vg-Id characteristics shown in FIGS. 17 to 21 and the UV irradiation time.
  • FIG. 23 is a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 24 is a diagram showing the relationship between the mobility obtained from the Vg-Id characteristics shown in FIGS. 17 to 21 and the UV irradiation time.
  • FIG. 25 is a diagram showing the Vg-Id characteristics of the TFT of Example 4 and the TFT of Comparative Example 1.
  • FIG. 26 is a graph plotting the relationship between the heat treatment temperature (except at 400 ° C.) and the mobility of the TFT of Example 4 and the TFT of Comparative Example 1.
  • FIG. 27 is a diagram showing XPS data of each measurement sample.
  • FIG. 28 is a diagram showing measurement results obtained by performing FT-IR spectrum measurement on each second oxide precursor film.
  • Figure 29 is an enlarged view of an infrared absorption spectrum in the range 1750 cm -1 following wave numbers 1350 cm -1 or more infrared shown in Figure 28.
  • FIG. 30 is a view showing process drawings of a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a graph showing Vg-Id characteristics of the thin film transistor obtained in the example.
  • FIG. 32 is a diagram showing Vg-Id characteristics of a thin film transistor in which UV ozone treatment is omitted.
  • FIG. 33 is a graph plotting the relationship between the heat treatment temperature and the mobility of the thin film transistor.
  • FIG. 34 is a diagram showing an FT-IR spectrum of each dry gel.
  • a method for producing an amorphous oxide thin film according to an embodiment of the present invention includes: a first oxide precursor film containing an organic component and In; In the infrared absorption spectrum obtained when the bonding state of the organic component is selectively changed below the thermal decomposition temperature and measured by Fourier transform infrared spectroscopy, the infrared wave number ranges from 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • the “thermal decomposition temperature” is a temperature at which the weight loss due to the exothermic reaction ends when the TG-DTA measurement is performed on the first oxide precursor film, for example, 425 ° C.
  • the above “removing the organic component” may not only remove the entire organic component but also remove a part of the organic component. And the film quality of the amorphous oxide thin film obtained can be improved by using such a manufacturing method.
  • FIG. 1 is a process diagram of a method for producing an amorphous oxide thin film according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate 2 for forming an amorphous oxide thin film is prepared.
  • the structure of the substrate 2 may be a single layer structure or a laminated structure.
  • the material of the substrate 2 is not particularly limited, and for example, an inorganic substrate such as glass or YSZ (yttrium stabilized zirconium), a resin substrate, a composite material thereof, or the like can be used. Among these, a resin substrate and a composite material thereof are preferable in terms of light weight and flexibility.
  • the resin substrate is preferably excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, low moisture absorption, and the like.
  • the resin substrate may include a gas barrier layer for preventing permeation of moisture and oxygen, an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate and adhesion with the lower electrode, and the like.
  • the thickness of the substrate 2 in the present invention is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and more preferably 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the thickness of the substrate 2 is 50 ⁇ m or more, the flatness of the substrate 2 itself is further improved.
  • the thickness of the substrate 2 is 500 ⁇ m or less, the flexibility of the substrate 2 itself is further improved, and the use as a substrate for a flexible device becomes easier.
  • the organic component and In are contained on the substrate 2 by using a liquid phase method such as spin coating, inkjet, dispenser, screen printing, relief printing, or intaglio printing.
  • 1 oxide precursor film 4 that is, a precursor film of an amorphous oxide thin film according to the present embodiment is formed.
  • the first oxide precursor film 4 preferably contains an inorganic component containing In and at least one selected from Ga, Zn and Sn, and contains an inorganic component containing In, Ga and Zn. More preferably.
  • the composition of the inorganic component was temporarily heat-treated at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature in a post-processing step described later.
  • the composition is such that InGaZnO 4- ⁇ (where ⁇ is an oxygen non-stoichiometric amount) appears as a single phase as a crystal phase.
  • An amorphous oxide thin film obtained by a conventional manufacturing method with the above composition has low TFT characteristics such as mobility when used as an active layer of a thin film transistor, and has been in a state that is difficult to put into practical use.
  • TFT characteristics such as mobility when used as an active layer of a thin film transistor
  • By passing through the manufacturing method of this embodiment it is possible to improve TFT characteristics that can be put into practical use even with the above composition. Further, outside the above composition range, the TFT characteristics are good even with the conventional manufacturing method, but the TFT characteristics can be further improved by passing through the manufacturing method of the present embodiment.
  • Various solutions can be used as the solution used in the liquid phase method, but a solution containing a metal alkoxide or an organic acid salt is preferably used.
  • a solution containing a metal alkoxide from the viewpoint that a process for removing unnecessary impurity components (such as nitric acid and chlorine) is unnecessary and from the viewpoint of suppressing the generation of toxic gases.
  • another thin film such as an electrode or an insulating film as described later may be disposed between the substrate 2 and the precursor film 4.
  • the complex group of the organic acid salt include a ⁇ -diketone complex group, a ⁇ -ketocarboxylic acid ester complex group, a ⁇ -ketocarboxylic acid complex group, and a ketooxy group (ketooxy complex group).
  • Examples of ⁇ -diketone complexes include 2,4-pentanedione (also referred to as acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6, Examples thereof include 6-tetramethyl-3,5-heptanedione, 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione, and the like.
  • Examples of the ⁇ -ketocarboxylic acid ester complex include acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid ethyl ester, acetoacetic acid propyl ester, ethyl trimethylacetoacetate, methyl trifluoroacetoacetate and the like.
  • Examples of ⁇ -ketocarboxylic acid include acetoacetic acid and trimethylacetoacetic acid.
  • the acyloxy group include an acetoxy group (or acetoxy group), a propionyloxy group, a butyryloxy group, an acryloyloxy group, and a methacryloyloxy group. These groups preferably have 18 or less carbon atoms. Further, it may be linear or branched, or a hydrogen atom may be a fluorine atom.
  • the metal alkoxide solution contains at least a metal alkoxide compound represented by the following general formula I. M (OR) n Formula [I]
  • M in the formula [I] is a metal element, and n is an integer of 1 or more.
  • the metal alkoxide solution preferably contains a metal alkoxide compound represented by the following general formulas II and III and has a viscosity of 1 to 100 mPa ⁇ s. Zn (OR 1 ) 2 ... [II] M (OR 2 ) 3 ... [III]
  • a metal alkoxide solution it is possible to obtain a metal oxide nanoparticle having good semiconductor characteristics even in an amorphous state by heating the solution itself, so that a semiconductor thin film can be easily formed. Because.
  • a metal alkoxide compound in which M is In in the general formula II is present in the solution.
  • a metal alkoxide compound in which M is Ga and a metal alkoxide compound in which M is In are present in the solution.
  • a metal alkoxide compound in which M is Al and a metal alkoxide compound in which M is In are present in the solution.
  • the metal alkoxide compounds represented by the above general formulas I to III may be present alone in the metal alkoxide solution, or a part of them may be linked to form a composite alkoxide.
  • the ratio Zn / M is preferably in the range of 0.2 to 10 in each compound and / or composite alkoxide in the metal alkoxide solution. If it is less than 0.2, the raw material cost becomes high. On the other hand, if it exceeds 10, the Zn component becomes excessive and crystals of zinc oxide are generated, making it difficult to form composite oxide nanoparticles.
  • the range of Zn / M is preferably in the range of 0.2 to 1.5, more preferably in the range of 0.5 to 1.3 from the viewpoint of electrical characteristics.
  • R, R 1 and R 2 may be the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms. It may be. When the number of carbon atoms exceeds 20, the distance between metal molecules becomes long, and an alkyl group may remain in the metal oxide when forming a thin film, which is not preferable.
  • the substituent include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, an amino group (the hydrogen atom of the amino group may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, a hydroxyl group And so on.
  • Examples of such compounds corresponding to the general formulas I to III include zinc ethoxide, zinc ethoxy ethoxide, zinc dimethylamino ethoxide, zinc methoxy ethoxide, indium isopropoxide, indium-n-butoxide, indium methoxy ethoxy. , Indium diethylamino ethoxide, gallium ethoxide, gallium isopropoxide, aluminum isopropoxide, aluminum-n-butoxide, aluminum-s-butoxide, aluminum-t-butoxide, aluminum ethoxide, aluminum ethoxyethoxy ethoxide, iron Examples thereof include isopropoxide.
  • the metal alkoxide compounds of the general formulas II and III are preferably contained in a total concentration of Zn and M of 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass. If the amount is less than 0.5% by mass, a uniform thin film may not be formed. If the amount exceeds 20% by mass, a sufficiently thin film may not be formed.
  • the viscosity of the nanoparticle dispersion varies depending on the application means, but for example, in the case of an inkjet or a dispenser, it is desirable that the viscosity is 1 to 100 mPa ⁇ s, preferably 1 to 20 mPa ⁇ s from the viewpoint of ejectability.
  • the viscosity of the nanoparticle dispersion liquid can be measured with a commercially available viscometer, for example, a vibration viscometer VISCOMATE (manufactured by CBC Materials Co., Ltd.).
  • the metal alkoxide solution contains a suitable solvent for dissolving the metal alkoxide compound.
  • suitable solvent include water, alcohols, amino alcohols, glycols, and the like, and at least one high-boiling solvent represented by the following general formula IV is included from the viewpoints of dispersion stability and drying properties. It is further preferable.
  • R 3 represents a substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, cycloalkyl group, or aryl group having 2 to 12 carbon atoms.
  • alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and an octyl group.
  • Examples of the alkenyl group include a butenyl group and a propenyl group
  • examples of the cycloalkyl group include a cyclohexyl group
  • examples of the aryl group include a phenyl group.
  • substituent for the alkyl group or alkenyl group include an alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, methoxyethoxy group, phenoxy group, etc.), hydroxyl group, amino group and the like.
  • substituents for the cycloalkyl group and the aryl group include an alkyl group (methyl group, ethyl group, hydroxyethyl group, etc.), an alkoxy group (methoxy group, ethoxy group, isopropoxy group, methoxyethoxy group, phenoxy group). Etc.), hydroxyl groups, amino groups and the like.
  • Particularly preferred substituents include dialkylamino groups (dimethylamino group, diethylamino group, di-n-propylamino group, diisopropylamino group, di-n-butylamino group, di-t-butylamino group, etc.). .
  • the boiling point of the high boiling point solvent represented by the general formula IV is 120 ° C. to 250 ° C., and preferably 130 ° C. to 200 ° C. from the viewpoint of reducing the load during drying. If the boiling point is less than 120 ° C., the drying rate is high and it is difficult to obtain sufficient smoothness, and if it exceeds 250 ° C., it tends to remain when a thin film is formed.
  • Examples of the high boiling point solvent corresponding to the general formula IV include 2-ethoxyethanol, 2- (methoxyethoxy) ethanol, 2- (ethoxyethoxy) ethanol, 2-isopropoxyethanol, 1-ethoxy-2-propanol, 2 -Diethylaminoethanol, 2-dipropylaminoethanol, cyclohexanol, ethylene glycol, diethylene glycol, benzyl alcohol and the like.
  • Examples of the solvent that can be used in combination with these dispersion media include dioxane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and acetylacetone.
  • the metal alkoxide solution may be used as a coating solution after various additives such as an antistatic agent, a plasticizer, a polymer binder, and a thickener are added according to the purpose and the physical properties are adjusted.
  • the first oxide precursor film 4 containing the organic component and In obtained by the above-described forming step is less than the thermal decomposition temperature of the organic component.
  • the infrared wave number is in the range of 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1 and the infrared wave number is 1380 cm.
  • the organic component when divided into a -1 to 1450 cm -1 or less in the range and the infrared wave number 1450 cm -1 super 1520 cm -1 the following range, a peak located at a wave number of 1380 cm -1 to 1450 cm -1 or less in the range of infrared rays, infrared the second oxide precursor showing the maximum value in the infrared absorption spectrum in the range of wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 following Performing a pre-processing step of obtaining the 6.
  • the reason why the organic component is lower than the thermal decomposition temperature is that when the organic component is thermally decomposed, no organic matter remains after the pretreatment process, and the film quality is improved even if the post-treatment process described later is performed as it is.
  • the peak located in the range of infrared wave number of 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1 is derived from the In precursor raw material.
  • the amorphous oxide thin film obtained after the posttreatment step described later has high mobility and leads to an improvement in film quality.
  • this amorphous oxide thin film is used as an active layer of a TFT, the on / off ratio is high, leading to an improvement in film quality.
  • any means can be used as long as it fulfills the functions as described above.
  • at least one selected from the light treatment process or the plasma treatment process can be mentioned, and the light treatment process is particularly effective from the viewpoint of reducing the treatment cost. preferable.
  • this light treatment process it is preferable to irradiate the first oxide precursor film 4 with ultraviolet rays.
  • the reason why it is preferable to irradiate with ultraviolet rays is that light having a short wavelength such as ultraviolet rays easily changes the binding state of the organic components.
  • the wavelength of ultraviolet rays is preferably 100 nm or more and 450 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 300 nm or less.
  • the light source a low-pressure mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon excimer lamp, a metal halide lamp, an excimer laser, or the like can be used.
  • the combined state of the organic components can be changed only by light treatment, but since the thin film to be finally obtained is an oxide, in addition to the light treatment step, active oxygen such as ozone and oxygen radical, oxygen plasma, etc. When used together, the film quality can be further improved.
  • active oxygen such as ozone and oxygen radical, oxygen plasma, etc.
  • the film quality can be further improved.
  • ozone it is generated by irradiating ultraviolet rays in the presence of oxygen, but may be positively introduced by an ozonizer or the like.
  • the measurement apparatus used in Fourier transform infrared spectroscopy has the apparatus name BRUKER ALPHA and the measurement arrangement is a diamond ATR arrangement.
  • the infrared wave number is in the range of 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • peak is, as the time of light treatment, relative to total amount of energy light treatment required when begin to show maximum in the infrared absorption spectrum in the range of wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 the following infrared, It is preferable to perform light treatment using a total amount of energy four times or more.
  • the amorphous oxide thin film obtained after the post-processing step described later is used as the active layer of the TFT by performing the light treatment using the total energy amount of 4 times or more in this way, the energy amount less than 4 times is obtained.
  • the on / off ratio is higher than that in the case of using and is stabilized (saturated).
  • mobility is high and it stabilizes (saturates).
  • the infrared wave number is in the range of 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • peak is, as the time of light treatment, relative to total amount of energy light treatment required when begin to show maximum in the infrared absorption spectrum in the range of wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 the following infrared, More preferably, the light treatment is performed using a total energy amount of 4 to 6 times. When the total energy amount exceeding 6 times is used, the mobility is stabilized (saturated), but the second oxide precursor film 6 is subjected to a long-time light treatment.
  • substrate 2 is a board
  • the selective change in the bonding state of the organic component in the pretreatment step is based on the first oxide precursor in the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film 6 is measured by Fourier transform infrared spectroscopy.
  • when compared with the infrared absorption spectrum of the body layer 4 preferably includes a change that corresponds to a reduction of the peak derived from the organic component in the range of wave number 1500 cm -1 or 1600 cm -1 the following infrared. Some peaks in this range are assumed to be CO-based peaks.
  • the kind of the peak to be reduced may change depending on the solution used in the formation step and the organic component in the first oxide precursor film 4.
  • the type of peak selectively reduced by pretreatment step by identifying a peak in the wave number range of 1500 cm -1 or 1600 cm -1
  • the following infrared it is possible to reliably improve the quality.
  • the selective change in the bonding state of the organic component in the pretreatment step is the first oxidation in the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film 6 is measured by Fourier transform infrared spectroscopy.
  • the wave number of the irradiated infrared rays 2750 cm -1 it is preferable to include a change corresponding to a decrease in the peak derived from the organic component in the range of 3050 cm ⁇ 1 or less.
  • the peak in this range is assumed to be a CH peak. The thus selectively reduce the kind of peak by pretreatment step, that the wave number of infrared ray irradiated to identify a peak in the range of 2750 cm -1 or 3050 cm -1 or less, possible to reliably improve the quality Can do.
  • the wave number of infrared rays is 1500 cm ⁇ 1 or more and 1600 cm.
  • peak reduction rate in -1 the range of preferably peak at 0.37 or less when the 1 in the pretreatment step prior to 1500 cm -1 or 1600 cm -1 in the range of 0.11 or less It is more preferable that When the peak reduction rate is 0.37 or less, in the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film 6 is measured by Fourier transform infrared spectroscopy, the wave number of infrared rays is 1380 cm ⁇ 1 or more and 1450 cm.
  • the peak located at 1 or less range, because likely the maximum value in the infrared absorption spectrum in the range 1750 cm -1 wave number 1350 cm -1 or more infrared.
  • the peak reduction rate can be adjusted by, for example, the wavelength of light irradiation, irradiation time, irradiation amount, and the like.
  • the post-treatment process may be any means as long as it fulfills the above-described function, but specifically includes a heat treatment process.
  • the heat treatment method include a method of heating in an electric furnace or a muffle furnace, an infrared lamp or a hot plate type heating method, and the like. In this heat treatment step, it is preferable to heat treat the second oxide precursor film 6 at a temperature of 425 ° C. or higher.
  • heat treatment is preferably performed at a temperature of less than 800 ° C., particularly 700 ° C. or less. In particular, it is preferable to perform heat treatment at a temperature of 600 ° C. or lower from the viewpoint of suppressing dissolution and deformation of the substrate 2.
  • the atmosphere for the heat treatment is preferably an oxidizing atmosphere from the viewpoint of easily obtaining an oxide.
  • the atmosphere oxygen partial pressure of 21%, (water content in the entire atmosphere is 16 ° C. in terms of dew point temperature (absolute humidity 13.6 g / m ⁇ 3 )) is used. it can. Further, it is preferable to use an atmosphere in which the oxygen partial pressure occupies 20% or more of the total pressure. For example, an atmosphere having an oxygen partial pressure of 100% (flow from a gas cylinder. The moisture content contained in the entire atmosphere is ⁇ 36 ° C. in terms of dew point temperature. (Absolute humidity 0.21 g / m ⁇ 3 or less) can also be used.
  • the amorphous oxide thin film 8 with improved film quality can be obtained.
  • Such an amorphous oxide thin film 8 is useful as an active layer, a conductive layer, or an insulating layer of a thin film transistor, especially as an active layer.
  • a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) according to an embodiment of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode, and applies a voltage to the gate electrode to flow to the active layer. It is an active element having a function of controlling current and switching current between a source electrode and a drain electrode.
  • the above non-layer is used as at least one of an active layer, an insulating layer (a gate insulating film, a protective layer, etc.) and a conductive layer (a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, etc.).
  • a crystalline oxide thin film 8 is used.
  • the element structure of the TFT may be any of a so-called inverted stagger structure (also referred to as a bottom gate type) and a stagger structure (also referred to as a top gate type) based on the position of the gate electrode. Further, based on the contact portion between the active layer and the source and drain electrodes (referred to as “source / drain electrodes” as appropriate), either a so-called top contact type or bottom contact type may be used.
  • the top gate type is a form in which a gate electrode is disposed on the upper side of the gate insulating film and an active layer is formed on the lower side of the gate insulating film.
  • the bottom gate type is a type on the lower side of the gate insulating film.
  • a gate electrode is disposed and an active layer is formed above the gate insulating film.
  • the bottom contact type is a mode in which the source / drain electrodes are formed before the active layer and the lower surface of the active layer is in contact with the source / drain electrodes.
  • the top contact type is the type in which the active layer is the source / drain. In this embodiment, the upper surface of the active layer is in contact with the source / drain electrodes.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing an example of a top contact type TFT with a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • an active layer 14 is laminated on one main surface of the substrate 12.
  • a source electrode 16 and a drain electrode 18 are disposed on the active layer 14 so as to be spaced apart from each other, and a gate insulating film 20 and a gate electrode 22 are sequentially stacked thereon.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing an example of a bottom contact type TFT with a top gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • the source electrode 16 and the drain electrode 18 are disposed on one main surface of the substrate 12 so as to be separated from each other.
  • the active layer 14, the gate insulating film 20, and the gate electrode 22 are sequentially stacked.
  • FIG. 2C is a schematic view showing an example of a top contact type TFT having a bottom gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • the gate electrode 22, the gate insulating film 20, and the active layer 14 are sequentially stacked on one main surface of the substrate 12.
  • a source electrode 16 and a drain electrode 18 are spaced apart from each other on the surface of the active layer 14.
  • FIG. 2D is a schematic diagram showing an example of a bottom contact type TFT with a bottom gate structure, which is a TFT according to an embodiment of the present invention.
  • the gate electrode 22 and the gate insulating film 20 are sequentially stacked on one main surface of the substrate 12.
  • a source electrode 16 and a drain electrode 18 are disposed on the surface of the gate insulating film 20 so as to be spaced apart from each other, and an active layer 14 is further stacked thereon.
  • the TFT according to the present embodiment can have various configurations other than the above, and may appropriately have a configuration including a protective layer on the active layer, an insulating layer on the substrate, and the like.
  • a top contact type TFT 10 having the top gate structure shown in FIG. 2A and using the amorphous oxide thin film 8 according to the present embodiment as the active layer 14 will be specifically described.
  • the invention can be similarly applied to the case of manufacturing other types of TFTs.
  • a substrate 12 for forming the TFT 10 is prepared.
  • the substrate 12 can be the same as the substrate 2 described above.
  • the active layer 14 is formed over the substrate 12 as part of the transistor.
  • the active layer 14 uses an amorphous oxide thin film 8. Therefore, the active layer 14 is formed using the method for manufacturing the amorphous oxide thin film 8 according to the embodiment of the present invention as described above.
  • the post-treatment process is preferably performed immediately after the formation of the active layer 14 from the viewpoint of reliably removing organic substances, but may be performed after the formation of the source electrode 16 and the drain electrode 18 or after the formation of the gate electrode 22. Or after TFT10 completion.
  • This oxide semiconductor is more preferably an oxide containing In and at least one selected from Zn, Ga and Mg, and more preferably an oxide containing at least one selected from In, Ga and Zn. In particular, an oxide containing all of In, Ga, and Zn is more preferable.
  • an oxide semiconductor whose composition in a crystalline state is represented by InGaO 3 (ZnO) m (m is a natural number less than 6) is preferable, and in particular, InGaZnO 4 (hereinafter referred to as “InGaZnO 4” ). Also referred to as “IGZO”).
  • the electron mobility tends to increase as the electrical conductivity increases.
  • the active layer 14 should just contain the above oxide semiconductors as a main component, and may contain impurities other than that.
  • the “main component” represents the most contained component among the constituent components constituting the active layer 14.
  • the thin film is appropriately patterned according to the device.
  • Patterning can be performed by photolithography and etching. Specifically, a resist pattern is formed on the remaining portion by photolithography, and the pattern is formed by etching with an acid solution such as hydrochloric acid, nitric acid, dilute sulfuric acid, or a mixed solution of phosphoric acid, nitric acid and acetic acid.
  • a protective film may be provided on the active layer 14 to protect the active layer 14 when the source / drain electrodes are etched. The protective film may be formed continuously with the active layer 14 or may be formed after the patterning of the active layer 14. Further, the patterning of the active layer may be performed after forming the source / drain electrodes described later. This is because damage to the active layer 14 due to patterning can be suppressed.
  • the layer structure of the active layer 14 may be composed of two or more layers.
  • the active layer 14 is formed of a low resistance layer and a high resistance layer, the low resistance layer is in contact with the gate insulating film 20, and the high resistance layer is a source. It is preferable to be in electrical contact with at least one of the electrode 16 and the drain electrode 18.
  • the thickness of the active layer 14 is not particularly limited, but is 1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 2.5 nm or more and 50 nm or less.
  • a conductive film for forming source / drain electrodes 16, 18 is formed on the active layer 14.
  • This conductive film has high conductivity, for example, metal such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO ), A metal oxide conductive film such as zinc indium oxide (IZO), or the like.
  • metal such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO ), A metal oxide conductive film such as zinc indium oxide (IZO), or the like.
  • ITO indium oxide
  • IZO zinc indium oxide
  • these conductive films can be used as a single layer structure or a laminated structure of two or more layers.
  • the conductive film is formed from, for example, a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method.
  • the film is formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the material.
  • the film thickness of the conductive film to be formed is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 50 nm or more and 500 nm or less in consideration of film forming property, patterning property by etching or lift-off method, conductivity, and the like. .
  • the formed conductive film is patterned into a predetermined shape by etching or a lift-off method, and source and drain electrodes 16 and 18 are formed. At this time, it is preferable to pattern the wirings connected to the source / drain electrodes 16 and 18 simultaneously.
  • the gate insulating film 20 After forming the source / drain electrodes 16 and 18 and the wiring, the gate insulating film 20 is formed.
  • the gate insulating film 20 preferably has high insulating properties.
  • an insulating film such as SiO 2 , SiNx, SiON, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , or a compound thereof is used.
  • An insulating film including at least two or more may be used.
  • the gate insulating film 20 is a material used from a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method.
  • the film is formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of Next, the gate insulating film 20 is patterned into a predetermined shape by photolithography and etching as necessary. Note that the gate insulating film 20 needs to have a thickness for reducing leakage current and improving voltage resistance. On the other hand, if the thickness of the gate insulating film is too large, the driving voltage is increased.
  • the thickness of the gate insulating film is preferably 10 nm to 10 ⁇ m, more preferably 50 nm to 1000 nm, and particularly preferably 100 nm to 400 nm.
  • a gate electrode 22 is formed.
  • the gate electrode 22 is made of a material having high conductivity.
  • a metal such as Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Al—Nd, Ag alloy, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide ( It can be formed using a metal oxide conductive film such as ITO) or indium zinc oxide (IZO).
  • these conductive films can be used as a single layer structure or a stacked structure of two or more layers.
  • the gate electrode 22 is a material used from, for example, a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method.
  • the film is formed according to a method appropriately selected in consideration of the suitability of
  • the film thickness of the conductive film to be formed is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 500 nm or less in consideration of film forming properties, patterning properties by etching or lift-off methods, conductivity, and the like.
  • the conductive film is patterned into a predetermined shape by etching or a lift-off method to form the gate electrode 22. At this time, it is preferable to pattern the gate electrode 22 and the gate wiring simultaneously.
  • a TFT 10 having good TFT characteristics such as a high on-off ratio and high mobility as shown in FIG. 2A can be manufactured.
  • the manufacturing method of the amorphous oxide thin film 8 which concerns on embodiment of this invention demonstrated the case where it applied to formation of the active layer 14, the gate insulating film 20, the gate electrode 22, the source electrode 16, and the drain electrode 18 were demonstrated.
  • a conventional method can be used for forming the active layer 14.
  • the method for manufacturing the amorphous oxide thin film 8 according to the embodiment of the present invention is used. It can also be used.
  • the film quality of the conductive film such as the gate electrode 22, the source electrode 16, or the drain electrode 18 is not limited to the improvement of the film quality as the semiconductor film, and the insulator film such as the gate insulating film 20. This is because the film quality is improved (leakage current is suppressed).
  • the TFT of the present embodiment is suitable for use in, for example, a driving element in an electro-optical device, particularly a large area device.
  • the TFT of the embodiment is particularly suitable for a device that can be manufactured by a low-temperature process using a resin substrate (for example, a flexible display), and various sensors such as an X-ray sensor, MEMS (Micro Electro Mechanical System), and the like. It is preferably used as a drive element (drive circuit) in an electronic device.
  • the electro-optical device or sensor includes the TFT of this embodiment.
  • the electro-optical device include a display device such as a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, and an inorganic EL display device.
  • a display device such as a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, and an inorganic EL display device.
  • an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), an X-ray sensor, or the like is suitable.
  • Both the electro-optical device and the sensor using the TFT of this embodiment have high in-plane uniformity of characteristics.
  • the “characteristic” referred to here is a display characteristic in the case of an electro-optical device (display device), and a sensitivity characteristic in the case of a sensor.
  • a liquid crystal display device, an organic EL display device, and an X-ray sensor will be described
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a part of a liquid crystal display device according to an embodiment of the electro-optical device of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the electric wiring.
  • the liquid crystal display device 100 of this embodiment includes a top gate type TFT 10 having the top gate structure shown in FIG. 2A and a pixel lower electrode on the gate electrode 22 protected by the passivation layer 102 of the TFT 10.
  • the liquid crystal display device 100 of this embodiment includes a plurality of gate wirings 112 that are parallel to each other, and data wirings 114 that are parallel to each other and intersect the gate wirings 112.
  • the gate wiring 112 and the data wiring 114 are electrically insulated.
  • the TFT 10 is provided in the vicinity of the intersection between the gate wiring 112 and the data wiring 114.
  • the gate electrode 22 of the TFT 10 is connected to the gate wiring 112, and the source electrode 16 of the TFT 10 is connected to the data wiring 114.
  • the drain electrode 18 of the TFT 10 is connected to the pixel lower electrode 104 through a contact hole 116 provided in the gate insulating film 20 (a conductor is embedded in the contact hole 116).
  • the pixel lower electrode 104 forms a capacitor 118 together with the grounded counter upper electrode 106.
  • the TFT 10 having the top gate structure is provided in the liquid crystal device of this embodiment shown in FIG. 3.
  • the TFT used in the liquid crystal device which is the display device of the present invention is not limited to the top gate structure.
  • a TFT having a bottom gate structure may be used.
  • the TFT of this embodiment has a very high on / off ratio, a stable liquid crystal display device can be obtained.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a part of an active matrix organic EL display device according to an embodiment of the electro-optical device of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of electric wiring.
  • the simple matrix method has an advantage that it can be manufactured at low cost.
  • the number of scanning lines and the light emission time per scanning line are inversely proportional. Therefore, it is difficult to increase the definition and increase the screen size.
  • the active matrix method has a high manufacturing cost because a transistor and a capacitor are formed for each pixel.
  • it is suitable for high definition and large screen.
  • the top gate TFT 10 shown in FIG. 2A is provided on the substrate 12 having the passivation layer 202 as a driving TFT 204 and a switching TFT 206.
  • An organic EL light emitting element 214 including an organic light emitting layer 212 sandwiched between the lower electrode 208 and the upper electrode 210 is provided on the TFTs 204 and 206, and the upper surface is also protected by the passivation layer 216.
  • the organic EL display device 200 of the present embodiment includes a plurality of gate wirings 220 that are parallel to each other, and a data wiring 222 and a driving wiring 224 that are parallel to each other and intersect the gate wiring 220.
  • the gate wiring 220, the data wiring 222, and the drive wiring 224 are electrically insulated.
  • the gate electrode 22 of the switching TFT 10 b is connected to the gate wiring 220, and the source electrode 16 of the switching TFT 10 b is connected to the data wiring 222.
  • the drain electrode 18 of the switching TFT 10b is connected to the gate electrode 22 of the driving TFT 10, and the driving TFT 10a is kept on by using the capacitor 226.
  • the source electrode 16 of the driving TFT 10 a is connected to the driving wiring 224, and the drain electrode 18 is connected to the organic EL light emitting element 214.
  • the organic EL device of this embodiment shown in FIG. 5 includes the top gate TFTs 10a and 10b.
  • the TFT used in the organic EL device which is the display device of the present invention is limited to the top gate structure.
  • a TFT having a bottom gate structure may be used.
  • the TFT manufactured according to the present embodiment has a very high on / off ratio, a stable organic EL display device can be obtained.
  • the upper electrode 210 may be a top emission type with a transparent electrode, or the lower electrode 208 and each of the TFT electrodes may be a bottom emission type by using a transparent electrode.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a part of an X-ray sensor which is an embodiment of the sensor of the present invention
  • FIG. 8 shows a schematic configuration diagram of its electric wiring.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in which a part of the X-ray sensor array is enlarged more specifically.
  • the X-ray sensor 300 of this embodiment includes the TFT 10 and the capacitor 310 formed on the substrate 12, the charge collection electrode 302 formed on the capacitor 310, the X-ray conversion layer 304, and the upper electrode 306. Composed.
  • a passivation film 308 is provided on the TFT 10.
  • the capacitor 310 has a structure in which an insulating film 316 is sandwiched between a capacitor lower electrode 312 and a capacitor upper electrode 314.
  • the capacitor upper electrode 314 is connected to one of the source electrode 16 and the drain electrode 18 (the drain electrode 18 in FIG. 7) of the TFT 10 through a contact hole 318 provided in the insulating film 316.
  • the charge collection electrode 302 is provided on the capacitor upper electrode 314 in the capacitor 310 and is in contact with the capacitor upper electrode 314.
  • the X-ray conversion layer 304 is a layer containing amorphous selenium and is provided so as to cover the TFT 10 and the capacitor 310.
  • the upper electrode 306 is provided on the X-ray conversion layer 304 and is in contact with the X-ray conversion layer 304.
  • the X-ray sensor 300 of this embodiment includes a plurality of gate wirings 320 that are parallel to each other and a plurality of data wirings 322 that intersect with the gate wiring 320 and are parallel to each other.
  • the gate wiring 320 and the data wiring 322 are electrically insulated.
  • the TFT 10 is provided in the vicinity of the intersection between the gate wiring 320 and the data wiring 322.
  • the gate electrode 22 of the TFT 10 is connected to the gate wiring 320, and the source electrode 16 of the TFT 10 is connected to the data wiring 322.
  • the drain electrode 18 of the TFT 10 is connected to the charge collecting electrode 302, and the charge collecting electrode 302 is connected to the capacitor 310.
  • X-rays are irradiated from the upper part (upper electrode 306 side) in FIG. 7, and electron-hole pairs are generated in the X-ray conversion layer 304.
  • the generated charge is accumulated in the capacitor 310 and read out by sequentially scanning the TFT 10.
  • the X-ray sensor 300 of this embodiment includes the TFT 10 with high in-plane uniformity and excellent reliability, an image with excellent uniformity can be obtained.
  • the X-ray sensor of this embodiment shown in FIG. 7 is provided with a TFT having a top gate structure, but the TFT used in the sensor of the present invention is not limited to the top gate structure, but is a bottom gate.
  • a TFT having a structure may be used.
  • the above-described substrate preparation process, formation process, and other processes can be omitted as appropriate.
  • the post-treatment process for example, light irradiation may be performed simultaneously with the heat treatment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the TG-DTA measurement results for the dry gel of the example.
  • the weight loss accompanying the exothermic reaction was rapid from room temperature to about 400 ° C. Further, it was found that when the temperature was over 400 ° C. and less than 425 ° C., the weight decrease was moderate, and at about 425 ° C., the weight loss accompanying the exothermic reaction was completed.
  • the temperatures of 400 ° C. and 425 ° C. are considered to correspond to the thermal decomposition temperature of the organic component of the dried gel.
  • the IGZO solution was spin-coated twice on a quartz substrate at a speed of 1000 rpm, and then dried at room temperature to form a first oxide precursor film in a gel state. And the obtained 1st oxide precursor film
  • FIG. 10 shows XRD measurement results for the first oxide precursor film of the example.
  • the first oxide precursor film only dried at room temperature can only obtain a pattern showing an amorphous state.
  • the film fired at 1000 ° C. has a crystal structure of InGaZnO 4
  • the film fired at 800 ° C. has a weak peak and partly Although it is presumed that there is crystallinity, it is in a state where it is mixed with amorphous, and although it is presumed that there is no clear peak in the film fired at 700 ° C. It was confirmed that the film up to 600 ° C. or less was completely amorphous when analyzed only from the results of FIG.
  • UV ozone treatment as a treatment step was performed to obtain a second oxide precursor film.
  • a low-pressure mercury lamp (wavelengths of 185 nm and 254 nm) is used, and the intensity at 254 nm is about 5 mW / cm 2 .
  • FT-IR Fast Transform Infrared Spectroscopy
  • FIG. 11 is a diagram showing a measurement result of FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum measurement for each second oxide precursor film.
  • Figure 12 is an enlarged view of an infrared absorption spectrum in the range 1750 cm -1 following wave numbers 1350 cm -1 or more infrared shown in Figure 11.
  • FIG. 13 is a diagram showing measurement results obtained by performing FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum measurement on each film after heat-treating a plurality of first oxide precursor films at various temperatures.
  • the measurement result of the FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy) spectrum for the second oxide precursor film after the UV ozone treatment for 90 minutes is the same as the measurement result for 60 minutes. Therefore, illustration is omitted.
  • the irradiation time is less than 5 minutes of UV ozone treatment, a peak in the wave number 1500 cm -1 or 1600 cm -1 or less in the range of infrared rays, an infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 or less The maximum value is shown in the infrared absorption spectrum in the range (I).
  • the irradiation time of the UV ozone treatment is 5 minutes or more
  • the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film is measured by Fourier transform infrared spectroscopy the infrared wave number is 1380 cm ⁇ 1 or more.
  • the infrared wave number 1380 cm -1 to 1450 cm -1 or less in the range between (IV) and the infrared wave number 1450 cm -1 super 1520 cm -1 or less in the range (III) divided maximum when the peak is located in the infrared wave number 1380 cm -1 or 1450 cm -1 or less in the range (IV) is, in the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 or less in the range (I) The value comes to show.
  • the irradiation time of the UV ozone treatment becomes longer and the wave number of infrared rays is 2750 cm ⁇ 1 or more and 3050 cm. It was also found to include a decrease in peaks derived from organic components in the range of ⁇ 1 or less.
  • selective change in peak shape change in UV ozone treatment (bonding state of the organic component) with the irradiation time of the UV ozone treatment is prolonged, the 1600 cm -1 or less in the range wavenumber 1500 cm -1 or more infrared It has also been found to include a reduction in peaks derived from certain organic components.
  • the irradiation time in Table 1 and the total energy the correlation between the peak reduction rate derived from the organic components in the wave number 1500 cm -1 or 1600 cm -1 or less in the range of infrared rays.
  • FIG. 16 is a diagram showing a process diagram of a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate with a P + Si / Si thermal oxide film (100 nm) was used, P + Si was used as a gate electrode, and an Si thermal oxide film was used as a gate insulating film.
  • the active layer was formed so that the final product had a thickness of about 50 nm (because the organic component was reduced by the heat treatment and the thickness changed).
  • UV ozone treatment is performed under various conditions as a pretreatment step as shown in FIG. 16B, and between 400 ° C. and 600 ° C. as a posttreatment step as shown in FIG. Heat treatment was performed for 15 minutes.
  • the active layer was patterned by photolithography and wet etching.
  • TSMR8900-LB was used for the resist and oxalic acid was used for the etching solution.
  • a TMAH 5% solution is used as a developer.
  • Mo was formed on the source and drain (100 nm) electrodes by lift-off as shown in FIGS. 16 (E) and 16 (F).
  • AZ5214E was used for the resist.
  • transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility ⁇ were measured for the obtained thin film transistors using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies).
  • Vg-Id characteristics are measured by fixing the drain voltage (Vd) to 5V, changing the gate voltage (Vg) within the range of -20V to + 40V, and measuring the drain current (Id) at each gate voltage (Vg). It was done by doing.
  • FIG. 17 to 21 are graphs showing Vg-Id characteristics of the thin film transistors obtained in the examples.
  • FIG. 17 shows the Vg ⁇ of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 400 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes. It is a figure which shows Id characteristic.
  • FIG. 18 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 425 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. FIG. 19 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 450 ° C.
  • FIG. 20 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 500 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • FIG. 21 shows the Vg-Id characteristics of the thin film transistor when the heat treatment temperature is fixed at 600 ° C. and the UV irradiation time is changed to 0, 1, 3, 5, 10, 20, 30, 60, 90 minutes.
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 0 minute is the TFT of Comparative Example 1
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 1 minute is the TFT of Comparative Example 2
  • the UV irradiation time is The thin film transistor at 3 minutes is referred to as a TFT of Comparative Example 3.
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 5 minutes is the TFT of Example 1
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 10 minutes is the TFT of Example 2
  • the UV irradiation time is The thin film transistor at 20 minutes is referred to as the TFT of Example 3.
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 30 minutes is the TFT of Example 4
  • the thin film transistor when the UV irradiation time is 60 minutes is the TFT of Example 5
  • the UV irradiation time is The thin film transistor at 90 minutes is referred to as the TFT of Example 6.
  • FIG. 22 shows the relationship between the on / off ratio obtained from the Vg-Id characteristics shown in FIGS. 17 to 21 and the UV irradiation time
  • FIG. 23 shows a partially enlarged view of FIG.
  • FIG. 24 shows the relationship between the mobility obtained from the Vg-Id characteristics shown in FIGS. 17 to 21 and the UV irradiation time.
  • Vg-Id characteristics shown in FIG. 17 to FIG. 21 it was found that a good Vg-Id characteristic was obtained with a longer UV ozone treatment time.
  • the TFTs of Examples 1 to 6 with an irradiation time of 5 minutes or more have a sharply higher on / off ratio than the TFTs of Comparative Examples 1 to 3, which improves the film quality. I knew it was connected.
  • the TFTs of Examples 2 to 6 having an irradiation time of 10 minutes or more have higher mobility than the TFT of Example 1 and lead to improvement in film quality. It was. That is, in the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film (active layer) is measured by Fourier transform infrared spectroscopy, the infrared wave number ranges from 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1 (II ) and, when divided into the infrared wave number 1380 cm -1 or 1450 cm -1 or less in the range (IV) and the infrared wave number 1450 cm -1 super 1520 cm -1 or less in the range (III), infrared wave number 1380 cm -1 or more 1450 cm -1 peak located below the range (IV) is (irradiation time of 5 minutes from the time to start the maximum value in the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1
  • the TFTs of Examples 1 to 6 having an irradiation time of 5 minutes or more had higher mobility than the TFTs of Comparative Examples 1 to 3 and improved the film quality.
  • the peak located infrared wave number 1380 cm -1 or 1520 cm -1 or less in the range (II) is, the maximum value in the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 or less in the range (I)
  • the mobility is about 1 compared with the case where the UV irradiation time is less than 5 minutes. It turned out to be more than an order of magnitude higher.
  • the TFTs of Examples 3 to 6 having an irradiation time of 20 minutes or more have a higher on / off ratio than the TFTs of Example 1 and Example 2, and the on / off ratio is stable. It was found that it was converted (saturated).
  • the TFTs of Examples 3 to 6 in which the irradiation time is 20 minutes or more rapidly increase in mobility as compared with the TFTs of Example 1 and Example 2, and Examples 3 to It was found that the mobility was stabilized (saturated) between the 6 TFTs.
  • the infrared wave number is from 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • the peak located at a range of (II) is, along with the processing time of the UV ozone treatment (irradiation time), the maximum value among the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 or less in the range (I) against total energy light treatment (carried out in the example 1.5 J / cm 2) required when begins to show, the light treatment with a total energy of more than (6.0 J / cm 2 in the embodiment) four times As a result, the on / off ratio is higher, the on / off ratio is stabilized (saturated), and the mobility rapidly increases than when using a total energy amount less than four times.
  • the TFTs of Examples 3 to 4 in which the irradiation time is 20 minutes or more and 30 minutes or less are compared with the TFTs of Example 1, Example 2, Example 5, and Example 6. It was found that the mobility was higher. That is, in the infrared absorption spectrum obtained when the second oxide precursor film (active layer) is measured by Fourier transform infrared spectroscopy in the pretreatment step, the infrared wave number is from 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • the substrate is a resin substrate or a substrate composed of a resin composite material as described above, it is considered that the substrate can be prevented from being deformed by the UV ozone treatment.
  • FIG. 25 is a diagram showing the Vg-Id characteristics of the TFT of Example 4 and the TFT of Comparative Example 1.
  • FIG. 25 shows only data when the heat treatment temperatures are 425 ° C. and 600 ° C.
  • FIG. 26 is a graph plotting the relationship between the heat treatment temperature (except at 400 ° C.) and the mobility of the TFT of Example 4 and the TFT of Comparative Example 1.
  • XPS measurement was performed in order to investigate the relationship that UV ozone treatment as pretreatment gives to the physical properties after heat treatment.
  • AXIS-ULTRA manufactured by Shimadzu Corporation was used.
  • the IGZO solution was subjected to UV ozone treatment for 30 minutes and then heat-treated at 425 ° C., 450 ° C. or 500 ° C., respectively.
  • the IGZO solution was directly heat treated at 425 ° C., 450 ° C. or 500 ° C. as it was.
  • a sputtered film having the same IGZO composition as the IGZO solution was used as a comparative measurement sample.
  • FIG. 27 is a diagram showing XPS data of each measurement sample.
  • each sample (amorphous oxide thin film) subjected to 30 minutes of UV ozone treatment has a binding energy position at which the maximum spectral intensity can be obtained in the binding energy of oxygen (O1s) by XPS.
  • O1s binding energy of oxygen
  • UV ozone treatment as a treatment step was performed to obtain a second oxide precursor film.
  • a low-pressure mercury lamp (wavelengths of 185 nm and 254 nm) is used, and the intensity at 254 nm is about 5 mW / cm 2 .
  • FIG. 28 is a diagram showing measurement results obtained by performing FT-IR spectrum measurement on each second oxide precursor film.
  • Figure 29 is an enlarged view of an infrared absorption spectrum in the range 1750 cm -1 following wave numbers 1350 cm -1 or more infrared shown in Figure 28.
  • the peak shape is changed selectively in the following 1350 cm -1 or 1750 cm -1 due to the UV treatment time.
  • the irradiation time of the UV ozone treatment is less than 5 minutes, the peak in the wave number 1500 cm -1 or 1600 cm -1 or less in the range of infrared rays, an infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 following The maximum value is shown in the infrared absorption spectrum in the range (I).
  • the infrared wave number is 1380 cm ⁇ 1 or more. 1520cm located -1 range (II) (double) peak, that exhibits a maximum value in the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 in the range of (I) I understood.
  • the wave number of infrared rays is 1380 cm ⁇ 1.
  • the peak located at the infrared wave number 1380 cm -1 or 1450 cm -1 or less in the range (IV) is the maximum value in the infrared absorption spectrum in the infrared wave number 1350 cm -1 or 1750 cm -1 or less in the range (I) I also found out that Note that the infrared wave number 1380 cm -1 or 1450 cm -1 or less in the range (IV), and the infrared wave number 1450 cm -1 super 1520 cm -1 or less in the range (III), a double peak so as to straddle both range observed One of the double peaks is a peak located in the range (IV).
  • FIG. 30 is a diagram showing a process diagram of a method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
  • the substrate of the thin film transistor according to the example of the present invention a substrate with a P + Si / Si thermal oxide film (100 nm) was used, P + Si was used as a gate electrode, and an Si thermal oxide film was used as a gate insulating film.
  • an active layer was formed using the same method as the method for obtaining the second oxide precursor film from the first oxide precursor film. Specifically, as shown in FIG.
  • an electrode Mo was formed to a thickness of 100 nm, and the resist was peeled off to form an SD electrode pattern as shown in FIG.
  • TSMR8900-LB was used as a resist for patterning the active layer, and patterning was performed using dry etching by Ar plasma.
  • a thin film transistor as shown in FIG. 30F was manufactured by oxygen etching.
  • a semiconductor parameter analyzer 4156 is applied to the obtained thin film transistor.
  • C manufactured by Agilent Technologies
  • transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility ⁇ were measured.
  • Vg-Id characteristics are measured by fixing the drain voltage (Vd) to 5V, changing the gate voltage (Vg) within the range of -20V to + 40V, and measuring the drain current (Id) at each gate voltage (Vg). It was done by doing.
  • transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility ⁇ were measured for the obtained thin film transistors using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Agilent Technologies). Vg-Id characteristics are measured by fixing the drain voltage (Vd) to 5V, changing the gate voltage (Vg) within the range of -20V to + 40V, and measuring the drain current (Id) at each gate voltage (Vg). It was done by doing. For comparison, transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility ⁇ were also measured for the thin film transistor in which the UV ozone treatment shown in FIG. 30B was omitted.
  • FIG. 31 is a diagram showing the Vg-Id characteristics of the thin film transistor obtained in the example.
  • FIG. 32 is a diagram showing Vg-Id characteristics of a thin film transistor in which UV ozone treatment is omitted.
  • FIG. 33 is a graph plotting the relationship between the heat treatment temperature and the mobility of the thin film transistor.
  • FIG. 31 and FIG. 32 are compared, it was found that, for example, the on-current changes dramatically with or without UV ozone treatment, similar to the result shown in FIG.
  • FIG. 33 comparing the mobility results shown in FIG. 33 with the mobility results shown in FIG. 26, it was found that the mobility shown in FIG. 33 is about one digit higher. This is not because the solution is different, but is thought to be due to the difference between patterning the active layer before electrode formation or patterning the active layer after electrode formation. As a result, the mobility is assumed to be high.
  • the UV ozone treatment time is 5 minutes or more at the peak located in the range (II) of the infrared wave number of 1380 cm ⁇ 1 to 1520 cm ⁇ 1.
  • the origin (cause) of the resulting double peak was examined.
  • a zinc acetylacetonate-methanol solution, a gallium acetylacetonate-propionic acid solution, and an indium acetylacetonate-propionic acid solution each prepared at 0.2 mol / kg were prepared.
  • Each solution was spin-coated once on a quartz substrate at a speed of 1000 rpm and then dried at room temperature to obtain a dry gel.
  • the FT-IR spectra of each dried gel subjected to UV ozone treatment for 30 minutes and the dried gel before UV ozone treatment were compared.
  • FIG. 34 is a diagram showing an FT-IR spectrum of each dry gel.
  • the FT-IR spectrum after UV ozone treatment of the dry gel containing In coincided with the double peak appearing in FIGS. 11 and 12 and FIGS.
  • the double peak of 1380 cm -1 or more 1520 cm -1 which had appeared in FIGS. 11 and 12 and FIGS. 28 and 29 were found to be derived from the In precursor source.
  • the disclosures of Japanese application 2011-13171 and Japanese application 2012-011270 are incorporated herein by reference in their entirety. All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually described to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

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Abstract

　非晶質酸化物薄膜の製造方法は、有機成分とＩｎとを含有する第１酸化物前駆体膜に対して、前記有機成分の熱分解温度未満で前記有機成分の結合状態を選択的に変化させ、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示す第２酸化物前駆体膜を得る前処理工程と、前記第２酸化物前駆体膜中に残存する前記有機成分を除去して、前記第２酸化物前駆体膜を、前記Ｉｎを含有する非晶質酸化物薄膜へ変化させる後処理工程と、を有する。

Description

非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタ
　本発明は、非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタに関する。
　非晶質酸化物薄膜、特にＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系（以下、「ＩＧＺＯ」と呼称する）を始めとした透明非晶質酸化物半導体は、「ＴＡＯＳ(Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ)」と称され、様々な研究機関やメーカーが研究開発を行い、技術躍進を遂げている。特に、日本や韓国、台湾のパネルメーカーが中心となって大型のディスプレイの試作が活発に行われており、信頼性や安定性の議論、更には量産化に向けた技術検討も進み、真空成膜法による製造においてはかなり実用化に近いレベルにまで達してきている。
　一方で、大面積化のトレンドの中で製造コストを下げる狙いとして液相プロセス（以下、「液相法」と呼称する）によるＴＡＯＳ－ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）作製の研究開発も盛んである。例えば、近年では液相法で作製したＴＡＯＳ－ＴＦＴ駆動の液晶ディスプレイが報告される等、液相法によるＴＦＴ作製に対する世の中の期待は益々高まっている。しかしながら、液相法においては、真空成膜法と比較してプロセス温度がまだまだ高いこと、良質な薄膜を得ることが困難であるということが、今後乗り越えなければならない課題として挙げられる。
　そこで、特開２０１０－２５８０５８号公報には、基板上に形成した半導体前駆体膜を加熱処理する共に電磁波を照射して、半導体前駆体膜を非晶質の金属酸化物半導体膜に変換する非晶質酸化物薄膜の製造方法が開示されている。また、特開２０１０－２５８０５８号公報には、半導体前駆体膜の形成後半導体変換処理前（加熱処理前）に、酸素プラズマやＵＶオゾン洗浄などのドライ洗浄プロセスによって洗浄し、薄膜中及び薄膜表面に存在し不純物の原因となる有機物を分解及び洗浄して、金属成分以外の有機成分を排除することが好ましいということも開示されている。
　しかしながら、特開２０１０－２５８０５８号公報の製造方法では、半導体変換処理前に、半導体前駆体膜中の金属成分以外の有機成分を全て排除することになる。本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、半導体変換処理前、すなわち加熱処理前の有機成分の結合状態がＴＦＴ特性のオン電流を向上する等非晶質酸化物薄膜の膜質の向上に繋がることを見出した。
　本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、膜質を向上する非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
　本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞有機成分とＩｎとを含有する第１酸化物前駆体膜に対して、前記有機成分の熱分解温度未満で前記有機成分の結合状態を選択的に変化させ、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示す第２酸化物前駆体膜を得る前処理工程と、前記第２酸化物前駆体膜中に残存する前記有機成分を除去して、前記第２酸化物前駆体膜を、前記Ｉｎを含有する非晶質酸化物薄膜へ変化させる後処理工程と、を有する非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜２＞前記前処理工程における前記有機成分の結合状態の選択的な変化は、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にある前記有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含む、＜１＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜３＞前記前処理工程における前記有機成分の結合状態の選択的な変化は、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数２７５０ｃｍ－１以上３０５０ｃｍ－１以下の範囲にある前記有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含む、＜１＞又は＜２＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜４＞前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少率が、前記前処理工程前の１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークを１としたとき０．３７以下である、＜２＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜５＞前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少率が、前記前処理工程前の１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークを１としたとき０．１１以下である、＜４＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜６＞前記前処理工程は、光処理工程である、＜１＞～＜５＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜７＞前記光処理工程では、前記第１酸化物前駆体膜に対して紫外線を照射する、＜６＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜８＞前記前処理工程では、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、４倍以上のエネルギー総量を用いて光処理を行う、＜６＞又は＜７＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜９＞前記前処理工程では、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、６倍以下のエネルギー総量を用いて光処理を行う、＜８＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜１０＞前記後処理工程は、４２５℃以上の温度で熱処理する熱処理工程である、＜１＞～＜９＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜１１＞前記第１酸化物前駆体膜は、前記Ｉｎと、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも一つとを含む無機成分を含有する、＜１＞～＜１０＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜１２＞前記無機成分の組成が、結晶化温度以上の前記熱処理工程でＩｎＧａＺｎＯ４-δ（前記δは酸素不定比量である）が結晶相として単相で現れるような組成である、＜１１＞に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜１３＞前記前処理工程の前に、金属アルコキシド又は有機酸塩を含有する溶液を用いて液相法により前記第１酸化物前駆体膜を形成する形成工程、をさらに有する＜１＞～＜１２＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
＜１４＞＜１＞～＜１３＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を活性層として用いた薄膜トランジスタ。
＜１５＞＜１＞～＜１３＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を絶縁層として用いた薄膜トランジスタ。
＜１６＞＜１＞～＜１３＞の何れか１つに記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を導電層として用いた薄膜トランジスタ。
　本発明によれば、膜質を向上する非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタを提供することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の製造方法の工程図である。 図２Ａは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。 図２Ｃは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。 図２Ｄは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。 図３は、本発明の電気光学装置の一実施形態の液晶表示装置について、その一部分の概略断面図である。 図４は、図３に示す液晶表示装置の電気配線の概略構成図である。 図５は、本発明の電気光学装置の一実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置について、その一部分の概略断面図である。 図６は、図５に示す電気光学装置の電気配線の概略構成図である。 図７は、本発明のセンサの一実施形態であるＸ線センサについて、その一部分の概略断面図である。 図８は、図７に示すセンサの電気配線の概略構成図である。 図９は、実施例の乾燥ゲルに対するＴＧ－ＤＴＡの測定結果を示す図である。 図１０は、実施例の第１酸化物前駆体膜に対するＸＲＤの測定結果である。 図１１は、各第２酸化物前駆体膜に対してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定した測定結果を示す図である。 図１２は、図１１に示す赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの拡大図である。 図１３は、複数の第１酸化物前駆体膜を各種温度で熱処理した後の各膜に対してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定した測定結果を示す図である。 ＵＶオゾン処理後に熱処理を施したサンプルのＸＲＤ測定結果を示す図である。 ＵＶオゾン処理を施していないサンプルのＸＲＤ測定結果を示す図である。 図１６は、本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程図を示す図である。 図１７は、熱処理温度を４００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図１８は、熱処理温度を４２５℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図１９は、熱処理温度を４５０℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図２０は、熱処理温度を５００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図２１は、熱処理温度を６００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図２２は、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めたオンオフ比とＵＶ照射時間との関係を示す図である。 図２３は、図２２の部分拡大図である。 図２４は、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めた移動度とＵＶ照射時間との関係を示す図である。 図２５は、実施例４のＴＦＴと比較例１のＴＦＴのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図２６は、実施例４のＴＦＴと比較例１のＴＦＴの熱処理温度（４００℃のときは除く）と移動度との関係をプロットしたグラフ図である。 図２７は、各測定サンプルのＸＰＳデータを示す図である。 図２８は、各第２酸化物前駆体膜に対してＦＴ－ＩＲスペクトル測定した測定結果を示す図である。 図２９は、図２８に示す赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの拡大図である。 図３０は、本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程図を示す図である。 図３１は、実施例により得られた薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図３２は、ＵＶオゾン処理を省略した薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。 図３３は、熱処理温度と薄膜トランジスタの移動度との関係をプロットしたグラフ図である。 図３４は、各乾燥ゲルのＦＴ－ＩＲスペクトルを示す図である。
　以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の製造方法及び薄膜トランジスタについて具体的に説明する。なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。
１．非晶質酸化物薄膜の製造方法
　本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の製造方法は、有機成分とＩｎとを含有する第１酸化物前駆体膜に対して、前記有機成分の熱分解温度未満で前記有機成分の結合状態を選択的に変化させ、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示す第２酸化物前駆体膜を得る前処理工程と、
前記第２酸化物前駆体膜中に残存する前記有機成分を除去して、前記第２酸化物前駆体膜を、前記Ｉｎを含有する非晶質酸化物薄膜へ変化させる後処理工程と、を有する。
　なお、上記「熱分解温度」は、第１酸化物前駆体膜に対してＴＧ－ＤＴＡの測定を実施したときに、発熱反応に伴う重量減少が終了する温度であり、例えば４２５℃である。また、上記「有機成分を除去」とは、有機成分全部を除去するだけでなく、有機成分の一部を除去してもよい。
　そして、このような製造方法を用いることで、得られる非晶質酸化物薄膜の膜質を向上することができる。
　以下、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の具体的な製造方法を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の製造方法の工程図である。
＜基板用意工程＞
　まず、図１（Ａ）に示すように、非晶質酸化物薄膜を成膜するための基板２を用意する。基板２の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することが出来る。基板２の構造は単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。
　基板２の材質としては特に限定はなく、例えばガラス、ＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニウム）等の無機基板、樹脂基板や、その複合材料等を用いることが出来る。中でも軽量である点、可撓性を有する点から樹脂基板やその複合材料が好ましい。具体的には、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンズアゾール、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂、シアネート樹脂、架橋フマル酸ジエステル、環状ポリオレフィン、芳香族エーテル、マレイミドーオレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂基板、酸化珪素粒子との複合プラスチック材料、金属ナノ粒子、無機酸化物ナノ粒子、無機窒化物ナノ粒子等との複合プラスチック材料、カーボン繊維、カーボンナノチューブとの複合プラスチック材料、ガラスフェレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズとの複合プラスチック材料、粘土鉱物や雲母派生結晶構造を有する粒子との複合プラスチック材料、薄いガラスと上記単独有機材料との間に少なくとも１回の接合界面を有する積層プラスチック材料、無機層と有機層を交互に積層することで、少なくとも１回以上の接合界面を有するバリア性能を有する複合材料、ステンレス基板或いはステンレスと異種金属を積層した金属多層基板、アルミニウム基板或いは表面に酸化処理（例えば陽極酸化処理）を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板等を用いることが出来る。また、樹脂基板は、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れていることが好ましい。前記樹脂基板は、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層や、樹脂基板の平坦性や下部電極との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えていてもよい。 
　また、本発明における基板２の厚みに特に制限はないが、５０μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましい。 基板２の厚みが５０μｍ以上であると、基板２自体の平坦性がより向上する。また、基板２の厚みが５００μｍ以下であると、基板２自体の可撓性がより向上し、フレキシブルデバイス用基板としての使用がより容易となる。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
＜形成工程＞
　次に、図１（Ｂ）に示すように、例えばスピンコート、インクジェット、ディスペンサー、スクリーン印刷、凸版印刷又は凹版印刷等の液相法を用いて、基板２上に有機成分とＩｎを含有する第１酸化物前駆体膜４、すなわち本実施形態に係る非晶質酸化物薄膜の前駆体膜を形成する。
　この第１酸化物前駆体膜４は、Ｉｎと、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも一つとを含む無機成分を含有していることが好ましく、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含む無機成分を含有していることがより好ましい。第１酸化物前駆体膜４中の無機成分が、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含んでいる場合、その無機成分の組成は、後述する後処理工程で仮に結晶化温度以上の温度で熱処理を行ったときに、ＩｎＧａＺｎＯ４-δ（前記δは酸素不定比量である）が結晶相として単相で現れるような組成であることが好ましい。この組成は、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２－ｘ：ｘ：１（ｘは０．８以上１．０５以下）のような組成である。上記のような組成で従来の製造方法により得られる非晶質酸化物薄膜は、薄膜トランジスタの活性層として用いた場合に、移動度等のＴＦＴ特性が低く、実用化し難い状態にあったものが、本実施形態の製造方法を経ることで、上記のような組成でも実用化に耐えうるＴＦＴ特性に向上することができる。また、上記組成の範囲外では、ＴＦＴ特性は従来の製造方法でも良好ではあるが、本実施形態の製造方法を経ることで、ＴＦＴ特性をより向上することができる。
　液相法に用いる溶液は、様々な溶液を用いることができるが、金属アルコキシド又は有機酸塩を含有する溶液を用いることが好ましい。特に、硝酸塩や塩化物とは異なり不要な不純物成分（硝酸や塩素など）を除去するプロセスが不要という観点と有毒なガスの発生を抑制するという観点から金属アルコキシドを含有する溶液を用いることが好ましい。なお、基板２と前駆体膜４の間には、後述するような電極や絶縁膜等他の薄膜が配置されていてもよい。
　有機酸塩の錯体基としては、β － ジケトン錯体基、β－ケトカルボン酸エステル錯体基、β－ケトカルボン酸錯体基及びケトオキシ基（ケトオキシ錯体基）が挙げられる。β－ジケトン錯体としては、例えば２ ，４－ペンタンジオン（アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう）、１，１，１，５，５，５－ヘキサメチル－２，４－ペンタンジオン、２，２，６，６－テトラメチル－３，５－ヘプタンジオン、１，１，１－トリフルオロ－２ ，４－ペンタンジオン等を挙げることができる。β－ケトカルボン酸エステル錯体としては、例えばアセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができる。β－ケトカルボン酸としては、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができる。またアシルオキシ基としては、例えばアセトオキシ基（またはアセトキシ基）、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は１８以下が好ましい。また直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子にしたものでもよい。
　一方で、金属アルコキシド溶液としては、少なくとも下記一般式Ｉで表される金属アルコキシド化合物を含有するものである。
　Ｍ（ＯＲ）n　　　　・・・式［Ｉ］
　ここで、式［Ｉ］中のＭは金属元素で、ｎは１以上の整数である。
　特に、金属アルコキシド溶液として、下記一般式II及び一般式IIIで表される金属アルコキシド化合物を含有し、１～１００ｍＰａ・ｓの粘度を有するものであることが好ましい。
　　Ｚｎ（ＯＲ1）2　　　　・・・［ＩＩ］
　　Ｍ（ＯＲ2）3　　　　　・・・［ＩＩＩ］
　このような金属アルコキシド溶液であれば、溶液自体を加熱することにより非晶質状態でも良好な半導体特性を有する金属酸化物ナノ粒子を得ることができるので、簡便に半導体薄膜を形成することができるからである。
　本実施形態では、溶液中に少なくとも上記一般式ＩＩ中でＭがＩｎである金属アルコキシド化合物が存在している。また、電気特性の観点から、ＭがＧａである金属アルコキシド化合物とＭがＩｎである金属アルコキシド化合物とが溶液中に存在していることが好ましい。また、材料コストの観点から、ＭがＡｌである金属アルコキシド化合物とＭがＩｎである金属アルコキシド化合物とが溶液中に存在していることが好ましい。
　上記一般式Ｉ～ＩＩＩで表される金属アルコキシド化合物は、金属アルコキシド溶液中で、それぞれ単独で存在していてもよく、その一部が連結して複合アルコキシドを形成していてもよい。上記一般式ＩＩ及び一般式ＩＩＩの金属アルコキシド化合物のとき、金属アルコキシド溶液中の各化合物及び／又は複合アルコキシドにおいて、比率Ｚｎ／Ｍは、０．２～１０の範囲であることが好ましい。０．２未満では原料コストが高くなり、一方、１０を超えるとＺｎ成分が過剰となって酸化亜鉛の結晶が生じて複合酸化物ナノ粒子を形成し難い。Ｚｎ／Ｍの範囲は、電気特性の観点から０．２～１．５の範囲であることが好ましく、０．５～１．３の範囲であることが更に好ましい。
　上記一般式Ｉ～ＩＩＩ中、Ｒ、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、炭素数が１～２０、好ましくは１～６のアルキル基を表し、置換されていても無置換であってもよい。炭素数が２０を超えると、金属分子間が長くなって薄膜形成時に金属酸化物中にアルキル基が残存する場合があるため好ましくない。置換基としては、炭素数１～４のアルキル基、アミノ基（アミノ基の水素原子は炭素数１～４のアルキル基で置換されていてもよい）、炭素数１～４のアルコキシ基、水酸基などを挙げることができる。
　このような一般式Ｉ～ＩＩＩに相当する化合物の例としては、亜鉛エトキシド、亜鉛エトキシエトキシド、亜鉛ジメチルアミノエトキシド、亜鉛メトキシエトキシド、インジウムイソプロポキシド、インジウム－ｎ－ブトキシド、インジウムメトキシエトキシド、インジウムジエチルアミノエトキシド、ガリウムエトキシド、ガリウムイソプロポキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム－ｎ－ブトキシド、アルミニウム－ｓ－ブトキシド、アルミニウム－ｔ－ブトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムエトキシエトキシエトキシド、鉄イソプロポキシドなどを挙げることができる。
　また、金属アルコキシド溶液では、一般式ＩＩ及びＩＩＩの金属アルコキシド化合物を、ＺｎとＭの合計濃度として好ましくは０．５～２０質量％、より好ましくは１～１０質量％で含有する。０．５質量％未満では、均一な薄膜ができない場合があり、２０質量％を超えると充分に薄い薄膜を構成することができない場合がある。
　また、ナノ粒子分散液の粘度は、塗布手段により異なるが、例えばインクジェットやディスペンサーの場合、吐出性の観点から１～１００ｍＰａ・ｓ、好ましくは１～２０ｍＰａ・ｓであることが望ましい。ナノ粒子分散液の上記粘度は、市販の粘度計、例えば振動式粘度計ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ（ＣＢＣマテリアルズ株式会社製）で測定することができる。
　金属アルコキシド溶液は、上記金属アルコキシド化合物を溶解するための適当な溶媒を含む。この溶媒としては、水、アルコール類、アミノアルコール類、グリコール類などを挙げることができ、分散液の安定性、乾燥性の観点から下記一般式ＩＶで表される高沸点溶媒を少なくとも１種含むものであることが更に好ましい。
　　Ｒ3－ＯＨ　　　　　・・・［ＩＶ］
　ここで、Ｒ3は炭素原子数２～１２の置換又は未置換のアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、又はアリール基を表す。
　アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。アルケニル基としては、ブテニル基、プロペニル基などが、シクロアルキル基としては、シクロヘキシル基などが、アリール基としては、フェニル基などがそれぞれ挙げられる。
　アルキル基やアルケニル基への好ましい置換基の例としては、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、メトキシエトキシ基、フェノキシ基など）、水酸基、アミノ基などが挙げられる。シクロアルキル基やアリール基への好ましい置換基の例としては、アルキル基（メチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基など）、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、メトキシエトキシ基、フェノキシ基など）、水酸基、アミノ基などが挙げられる。
　特に好ましい置換基としては、ジアルキルアミノ基（ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジ－ｎ－プロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジ－ｎ－ブチルアミノ基、ジ-ｔ-ブチルアミノ基など）が挙げられる。
　また一般式ＩＶで表される上記高沸点溶媒の沸点は、１２０℃～２５０℃であり、乾燥時の負荷軽減の観点から好ましくは１３０℃～２００℃である。沸点が１２０℃未満では乾燥速度が速く十分な平滑性を得にくいため好ましくなく、２５０℃を超えると薄膜を形成する際に残存しやすくなるため、好ましくない。
　一般式ＩＶに相当する高沸点溶媒としては、例えば、２－エトキシエタノール、２－（メトキシエトキシ）エタノール、２－（エトキシエトキシ）エタノール、２－イソプロポキシエタノール、１－エトキシ－２－プロパノール、２－ジエチルアミノエタノール、２-ジプロピルアミノエタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ベンジルアルコールなどを挙げることができる。
　これらの分散媒と併用できる溶媒としては、例えばジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセチルアセトンなどが挙げられる。
　また、金属アルコキシド溶液は、帯電防止剤、可塑剤、高分子バインダー、増粘剤等の各種添加剤を目的に応じて添加し、物性調整した後に塗布用の溶液として用いてもよい。
＜前処理工程＞
　次に、図１（Ｃ）に示すように、上述した形成工程により得られた有機成分とＩｎとを含有する第１酸化物前駆体膜４に対して、前記有機成分の熱分解温度未満で前記有機成分の結合状態を選択的に変化させ、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示す第２酸化物前駆体膜６を得る前処理工程を行う。
　なお、有機成分の熱分解温度未満としているのは、有機成分が熱分解してしまうと、前処理工程後には有機物が残存しておらず、そのまま後述する後処理工程を行っても膜質の向上が図り難いからである。また、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークは、Ｉｎ前駆体原料に由来するものである。
　このような前処理工程を行うと、後述する後処理工程後に得られる非晶質酸化物薄膜について、移動度が高く膜質の向上に繋がる。また、この非晶質酸化物薄膜をＴＦＴの活性層として用いた場合に、オンオフ比が高く膜質の向上に繋がる。具体的には、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときから、移動度が約１桁以上に高くなり、且つ、オンオフ比が急激に高くなる。
　前処理工程としては、上述のような機能を果たせば手段は問わないが、例えば光処理工程又はプラズマ処理工程から選ばれる少なくとも一つが挙げられ、特に処理コストが抑えられるという観点から光処理工程が好ましい。また、この光処理工程では、第１酸化物前駆体膜４に対して紫外線を照射することが好ましい。紫外線を照射することが好ましい理由としては、紫外線のような短波長の光が有機成分の結合状態を変化させ易いからである。例えば低圧水銀ランプを用いた場合、主成分として１８５ｎｍ（６４５ＫＪ/ｍｏｌ)と２５４ｎｍ（４７２ＫＪ/ｍｏｌ）の紫外線が存在し、Ｃ-Ｈ（４１３．４ＫＪ/ｍｏｌ）やＣ=Ｃ（６０７ＫＪ/ｍｏｌ）やＣ-Ｏ（３５１．５ＫＪ/ｍｏｌ）などの様々な有機成分の結合を分解することができる。そのため、紫外線の波長は１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であることが好ましく、１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがより好ましい。光源は、低圧水銀灯、重水素ランプ、キセノンエキシマランプ、メタルハライドランプ、エキシマーレーザーなどを用いることができる。
　また、光処理のみでも有機成分の結合状態を変化させ得るが、最終的に得たい薄膜が酸化物であるため、光処理工程の他、オゾンや酸素ラジカルに代表される活性酸素や酸素プラズマ等と併用することでより膜質の向上を図ることができる。オゾンの場合は、酸素存在下にて紫外線を照射することで発生するが、オゾナイザー等で積極的に導入しても構わない。
　なお、本実施形態においてフーリエ変換型赤外分光で用いる測定装置は、装置名がＢＲＵＫＥＲ　ＡＬＰＨＡであり、測定配置がダイヤモンドＡＴＲ配置である。
　また前処理工程では、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、４倍以上のエネルギー総量を用いて光処理を行うことが好ましい。
　このように４倍以上のエネルギー総量を用いて光処理を行うことで、後述する後処理工程後に得られる非晶質酸化物薄膜をＴＦＴの活性層として用いた場合に、４倍未満のエネルギー総量を用いる場合に比べて、オンオフ比が高く、且つ、安定化（飽和）する。また、４倍未満のエネルギー総量を用いる場合に比べて、移動度が高く、且つ、安定化（飽和）する。
　さらに前処理工程では、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、４倍以上６倍以下のエネルギー総量を用いて光処理を行うことがより好ましい。
　６倍超のエネルギー総量を用いると移動度が安定化（飽和）するものの、第２酸化物前駆体膜６に対して長時間の光処理が行われることになる。４倍以上６倍以下のエネルギー総量を用いて光処理を行うことで、長時間の光処理を避け、溶液中の金属が酸化され電気伝導率が悪化することを抑制することができる。また、基板２が上述した樹脂基板や樹脂の複合材料で構成された基板である場合に、光処理によって基板２が変形することを抑制できる。
　前処理工程における有機成分の結合状態の選択的な変化は、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、第１酸化物前駆体膜４の赤外線吸収スペクトルと比較した場合に、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にある有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含むことが好ましい。この範囲の一部ピークは、ＣＯ系のピークであると想定される。ここで、前処理工程として光処理を単に行っても、形成工程で用いる溶液や第１酸化物前駆体膜４中の有機成分によって、減少するピークの種類は変化し得る。このように前処理工程によって選択的に減少するピークの種類を、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークに特定することで、確実に膜質の向上を図ることができる。
　また、前処理工程における有機成分の結合状態の選択的な変化は、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、第１酸化物前駆体膜４の赤外線吸収スペクトルと比較した場合に、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少とは別個に又は減少と共に、照射した赤外線の波数が２７５０ｃｍ－１以上３０５０ｃｍ－１以下の範囲にある有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含むことが好ましい。この範囲のピークは、ＣＨ系のピークであると想定される。このように前処理工程によって選択的に減少するピークの種類を、照射した赤外線の波数が２７５０ｃｍ－１以上３０５０ｃｍ－１以下の範囲にあるピークに特定することで、確実に膜質の向上を図ることができる。
　また、前処理工程後且つ後処理工程前で、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少率が、前処理工程前の１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークを１としたとき０．３７以下であることが好ましく、０．１１以下であることがより好ましい。ピークの減少率が０．３７以下であると、第２酸化物前駆体膜６に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し易いからである。　　なお、このピークの減少率は、例えば光照射の波長、照射時間や照射量等によって調整することができる。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
＜後処理工程＞
　次に、図１（Ｄ）に示すように、前処理工程後の第２酸化物前駆体膜６中に残存する有機成分を除去して、第２酸化物前駆体膜６を、Ｉｎを含有する非晶質金属酸化物薄膜８へ変化させる後処理工程を行う。
　この後処理工程は、上述のような機能を果たせば手段は問わないが、具体的に熱処理工程が挙げられる。
　熱処理工程の方法としては、電気炉やマッフル炉で加熱する方法や、赤外線ランプやホットプレートタイプの加熱方法等が挙げられる。
　この熱処理工程では、４２５℃以上の温度で第２酸化物前駆体膜６中を熱処理することが好ましい。４２５℃未満で熱処理する場合に比べて、当該熱処理により得られる非晶質酸化物薄膜８の移動度を約３桁も高くすることができるからである。
　また、第２酸化物前駆体膜６がＩｎ、Ｇａ及びＺｎを全て含有している場合、第２酸化物前駆体膜６を非晶質酸化物薄膜８へ変化させる過程で、非晶質の状態を保つという観点から、８００℃未満、特に７００℃以下の温度で熱処理することが好ましい。特に、基板２の溶解や変形を抑制するという観点から、６００℃以下の温度で熱処理することが好ましい。
　また、熱処理の雰囲気としては、酸化物を得やすいという観点から酸化性雰囲気で行うことが好ましい。なお、酸化性雰囲気としてはまず、大気（酸素分圧２１％，（雰囲気全体に含まれる水分含有量が露点温度換算で１６℃(絶対湿度１３．６ｇ/ｍ－３)））が用いることができる。また、酸素分圧が全圧の２０％以上を占める雰囲気を用いることが好ましく、例えば酸素分圧１００％の雰囲気（ガスボンベからフロー。雰囲気全体に含まれる水分含有量が露点温度換算で－３６℃以下(絶対湿度０．２１ｇ/ｍ－３以下)）を用いることもできる。
＜その他の工程＞
　最後に、図１（Ｅ）に示すように、後処理工程にて得られた非晶質酸化物薄膜８をエッチングしたり、非晶質酸化物薄膜８上に薄膜を形成したりする等その他の工程を適宜行う。
　以上の工程を経ることにより、膜質を向上した非晶質酸化物薄膜８を得ることができる。そして、このような非晶質酸化物薄膜８は薄膜トランジスタの活性層や導電層、絶縁層、中でも活性層として有用である。
２．薄膜トランジスタ
　本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。そして、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタでは、活性層、絶縁層（ゲート絶縁膜や保護層等）及び導電層（ゲード電極やソース電極、ドレイン電極等）の少なくともいずれか１つとして上述の非晶質酸化物薄膜８が用いられる。
　ＴＦＴの素子構造としては、ゲート電極の位置に基づいた、いわゆる逆スタガ構造（ボトムゲート型とも呼ばれる）及びスタガ構造（トップゲート型とも呼ばれる）のいずれの態様であってもよい。また、活性層とソース電極及びドレイン電極（適宜、「ソース・ドレイン電極」という。）との接触部分に基づき、いわゆるトップコンタクト型、ボトムコンタクト型のいずれの態様であってもよい。
　なお、トップゲート型とは、ゲート絶縁膜の上側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の下側に活性層が形成された形態であり、ボトムゲート型とは、ゲート絶縁膜の下側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の上側に活性層が形成された形態である。また、ボトムコンタクト型とは、ソース・ドレイン電極が活性層よりも先に形成されて活性層の下面がソース・ドレイン電極に接触する形態であり、トップコンタクト型とは、活性層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて活性層の上面がソース・ドレイン電極に接触する形態である。
　図２Ａは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図２Ａに示すＴＦＴ１０では、基板１２の一方の主面上に活性層１４が積層されている。そして、この活性層１４上にソース電極１６及びドレイン電極１８が互いに離間して設置され、更にこれらの上にゲート絶縁膜２０と、ゲート電極２２とが順に積層されている。
　図２Ｂは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図２Ｂに示すＴＦＴ３０では、基板１２の一方の主面上にソース電極１６及びドレイン電極１８が互いに離間して設置されている。そして、活性層１４と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極２２と、が順に積層されている。
　図２Ｃは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図２Ｃに示すＴＦＴ４０では、基板１２の一方の主面上にゲート電極２２と、ゲート絶縁膜２０と、活性層１４と、が順に積層されている。そして、この活性層１４の表面上にソース電極１６及びドレイン電極１８が互いに離間して設置されている。
　図２Ｄは、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型のＴＦＴの一例を示す模式図である。図２Ｄに示すＴＦＴ５０では、基板１２の一方の主面上にゲート電極２２と、ゲート絶縁膜２０と、が順に積層されている。そして、このゲート絶縁膜２０の表面上にソース電極１６及びドレイン電極１８が互いに離間して設置され、更にこれらの上に、活性層１４が積層されている。
　なお、本実施形態に係るＴＦＴは、上記以外にも、様々な構成をとることが可能であり、適宜、活性層上に保護層や基板上に絶縁層等を備える構成であってもよい。
　以下、各構成要素について詳述する。なお、代表例として図２Ａに示すトップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴ１０であって、活性層１４として本実施形態に係る非晶質酸化物薄膜８を用いる場合について具体的に説明するが、本発明は他の形態のＴＦＴを製造する場合についても同様に適用することができる。
＜ＴＦＴの詳細構成＞
－基板－
　まず、ＴＦＴ１０を形成するための基板１２を用意する。基板１２は、上述した基板２と同一のものを用いることができる。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
－活性層－
　次に、基板１２上に、トランジスタの一部として活性層１４を形成する。
　活性層１４は非晶質酸化物薄膜８を用いる。したがって、活性層１４は、上述したような本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜８の製造方法を用いて形成する。ただし、後処理工程は、有機物を確実に除去するという観点から活性層１４の形成直後であることが好ましいが、ソース電極１６及びドレイン電極１８の形成後であったり、ゲート電極２２形成後であったり、ＴＦＴ１０完成後であったりしてもよい。
　活性層１４として用いる非晶質酸化物薄膜８の材料としては、Ｉｎを含有したＩｎ－Ｏ系の酸化物半導体を用いる。この酸化物半導体には、Ｉｎと、Ｚｎ、Ｇａ及びＭｇから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物がより好ましく、Ｉｎと、Ｇａ及びＺｎから選ばれる少なくとも１種を含む酸化物がさらに好ましい。
　特に、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを全て含む酸化物がより好ましい。Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系酸化物半導体としては、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表される酸化物半導体が好ましく、特に、ＩｎＧａＺｎＯ４（以下、「ＩＧＺＯ」とも言う。）がより好ましい。この組成の酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。
　ただし、ＩＧＺＯの組成比は、厳密にＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１となる必要はない。また、活性層１４は、上記のような酸化物半導体を主成分として含有していれば良く、その他に不純物等を含有していても良い。ここで、「主成分」とは、活性層１４を構成する構成成分のうち、最も多く含有されている成分を表す。
　活性層１４の形成後には、デバイスに応じて当該薄膜を適宜パターンニングする。パターンニングはフォトリソグラフィー及びエッチングにより行うことが出来る。具体的には、残存させる部分にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、又は燐酸、硝酸及び酢酸の混合液等の酸溶液によりエッチングすることによりパターンを形成する。また、活性層１４上にはソース・ドレイン電極エッチング時に活性層１４を保護するための保護膜があってもよい。保護膜は活性層１４と連続で成膜してもよいし、活性層１４のパターンニング後に形成してもよい。さらに、活性層のパターニングは、後述するソース・ドレイン電極を形成した後に行ってもよい。パターンニングによる活性層１４へのダメージを抑制することができるからである。
　活性層１４の層構造は、２層以上から構成されていても良く、活性層１４が低抵抗層と高抵抗層より形成され、低抵抗層がゲート絶縁膜２０と接し、高抵抗層がソース電極１６及びドレイン電極１８の少なくとも一方と電気的に接していることが好ましい。
　活性層１４の厚みは、特に限定されないが、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より好ましくは、２．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
－ソース・ドレイン電極－
　活性層１４の上にソース・ドレイン電極１６,１８を形成するための導電膜を形成する。　
　この導電膜は高い導電性を有するものを用い、例えばＡｌ,Ｍｏ,Ｃｒ,Ｔａ,Ｔｉ,Ａｕ等の金属、Ａｌ－Ｎｄ、Ａｇ合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することが出来る。ソース・ドレイン電極１６,１８としてはこれらの導電膜を単層構造又は２層以上の積層構造として用いることが出来る。
　導電膜の形成は、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。
　成膜する導電膜の膜厚は、成膜性やエッチングやリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
　次いで、成膜した導電膜をエッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ソース電極及びドレイン電極１６,１８を形成する。この際、ソース・ドレイン電極１６,１８に接続する配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
－ゲート絶縁膜－
　ソース・ドレイン電極１６,１８及び配線を形成した後、ゲート絶縁膜２０を形成する。
　ゲート絶縁膜２０は、高い絶縁性を有するものが好ましく、例えばＳｉＯ２,ＳｉＮｘ,ＳｉＯＮ,Ａｌ２Ｏ３,Ｙ２Ｏ３,Ｔａ２Ｏ５,ＨｆＯ２等の絶縁膜、又はこれらの化合物を少なくとも二つ以上含む絶縁膜としてもよい。ゲート絶縁膜２０は、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。
　次に、ゲート絶縁膜２０は、必要に応じて、フォトリソグラフィー及びエッチングによって所定の形状にパターンニングを行う。
　なお、ゲート絶縁膜２０は、リーク電流の低下及び電圧耐性の向上のための厚みを有する必要がある一方、ゲート絶縁膜の厚みが大きすぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。　ゲート絶縁膜は材質にもよるが、ゲート絶縁膜の厚みは１０ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下がより好ましく、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下が特に好ましい。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
－ゲート電極－
　ゲート絶縁膜２０を形成した後、ゲート電極２２を形成する。
　ゲート電極２２は、高い導電性を有するものを用い、例えばＡｌ,Ｍｏ,Ｃｒ,Ｔａ,Ｔｉ,Ａｕ等の金属、Ａｌ－Ｎｄ、Ａｇ合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜等を用いて形成することが出来る。ゲート電極２２としては、これらの導電膜を単層構造又は２層以上の積層構造として用いることが出来る。
　ゲート電極２２は、例えば印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜する。成膜する導電膜の膜厚は成膜性、エッチングやリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
　成膜後、導電膜をエッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングし、ゲート電極２２を形成する。この際、ゲート電極２２及びゲート配線を同時にパターンニングすることが好ましい。
　以上の手順により、図２Ａに示すような、オンオフ比が高く移動度も高い等のＴＦＴ特性が良好なＴＦＴ１０を作製することができる。なお、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜８の製造方法は活性層１４の形成に適用する場合を説明したが、ゲート絶縁膜２０やゲート電極２２、ソース電極１６、ドレイン電極１８の形成に用い、活性層１４の形成は従来の方法を用いることもできる。また、活性層１４の形成と共に、ゲート絶縁膜２０、ゲート電極２２、ソース電極１６又はドレイン電極１８の何れかの形成において、本発明の実施形態に係る非晶質酸化物薄膜８の製造方法を用いることもできる。
　後述するように、本実施形態による液相法で作製したものと、真空成膜で作製したものとが、酸化物の電気物性を支配していると考えられる酸素の結合状態が類似しているため、半導体膜としての膜質の向上に限らず、ゲート電極２２、ソース電極１６又はドレイン電極１８等の導電体膜の膜質の向上（移動度の向上）や、ゲート絶縁膜２０等の絶縁体膜の膜質の向上（リーク電流の抑制）に繋がるからである。
３．応用
　以上で説明した本実施形態のＴＦＴの用途には特に限定はないが、例えば電気光学装置における駆動素子、特に大面積デバイスに用いる場合に好適である。
　更に実施形態のＴＦＴは、樹脂基板を用いた低温プロセスで作製可能なデバイスに特に好適であり(例えばフレキシブルディスプレイ等)、Ｘ線センサなどの各種センサ、ＭＥＭＳ(Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）等、種々の電子デバイスにおける駆動素子(駆動回路)として、好適に用いられるものである。
４．電気光学装置及びセンサ
　電気光学装置又はセンサは、本実施形態のＴＦＴを備えて構成される。
　電気光学装置の例としては、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置、無機ＥＬ表示装置等の表示装置がある。
　センサの例としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサや、Ｘ線センサ等が好適である。
　本実施形態のＴＦＴを用いた電気光学装置およびセンサは、いずれも特性の面内均一性が高い。なお、ここで言う「特性」とは、電気光学装置（表示装置）の場合には表示特性、センサの場合には感度特性である。
　以下、本実施形態によって製造されるＴＦＴを備えた電気光学装置又はセンサの代表例として、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、Ｘ線センサについて説明する。
５．液晶表示装置
　図３に、本発明の電気光学装置の一実施形態の液晶表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図４にその電気配線の概略構成図を示す。
　図３に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、図２Ａに示したトップゲート構造でトップコンタクト型のＴＦＴ１０と、ＴＦＴ１０のパッシベーション層１０２で保護されたゲート電極２２上に画素下部電極１０４およびその対向上部電極１０６で挟まれた液晶層１０８と、各画素に対応させて異なる色を発色させるためのＲＧＢカラーフィルタ１１０とを備え、ＴＦＴ１０の基板１２側およびＲＧＢカラーフィルタ１１０上にそれぞれ偏光板１１２ａ、１１２ｂを備えた構成である。
　また、図４に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、互いに平行な複数のゲート配線１１２と、該ゲート配線１１２と交差する、互いに平行なデータ配線１１４とを備えている。ここでゲート配線１１２とデータ配線１１４は電気的に絶縁されている。ゲート配線１１２とデータ配線１１４との交差部付近に、ＴＦＴ１０が備えられている。
　図３、図４において、ＴＦＴ１０のゲート電極２２は、ゲート配線１１２に接続されており、ＴＦＴ１０のソース電極１６はデータ配線１１４に接続されている。また、ＴＦＴ１０のドレイン電極１８はゲート絶縁膜２０に設けられたコンタクトホール１１６を介して（コンタクトホール１１６に導電体が埋め込まれて）画素下部電極１０４に接続されている。この画素下部電極１０４は、接地された対向上部電極１０６とともにキャパシタ１１８を構成している。
　図３に示した本実施形態の液晶装置においては、トップゲート構造のＴＦＴ１０を備えるものとしたが、本発明の表示装置である液晶装置において用いられるＴＦＴはトップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
　本実施形態のＴＦＴは、オンオフ比が非常に高いことから、安定性のある液晶表示装置を得ることができる。
６．有機ＥＬ表示装置
　図５に、本発明の電気光学装置の一実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置について、その一部分の概略断面図を示し、図６に電気配線の概略構成図を示す。
　有機ＥＬ表示装置の駆動方式には、単純マトリックス方式とアクティブマトリックス方式の２種類がある。単純マトリックス方式は低コストで作製できるメリットがあるが、走査線を１本ずつ選択して画素を発光させることから、走査線数と走査線あたりの発光時間は反比例する。そのため高精細化、大画面化が困難となっている。アクティブマトリックス方式は画素ごとにトランジスタやキャパシタを形成するため製造コストが高くなるが、単純マトリックス方式のように走査線数を増やせないという問題はないため高精細化、大画面化に適している。
　本実施形態のアクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置２００は、図２Ａに示したトップゲート構造のＴＦＴ１０が、パッシベーション層２０２を備えた基板１２上に、駆動用ＴＦＴ２０４およびスイッチング用ＴＦＴ２０６として備えられ、該ＴＦＴ２０４および２０６上に下部電極２０８および上部電極２１０に挟まれた有機発光層２１２を含む有機ＥＬ発光素子２１４を備え、上面もパッシベーション層２１６により保護された構成となっている。
　また、図６に示すように、本実施形態の有機ＥＬ表示装置２００は、互いに平行な複数のゲート配線２２０と、該ゲート配線２２０と交差する、互いに平行なデータ配線２２２および駆動配線２２４とを備えている。ここで、ゲート配線２２０とデータ配線２２２、駆動配線２２４とは電気的に絶縁されている。図５、６において、スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのゲート電極２２は、ゲート配線２２０に接続されており、スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのソース電極１６はデータ配線２２２に接続されている。また、スイッチング用ＴＦＴ１０ｂのドレイン電極１８は駆動用ＴＦＴ１０のゲート電極２２に接続されるとともに、キャパシタ２２６を用いることで駆動用ＴＦＴ１０ａをオン状態に保つ。駆動用ＴＦＴ１０ａのソース電極１６は駆動配線２２４に接続され、ドレイン電極１８は有機ＥＬ発光素子２１４に接続される。
　図５に示した本実施形態の有機ＥＬ装置においては、トップゲート構造のＴＦＴ１０ａおよび１０ｂを備えるものとしたが、本発明の表示装置である有機ＥＬ装置において用いられるＴＦＴは、トップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
　本実施形態により製造されるＴＦＴは、オンオフ比が非常に高いことから、安定性のある有機ＥＬ表示装置が得られる。
　なお、図５に示した有機ＥＬ表示装置において、上部電極２１０を透明電極としてトップエミッション型としてもよいし、下部電極２０８およびＴＦＴの各電極を透明電極とすることによりボトムエミッション型としてもよい。
７．Ｘ線センサ
　図７に、本発明のセンサの一実施形態であるＸ線センサについて、その一部分の概略断面図を示し、図８にその電気配線の概略構成図を示す。
　図７は、より具体的にはＸ線センサアレイの一部を拡大した概略断面図である。本実施形態のＸ線センサ３００は基板１２上に形成されたＴＦＴ１０およびキャパシタ３１０と、キャパシタ３１０上に形成された電荷収集用電極３０２と、Ｘ線変換層３０４と、上部電極３０６とを備えて構成される。ＴＦＴ１０上にはパッシベーション膜３０８が設けられている。
　キャパシタ３１０は、キャパシタ用下部電極３１２とキャパシタ用上部電極３１４とで絶縁膜３１６を挟んだ構造となっている。キャパシタ用上部電極３１４は絶縁膜３１６に設けられたコンタクトホール３１８を介し、ＴＦＴ１０のソース電極１６およびドレイン電極１８のいずれか一方（図７においてはドレイン電極１８）と接続されている。
　電荷収集用電極３０２は、キャパシタ３１０におけるキャパシタ用上部電極３１４上に設けられており、キャパシタ用上部電極３１４に接している。
　Ｘ線変換層３０４はアモルファスセレンを含む層であり、ＴＦＴ１０およびキャパシタ３１０を覆うように設けられている。
　上部電極３０６はＸ線変換層３０４上に設けられており、Ｘ線変換層３０４に接している。
　図８に示すように、本実施形態のＸ線センサ３００は、互いに平行な複数のゲート配線３２０と、ゲート配線３２０と交差する、互いに平行な複数のデータ配線３２２とを備えている。ここでゲート配線３２０とデータ配線３２２は電気的に絶縁されている。ゲート配線３２０とデータ配線３２２との交差部付近に、ＴＦＴ１０が備えられている。
　ＴＦＴ１０のゲート電極２２は、ゲート配線３２０に接続されており、ＴＦＴ１０のソース電極１６はデータ配線３２２に接続されている。また、ＴＦＴ１０のドレイン電極１８は電荷収集用電極３０２に接続されており、さらにこの電荷収集用電極３０２は、キャパシタ３１０に接続されている。
　本実施形態のＸ線センサ３００において、Ｘ線は図７中、上部（上部電極３０６側）から照射され、Ｘ線変換層３０４で電子－正孔対を生成する。このＸ線変換層３０４に上部電極３０６によって高電界を印加しておくことにより、生成した電荷はキャパシタ３１０に蓄積され、ＴＦＴ１０を順次走査することによって読み出される。
　本実施形態のＸ線センサ３００は、面内均一性の高い、信頼性に優れたＴＦＴ１０を備えるため、均一性に優れた画像を得ることができる。
　なお、図７に示した本実施形態のＸ線センサにおいては、トップゲート構造のＴＦＴを備えるものとしたが、本発明のセンサにおいて用いられるＴＦＴはトップゲート構造に限定されることなく、ボトムゲート構造のＴＦＴであってもよい。
＜変形例＞
　なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであり、例えば上述の複数の実施形態は、適宜、組み合わせて実施可能である。また、以下の変形例同士を、適宜、組み合わせてもよい。
　例えば、上述した基板用意工程、形成工程、その他の工程は、全部又は一部を適宜省略することができる。
　また、後処理工程の際に、例えば熱処理と同時に光照射を行ってもよい。
　以下に実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
＜金属アルコキシド系の実施例＞
－第１酸化物前駆体膜及び第２酸化物前駆体膜の作製及び検討－
　酢酸亜鉛２水和物２．２ｇ、ガリウムイソプロポキシド２．４７ｇ、インジウムイソプロポキシ２．７４ｇを秤量し、ジエチルエタノールアミン中で１５０℃の温度にて攪拌し、淡黄色の金属アルコキシド系原料液（ＩＧＺＯ溶液）を得た。Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎの組成比は、ＩＣＰ測定により１．０：１．０：０．９という結果が得られた。そして、得られたＩＧＺＯ溶液の乾燥ゲルに対してＴＧ－ＤＴＡを実施した。
　図９は、実施例の乾燥ゲルに対するＴＧ－ＤＴＡの測定結果を示す図である。
　図９に示す測定結果のように、室温以上約４００℃以下まで発熱反応に伴う重量減少が急激であった。また、４００℃超４２５℃未満は重量減少が緩やかとなり、約４２５℃で発熱反応に伴う重量減少が終了していることが分かった。上記４００℃及び４２５℃の温度は、乾燥ゲルの有機成分の熱分解温度に相当するものと考えられる。
　次に、石英基板上に、上記ＩＧＺＯ溶液を１０００ｒｐｍの速度で二回スピンコートした後、室温で乾燥させることによりゲル状態の第１酸化物前駆体膜を成膜した。そして、得られた第１酸化物前駆体膜をＸＲＤにて評価を行った。
　図１０は、実施例の第１酸化物前駆体膜に対するＸＲＤの測定結果である。
　図１０に示すように、室温乾燥させたのみの第１酸化物前駆体膜では、非晶質を示すパターンしか得られなかった。また、この第１酸化物前駆体膜のＸＲＤ焼成温度依存を測定すると、１０００℃焼成の膜ではＩｎＧａＺｎＯ４の結晶構造を有しており、８００℃焼成での膜では微弱なピークがあり一部結晶質があると推定されるものの非晶質と混在している状態であり、７００℃焼成での膜では明確なピークが見られずにごく一部の結晶質があると推定されるものの非晶質と混在している状態であり、６００℃以下までの膜では図１０の結果のみから分析すると完全に非晶質として存在することが確認された。
　次に、室温乾燥させたのみの複数の第１酸化物前駆体膜に対して、互いに１分、３分、５分、１０分、３０分、６０分、９０分と照射時間を変えて前処理工程としてのＵＶオゾン処理を行い、第２酸化物前駆体膜を得た。このＵＶオゾン処理では低圧水銀ランプ(波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ)を用いており、２５４ｎｍの強度が約５ｍＷ／ｃｍ２である。
　このＵＶオゾン処理の前後の膜に対してＸＲＦ測定を行ったところ、Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎの組成比及び塗布量は処理前後で変化していなかった。
　また、このＵＶオゾン処理を行った後の第２酸化物前駆体膜に対して、装置名：ＢＲＵＫＥＲ　ＡＬＰＨＡの装置でダイヤモンドＡＴＲ配置を用いて、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定を実施した。また、比較のために、室温乾燥させたのみの複数の第１酸化物前駆体膜をＵＶオゾン処理の代わりに各種温度で熱処理し、その後の膜に対してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定を実施した。
　図１１は、各第２酸化物前駆体膜に対してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定した測定結果を示す図である。図１２は、図１１に示す赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの拡大図である。
　図１３は、複数の第１酸化物前駆体膜を各種温度で熱処理した後の各膜に対してＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトル測定した測定結果を示す図である。なお、図１１では、９０分の間ＵＶオゾン処理した後の第２酸化物前駆体膜に対するＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）スペクトルの測定結果は、６０分の測定結果と同様であったので図示を省略している。
　図１１に示すように、処理時間と共にＦＴ－ＩＲスペクトルの一部ピークの形状が変化していくことが確認された。ＵＶオゾン処理と熱処理でのＦＴ－ＩＲスペクトルの形状変化を図１１及び図１３を参照しながら比較すると、熱処理では、ピークが全体的に減少しているが、ＵＶオゾン処理では選択的にピークの形状（有機成分の結合状態）が変化していることが分かる。また、ＵＶオゾン処理後に熱処理を施したサンプル（図１４参照）ではＵＶオゾン処理を施していないサンプル（図１５参照）と同様に６００度以下ではＸＲＤ測定結果からは完全に非晶質状態であることが確認された。
　さらに、図１２に示すように、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分未満では、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示している。一方で、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分以上では、第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置する（ダブル）ピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示すようになることが分かった。
　より具体的には、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分以上では、第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＶ）と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩＩ）とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲（ＩＶ）に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示すようになる。
　なお、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＶ）と、赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩＩ）とには、両範囲を跨ぐようにダブルピークが見られ、このダブルピークの一つが上記範囲（ＩＶ）に位置するピークである。
　また、図１１に示すように、ＵＶオゾン処理におけるピークの形状変化（有機成分の結合状態）の選択的な変化として、ＵＶオゾン処理の照射時間が長くなると共に、赤外線の波数２７５０ｃｍ－１以上３０５０ｃｍ－１以下の範囲にある有機成分由来のピークの減少も含むことが分かった。同様に、ＵＶオゾン処理におけるピークの形状変化（有機成分の結合状態）の選択的な変化として、ＵＶオゾン処理の照射時間が長くなると共に、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にある有機成分由来のピークの減少も含むことが分かった。
　以下、表１に照射時間及びエネルギー総量と、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にある有機成分由来のピークの減少率との相関関係を示す。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
Figure WO-DOC-TABLE-1
 
－薄膜トランジスタの作製－
　次に、ＵＶオゾン処理の照射時間によって変化する第２酸化物前駆体膜の状態が熱処理後の薄膜へデバイス特性としてどのような影響を及ぼすか評価を行うために、ボトムゲートートップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製した。
　図１６は、本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程図を示す図である。
　本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの基板には、Ｐ＋Ｓｉ／Ｓｉ熱酸化膜(１００ｎｍ)付基板を用い、ゲート電極としてＰ＋Ｓｉを、ゲート絶縁膜としてＳｉ熱酸化膜を用いた。
　次に、図１６（Ａ）～（Ｃ）に示す過程において、上記の第１酸化物前駆体膜から第２酸化物前駆体膜を得る方法と同一の方法を用いて活性層を作製した。具体的に、図１６（Ａ）に示すように、ＩＧＺＯ溶液（上記原料液と同じ溶液で、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．０：１．０：０．９）を用い、スピンコート法により最終生成物の膜厚が５０ｎｍ程度になるように活性層の成膜を行った（熱処理により有機成分が減少して膜厚が変化するため）。成膜後に、図１６（Ｂ）に示すように前処理工程としてＵＶオゾン処理を各種条件にて実施し、図１６（Ｃ）に示すように後処理工程として４００℃以上６００℃以下の間で１５分間熱処理を実施した。その後図１６（Ｄ）に示すようにフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより活性層をパターニングした。レジストにはＴＳＭＲ８９００－ＬＢ、エッチング液にはシュウ酸を用いた。現像には現像液としてＴＭＡＨ５％溶液を用いている。ソース、ドレイン(１００ｎｍ)電極にはＭｏを、図１６（Ｅ）及び図１６（Ｆ）に示すようにリフトオフにより形成した。レジストにはＡＺ５２１４Ｅを用いた。
－トランジスタ特性及び移動度の評価－
　次に、得られた薄膜トランジスタに対して、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性(Ｖｇ－Ｉｄ特性)及び移動度μの測定を行った。Ｖｇ－Ｉｄ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を５Ｖに固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を－２０Ｖ～＋４０Ｖの範囲内で変化させ、各ゲート電圧（Ｖｇ）におけるドレイン電流（Ｉｄ）を測定することにより行った。
　図１７～図２１は、実施例により得られた薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。具体的に、図１７は、熱処理温度を４００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。図１８は、熱処理温度を４２５℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。図１９は、熱処理温度を４５０℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。図２０は、熱処理温度を５００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。図２１は、熱処理温度を６００℃に固定して、ＵＶ照射時間を０、１、３、５、１０、２０、３０、６０、９０分と変化させたときの薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。
　なお、熱処理温度に関わらず、ＵＶ照射時間を０分としたときの薄膜トランジスタを比較例１のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を１分としたときの薄膜トランジスタを比較例２のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を３分としたときの薄膜トランジスタを比較例３のＴＦＴと呼称する。また、熱処理温度に関わらず、ＵＶ照射時間を５分としたときの薄膜トランジスタを実施例１のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を１０分としたときの薄膜トランジスタを実施例２のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を２０分としたときの薄膜トランジスタを実施例３のＴＦＴと呼称する。さらに、熱処理温度に関わらず、ＵＶ照射時間を３０分としたときの薄膜トランジスタを実施例４のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を６０分としたときの薄膜トランジスタを実施例５のＴＦＴとし、ＵＶ照射時間を９０分としたときの薄膜トランジスタを実施例６のＴＦＴと呼称する。
　また、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めたオンオフ比とＵＶ照射時間との関係を以下の表２にまとめ、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めた移動度とＵＶ照射時間との関係を以下の表３にまとめた。また、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めたオンオフ比とＵＶ照射時間との関係を図２２に示し、図２２の部分拡大図を図２３に示した。さらに、図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から求めた移動度とＵＶ照射時間との関係を図２４に示した。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
Figure WO-DOC-TABLE-2
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
　図１７～図２１に示すＶｇ－Ｉｄ特性から、ＵＶオゾン処理時間が長くなると共に良好なＶｇ－Ｉｄ特性が得られていることが分かった。
　特に、図２２及び図２３に示すように、照射時間を５分以上とした実施例１～６のＴＦＴは、比較例１～３のＴＦＴに比べてオンオフ比が急激に高くなり膜質の向上に繋がることが分かった。
　さらに、表３及び図２４に示すように、照射時間を１０分以上とした実施例２～６のＴＦＴは、実施例１のＴＦＴに比べて移動度が高くなり膜質の向上に繋がることが分かった。すなわち、第２酸化物前駆体膜（活性層）に対して、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＶ）と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩＩ）とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲（ＩＶ）に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときから（照射時間５分以上：エネルギー総量１．５Ｊ／ｃｍ２以上：ピーク減少率０．３７以下に対応）、ＵＶ照射時間が５分未満の場合に比べて、オンオフ比が急激に高くなることが分かった。
　また、表３に示すように、照射時間を５分以上とした実施例１～６のＴＦＴは、比較例１～３のＴＦＴに比べて移動度が高くなり膜質の向上に繋がることが分かった。すなわち、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときから（照射時間５分以上：エネルギー総量１．５Ｊ／ｃｍ２以上：ピーク減少率０．３７以下に対応）、ＵＶ照射時間が５分未満の場合に比べて、移動度が約１桁以上高くなることが分かった。
　さらにまた、図２２に示すように、照射時間を２０分以上とした実施例３～６のＴＦＴは、実施例１や実施例２のＴＦＴに比べてオンオフ比が高く、且つ、オンオフ比が安定化（飽和）していることが分かった。また、図２４に示すように、照射時間を２０分以上とした実施例３～６のＴＦＴは、実施例１や実施例２のＴＦＴに比べて移動度が急激に高くなり、実施例３～６のＴＦＴ間で移動度が安定化（飽和）していることが分かった。すなわち、前処理工程で、第２酸化物前駆体膜（活性層）に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置するピークが、ＵＶオゾン処理の処理時間（照射時間）に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量（実施例では１．５Ｊ／ｃｍ２）に対して、４倍（実施例では６．０Ｊ／ｃｍ２）以上のエネルギー総量を用いて光処理を行うことで、４倍未満のエネルギー総量を用いる場合に比べて、オンオフ比が高く、且つオンオフ比が安定化（飽和）し、移動度が急激に高くなる。
　また、図２４に示すように、照射時間を２０分以上３０分以下とした実施例３～４のＴＦＴは、実施例１や実施例２及び実施例５や実施例６のＴＦＴに比べて、移動度がより高くなることが分かった。すなわち、前処理工程で、第２酸化物前駆体膜（活性層）に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置するピークが、ＵＶオゾン処理の処理時間（照射時間）に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量（実施例では１．５Ｊ／ｃｍ２）に対して、４倍以上６倍（実施例では９．０Ｊ／ｃｍ２）以下のエネルギー総量を用いて光処理を行うことで、４倍未満又は６倍超のエネルギー総量を用いる場合に比べて、移動度がより高くなることが分かった。
　また、６倍超のエネルギー総量を用いると移動度が安定化（飽和）するものの、第２酸化物前駆体膜（活性層）に対して長時間のＵＶオゾン処理が行われることになる。４倍以上６倍以下のエネルギー総量を用いてＵＶオゾン処理を行うことで、長時間のＵＶオゾン処理（ＵＶの照射）を避け、溶液中の金属が酸化され活性層の電気伝導率が悪化することを抑制することができると考えられる。また、基板が上述した樹脂基板や樹脂の複合材料で構成された基板である場合に、ＵＶオゾン処理によって基板が変形することを抑制できると考えられる。
　次に、良好な特性が得られた照射時間３０分のＵＶオゾン処理を施した実施例４のＴＦＴと、ＵＶオゾン処理の有無での移動度の比較を検討した。
　図２５は、実施例４のＴＦＴと比較例１のＴＦＴのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。なお、図２５では熱処理温度を４２５℃と６００℃にしたときのデータのみ示している。
　図２６は、実施例４のＴＦＴと比較例１のＴＦＴの熱処理温度（４００℃のときは除く）と移動度との関係をプロットしたグラフ図である。
　図２５に示す結果から、ＵＶオゾン処理が有るか否かで例えばオン電流が劇的に変化し、ＵＶオゾン処理を施していない比較例１のＴＦＴでは、特性向上が見込めず熱処理温度の低下とともにオン電流等のＴＦＴ特性が劣化していくことが確認された。
　また、図２６に示すように、ＵＶオゾン処理を施した実施例４のＴＦＴでは、比較例１のＴＦＴに比べて一桁以上移動度が向上し、４２５℃～６００℃の熱処理にてその移動度がほぼ同水準の値を示した。
－ＸＰＳ評価－
　次に、前処理としてのＵＶオゾン処理が熱処理後の物性に与える関係を調査するためにＸＰＳ測定を行った。このＸＰＳ測定には、島津製作所製ＡＸＩＳ－ＵＬＴＲＡを用いた。測定サンプルとして、上記ＩＧＺＯ溶液を３０分ＵＶオゾン処理した後、４２５℃，４５０℃又は５００℃でそれぞれ熱処理したものを用いた。比較用の測定サンプルとして、上記ＩＧＺＯ溶液をそのまま４２５℃，４５０℃又は５００℃でそれぞれ熱処理したものを用いた。同様に、比較用の測定サンプルとして、ＩＧＺＯ溶液と同じＩＧＺＯ組成のスパッタ膜を用いた。
　図２７は、各測定サンプルのＸＰＳデータを示す図である。
　図２７に示す結果から、３０分のＵＶオゾン処理を施したサンプルは、酸素の結合状態がスパッタ膜に近づいていることが分かる。これはＭ－Ｏ（Ｍ：Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｎの何れか）の結合状態が強くなっていることを意味し、この強い結合状態が移動度向上の原因となっていると考えられる。液相プロセスにおいては、真空プロセスでは含まれないＣやＨ等が多量に含まれているため、通常Ｍ－Ｏ結合の形成を阻害しやすい。特に真空プロセスではキャリア濃度を下げる働きをする、Ｇａ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗなどはキャリアの発生源となる酸素の取り込みや放出を行うことが困難であるため、一度Ｍ－ＯＨのような結合を形成してしまうと、その結合状態を再度変化させてＭ－Ｏ結合を形成させることが困難である。そのため、通常液相プロセスにおいては、Ｇａの添加量を極力少なくする傾向にあるが、本実施形態においては、ＵＶオゾン処理等の前処理工程を行い、前駆体膜を改質することで、Ｍ－ＯＨなどの結合を極力経由せずに、Ｍ－Ｏ結合が形成されるのを向上させることが可能となる。
　また、図２７に示す結果から、３０分のＵＶオゾン処理を施した各サンプル（非晶質酸化物薄膜）は、ＸＰＳによる酸素(Ｏ１ｓ)の結合エネルギーにおいて最大スペクトル強度をえられる結合エネルギーの位置が、同じ金属組成にて真空プロセスにより作製したサンプル（非晶質酸化物薄膜）と同じ位置（５３０ｅＶ付近）に存在していることが分かった。
＜有機酸塩系の実施例＞
－第１酸化物前駆体膜及び第２酸化物前駆体膜の作製及び検討－
　以上の実施例では、金属アルコキシド系のＩＧＺＯ溶液を用いて各種サンプルを作製したが、以下の実施例では有機酸塩系のＩＧＺＯ溶液を用いて各種サンプルを作製した。
　各々０．２ｍｏｌ／ｋｇで調液を行った酢酸亜鉛－メトキシエタノール溶液、ガリウムアセチルアセトナート-プロピオン酸溶液、インジウムアセチルアセトナート-プロピオン酸溶液を準備し、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１:１:１となるように混合して、有機酸塩系原料液（ＩＧＺＯ溶液）を得た。
　次に、石英基板上に１０００ｒｐｍの速度で、１回スピンコートした後、室温で乾燥させることによりゲル状態の第１酸化物前駆体膜を成膜した。そして、得られた第１酸化物前駆体膜をＸＲＤにて評価を行ったところ図１０とほぼ同様の結果となった。
　次に、室温乾燥させたのみの複数の第１酸化物前駆体膜に対して、互いに１分、３分、５分、１０分、３０分、６０分、９０分と照射時間を変えて前処理工程としてのＵＶオゾン処理を行い、第２酸化物前駆体膜を得た。このＵＶオゾン処理では低圧水銀ランプ(波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍ)を用いており、２５４ｎｍの強度が約５ｍＷ／ｃｍ２である。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
　そして、ＵＶオゾン処理を行った後の第２酸化物前駆体膜に対して、装置名：ＢＲＵＫＥＲ　ＡＬＰＨＡの装置でダイヤモンドＡＴＲ配置を用いて、ＦＴ－ＩＲスペクトル測定を実施した。比較として、ＵＶオゾン処理を行っていない第１酸化物前駆体膜のままのＦＴ－ＩＲスペクトル測定も実施した。
　図２８は、各第２酸化物前駆体膜に対してＦＴ－ＩＲスペクトル測定した測定結果を示す図である。図２９は、図２８に示す赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの拡大図である。
　図２８に示すように、ＵＶ処理時間に伴い１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下におけるピーク形状が選択的に変化していることが確認された。
　また図２９に示すように、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分未満では、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示している。一方で、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分以上では、第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置する（ダブル）ピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示すようになることが分かった。
　具体的に、ＵＶオゾン処理の照射時間が５分以上では、第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＶ）と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩＩ）とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲（ＩＶ）に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲（Ｉ）における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示すようになることも分かった。
　なお、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＶ）と、赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩＩ）とには、両範囲を跨ぐようにダブルピークが見られ、このダブルピークの一つが上記範囲（ＩＶ）に位置するピークである。
－薄膜トランジスタの作製－
　次に、ＵＶオゾン処理の照射時間によって変化する第２酸化物前駆体膜の状態が熱処理後の薄膜へデバイス特性としてどのような影響を及ぼすか評価を行うために、ボトムゲートートップコンタクト型の薄膜トランジスタを作製した。
　図３０は、本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程図を示す図である。
[規則91に基づく訂正 19.09.2012]　
　本発明の実施例に係る薄膜トランジスタの基板には、Ｐ＋Ｓｉ／Ｓｉ熱酸化膜(１００ｎｍ)付基板を用い、ゲート電極としてＰ＋Ｓｉを、ゲート絶縁膜としてＳｉ熱酸化膜を用いた。
　次に、図３０（Ａ）～（Ｃ）に示す過程において、上記の第１酸化物前駆体膜から第２酸化物前駆体膜を得る方法と同一の方法を用いて活性層を作製した。具体的に、図３０（Ａ）に示すように、ＩＧＺＯ溶液（上記金属アルコキシド系のＩＧＺＯ溶液と同じ溶液で、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１．０：１．０：０．９）を用い、スピンコート法により最終生成物の膜厚が５０ｎｍ程度になるように活性層の成膜を行った（熱処理により有機成分が減少して膜厚が変化するため）。成膜後に、図３０（Ｂ）に示すように前処理としてＵＶオゾン処理を５分間実施し、図３０（Ｃ）に示すように後処理として３７５℃～６００℃の間で１５分間熱処理を実施した。その後、図３０（Ｄ）に示すようにフォトリソグラフィーを用いてリフトオフパターンを形成した。レジストにはＡＺ５２１４Ｅを用いた。その後電極Ｍｏを１００ｎｍ成膜し、レジスト剥離を行って図３０（Ｅ）に示すようにＳＤ電極パターンを形成した。そして、活性層のパターニングとしてレジストにはＴＳＭＲ８９００－ＬＢを用い、Ａｒプラズマによるドライエッチングを用いてパターニングをした。レジスト剥離には、酸素エッチングを用いて図３０（Ｆ）に示すような薄膜トランジスタを作製した。
　次に、得られた薄膜トランジスタに対して、半導体パラメータ・アナライザー４１５６
Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性(Ｖｇ－Ｉｄ特性)及び移動度μの測定を行った。Ｖｇ－Ｉｄ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を５Ｖに固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を－２０Ｖ～＋４０Ｖの範囲内で変化させ、各ゲート電圧（Ｖｇ）におけるドレイン電流（Ｉｄ）を測定することにより行った。
－トランジスタ特性及び移動度の評価－
　次に、得られた薄膜トランジスタに対して、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性(Ｖｇ－Ｉｄ特性)及び移動度μの測定を行った。Ｖｇ－Ｉｄ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を５Ｖに固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を－２０Ｖ～＋４０Ｖの範囲内で変化させ、各ゲート電圧（Ｖｇ）におけるドレイン電流（Ｉｄ）を測定することにより行った。なお、比較のために、上記薄膜トランジスタにおいて図３０（Ｂ）に示すＵＶオゾン処理を省略したものに対してもトランジスタ特性(Ｖｇ－Ｉｄ特性)及び移動度μの測定を行った。
　図３１は、実施例により得られた薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。また、図３２は、ＵＶオゾン処理を省略した薄膜トランジスタのＶｇ－Ｉｄ特性を示す図である。さらに、図３３は、熱処理温度と薄膜トランジスタの移動度との関係をプロットしたグラフ図である。
　図３１と図３２を比較すると、図２５に示す結果と同様に、ＵＶオゾン処理の有無で例えばオン電流が劇的に変化していることが分かった。また、図３３に示す移動度の結果と図２６に示す移動度の結果を比較すると、図３３に示す移動度の方が約１桁高いことが分かった。これは、溶液が異なるからではなく、電極形成前に活性層をパターニングするか電極形成後に活性層をパターニングするかの違いによるものだと考えられ、電極形成後に活性層をパターニングした方が活性層にダメージを与え難く、この結果移動度が高くなったと想定される。
－ピークの特定－
　次に、図１１及び図１２並びに図２８及び図２９に示す、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲（ＩＩ）に位置するピークでＵＶオゾン処理の処理時間が５分以上に見られるダブルピークの由来（起因）について検討した。
　まず、各々０．２ｍｏｌ／ｋｇで調液を行った亜鉛アセチルアセトナート－メタノール溶液、ガリウムアセチルアセトナート-プロピオン酸溶液、インジウムアセチルアセトナート-プロピオン酸溶液を準備した。そして、各々の溶液を石英基板上に１０００ｒｐｍの速度で１回スピンコートした後室温で乾燥させて乾燥ゲルを得た。各乾燥ゲルに対してＵＶオゾン処理を３０分実施したものと、ＵＶオゾン処理前の乾燥ゲルとのＦＴ－ＩＲスペクトルを比較した。
　図３４は、各乾燥ゲルのＦＴ－ＩＲスペクトルを示す図である。
　図３４に示すように、Ｉｎを含んだ乾燥ゲルのＵＶオゾン処理後のＦＴ－ＩＲスペクトルは、図１１及び図１２並びに図２８及び図２９に現れていたダブルピークと一致した。したがって、図１１及び図１２並びに図２８及び図２９に現れていた１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１のダブルピークは、Ｉｎ前駆体原料に由来していることが分かった。
　日本出願２０１１－１３１７１及び日本出願２０１２－０１１２７０の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (16)

  1. 　有機成分とＩｎとを含有する第１酸化物前駆体膜に対して、前記有機成分の熱分解温度未満で前記有機成分の結合状態を選択的に変化させ、フーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲を、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ－１以下の範囲と赤外線の波数１４５０ｃｍ－１超１５２０ｃｍ－１以下の範囲とに分割したときに、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１４５０ｃｍ-１以下の範囲に位置するピークが、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示す第２酸化物前駆体膜を得る前処理工程と、
    　前記第２酸化物前駆体膜中に残存する前記有機成分を除去して、前記第２酸化物前駆体膜を、前記Ｉｎを含有する非晶質酸化物薄膜へ変化させる後処理工程と、
    　を有する非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  2. 　前記前処理工程における前記有機成分の結合状態の選択的な変化は、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にある前記有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含む、請求項１に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  3. 　前記前処理工程における前記有機成分の結合状態の選択的な変化は、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数２７５０ｃｍ－１以上３０５０ｃｍ－１以下の範囲にある前記有機成分由来のピークの減少に相当する変化を含む、請求項１又は請求項２に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  4. 　前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少率が、前記前処理工程前の１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークを１としたとき０．３７以下である、請求項２に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  5. 　前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークの減少率が、前記前処理工程前の１５００ｃｍ－１以上１６００ｃｍ－１以下の範囲にあるピークを１としたとき０．１１以下である、請求項４に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  6. 　前記前処理工程は、光処理工程である、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  7. 　前記光処理工程では、前記第１酸化物前駆体膜に対して紫外線を照射する、請求項６に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  8. 　前記前処理工程では、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、４倍以上のエネルギー総量を用いて光処理を行う、請求項６又は請求項７に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  9. 　前記前処理工程では、前記第２酸化物前駆体膜に対してフーリエ変換型赤外分光で測定したときに得られる赤外線吸収スペクトルにおいて、赤外線の波数１３８０ｃｍ－１以上１５２０ｃｍ－１以下の範囲に位置するピークが、光処理の時間に伴って、赤外線の波数１３５０ｃｍ－１以上１７５０ｃｍ－１以下の範囲における赤外線吸収スペクトルの中で最大値を示し始めるときに必要な光処理のエネルギー総量に対して、６倍以下のエネルギー総量を用いて光処理を行う、請求項８に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  10. 　前記後処理工程は、４２５℃以上の温度で熱処理する熱処理工程である、請求項１～請求項９の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  11. 　前記第１酸化物前駆体膜は、前記Ｉｎと、Ｇａ、Ｚｎ及びＳｎから選ばれる少なくとも一つとを含む無機成分を含有する、請求項１～請求項１０の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  12. 　前記無機成分の組成が、結晶化温度以上の前記熱処理工程でＩｎＧａＺｎＯ４-δ（前記δは酸素不定比量である）が結晶相として単相で現れるような組成である、請求項１１に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  13. 　前記前処理工程の前に、金属アルコキシド又は有機酸塩を含有する溶液を用いて液相法により前記第１酸化物前駆体膜を形成する形成工程、をさらに有する請求項１～請求項１２の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法。
  14. 　請求項１～請求項１３の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を活性層として用いた薄膜トランジスタ。
  15. 　請求項１～請求項１３の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を絶縁層として用いた薄膜トランジスタ。
  16. 　請求項１～請求項１３の何れか１項に記載の非晶質酸化物薄膜の製造方法で作製された非晶質酸化物薄膜を導電層として用いた薄膜トランジスタ。
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