(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有し、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．３≦ｂ≦１．５かつｃ＝１．０の範囲で規定される非晶質酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層を酸素雰囲気下７５℃以上２４０℃以下で熱処理する工程と、
を含み、
前記熱処理する工程において、前記活性層の電気伝導度σを、１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）の範囲に調整する電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記熱処理する工程において、前記活性層を１８０℃以下で熱処理する請求項１に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記活性層を形成する工程において、前記Ｚｎの組成比ｃがｃ＞−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する請求項１又は請求項２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記活性層を形成する工程において、前記Ｚｎの組成比ｃがｃ≦−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する請求項１又は請求項２に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記電界効果型トランジスタを樹脂基板上に形成する請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂基板として、ポリエチレンナフタレートからなる基板を用いる請求項５に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含む表示装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含むＸ線撮像装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含む光センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタの製造方法、表示装置の製造方法、Ｘ線撮像装置の製造方法及び光センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、酸化物半導体材料を活性層に用いた電界効果型トランジスタ、特に薄膜化した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の開発が進められている。そして、前記活性層に用いられる酸化物半導体材料として、ＩＧＺＯ系の透明な酸化物半導体、すなわち、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体（以下、ＩＧＺＯという）が注目されている。ＩＧＺＯは透明であるだけでなく、スパッタリングによって室温でアモルファスＩＧＺＯの成膜が可能であり、アモルファスであっても、アモルファスシリコンに比べてキャリア移動度が高いことなど優れたトランジスタ特性を有することが報告されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、活性層の構成材料としてＩＧＺＯ（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝０．９８：１．０２：４）を用いたＴＦＴについて、移動度が７ｃｍ２／ＶＳ程度、オンオフ比が１０３程度のトランジスタ特性を有していることが報告されている。また、ＴＦＴの製造工程において、ＩＧＺＯからなる活性層を６００℃以下で熱処理すると、キャリア濃度を高めることができることが報告されており、特にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の可撓性のある樹脂基板を用いる場合には、耐熱性を考慮して３００℃以下、特に２００℃以下の低温で熱処理することが報告されている。
他にも、特許文献２ではＩｎ元素及びＺｎ元素及び元素Ｘ（元素Ｘの候補の一つにＧａ元素が含まれる）を含有し、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．６００かつＺｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｘ）＝０．２００〜０．８００を満たすアモルファス酸化物半導体を活性層に持つ電界効果型トランジスタ、さらには活性層形成後に７０℃〜３５０℃で熱処理する電界効果型トランジスタの製造方法が報告されている。
【０００４】
また、非特許文献１では、ＴＦＴの製造工程において、４００℃程度の高温で活性層に熱処理を施すと、熱処理前に比べて、移動度μ、閾値ＶｔｈやＳ値等の所謂トランジスタ特性が向上し、且つトランジスタ特性の安定性が向上することが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６５５３１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５３２０４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Applied Physics Letters, 93 (2008) 192107-1頁〜3頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のＴＦＴは、オンオフ比が１０３程度と低いため、ＴＦＴのオンオフが取れていないと言える。なお、熱処理後のトランジスタ特性については一切言及がない。仮に、３００℃以下の低温での熱処理を施してトランジスタ特性を測定したとしても、特許文献１に記載のＩＧＺＯ中のＧａ含有量では、後述する比較例のように、立ち上がり電圧Ｖｏｎが非常にマイナス側に位置してしまい、ＴＦＴとして機能しないことが予想される。
【０００８】
そして、特許文献２に記載のＴＦＴでは、活性層形成後に熱処理工程を含むトランジスタの製造方法が記載されているが、後述の昇温脱離ガス分析結果によると、２４８℃以上の熱処理温度ではＺｎ成分脱離のため活性層の組成比に乱れが生じてしまうおそれがある。また、移動度に関しては劇的な改善が見られるものの、立ち上がり電圧Ｖｏｎや閾値電圧Ｖｔｈに関しては記載がない。
【０００９】
また、非特許文献１に記載のＴＦＴは、４００℃程度の高温で熱処理を施しているため、熱処理に要する時間が長くなり、加熱炉の消費電力も高くなってしまう。また、高温の熱処理にも耐えられる基板を利用しなければならないため、ＴＦＴに利用可能な基板の種類が限定されてしまう。
【００１０】
本発明は、熱処理の温度を低減しつつ、トランジスタ特性の向上を図ることが可能な電界効果型トランジスタの製造方法、表示装置の製造方法、Ｘ線撮像装置の製造方法及び光センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞  Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有し、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．３≦ｂ≦１．５かつｃ＝１．０の範囲で規定される非晶質酸化物半導体からなる活性層を形成する工程と、
前記活性層を酸素雰囲気下７５℃以上２４０℃以下で熱処理する工程と、
を含み、
前記熱処理する工程において、前記活性層の電気伝導度σを、１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）の範囲に調整する電界効果型トランジスタの製造方法。
＜２＞  前記熱処理する工程において、前記活性層を１８０℃以下で熱処理する＜１＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜３＞前記活性層を形成する工程において、前記Ｚｎの組成比ｃがｃ＞−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する＜１＞又は＜２＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜４＞  前記活性層を形成する工程において、前記Ｚｎの組成比ｃがｃ≦−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する＜１＞又は＜２＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜５＞  前記電界効果型トランジスタを樹脂基板上に形成する＜１＞〜＜４＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜６＞  前記樹脂基板として、ポリエチレンナフタレートからなる基板を用いる＜５＞に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
＜７＞  ＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含む表示装置の製造方法。
＜８＞  ＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含むＸ線撮像装置の製造方法。
＜９＞  ＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の電界効果型トランジスタの製造方法を含む光センサの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱処理の温度を低減しつつ、トランジスタ特性の向上を図ることが可能な電界効果型トランジスタの製造方法、表示装置の製造方法、Ｘ線撮像装置の製造方法及び光センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表示装置の一例を示す模式図である。
【図４】熱処理温度によるＩＧＺＯ膜の電気伝導度の変化の様子を示す図である。
【図５】脱離成分のうちＺｎに関する分析結果を示す図である。
【図６】組成比がａ＝０．７、ｂ＝１．３、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有した実施例３のＴＦＴの熱処理前後におけるＶｇ−Ｉｄ特性の測定結果を示す図である。
【図７】組成比がａ＝１．１、ｂ＝０．９、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有した比較例３のＴＦＴの熱処理前後におけるＶｇ−Ｉｄ特性の測定結果を示す図である。
【図８】実施例３に係るＴＦＴの活性層に対して、モノクロ光の波長を変化させて照射した時のＶｇ−Ｉｄ特性を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る電界効果型トランジスタの製造方法、表示装置の製造方法、Ｘ線撮像装置の製造方法及び光センサの製造方法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。
【００１５】
１．電界効果型トランジスタ
本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造方法について、ＴＦＴを一例に挙げて具体的に説明する。
【００１６】
（ＴＦＴの構成）
ＴＦＴの製造方法を説明する前に、前記製造方法によって作製されるＴＦＴの構成について簡単に説明する。
本発明の実施形態に係るＴＦＴは、少なくとも、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。
【００１７】
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、ゲート絶縁層の上側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁層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、ゲート絶縁層の下側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁層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。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、ボトムゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。ＴＦＴ１０は、基板１２の上にゲート電極１４と、ゲート絶縁層１６と、活性層１８とを順に積層して有し、活性層１８の表面上にソース電極２０及びドレイン電極２２が互いに離間して設置された構成である。
一方、図２は、本発明の実施形態に係るＴＦＴであって、トップゲート構造のＴＦＴの一例を示す模式図である。ＴＦＴ３０は、基板３２の表面上に活性層３４を積層し、活性層３４上にソース電極３６及びドレイン電極３８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層４０と、ゲート電極４２とを順に積層した構成である。
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。
【００１９】
（ＴＦＴの製造方法）
次に、本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法について、ボトムゲート構造で且つトップコンタクト型のＴＦＴを例に挙げて説明する。
＜基板＞
第１工程として、ＴＦＴを形成する支持基板を用意する。
本実施形態の支持基板は、後述する活性層の熱処理を低温で行うため、耐熱性の低いものも利用できる。例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料の他、飽和ポリエステル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)系樹脂、ポリエチレンナフタレート(ＰＥＮ)系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリスチレン、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）、架橋フマル酸ジエステル系樹脂、ポリカーボネート(ＰＣ)系樹脂、ポリエーテルスルフォン(ＰＥＳ)樹脂、ポリスルフォン(ＰＳＦ，ＰＳＵ)樹脂、ポリアリレート(ＰＡＲ)樹脂、アリルジグリコールカーボネート、環状ポリオレフィン(ＣＯＰ，ＣＯＣ)樹脂、セルロース系樹脂、ポリイミド(ＰＩ)樹脂、ポリアミドイミド(ＰＡＩ)樹脂、マレイミド−オレフィン樹脂、ポリアミド(Ｐａ)樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂フィルム、ポリベンズアゾール系樹脂、エピスルフィド化合物、液晶ポリマー(ＬＣＰ)、シアネート系樹脂、芳香族エーテル系樹脂などの有機材料などが挙げられる。その他にも酸化ケイ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などとの複合プラスチック材料、金属系・無機系のナノファイバー及び／又はマイクロファイバー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や無機層（例えばＳｉＯ２, Ａｌ２Ｏ３, ＳｉＯｘＮｙ）と上述した材料からなる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、あるいはステンレスと異種金属を積層した金属積層材料、アルミニウム基板、ある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してある酸化被膜付きのアルミニウム基板を使用することもできる。前記有機材料の場合、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。
【００２０】
本発明においては特に可撓性のある樹脂基板が好ましく用いられる。樹脂基板の材料としては、透過率の高い有機プラスチックフィルムが好ましく、例えば上述した合成樹脂を用いることができる。また、フィルム状プラスチック基板には、絶縁性が不十分の場合は絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスチック基板の平坦性や、電極や活性層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ることも好ましい。
【００２１】
ここで、樹脂基板の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。これは、樹脂基板の厚みを５０μｍ未満とした場合には、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、樹脂基板の厚みを５００μｍよりも厚くした場合には、基板自体を自由に曲げることが困難になる、すなわち基板自体の可撓性が乏しくなるためである。
【００２２】
基板の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、取り扱い性、ＴＦＴの形成容易性等の観点から、板状であることが好ましい。基板の構造は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。また、基板は、単一部材で構成されていてもよいし、２つ以上の部材で構成されていてもよい。
【００２３】
＜ゲート電極＞
第２工程として、基板上にゲート電極を形成する。
ゲート電極は、導電性を有するものを用い、例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇなどの金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣなどの合金、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できる。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法等の化学的方式など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基板上に成膜する。ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
成膜後、フォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。このとき、ゲート電極及びゲート配線を同時にパターニングすることが好ましい。
【００２４】
＜ゲート絶縁膜＞
第３工程として、基板及びゲート電極上に、ゲート絶縁膜を形成する。
ゲート絶縁膜は、絶縁性を有するものとし、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二つ以上含む絶縁膜としてもよい。ゲート絶縁膜も、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、など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基板上に成膜し、必要に応じてフォトリソグラフィ法によって所定の形状にパターニングを行う。
【００２５】
なお、ゲート絶縁膜は、リーク電流の低下及び電圧耐性の向上のための厚みを有する必要がある一方、厚みが大き過ぎると駆動電圧の上昇を招いてしまう。ゲート絶縁膜の材質にもよるが、ゲート絶縁膜の厚みは１０ｎｍ〜１０μｍが好ましく、５０ｎｍ〜１０００ｎｍがより好ましい。
【００２６】
＜活性層＞
第４工程として、ゲート絶縁膜上に、Ｉｎ,Ｇａ及びＺｎを含有し、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．３≦ｂ≦１．５かつｃ＝１．０の範囲で規定される非晶質酸化物半導体（ＩＧＺＯ膜）からなる活性層を形成する。
好ましくは、前記活性層を形成する工程おいて、前記ＧａとＺｎの組成比ｂ、ｃがｂ＜２かつ１≦ｃ≦２かつｃ＞−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する。より好ましくは、前記活性層を形成する工程おいて、前記ＧａとＺｎの組成比ｂ、ｃがｂ≦１．５かつ１≦ｃ≦２かつｃ＞−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する。さらに好ましくは、前記活性層を形成する工程おいて、前記ＧａとＺｎの組成比ｂ、ｃが１．３≦ｂ≦１．５かつ１≦ｃ≦２かつｃ＞−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成する。
ただし、前記活性層を形成する工程おいて、前記ＧａとＺｎの組成比ｂ、ｃが１．３≦ｂかつ１≦ｃかつｃ≦−５ｂ+８の範囲にある活性層を形成しても良い。
【００２７】
活性層の成膜方法としては、Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎを含む酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして気相成膜法を用いて成膜することが好ましい。気相成膜法の中でも、スパッタリング法及びパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）がより好ましく、量産性の観点から、スパッタリング法が特に好ましい。
【００２８】
例えば、スパッタリング法又はＰＬＤ法によりＩＧＺＯの非晶質膜を２０〜１５０ｎｍの厚みで成膜する。成膜したＩＧＺＯ膜は、Ｘ線回折法により非晶質膜であることを確認することができる。また、膜厚は、触針式表面形状測定により求めることができ、組成比は、蛍光Ｘ線分析により求めることができる。
【００２９】
ＩＧＺＯ膜の組成比を上述の範囲にする調整方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、上記範囲内の組成比となるように１種以上のターゲットを用いる方法が挙げられる。一例として、多元のターゲットにより、共スパッタし、個々のターゲットについて投入電力を調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。
【００３０】
非晶質ＩＧＺＯ膜を成膜した後、エッチングによってパターニング加工を行う必要がある。活性層のパターン加工以降に用いるエッチング液に耐性がない場合、例えば、いわゆるリフトオフ等でパターン形成する方法が最も簡便である。
ＩＧＺＯ膜のパターン加工は、フォトリソグラフィ法とエッチング法により行うことができる。具体的には、ゲート絶縁膜上に成膜したＩＧＺＯ膜を、活性層として残存させる部分にフォトリソグラフィによってレジストマスクをパターン形成し、塩酸、硝酸、希硫酸、又は、燐酸、硝酸、及び酢酸の混合液（Ａｌエッチング液；関東化学（株）製）等の酸溶液でエッチングすることにより活性層を形成する。例えば、燐酸、硝酸、及び酢酸を含む水溶液を用いれば、ＩＧＺＯ膜の露出部分を確実に除去することができるため好ましい。
【００３１】
そして、本発明の実施形態に係るＴＦＴの製造方法では、活性層を形成した後に、前記活性層を酸素雰囲気下７５℃以上２４０℃以下で熱処理する工程を含む。
ここで、前記熱処理する工程において、活性層の電気伝導度σを、１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）の範囲に調整する。また、電気伝導度を例えば１０−６（Ｓ／ｃｍ）以上にする等十分に高めるという観点から、活性層を７５℃以上で熱処理することも好ましい。さらに、利用可能な基板の種類をより増大させることや電気伝導度を十分に高めるという観点から、活性層を１８０℃以下で熱処理することも好ましい。さらにまた、活性層を構成するＩＧＺＯ膜の酸素欠損の低減、電気伝導度の調整、ＴＦＴの安定性という観点から、活性層を酸素を含有した酸化雰囲気下で熱処理する。
【００３２】
このように熱処理を２４０℃以下の低温で行うため、熱処理に要する時間も短くなり、加熱炉の消費電力も低減することができる。また、耐熱性の低い基板、例えば融点が約２６４℃のポリエチレンナフタレートでもＴＦＴに利用可能となる。
【００３３】
さらに、耐熱性を考慮して低温の熱処理を施しても、本発明の実施形態に係るＴＦＴの活性層について、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．２＜ｂ＜２かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体からなるように形成しているため、ＴＦＴの立ち上がり電圧Ｖｏｎ、ＶｔｈやＳ値等のトランジスタ特性が悪化することもない。
後述する実施例のように、本発明者らは、活性層を構成する非晶質酸化物半導体を上記組成範囲にすると、低温熱処理で、ＴＦＴの立ち上がり電圧Ｖｏｎ、閾値電圧Ｖｔｈ、Ｓ値及び移動度等のトランジスタ特性をむしろ飛躍的に向上させることができることを見出した。
さらにまた、低温の熱処理でも、４００℃以上の高温熱処理と同様にＴＦＴの活性層として好ましい電気伝導度の範囲である１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）に調整することが可能であることを見出した。
また、低温で熱処理するため、活性層を構成する非晶質酸化物半導体が結晶化する虞もない。
さらに、活性層を上記組成範囲に調整することにより、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減することが可能となる。このため、本実施形態のＴＦＴを有機ＥＬ表示装置に利用して、発光層から青色光を含む光が照射されても、照射光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ＩＧＺＯ膜をウエットエッチングしてパターン加工する場合について説明したが、ドライエッチングによりパターン加工してもよいし、シャドーマスクを用いて活性層を形成してもよい。また、活性層の形成後に活性層を保護する保護層を設けてもよい。さらに、活性層は抵抗率がそれぞれ異なる層が複数積層して構成されるようにしてもよい。
さらにまた、活性層の熱処理工程は、ＩＧＺＯ膜（活性層）を成膜した後であれば、如何なる時に行ってもよく、例えば、ＩＧＺＯ膜のパターン加工前や、パターン加工直後、保護層形成直後、又はＴＦＴの作製直後に行うこともできる。さらにまた、熱処理工程は、１回だけでなく複数回行ってもよく、例えば活性層の形成直後に熱処理し、且つ保護層形成直後にも熱処理するようにしてもよい。
【００３５】
＜ソース・ドレイン電極＞
第５工程として、活性層及びゲート絶縁膜の上にソース・ドレイン電極を形成すための金属膜を形成する。
金属膜は、電極及び配線としての導電性を有し、エッチングによってパターン加工することができる金属により活性層を覆うように形成すればよい。具体的には、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇなどの金属、Ａｌ−Ｎｄ，ＡＰＣなどの合金、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、ポリアニリン，ポリチオフェン，ポリピロールなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物が挙げられる。
【００３６】
特に、成膜性、導電性、パターニング性などの観点から、Ａｌ又はＡｌを主成分としてＮｄ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｗ，及びＮｉ少なくとも一種を含む金属より成る層（Ａｌ系金属膜）、あるいは、酸化物半導体膜側から、Ａｌ又はＡｌを主成分としてＮｄ，Ｙ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｗ，及びＮｉの少なくとも一種を含む金属より成る第１の層と、Ｍｏ又はＴｉを主成分とする第２の層をそれぞれスパッタリング、蒸着等の手法により成膜して積層することが好ましい。ここで「主成分」とは、金属膜を構成する成分のうち最も含有量（質量比）が多い成分であり、５０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましい。
【００３７】
トップコンタクト型の場合は、既に活性層が形成されているため、金属膜の厚みは、ソース・ドレイン電極の後で活性層を形成する場合のような制限はなく、厚く形成することができる。成膜性、エッチングによるパターン加工性、導電性（低抵抗化）などを考慮すると、ソース・ドレイン電極及びそれに接続する配線となる金属膜の総厚は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、Ａｌ系金属膜（第１の層）と、Ｍｏ又はＴｉを主成分とするＭｏ系金属膜又はＴｉ系金属膜（第２の層）を積層させる場合は、第１の層の厚みは１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とし、第２の層の厚みは１ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００３８】
次いで、金属膜をエッチングしてパターン加工することにより活性層と接触するソース電極及びドレイン電極を形成する。ここでは、金属膜を残留させる部分にフォトリソグラフィ法によってレジストマスクを形成し、例えば、燐酸及び硝酸に酢酸又は硫酸を加えた酸溶液を用いてエッチングを行い、ソース電極及びドレイン電極の少なくとも一方を形成する。工程の簡略化などの観点から、ソース・ドレイン電極及びこれらの電極に接続する配線（データ配線など）を同時にパターン加工することが好ましい。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、金属膜をウエットエッチングしてパターン加工する場合について説明したが、ドライエッチングによりパターン加工してもよいし、シャドーマスクを用いてソース・ドレイン電極を形成してもよい。
【００４０】
２．表示装置 
本発明の実施形態の表示装置の製造方法は、上述の電界効果型トランジスタの製造方法を含んでおり、その他の構成の製造方法は、公知の如何なる製造方法をも採用することができる。
【００４１】
本発明の実施形態に係る表示装置の製造方法について、有機ＥＬ表示装置を一例に挙げて説明する。
【００４２】
図３は、本発明の実施形態に係る表示装置の一例を示す模式図である。
【００４３】
有機ＥＬ表示装置１００において、基板１０２は可撓性支持体であって、ＰＥＮなどのプラスチックフィルムであり、絶縁性とするために表面に基板絶縁層１０４を有する。その上にパターニングされたカラーフィルター層１０６が設置される。駆動ＴＦＴ部にゲート電極１０８を有し、さらにゲート絶縁膜１１０がゲート電極１０８上に設けられる。ゲート絶縁膜１１０の一部には電気的接続のためにコネクションホールが開けられる。駆動ＴＦＴ部に活性層１１２が設けられ、その上にソース電極１１４及びドレイン電極１１６が設けられる。ドレイン電極１１６と有機ＥＬ素子の画素電極（陽極）１１８とは、連続した一体であって、同一材料・同一工程で形成される。スイッチングＴＦＴのドレイン電極と駆動ＴＦＴは、コネクション電極１２０によってコネクションホールで電気的に接続される。さらに、画素電極部の有機ＥＬ素子が形成される部分を除いて、全体が絶縁膜１２２で覆われる。画素電極部の上に、発光層を含む有機層１２４および陰極１２６が設けられ有機ＥＬ素子部が形成される。
【００４４】
ここで、本実施形態の駆動ＴＦＴ又は／及びスイッチングＴＦＴの活性層は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有し、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．２＜ｂ＜２かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体からなるように形成され、ＩＧＺＯ膜の成膜直後、パターニング直後などのタイミングで上述の方法・条件の下、低温で熱処理される。
従って、可撓性支持体からなる基板１０２は溶けることがない。
また、活性層の組成比の調整と低温熱処理の組み合わせにより、ＴＦＴの立ち上がり電圧Ｖｏｎ、閾値電圧ＶｔｈやＳ値等のトランジスタ特性を飛躍的に向上させることができる。
さらに、活性層を上記組成範囲に調整することにより、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減することが可能となる。このため、発光層から青色光を含む光が活性層に照射されても、ＴＦＴは、照射光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。
【００４５】
３．応用
上述した有機ＥＬ表示装置１００は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、上述した有機ＥＬ表示装置１００以外にも、本発明の実施形態に係る電界効果型トランジスタは、Ｘ線撮像装置や光センサ等に適用することも可能である。
【実施例】
【００４６】
以下に、本発明に係る電界効果型トランジスタの製造方法、表示装置の製造方法、Ｘ線撮像装置の製造方法及び光センサの製造方法について、実施例により説明するが、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。
【００４７】
＜実施例１＞
本発明の実施例１では、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜を作製した。
具体的には、実施例１に係るＩＧＺＯ膜は、ＩｎＧａＺｎＯ４,ＺｎＯ及びＧａ２Ｏ３の各ターゲットによる共スパッタ法によって２５ｍｍ角石英ガラス上に作製した。これらターゲットは、豊島製作所社製（純度９９．９９％）のものを使用した。なお、ＩｎＧａＺｎＯ４ターゲット及びＧａ２Ｏ３ターゲットを用いる場合はＲＦスパッタにより、ＺｎＯターゲットを用いる場合はＤＣスパッタにより成膜を行った。ＺｎＯターゲットを用いる場合は、一般的にＺｎＯターゲットの抵抗が高くＲＦスパッタにより成膜を行うことも多いが、ＤＣスパッタによる成膜が可能であったことや量産性の観点からＤＣスパッタを採用した。
成膜したＩＧＺＯ膜は、１８０℃、３００℃又は６００℃で熱処理した。この熱処理は、酸素雰囲気制御炉（富士フイルム株式会社特注炉）にＩＧＺＯ膜を設置後、流量２００ｓｃｃｍで酸素置換した後行った。熱処理条件は、昇温レートを８．３℃／ｍｉｎとして室温から所定の温度まで昇温し、当該温度を１時間保持した後自然冷却し、熱処理開始からＩＧＺＯ膜の取り出しまで、上記の酸素は流し続けることとした。
【００４８】
＜実施例２＞
本発明の実施例２では、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．５:１．５:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜を作製した。なお、このＩＧＺＯ膜は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
成膜したＩＧＺＯ膜は、１８０℃、３００℃又は６００℃で熱処理した。熱処理の方法・条件は、実施例１の方法・条件と同一とした。
【００４９】
＜比較例１＞
比較例１では、Ｉｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜を作製した。なお、このＩＧＺＯ膜は、組成比の変更以外は実施例１と同一の成膜方法を用いて作製している。
成膜したＩＧＺＯ膜は、１８０℃、３００℃又は６００℃で熱処理した。熱処理の方法・条件は、実施例１の方法・条件と同一とした。
【００５０】
なお、実施例１〜２及び比較例１に係るＩＧＺＯ膜の成膜条件は、表１に示す通りである。
【００５１】
【表１】
0005844030.tif 000002
【００５２】
＜実施例３＞
本発明の実施例３では、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝０．７:１．３:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴを作製した。
具体的には、熱酸化膜付きＳｉ基板上に上記各組成比を有するＩＧＺＯ膜を成膜した後、混酸系のアルミエッチング液によりパターニングを施して活性層を作製した。なお、活性層を構成するＩＧＺＯ膜の成膜方法・条件は、実施例１と同一である。但し、膜厚に関しては、実施例１にて成膜したＩＧＺＯ膜の膜厚および成膜時間を基準として、膜厚が５０ｎｍとなるように成膜時間を調整している。後述の組成比を変えた電界効果型トランジスタに関しても膜厚は５０ｎｍになるよう成膜時間を調整している。
活性層の作製後、ＩＴＯをソース・ドレイン電極として成膜を行うことによりＳｉ基板をゲート電極、熱酸化膜(１００ｎｍ)をゲート絶縁膜としたＴＦＴを作製した。
作製したＴＦＴは、１８０℃で熱処理した。ＴＦＴの熱処理は、卓上マッフル炉（デンケン社製ＫＤＦ−７５）にＴＦＴを設置後、流量２００ｓｃｃｍで酸素置換した後行った。熱処理条件は、昇温レートを８．３℃／ｍｉｎとして室温から１８０℃まで昇温し、当該温度を１時間保持した後自然冷却し、熱処理開始からＴＦＴの取り出しまで、上記の酸素は流し続けることとした。
【００５３】
＜比較例３＞
比較例３のＴＦＴでは、活性層がＩｎ:Ｇａ:Ｚｎ＝１．１:０．９:１．０の組成比を有するＩＧＺＯ膜からなるＴＦＴを作製した。なお、このＴＦＴは、活性層の組成比の変更以外は実施例３と同一の作製方法・条件を用いて作製している。
作製したＴＦＴは、１８０℃で熱処理した。熱処理の方法・条件は、実施例３の方法・条件と同一とした。
【００５４】
−薄膜評価−
実施例１〜２及び比較例１に係る熱処理前後のＩＧＺＯ膜に対して、それぞれＸ線回折測定、組成比、電気特性、昇温脱離ガス分析の各評価を行った。組成比、結晶性、電気特性評価の結果を表２に示す。以下、各評価について、それぞれ詳述する。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
（Ｘ線回折測定）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の回折強度は、測定装置Ｒｉｎｔ−ＵｌｔｉｍａＩＩＩ（リガク社製）を用い、周知のＸ線回折法により測定を行った。表２に示すように、測定の結果、全てのＩＧＺＯ膜は非晶質であることが確認できた。
【００５７】
（組成比の評価）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の組成比は、蛍光Ｘ線分析（装置：パナリティカル社製ＡＸＩＯＳ型）により決定した。具体的には、まずＩＣＰにより各Ｉｎ，Ｇａ及びＺｎ元素の元素濃度が決定された標準試料の蛍光Ｘ線強度を測定する。次に標準試料の各元素濃度と蛍光Ｘ線強度との間に検量線を作製する。最後に未知試料の蛍光Ｘ線分析を行い、作製した検量線を用いて組成比を決定した。
表２に示すように、組成比を決定した結果、各ＩＧＺＯ膜は、それぞれ上述に示した組成比となることが確認できた。
【００５８】
（電気特性）
作製した全てのＩＧＺＯ膜の電気特性（シート抵抗、抵抗率、電気伝導度）は、抵抗率計（三菱化学社製 ハイレスタ MCP−HT450）を用いて測定した。
表２に示すように、電気特性は熱処理前後で変化が顕著であった。
【００５９】
図４に、熱処理温度によるＩＧＺＯ膜の電気伝導度の変化の様子を示す。なお、図中の２５℃におけるプロットは、熱処理前の各ＩＧＺＯ膜の電気伝導度を示すものである。また、図中のｂは、Ｇａの組成比を示す。
図４に示すように、Ｇａの組成比ｂを増大させた実施例１及び２のＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、熱処理温度が１８０℃付近で極大値を有し、低温の熱処理で大きな変化が見られる。一方、比較例１のＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、極大値を有さず、熱処理温度を高くするにつれて徐々に増大する傾向を示した。
また、ＴＦＴの活性層として有効な電気伝導度σは、１０−９≦σ≦１０−２(Ｓ／ｃｍ)であり、好ましくは１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）であるが、実施例１及び２のＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、低温又は高温で熱処理しても１０−９≦σ≦１０−２(Ｓ／ｃｍ)の範囲にある。また、実施例１及び２のＩＧＺＯ膜の電気伝導度は、熱処理温度が１８０℃付近で極大値を有するため、７５℃以上２４０℃以下の低温で熱処理しても、４００℃などの高温の熱処理によって得られる電気伝導度と略同一の値を得ることができることが分かった。また、Ｇａの組成比ｂがｂ＝１．３である実施例１では、７５℃以上２４０℃以下の低温で熱処理することにより、電気伝導度σを、ＴＦＴの活性層として好ましい１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）の範囲に調整することができることが分かった。同様に、Ｇａの組成比ｂがｂ＝１．５である実施例２では、１４０℃以上２００℃以下の低温で熱処理することにより、電気伝導度σを、ＴＦＴの活性層として好ましい１０−６≦σ≦１０−４（Ｓ／ｃｍ）の範囲に調整することができることが分かった。
【００６０】
（昇温脱離ガス分析）
比較例１の組成比を有するＩＧＺＯ膜の昇温脱離ガス分析は、昇温脱離ガス分析装置（電子科学社製 ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ）を用いて行った。脱離成分のうちＺｎに関する分析結果を図５に示す。ここで、縦軸には質量数６４のイオン強度を示している。また、脱離ガスは、質量数６４、６６および６８のイオン強度がＺｎ+イオンの同位体存在比率に応じて変化することからＺｎであると判明した。
この結果、熱処理温度２４８℃を境にして、脱離ガスの強度が増加し始めることが確認できる。なお、この結果は、実施例１、２の組成比を有するＩＧＺＯ膜の昇温脱離ガス分析にも適用できると考えられる。
よって、ＩＧＺＯ膜の組成比を保ちつつ、熱処理を行うためには２４０℃以下の熱処理温度であることが好ましいといえる。
【００６１】
−熱処理前後のＴＦＴ特性−
実施例３及び比較例３に係るＴＦＴに関して、熱処理前後のＴＦＴ特性（Ｖｇ−Ｉｄ特性、立ち上がり電圧Ｖｏｎ、閾値電圧Ｖｔｈ、移動度μ、Ｓ値）を評価した。ＴＦＴ特性の評価は、乾燥大気を２０分以上流した後、暗所・乾燥大気雰囲気下にて行った。なお、Ｖｇ−Ｉｄ特性は、Ｖｄ＝１０Ｖ時に評価している。
【００６２】
表３に、実施例３及び比較例３のＴＦＴにおける熱処理前後のＴＦＴ特性の評価結果を示す。また、図６に、組成比がａ＝０．７、ｂ＝１．３、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有した実施例３のＴＦＴの熱処理前後におけるＶｇ−Ｉｄ特性の測定結果を示す。同様に、図７に、組成比がａ＝１．１、ｂ＝０．９、ｃ＝１．０であるＩＧＺＯ膜を活性層に有した比較例３のＴＦＴの熱処理前後におけるＶｇ−Ｉｄ特性の測定結果を示す。
【００６３】
【表３】
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【００６４】
図７及び表３に示すように、比較例３の１８０℃の熱処理を経たＴＦＴは、オンオフ比は３．６×１０７であり、ＴＦＴのオンオフは取れているものの、立ち上がり電圧Ｖｏｎが非常にマイナス側にある。即ち低温（１８０℃）の熱処理では、ＴＦＴとして機能していないことが分かる。
また、熱処理前と比較して、Ｖｇ−Ｉｄ特性が大きくマイナスシフトしていることが確認できる。さらに、オフ電流は大きく変化しないが、オン電流は熱処理により大きく増加している。立ち上がり電圧Ｖｏｎに関しても熱処理前がＶｏｎ＝１．０Ｖに対して、熱処理後はＶｏｎ＝−３７Ｖであり、大きくマイナスシフトしている（Ｖｏｎ：Ｉｄ=１×１０−１０Ａが得られた時のＶｇ値としている）。また、閾値電圧Ｖｔｈもマイナスシフトしている。
ここで、立ち上がり電圧Ｖｏｎや閾値電圧Ｖｔｈは、０Ｖ付近が好ましいが、比較例３の１８０℃の熱処理を経たＴＦＴは、熱処理前に比べて立ち上がり電圧や閾値電圧が悪化している。
また、Ｓ値も熱処理をすることで、値が大きくなり悪化していることが分かる。
【００６５】
一方、図６及び表３に示すように、実施例３の１８０℃の熱処理を経たＴＦＴは、熱処理前と比較して、Ｖｇ−Ｉｄ特性が大きくマイナスシフトしている。オフ電流はほぼ同じ値を示し、オン電流が増加している。オンオフ比は、９．８×１０７であり、ＴＦＴのオンオフは取れていた。
立ち上がり電圧Ｖｏｎは、熱処理前の場合Ｖｏｎ＝１４．５Ｖであるが、熱処理後は０Ｖ付近に近づいてＶｏｎ＝０．８Ｖとなり、良好な値を示すことが分かった（Ｖｏｎ：Ｉｄ=１×１０−１１Ａが得られた時の電圧Ｖｇ値としている）。閾値電圧Ｖｔｈも同様に、熱処理をすることで０Ｖ付近に近づいて、良好な値を示すことが分かった。
また、Ｓ値も、熱処理をすることで値が小さくなり、向上することが分かった。
【００６６】
以上の結果、本実施例３のＴＦＴは、低温の熱処理を施しても、Ｉｎ,Ｇａ及びＺｎを含有し、各元素の組成比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃとした場合、ａ＋ｂ＝２かつ１．２＜ｂ＜２かつ１≦ｃ≦２の範囲で規定される非晶質酸化物半導体からなるように活性層を形成しているため、ＴＦＴの立ち上がり電圧Ｖｏｎ、閾値電圧Ｖｔｈ、Ｓ値及び移動度等のトランジスタ特性を飛躍的に向上させることができた。これは、比較例３のＴＦＴでは、見られない効果である。
【００６７】
なお、活性層を上記組成範囲に調整することにより、例えば図８に示すように、波長が４００〜４２０ｎｍの可視光短波長領域にある光に対して、光吸収を低減することが可能となる。このため、本実施形態のＴＦＴを有機ＥＬ表示装置に利用して、発光層から青色光を含む光が照射されても、照射光に対して影響を受けることなく安定に動作することができる。これは、比較例３のＴＦＴでは、見られない効果である。
【符号の説明】
【００６８】
１０、３０  ＴＦＴ（電界効果型トランジスタ）
１８、３４、１１２  活性層
１００  表示装置
１０２  基板
【図１】
0005844030.tif 000005
【図２】
0005844030.tif 000006
【図３】
0005844030.tif 000007
【図４】
0005844030.tif 000008
【図５】
0005844030.tif 000009
【図６】
0005844030.tif 000010
【図７】
0005844030.tif 000011
【図８】
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