(57)【要約】  インジウム及び溶媒を含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物膜の前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、加熱した状態の前駆体膜に対して１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、を含む金属酸化物膜の製造方法及びその応用並びに減圧室と、減圧室内で基板を支持し、且つ、加熱する支持台と、減圧室内を１０Ｐａ以下に減圧する真空ポンプと、支持台に支持された基板に対して紫外線を照射する光源と、を備えた紫外線照射装置。
2016088882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム及び溶媒を含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物膜の前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、
加熱した状態の前記前駆体膜に対して１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより前記前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、
を含む金属酸化物膜の製造方法。
【請求項２】
前記紫外線照射を１Ｐａ以下の雰囲気下で行う請求項１に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項３】
前記溶液に含まれるインジウムの含有量が、前記溶液に含まれる金属成分の総量に対して５０ａｔｏｍ％以上である請求項１又は請求項２に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項４】
前記紫外線照射を行う際の前記基板の温度が、１５０℃以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項５】
前記溶液が、硝酸インジウムの溶液である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項６】
前記硝酸インジウムの溶液が、前記溶媒としてメタノール及びメトキシエタノールの少なくとも一方を含む請求項５に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項７】
前記溶液が、亜鉛、錫、ガリウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種をさらに含有する請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項８】
前記溶液中の金属成分の濃度が、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下である請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項９】
前記紫外線照射は、前記前駆体膜に対し、波長３００ｎｍ以下の光を含む紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で照射する請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項１０】
前記前駆体膜形成工程において、前記溶液を、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも一種の塗布法により前記基板上に塗布する請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法により製造された金属酸化物膜。
【請求項１２】
インジウムを含み、水素含有量が１．０×１０２２個／ｃｍ３以下である金属酸化物膜。
【請求項１３】
前記金属酸化物膜に含まれるインジウムの含有量が、前記金属酸化物膜に含まれる金属成分の総量に対して５０ａｔｏｍ％以上である請求項１１又は請求項１２に記載の金属酸化物膜。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の金属酸化物膜の製造方法により金属酸化物膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の金属酸化物膜を備えた薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の薄膜トランジスタを有する電子デバイス。
【請求項１７】
減圧室と、
前記減圧室内で基板を支持し、且つ、加熱する支持台と、
前記減圧室内を１０Ｐａ以下に減圧する真空ポンプと、
前記支持台に支持された前記基板に対して紫外線を照射する光源と、
を備えた紫外線照射装置。
【請求項１８】
前記光源と前記支持台との位置関係を調整する位置調整手段を備えた請求項１７に記載の紫外線照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属酸化物膜の製造方法、金属酸化物膜、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、電子デバイス、及び紫外線照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属酸化物半導体膜は真空成膜法による製造において実用化がなされ、現在注目を集めている。一方で、簡便に、低温及び大気圧下で高い半導体特性を有する金属酸化物半導体膜を形成することを目的とした、液相プロセスによる金属酸化物半導体膜の作製に関して研究開発が盛んに行われている。
例えば、Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４８９  （２０１２）  ｐ．１２８．において、溶液を基板上に塗布し、紫外線照射を行うことで、１５０℃以下の低温で高い輸送特性を有する薄膜トランジスタを作製することが報告されている。【０００３】
一方、国際公開第２００９−８１８６２号では、安価な硝酸塩、酢酸塩等の金属塩の溶液を用いて金属酸化物半導体前駆体膜を形成し、熱処理又はマイクロ波照射による半導体変換処理を行って金属酸化物膜を形成する手法が開示されている。
また、国際公開第２００９−１１２２４号では、硝酸塩、酢酸塩等の溶液を用いて金属酸化物半導体の前駆体膜を形成し、酸素存在下で光を照射することによって金属酸化物半導体膜を製造する方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４８９  （２０１２）  ｐ．１２８．に開示されている手法では、硝酸塩又は酢酸塩を溶媒中で７５℃、１２時間加熱攪拌を施して金属メトキシエトキシドを作製することが記載されており、溶液作製における手間とコストが増加する。また、アルコキシドを作製するため、大気中では加水分解を起こしやすく、安定性に問題がある。  
一方、国際公開第２００９−８１８６２号又は国際公開第２００９−１１２２４号に開示されている方法では、２００℃未満の低温で高い電気伝達特性を有する金属酸化物膜を得ることが困難である。【０００５】
本発明は、金属酸化物膜に期待される機能を損なうおそれがある不要な残留成分が低減した金属酸化物膜を塗布法によって簡便に製造することができる金属酸化物膜の製造方法及び不要な残留成分が低減した金属酸化物膜を提供することを目的とする。
また、本発明は、線形移動度が高く、且つ、動作安定性に優れた薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、及び電子デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明は、前駆体膜から金属酸化物膜への転化を容易に行うことができる紫外線照射装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
＜１＞  インジウム及び溶媒を含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物膜の前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、
加熱した状態の前駆体膜に対して１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、
を含む金属酸化物膜の製造方法。
＜２＞  紫外線照射を１Ｐａ以下の雰囲気下で行う＜１＞に記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜３＞  溶液に含まれるインジウムの含有量が、溶液に含まれる金属成分の総量に対して５０ａｔｏｍ％以上である＜１＞又は＜２＞に記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜４＞  紫外線照射を行う際の基板の温度が、１５０℃以下である＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜５＞  溶液が、硝酸インジウムの溶液である＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜６＞  硝酸インジウムの溶液が、溶媒としてメタノール及びメトキシエタノールの少なくとも一方を含む＜５＞に記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜７＞  溶液が、亜鉛、錫、ガリウム及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種をさらに含有する＜１＞〜＜６＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜８＞  溶液中の金属成分の濃度が、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下である＜１＞〜＜７＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜９＞  紫外線照射は、前駆体膜に対し、波長３００ｎｍ以下の光を含む紫外線を１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で照射する＜１＞〜＜８＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。
＜１０＞  前駆体膜形成工程において、溶液を、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも一種の塗布法により基板上に塗布する＜１＞〜＜９＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法。【０００７】
＜１１＞  ＜１＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法により製造された金属酸化物膜。
＜１２＞  インジウムを含み、水素含有量が１．０×１０２２個／ｃｍ３以下である金属酸化物膜。
＜１３＞  金属酸化物膜に含まれるインジウムの含有量が、金属酸化物膜に含まれる金属成分の総量に対して５０ａｔｏｍ％以上である＜１１＞又は＜１２＞に記載の金属酸化物膜。【０００８】
＜１４＞  ＜１＞〜＜１０＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜の製造方法により金属酸化物膜を形成する工程を含む薄膜トランジスタの製造方法。【０００９】
＜１５＞  ＜１１＞〜＜１３＞のいずれか１つに記載の金属酸化物膜を備えた薄膜トランジスタ。
＜１６＞  ＜１５＞に記載の薄膜トランジスタを有する電子デバイス。【００１０】
＜１７＞  減圧室と、
減圧室内で基板を支持し、且つ、加熱する支持台と、
減圧室内を１０Ｐａ以下に減圧する真空ポンプと、
支持台に支持された基板に対して紫外線を照射する光源と、
を備えた紫外線照射装置。
＜１８＞  光源と支持台との位置関係を調整する位置調整手段を備えた＜１７＞に記載の紫外線照射装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属酸化物膜に期待される機能を損なうおそれがある不要な残留成分が低減した金属酸化物膜を塗布法によって簡便に製造することができる金属酸化物膜の製造方法及び不要な残留成分が低減した金属酸化物膜が提供される。
また、本発明によれば、線形移動度が高く、且つ、動作安定性に優れた薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、及び電子デバイスが提供される。
また、本発明によれば、前駆体膜から金属酸化物膜への転化を容易に行うことができる紫外線照射装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明により製造される薄膜トランジスタの一例（トップゲート−トップコンタクト型）の構成を示す概略図である。
【図２】本発明により製造される薄膜トランジスタの一例（トップゲート−ボトムコンタクト型）の構成を示す概略図である。
【図３】本発明により製造される薄膜トランジスタの一例（ボトムゲート−トップコンタクト型）の構成を示す概略図である。
【図４】本発明により製造される薄膜トランジスタの一例（ボトムゲート−ボトムコンタクト型）の構成を示す概略図である。
【図５】実施形態の液晶表示装置の一部分を示す概略断面図である。
【図６】図５に示す液晶表示装置の電気配線の概略構成図である。
【図７】実施形態の有機ＥＬ表示装置の一部分を示す概略断面図である。
【図８】図７に示す有機ＥＬ表示装置の電気配線の概略構成図である。
【図９】実施形態のＸ線センサアレイの一部分を示す概略断面図である。
【図１０】図９に示すＸ線センサアレイの電気配線の概略構成図である。
【図１１】本開示における転化工程で使用する紫外線照射装置の構成の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明について具体的に説明する。
なお、図中、同一又は対応する機能を有する部材（構成要素）には同じ符号を付して適宜説明を省略する。また、本明細書において「〜」の記号により数値範囲を示す場合、下限値及び上限値として記載されている数値が含まれる。
【００１４】
［金属酸化物膜の製造方法］
本開示の金属酸化物膜の製造方法は、インジウム及び溶媒を含む溶液を基板上に塗布して金属酸化物膜の前駆体膜を形成する前駆体膜形成工程と、加熱した状態の前駆体膜に対して１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる転化工程と、を含む。
【００１５】
溶液を用いた液相法によって金属酸化物膜を形成する場合、気相法で使用するような大掛かりな真空成膜装置は不要であるが、金属酸化物膜の機能を損なうおそれのある不要な成分が残り易く、残留成分は膜の電気特性（例えば、抵抗率及び電気的安定性）への影響が大きい。
本発明者らが研究を重ねたところ、インジウムを含む溶液を塗布して形成した金属酸化物膜の前駆体膜を加熱した状態で真空に近い雰囲気下で紫外線（ＵＶ）照射を行うことで金属酸化物膜中の水素含有量が大きく低減し、良好な電気特性を有する金属酸化物膜が得られることを見出した。その理由は定かでないが、前駆体膜に対し、高度な減圧下で加熱しながらＵＶ照射を行うと、膜中の不要な成分が分解して膜から抜け易くなるためと考えられる。
【００１６】
＜前駆体膜形成工程＞
前駆体膜形成工程では、インジウム及び溶媒を含む溶液（以下、「金属酸化物前駆体溶液」と記す場合がある。）を基板上に塗布して金属酸化物膜の前駆体膜（以下、「金属酸化物前駆体膜」と記す場合がある。）を形成する。
【００１７】
（溶液）
本開示において金属酸化物膜の前駆体膜を形成するための溶液（金属酸化物前駆体溶液）は、金属成分として少なくともインジウムを含有する。ここで「金属成分」とは、金属酸化物前駆体溶液に含まれる金属原子（イオンを含む）を意味する。
金属酸化物前駆体溶液は、原料となる金属塩等の溶質を、溶液が所望の濃度となるように秤量し、溶媒中で攪拌して溶解させることで得られる。攪拌を行う時間は溶質が十分に溶解されれば特に制限はない。
【００１８】
金属酸化物前駆体溶液中のインジウム含有量は、溶液中に含まれる金属成分の総量に対して５０ａｔｏｍ％以上であることが好ましい。上記濃度範囲のインジウムを含む金属酸化物前駆体溶液を用いることで、膜中の金属成分の総量の５０ａｔｏｍ％以上がインジウムとなる金属酸化物膜が得られ、電子伝達特性の高い金属酸化物膜を得ることができる。ここで、金属酸化物膜に含み得るインジウム以外の金属成分（金属元素）としては、用途にもよるが、Ｇａ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ｇｅ等が挙げられる。
【００１９】
金属酸化物前駆体溶液に含まれる金属成分の由来となる化合物（原料）としては、金属塩、金属ハロゲン化物、有機金属化合物等の金属原子含有化合物を用いることができる。
金属塩としては、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩、炭酸塩、酢酸塩、蓚酸塩等が挙げられ、金属ハロゲン化物としては、塩化物、ヨウ化物、臭化物等が挙げられ、有機金属化合物としては、金属アルコキシド、有機酸塩、金属β−ジケトネート等が挙げられる。
【００２０】
金属酸化物前駆体溶液は、溶媒に少なくとも硝酸インジウムを溶解させた溶液（硝酸インジウム溶液）であることが好ましい。硝酸インジウムを溶解した金属酸化物前駆体溶液を塗布して得られた金属酸化物前駆体膜は、転化工程において、硝酸インジウムが紫外光によって効率よく分解され、インジウム含有酸化物膜に容易に転化させることができる。なお、硝酸インジウムは水和物であってもよい。
【００２１】
金属酸化物前駆体溶液は、インジウム以外の金属元素として、亜鉛、錫、ガリウム、及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種をさらに含むことが好ましい。金属酸化物前駆体溶液が、インジウム以外の上記金属元素を適量含むことにより、得られる金属酸化物膜の電気的安定性が向上する。例えば、金属酸化物半導体膜においては、インジウム以外の上記金属元素を適量含むことにより、閾値電圧を所望の値に制御することも可能となる。
インジウムとインジウム以外の上記金属元素を含む金属酸化物（酸化物半導体又は酸化物導電体）としては、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ（ＩＧＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＴＺＯ）等が挙げられる。
【００２２】
硝酸インジウムを含む金属酸化物前駆体溶液に用いる溶媒は、用いる金属原子含有化合物が溶解するものであれば特に制限されず、水、アルコール溶媒（メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール等）、アミド溶媒（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等）、ケトン溶媒（アセトン、Ｎ−メチルピロリドン、スルホラン、Ｎ，Ｎ−ジメチルイミダゾリジノン等）、エーテル溶媒（テトラヒドロフラン、メトキシエタノール等）、ニトリル溶媒（アセトニトリル等）、その他上記以外のヘテロ原子含有溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
特に溶解性、塗れ性の観点からメタノール及びメトキシエタノールの少なくとも１種を好適に用いることができる。
【００２３】
また、金属酸化物前駆体溶液中の金属成分の濃度（複数の金属が含まれる場合は各金属の含有モル分率の総和）は、溶液の粘度及び目標とする膜厚に応じて任意に選択することができるが、金属酸化物膜の平坦性及び生産性の観点から、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上０．５ｍｏｌ／Ｌ以下であることがより好ましい。
【００２４】
（基板）
本開示において金属酸化物膜を形成する基板の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば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。
【００２５】
基板を構成する材料としては特に限定はなく、ガラス、ＹＳＺ（Yttria−Stabilized Zirconia；イットリア安定化ジルコニア）等の無機材料、樹脂、樹脂複合材料等からなる基板を用いることができる。中でも軽量である点、可撓性を有する点から樹脂基板又は樹脂複合材料からなる基板（樹脂複合材料基板）が好ましい。
【００２６】
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・オレフィン、セルロース、エピスルフィド化合物等の合成樹脂基板が挙げられる。
【００２７】
また、無機材料と樹脂との複合材料に含まれる無機材料としては、酸化珪素粒子、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の無機粒子、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の炭素材料、ガラスフレーク、ガラスファイバー、ガラスビーズ等のガラス材料が挙げられる。
【００２８】
また、樹脂と粘土鉱物との複合プラスチック材料、樹脂と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、樹脂と薄いガラスとの間に少なくとも１つの接合界面を有する積層プラスチック材料、無機層と有機層を交互に積層することで少なくとも１つの接合界面を有するバリア性能を有する複合材料等が挙げられる。
【００２９】
また、ステンレス基板又はステンレスと異種金属を積層した金属多層基板、アルミニウム基板又は表面に酸化処理（例えば陽極酸化処理）を施すことで表面の絶縁性を向上させた酸化皮膜付きのアルミニウム基板、酸化膜付きシリコン基板等を用いることもできる。
【００３０】
また、樹脂基板又は樹脂複合材料基板は、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、及び低吸湿性等に優れていることが好ましい。樹脂基板又は樹脂複合材料基板は、水分、酸素等の透過を防止するためのガスバリア層、基板の平坦性又は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。
【００３１】
本開示で用いる基板の厚みに特に制限はないが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。基板の厚みが５０μｍ以上であると、基板自体の平坦性がより向上する。また、基板の厚みが５００μｍ以下であると、基板自体の可撓性がより向上し、フレキシブルデバイス用基板としての使用がより容易となる。
【００３２】
また、基板上に、下部電極、絶縁膜等を備えていてもよく、その場合には基板上の下部電極又は絶縁膜上に金属酸化物膜が形成される。
【００３３】
（表面処理）
基板上に金属酸化物前駆体溶液を塗布する前に、基板の塗布膜（前駆体膜）を形成する側の面に対して表面処理を行う工程を含んでもよい。例えば、薄膜トランジスタを製造する場合、ゲート絶縁膜の形成後から室内環境下に長時間放置すると、絶縁膜の表面に水分、カーボン、有機成分等の異物が付着し、トランジスタ特性（動作安定性）に悪影響を与える可能性がある。そこで、金属酸化物前駆体溶液を基板に塗布する前処理として、基板に対して水分及び汚れを除去するための表面処理を行うことが好ましい。基板の表面処理としては、紫外線（ＵＶ）オゾン処理、アルゴンプラズマ処理、窒素プラズマ処理等が挙げられる。
ＵＶオゾン処理としては、例えば、ＵＶオゾン処理装置（Jelight-company-Inc製  Model144AX-100）を用い、下記の条件及び波長にて１〜３分程度行うことができる。
・条件：大気圧、空気中
・波長：２５４ｎｍ（３０ｍＷ／ｃｍ２）、１８５ｎｍ（３．３ｍＷ／ｃｍ２）
【００３４】
（塗布）
金属酸化物前駆体溶液を基板上に塗布する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、ミスト法、インクジェット法、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法等が挙げられる。特に、微細パターンを容易に形成する観点から、インクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法から選択される少なくとも一種の塗布法を用いることが好ましい。
【００３５】
（乾燥）
金属酸化物前駆体溶液を基板上に塗布した後、好ましくは加熱処理によって塗布膜を乾燥させ、金属酸化物前駆体膜を得る。乾燥によって、塗布膜の流動性を低減させ、最終的に得られる金属酸化物膜の平坦性を向上させることができる。また、適切な乾燥温度（好ましくは３５℃以上１００℃以下）を選択することにより、最終的により緻密な金属酸化物膜を得ることができる。
加熱処理の方法は特に限定されず、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択することができる。
乾燥の開始は特に限定されるものではないが、膜の平坦性を均一に保つ観点から、塗布後、５分以内に開始することが好ましい。
【００３６】
＜転化工程＞
転化工程では、加熱した状態の前駆体膜に対して１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる。
金属酸化物膜中の水素成分をより減少させる観点から  転化させる際の圧力は１Ｐａ以下が好ましく、０．１Ｐａ以下がより好ましい。前駆体膜を金属酸化物膜に転化させる際の圧力を１Ｐａ以下にすれば、水素含有量が１．０×１０２２個／ｃｍ３以下の金属酸化物膜を得ることもできる。なお、本開示における金属酸化物膜中の水素含有量は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）から算出される。
【００３７】
紫外線照射を行う際の基板の温度は２００℃未満であることが好ましい。転化工程における基板温度が２００℃未満であれば耐熱性の低い樹脂基板への適用が容易となり、また、熱エネルギーの増大を抑制して製造コストを低く抑えることができる。より多種の樹脂基板に対応が可能となる観点から、転化工程における基板温度は１５０℃以下であることがより好ましい。
一方、前駆体膜から金属酸化物膜への転化を短時間で行う観点から、転化工程における基板温度は１２０℃以上であることが好ましい。転化工程における基板温度はサーモラベルによって測定することができる。
金属酸化物膜への転化工程は、紫外線の照度にもよるが、生産性の観点から、５秒以上１２０分以下であることが好ましい。
【００３８】
転化工程における基板に対する加熱手段は特に限定されず、ホットプレート加熱、電気炉加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱等から選択すればよい。
紫外線処理時の基板の加熱は、紫外線照射に用いる紫外線ランプ等の光源からの輻射熱を利用してもよく、ヒーター等によって基板の温度を制御してもよい。紫外線ランプ等からの輻射熱を用いる際には、ランプ−基板間距離及び／又はランプ出力を調整することで制御することができる。
【００３９】
転化工程において、金属酸化物前駆体膜の膜面には波長３００ｎｍ以下の光を含む紫外光を１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で照射することが好ましい。３００ｎｍ以下の波長範囲の紫外光を１０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度で照射することで、より短い時間で金属酸化物前駆体膜から金属酸化物膜への転化を行うことができる。
【００４０】
紫外線の光源としては、ＵＶランプ及びレーザーが挙げられ、大面積に均一に且つ安価な設備で紫外線照射を行う観点からＵＶランプが好ましい。
ＵＶランプとしては、例えばエキシマランプ、重水素ランプ、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ヘリウムランプ、カーボンアークランプ、カドミウムランプ、無電極放電ランプ等が挙げられ、特に低圧水銀ランプを用いると容易に金属酸化物前駆体膜から金属酸化物膜への転化が行えることから好ましい。
【００４１】
（紫外線照射装置）
ここで、本開示における転化工程に用いる装置について説明する。
転化工程に用いる装置は限定されないが、例えば、減圧室と、減圧室内で基板を支持し、且つ、加熱する支持台と、減圧室内を１０Ｐａ以下に減圧する真空ポンプと、支持台に支持された基板に対して紫外線を照射する光源と、を備えた紫外線照射装置を好適に用いることができる。
また、光源と支持台との位置関係を調整する位置調整手段をさらに備えた構成とすれば、光源と支持台上の基板との距離を調整することで基板に照射するＵＶ照射パワー（照度）を調整することができる。
【００４２】
図１１は、本開示における転化工程に用いられる装置の構成の一例を概略的に示している。図１１に示す装置４００は、真空チャンバ（減圧室）４１０内にヒーター機能を備えたステージ４１２が設けられ、ステージ（支持台）４１２上の基板温度を調整することができ、また、大気側からハンドル（位置調整手段）４１８を回すことによりステージ４１２を上下動させることができる。真空チャンバ４１０の外側には真空排気用のターボメカニカルポンプ（真空ポンプ）４１４、Ｎ２ガス導入ポート（ＭＦＣ：マスフローコントローラ）４２４、真空計４２２、ＵＶ照射ユニット（光源）４１６、ベントバルブ４２６がそれぞれ配置されている。真空チャンバ４１０とターボメカニカルポンプ４１４との間には圧力調整バルブ４２０が設けられており、チャンバ４１０内の圧力を１０Ｐａ以下に調整することができる。
【００４３】
ＵＶ照射ユニット４１６は石英ガラス４１７を通じてステージ４１２上の基板に対して紫外光を照射することができ、ステージ４１２の高さを調整することでステージ４１２上の基板に照射するＵＶ照射パワー（照度）を調整することができる。なお、ＵＶ照射ユニット４１６の位置を移動させてステージ４１２上の基板に照射するＵＶ照射パワー（照度）を調整する構成としてもよいし、ＵＶ照射ユニット４１６の紫外線ランプの出力を変えて基板に照射するＵＶ照射パワー（照度）を調整する構成としてもよい。
【００４４】
本開示によって製造される金属酸化物膜の膜厚は特に限定されず用途に応じて選択すればよい。例えば、本開示により薄膜トランジスタの半導体層を形成する場合、膜厚は５０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｎｍ程度である。
【００４５】
本開示の金属酸化物膜の製造方法は、液相法により２００℃未満の低温プロセスでも不要な残留成分が低減した金属酸化物膜を簡便に得ることができる。また、大掛かりな真空装置を用いる必要がない点、耐熱性の低い安価な樹脂基板を用いることができる点、安価な原料を用いることができる点等からデバイスの作製コストを大幅に低減可能となる。
また、耐熱性の低い樹脂基板にも適用できることからフレキシブルディスプレイ等のフレキシブル電子デバイスを安価に作製することが可能となる。
【００４６】
［薄膜トランジスタ］
本開示では、不要な残留成分が低減し、良好な電気特性を有する金属酸化物膜を製造することができることから、本開示の金属酸化物膜の製造方法は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の酸化物半導体層（活性層）及び電極の形成に好適に用いることができる。例えば、半導体層（活性層）として、本開示の金属酸化物膜の製造方法によって酸化物半導体層を形成することで、線形移動度が高く、且つ、動作安定性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
【００４７】
以下、本開示の金属酸化物膜の製造方法をＴＦＴの半導体層（酸化物半導体膜）の形成に適用する形態について主に説明するが、本発明はＴＦＴの半導体層の形成に限定されるものではない。
【００４８】
本開示に係るＴＦＴの素子構造は特に限定されず、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、半導体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。
「トップゲート型」とは、ＴＦＴが形成されている基板を最下層としたときに、ゲート絶縁膜の上側にゲート電極が配置され、ゲート絶縁膜の下側に半導体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半導体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・ドレイン電極が半導体層よりも先に形成されて半導体層の下面がソース・ドレイン電極に接触する形態であり、「トップコンタクト型」とは、半導体層がソース・ドレイン電極よりも先に形成されて半導体層の上面がソース・ドレイン電極に接触する形態である。
【００４９】
図１は、トップゲート構造でトップコンタクト型の本開示に係るＴＦＴの一例を示す模式図である。図１に示すＴＦＴ１０では、基板１２の一方の主面上に半導体層１４として上述の酸化物半導体膜が積層されている。そして、半導体層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。
【００５０】
図２は、トップゲート構造でボトムコンタクト型の本開示に係るＴＦＴの一例を示す模式図である。図２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、半導体層１４として上述の酸化物半導体膜と、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。
【００５１】
図３は、ボトムゲート構造でトップコンタクト型の本開示に係るＴＦＴの一例を示す模式図である。図３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、半導体層１４として上述の酸化物半導体膜と、が順に積層されている。そして、半導体層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。
【００５２】
図４は、ボトムゲート構造でボトムコンタクト型の本開示に係るＴＦＴの一例を示す模式図である。図４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、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、半導体層１４として上述の酸化物半導体膜が積層されている。
【００５３】
以下の実施形態では、代表例として図３に示すボトムゲート型の薄膜トランジスタについて主に説明するが、本開示に係る薄膜トランジスタはボトムゲート型に限定されることなく、トップゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。
【００５４】
（基板）
ＴＦＴを形成する基板１２の形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、例えば、前述した基板から目的に応じて適宜選択することができる。
また、本開示で用いる基板の厚みに特に制限はないが、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
基板の厚みが５０μｍ以上であると、基板自体の平坦性がより向上する。また、基板の厚みが５００μｍ以下であると、基板自体の可撓性がより向上し、可撓性デバイス用基板としての使用がより容易になる。また、例えば、可撓性デバイスの作製プロセスにおいて、ガラス基板に仮固着したフレキシブル基板上に薄膜トランジスタを形成した後、ガラス基板からフレキシブル基板を剥離する形態であってもよい。
【００５５】
（ゲート電極）
基板１２の洗浄後、例えばＵＶオゾン処理を行った基板１２にゲート電極２２を形成する。ゲート電極２２は高い導電性を有する材料、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｇ，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（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）、酸化亜鉛インジウム（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ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。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できる。
【００５６】
ゲート電極２２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。
ゲート電極２２を形成するための金属膜の膜厚は、成膜性、エッチング又はリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
成膜後、エッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングすることにより、ゲート電極２２を形成してもよく、インクジェット法、印刷法等により直接パターン形成してもよい。この際、ゲート電極２２及びゲート配線（図示しない）を同時にパターンニングすることが好ましい。
【００５７】
（ゲート絶縁膜）
ゲート電極２２及び配線（図示しない）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材料が好ましく、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２種以上含む絶縁膜としてもよく、単層構造であっても積層構造であってもよい。
ゲート絶縁膜２０の形成は、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ればよい。ゲート絶縁膜２０は、ゲート絶縁特性を有していれば、有機絶縁膜でも無機絶縁膜でもよい。例えば、湿式方式による無機絶縁膜としては、ポリシラザン化合物溶液を用いたＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜などが挙げられる。
【００５８】
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２０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２０の材質にもよるが、ゲート絶縁膜２０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。
【００５９】
（半導体層）
ゲート絶縁膜２０を形成した後、ゲート絶縁膜２０上に半導体層１４を形成する。前述した本開示の金属酸化物膜の製造方法に従い、ゲート絶縁膜２０上にインジウムを含む溶液を塗布して乾燥させて金属酸化物半導体膜の前駆体膜を形成した後、前駆体膜を加熱した状態で１０Ｐａ以下の雰囲気下で紫外線照射を行うことにより金属酸化物半導体膜に転化させる。
【００６０】
金属酸化物半導体膜を半導体層１４の形状にパターンニングする。半導体層１４のパターンニングは前述したインクジェット法、ディスペンサー法、凸版印刷法、及び凹版印刷法によってパターンニングされた半導体層１４を形成してもよいし、金属酸化物半導体膜をフォトリソグラフィー及びエッチングによって半導体層１４の形状にパターンニングしてもよい。
フォトリソグラフィー及びエッチングによりパターン形成を行うには、金属酸化物半導体膜の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半導体層１４のパターンを形成する。
【００６１】
半導体層１４の厚みは、平坦性及び膜形成に要する時間の観点から５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
（保護層）
半導体層１４上にはソース・ドレイン電極１６，１８のエッチング時に半導体層１４を保護するための保護層（不図示）を形成することが好ましい。保護層の成膜方法に特に限定はなく、金属酸化物半導体膜に続けて成膜すればよい。保護層は、金属酸化物半導体膜のパターンニングの前に形成してもよいし、パターンニングの後に形成してもよい。
保護層としては絶縁体が好ましく、保護層を構成する材料は無機材料であってもよく、樹脂のような有機材料であってもよい。なお、保護層はソース電極１６及びドレイン電極１８（ソース・ドレイン電極１６，１８）の形成後に除去しても構わない。
【００６３】
（ソース・ドレイン電極）
金属酸化物半導体膜で形成された半導体層１４上にソース・ドレイン電極１６，１８を形成する。ソース・ドレイン電極１６，１８はそれぞれ電極として機能する高い導電性を有する材料、例えば、Ａｌ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ａｇ，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（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）、酸化亜鉛インジウム（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ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。
【００６４】
ソース・ドレイン電極１６，１８を形成する場合、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（化学気相蒸着）、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等の中から使用する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って成膜すればよい。
【００６５】
ソース・ドレイン電極１６，１８の膜厚は、成膜性、エッチング又はリフトオフ法によるパターンニング性、導電性等を考慮すると、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましく、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００６６】
ソース・ドレイン電極１６，１８は、導電膜を形成した後、例えば、エッチング又はリフトオフ法により所定の形状にパターンニングして形成してもよく、インクジェット法等により直接パターン形成してもよい。この際、ソース・ドレイン電極１６，１８及びこれらの電極に接続する配線（図示しない）を同時にパターンニングすることが好ましい。
【００６７】
以上で説明した本実施形態の薄膜トランジスタの用途には特に限定はないが、低温で高い半導体特性と安定性を示す薄膜トランジスタを比較的低温で作製できることから、各種電子デバイス、特に耐熱性の低い安価な樹脂基板を用いたフレキシブルな電子デバイスの作製にも適用することができる。具体的には、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における駆動素子、耐熱性の低い樹脂基板を用いたフレキシブルディスプレイの作製に好適である。
【００６８】
更に本開示により製造される薄膜トランジスタは、Ｘ線センサ、イメージセンサ等の各種センサ、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。
以下、本開示により製造される薄膜トランジスタを適用した電子デバイスの一例について説明する。
【００６９】
＜液晶表示装置＞
本開示の一実施形態である液晶表示装置について、図５に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。
【００７０】
図５に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、図１に示した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および対向上部電極１０６で挟まれた液晶層１０８と、各画素に対応させて異なる色を発色させるためのＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルタ１１０とを備え、ＴＦＴ１０の基板１２側およびＲＧＢカラーフィルタ１１０上にそれぞれ偏光板１１２ａ、１１２ｂを備えた構成である。
【００７１】
また、図６に示すように、本実施形態の液晶表示装置１００は、互いに平行な複数のゲート配線１１２と、ゲート配線１１２と交差する、互いに平行なデータ配線１１４とを備えている。ここでゲート配線１１２とデータ配線１１４は電気的に絶縁されている。ゲート配線１１２とデータ配線１１４との交差部付近に、ＴＦＴ１０が備えられている。
【００７２】
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。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。
【００７３】
＜有機ＥＬ表示装置＞
本開示の一実施形態に係る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、図７に一部分の概略断面図を示し、図８に電気配線の概略構成図を示す。
【００７４】
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１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ＴＦＴ１０ａおよびスイッチング用ＴＦＴ１０ｂとして備えられ、ＴＦＴ１０ａ，１０ｂ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からなる有機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。
【００７５】
また、図８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、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。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ＴＦＴ１０ａ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。
【００７６】
なお、図７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。
【００７７】
＜Ｘ線センサ＞
本開示の一実施形態であるＸ線センサについて、図９に一部分の概略断面図を示し、図１０に電気配線の概略構成図を示す。
【００７８】
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。
【００７９】
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９においてはドレイン電極１８）と接続されている。
【００８０】
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からなる層であり、ＴＦＴ１０およびキャパシタ３１０を覆って設けられている。
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。
【００８１】
図１０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。
【００８２】
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に電気的に接続されており、さらに電荷収集用電極３０２は、キャパシタ３１０に接続されている。
【００８３】
本実施形態のＸ線センサ３００において、Ｘ線は図９中、上部電極３０６側から入射してＸ線変換層３０４で電子−正孔対を生成する。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。
【００８４】
なお、上記実施形態の液晶表示装置１００、有機ＥＬ表示装置２００、及びＸ線センサ３００においては、図１に示すトップゲート構造のＴＦＴを備えているが、図１に示すトップゲート構造のＴＦＴに限定されず、図２〜図４に示す構造のＴＦＴであってもよい。
【実施例】
【００８５】
以下に実施例を説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されない。【００８６】
＜Ｉｎを含む金属酸化物膜を形成した実施例及び比較例＞
本発明の効果をより簡便に説明するために、以下のようにＴＦＴ素子を作製し電気特性を評価した。
硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏ、純度：４Ｎ，高純度化学研究所社製）を２−メトキシエタノール（試薬特級、和光純薬工業社製）中に溶解させ、０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度の半導体層形成用硝酸インジウム溶液を作製した。【００８７】
基板として熱酸化膜付ｐ型シリコン基板を用い、シリコン基板がゲート電極となり、熱酸化膜をゲート絶縁膜として用いる簡易型のＴＦＴを作製した。１インチ四方の熱酸化膜付ｐ型シリコン基板上に、作製した硝酸インジウム溶液を１５００ｒｐｍの回転速度で３０秒間スピンコートした後、６０℃に加熱されたホットプレート上で１分間乾燥を行った。これにより、酸化物半導体前駆体膜（厚さ：１０ｎｍ）を形成した。【００８８】
次に、前駆体膜を加熱した状態で圧力を調整した雰囲気下で紫外線照射を行うことにより金属酸化物膜に転化させる。
転化工程では、前述した図１１に示す概略構成を有する紫外線照射装置を用いた。真空排気用のポンプ４１４としてＴＭＰ（ターボメカニカルポンプ  ＶＡＲＩＡＮ社製）を備えており、チャンバ内圧力：大気〜１×１０−４Ｐａ、サンプル基板温度：室温〜６００℃、ＵＶ照射パワー（照度）：１〜３０ｍＷ／ｃｍ２に設定することができる。サンプルステージ（支持台）４１２の高さ調整により照射パワーを変えることができる。【００８９】
図１１に示す装置において、波長２５４ｎｍの紫外線照度を紫外線光量計（オーク製作所社製、ＵＶ−Ｍ１０、受光器ＵＶ−２５）を用いて測定し、１０ｍＷ／ｃｍ２になるようにステージ位置の調整を行い、酸化物半導体前駆体膜の転化を表１に示す条件で行った。【００９０】
条件１は大気中で転化処理、条件２は大気から１×１０−４Ｐａまで真空排気し、真空排気停止後にＮ２ガスを導入して大気圧で転化処理、条件３〜８は真空排気中で圧力調整バルブ４２０によりそれぞれ一定の真空度に調整した後、転化処理を行った。また、条件９は大気から０．８気圧（約０．０８１ＭＰａ）まで減圧しながら転化処理を行った。
なお、いずれの条件でも転化工程における基板温度は１５０℃、ＵＶ処理時間は３０分にそれぞれ固定した。なお、紫外線照射処理時の基板温度はサーモラベルでモニターした。【００９１】
転化処理後に金属酸化物半導体膜上にソース・ドレイン電極をスパッタ成膜により形成した。ソース・ドレイン電極はメタルマスクを用いたパターン成膜にて作製し、Ｔｉを厚さ５０ｎｍに成膜した。ソース・ドレイン電極のサイズは各々１ｍｍ×１ｍｍとし、電極間距離は０．２ｍｍとした。
ここで簡易型ＴＦＴ素子の作製が完了となる。【００９２】
得られた簡易型ＴＦＴについて、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用い、トランジスタ特性Ｖｇ−Ｉｄの測定を行った。【００９３】
Ｖｇ−Ｉｄ特性の測定は、ドレイン電圧（Ｖｄ）を＋１Ｖに固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を−１５Ｖ〜＋１５Ｖの範囲内で変化させ、各ゲート電圧におけるドレイン電流（Ｉｄ）を測定することにより行った。測定の雰囲気はドライエアー雰囲気で大気圧（事前に６０分間フロー）とし、測定時の水分の影響を排除し、５回繰り返し計測し、線形移動度（初期移動度）とＶｔｈシフト（ＴＦＴの立ち上がり電圧シフト）を求めた。【００９４】
表１にＶｇ−Ｉｄ特性から求めた線形移動度、５回繰り返し計測後のＶｔｈシフト（ΔＶｔｈ）及び二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）から算出した、半導体膜中の水素量を示す。ＳＩＭＳは、Ｐｙｓｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社の「ＰＨＩ  ＡＤＥＰＴ１０１０」を用いて行った。【００９５】
【表１】
2016088882.tif 000003
【００９６】
条件１、９ではＴＦＴとして動作しなかった。要因としては転化工程時の残存酸素にて半導体層の酸素欠損がターミネートされ、キャリアが消失し、半導体膜として機能しなかったと考えられる。
条件２、３ではトランジスタ特性は確認できたが、ΔＶｔｈが２．０Ｖを超え、動作安定性に問題がある。条件２では初期移動度が一番大きいが、残留水素量も一番大きいため、水素が余剰キャリアとして動作し、動作安定性を悪くしていると考えられる。【００９７】
条件４〜８ではΔＶｔｈが２．０Ｖ未満となり、特に転化工程での圧力が１Ｐａ以下の条件６〜８の場合には半導体膜の水素量が１．０×１０２２個／ｃｍ３以下に低下し、ΔＶｔｈ及び水素量が概ね同じであった。これらの結果から、半導体膜への転化には酸素等の影響を排除し、且つ半導体膜中の水素量は転化工程における圧力に依存し、膜中の水素量が少ないほどΔＶｔｈが小さく、動作安定性が向上すると考えられる。【００９８】
＜ＩｎとＺｎを含む金属酸化物膜を形成した比較例及び実施例＞
以下のような試料を作製し、評価を行った。
硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ３）３・ｘＨ２Ｏ、純度：４Ｎ，高純度化学研究所社製）、硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、純度：３Ｎ，高純度化学研究所社製）を２−メトキシエタノール（試薬特級、和光純薬工業社製）中に溶解させ、硝酸インジウム濃度０．０９５ｍｏｌ／Ｌ、硝酸亜鉛濃度０．００５ｍｏｌ／Ｌの濃度の硝酸インジウム・硝酸亜鉛混合溶液を作製した。
作製した硝酸インジウム・硝酸亜鉛混合溶液を用いて熱酸化膜付ｐ型シリコン基板上に酸化物半導体前駆体膜を形成し、条件１又は条件４と同様にして酸化物半導体膜に転化させた後、ソース・ドレイン電極を形成し、評価を行った。
条件１と同様にして転化工程を行なった場合は、ＴＦＴとして動作しなかった。
条件４と同様にして転化工程を行なった場合のＴＦＴは、初期移動度は５．４ｃｍ２／Ｖｓ、ΔＶｔｈは１．７Ｖであり、膜中水素量は１．７７×１０２２個／ｃｍ３であった。【００９９】
２０１４年１２月５日に出願された日本特許出願２０１４−２４７０７４号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１】
2016088882.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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