氧化物半導體層及其制造方法、以及氧化物半導體的前驅(qū)體、氧化物半導體層、半導體元 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及氧化物半導體層及其制造方法、W及氧化物半導體的前驅(qū)體、氧化物 半導體層、半導體元件及電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄膜晶體管(TFT)，通過將微細且薄的膜層疊而形成的小型放大管，而且是具有柵 極、源極、及漏極的=端子元件。
[0003] W往，主要是使用多晶娃膜、或非晶質(zhì)娃膜作為薄膜晶體管的通道層。但是，多晶 娃膜時，由于在結(jié)晶粒子之間的界面產(chǎn)生電子散射等，致使電子遷移率受到限制，其結(jié)果， 晶體管特性產(chǎn)生偏差。另外，非晶質(zhì)娃膜時，因為電子遷移率非常低且時間容易引起元件產(chǎn) 生劣化，所W有元件的可靠性降低的問題。因此，電子遷移率比非晶質(zhì)娃膜高而且晶體管特 性的偏差比多晶娃膜少的氧化物半導體受到關(guān)注。
[0004] 最近，欲使用印刷法、涂布法等的低能源制程在曉性樹脂基板上制造電子裝置的 嘗試，積極地進行中。通過使用印刷法和涂布法而直接在基板上將半導體層圖案化，結(jié)果具 有能夠?qū)⒂糜趫D案化的蝕刻處理工序省略的優(yōu)點。
[000引例如，如專利文獻1~3,使用導電性高分子和有機半導體進行涂布而制造曉性電 子裝置的嘗試正在進行中。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007] 專利文獻
[000引專利文獻1:日本特開2007-134547號公報
[0009] 專利文獻2:日本特開2007-165900號公報
[0010] 專利文獻3:日本特開2007-201056號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 發(fā)明所要解決的課題
[0012] 在產(chǎn)業(yè)界及消費者要求的各式各樣的形態(tài)的信息終端設(shè)備和信息家電之中，半導 體必須更高速地工作且長期間穩(wěn)定，而且低環(huán)境負荷。但是，因為現(xiàn)有技術(shù)通常所采用的制 程，例如使用真空制程和光刻法運樣的需要比較長時間、及/或昂貴的設(shè)備的制程，所W原 材料和制造能源的使用效率變得非常差。運從工業(yè)性或量產(chǎn)性的觀點出發(fā)，是不優(yōu)選的。另 一方面，現(xiàn)狀是對于W往被使用作為主流的娃半導體，非常難W適應(yīng)使用上述的印刷法和 涂布法的制程（W下，總稱為"低能源制程"）。另外，即便采用專利文獻1~3所記載的導電性 高分子及有機半導體時，其電性(electrical property)和穩(wěn)定性尚不充分。
[0013] 所謂使用低能源制程、及功能性溶液或功能性糊劑而制造的半導體元件及電子裝 置，從電子裝置的曉性化、及上述的工業(yè)性或量產(chǎn)性的觀點，目前在產(chǎn)業(yè)界非常地受到注 目。
[0014] 但是，通常低能源制程的代表例的使用印刷法所形成的層的厚度，其與半導體元 件被要求的層的厚度有差異。具體而言，使用印刷法的圖案化時形成比較厚的層，但是半導 體元件所要求的層的厚度通常非常薄。另外，在低能源制程所使用的糊劑或溶液(例如，使 被氧化時成為氧化物半導體的金屬的化合物分散在含有粘合劑的溶液中而成的氧化物半 導體的前驅(qū)體）中，通過添加粘合劑來調(diào)整其粘度而使其存在用于進行圖案化的適合的粘 度。因而，特別是在形成構(gòu)成半導體元件的層(代表性的是氧化物半導體層)時，使用添加有 粘合劑的糊劑或溶液而進行圖案化之后，必須盡可能在將該粘合劑除去之后將層薄化。但 是，在該薄層化的過程，有可能造成產(chǎn)生裂紋的問題。
[0015] 雖然通過用于形成該氧化物半導體層的燒成而粘合劑某種程度被分解，但是仍然 有一定的量W雜質(zhì)的方式殘留在糊劑或溶液內(nèi)。在此，W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留，其量 大于某值時，高準確性地引起半導體的電特性(electric characteristic)變差。因而，使 用低能源制程來制造半導體元件仍然存在許多技術(shù)課題。
[0016] 在被要求節(jié)省能源化的最近，通過將使用低能源制程在基板上所形成的膜燒成而 形成所需要較薄的氧化物半導體層，同時制造具有該氧化物半導體層的半導體元件朝向解 決上述的課題而大幅度地前進。
[0017] 用于解決課題的手段
[0018] 本發(fā)明通過解決上述各種問題的至少一種，而對提供能夠減少裂紋(或龜裂，W下 總稱為"裂紋"）的生成且具有優(yōu)異的電特性及穩(wěn)定性的氧化物半導體層、及具有該氧化物 半導體層的半導體元件和電子裝置作出重大的貢獻。
[0019] 本申請發(fā)明人等在進行從液體材料形成各種氧化物半導體層的研究之中，針對從 液體至凝膠膜的過程、及從凝膠膜至固化或燒結(jié)的過程，多面詳細地進行分析。其結(jié)果，得 到W下的見解:通過選定在能夠與粘合劑大致完全被分解的溫度差別化的程度的較高的溫 度，氧化物半導體前驅(qū)體材料能夠從凝膠膜固化或燒結(jié)的材料，能夠解決上述課題。另外， 前述的"從液體至凝膠膜的過程"，就代表性的例子而言，是指雖然借助熱處理而將粘合劑 及溶劑除去，但是被氧化時成為氧化物半導體的金屬的化合物(例如，具有配體的金屬絡(luò)合 物)未被分解的狀況。另外，前述的"凝膠膜至固化或燒結(jié)的過程"，就代表性的例子而言，是 指前述的配體分解且被氧化時成為氧化物半導體的金屬與氧鍵合實質(zhì)上完成的狀況。
[0020] 而且，許多的試誤及分析的結(jié)果，本申請發(fā)明人等能夠確認通過在包含脂肪族聚 碳酸醋的粘合劑中，由使某特定氧化物半導體的前驅(qū)體分散在某溶液中而成的材料形成 膜，能夠得到可利用作為半導體元件的程度的高導電性。另外，也能夠確認該膜通過低能源 制程而能夠容易地形成。本發(fā)明基于上述的觀點及多次的分析而創(chuàng)造出來。
[0021] 本發(fā)明的一種氧化物半導體層的制造方法，包含W下工序:前驅(qū)體層的形成工序， 其將氧化物半導體的前驅(qū)體在基板上或其上方形成為層狀，其中該氧化物半導體的前驅(qū)體 是將被氧化時成為氧化物半導體的金屬的化合物分散在含有粘合劑的溶液中而成的，所述 粘合劑包含脂肪族聚碳酸醋（可包含不可避免的雜質(zhì)）；及燒成工序，其在使該粘合劑的 90wt% W上分解的第1溫度將該前驅(qū)體層加熱之后，在比該第1溫度更高而且為前述金屬與 氧鍵合的溫度、且該前驅(qū)體的利用差示熱分析法(DTA:differential thermal analysis) 的放熱峰值即第2溫度W上的溫度燒成該前驅(qū)體層。
[0022] 根據(jù)該氧化物半導體層的制造方法，包含脂肪族聚碳酸醋的粘合劑借助在使上述 的粘合劑的90wt% W上分解的第I溫度加熱，該粘合劑大致分解。如此進行時，通過在比該 第1溫度更高而且為被氧化時成為氧化物半導體的金屬與氧鍵合的溫度、且與該氧化物半 導體的前驅(qū)體的利用差示熱分析法(DTA)的放熱峰值即第2溫度相同溫度或大于其的溫度， 將該前驅(qū)體層燒成，能夠高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)殘留在氧化物半導體層 中。另外，認為通過在第1溫度加熱、粘合劑大致分解，在隨后的第2溫度燒成時大致不產(chǎn)生 粘合劑的分解過程，同時進行大致特化為金屬與氧鍵合的反應(yīng)。其結(jié)果，根據(jù)該氧化物半導 體層的制造方法，能夠減少裂紋的生成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)具有優(yōu)異的電特性及穩(wěn)定性的半導 體元件和電子裝置。另外，從較高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留的觀點出發(fā)， 第1溫度優(yōu)選為使上述的粘合劑分解95wt % W上的溫度，更優(yōu)選為使該粘合劑分解99wt % W上的溫度。另外，根據(jù)該氧化物半導體層的制造方法，能夠容易地實現(xiàn):使用低能源制程 來形成層。
[0023] 另外，本發(fā)明的一種氧化物半導體的前驅(qū)體，其為使被氧化時成為氧化物半導體 的金屬的化合物分散在含有粘合劑的溶液中而成的氧化物半導體的前驅(qū)體，所述粘合劑包 含脂肪族聚碳酸醋(可含有不可避免的雜質(zhì)），而且在比該金屬與氧鍵合的溫度且比該前驅(qū) 體的利用差示熱分析法(DTA)的放熱峰值即第2溫度更低的第1溫度，該粘合劑的90wt% W 上被分解。
[0024] 根據(jù)使用該氧化物半導體的前驅(qū)體，通過在比被氧化時成為氧化物半導體的金屬 與氧鍵合的溫度且比該前驅(qū)體的利用差示熱分析法(DTA)的放熱峰值的溫度(第2溫度）更 低，而且在使該粘合劑的90wt % W上分解的溫度(第1溫度)將上述的粘合劑加熱，該粘合劑 大致分解。如此進行時，在通過將此種前驅(qū)體燒成而得到的氧化物半導體層中，能夠高準確 性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留。另外，認為通過在第1溫度加熱使得粘合劑大致分 解，在其后的第2溫度進行燒成時，大致不產(chǎn)生粘合劑的分解過程，同時進行大致特化為金 屬與氧鍵合的反應(yīng)。其結(jié)果，通過使用該氧化物半導體的前驅(qū)體而形成氧化物半導體層，能 夠減少裂紋的生成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)具有電特性及穩(wěn)定性的半導體元件和電子裝置。另外，從 較高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留的觀點出發(fā)，就使上述的粘合劑分解的第 1溫度而言，優(yōu)選為使該粘合劑的95wt% W上分解的溫度，更優(yōu)選為使該粘合劑分解99wt% W上的溫度。
[0025] 另外，本發(fā)明的一種氧化物半導體層，通過使被氧化時成為氧化物半導體的金屬 的化合物分散在含有粘合劑的溶液中而成的氧化物半導體的前驅(qū)體層，在該金屬與氧鍵合 的溫度且該前驅(qū)體的利用差示熱分析法(DTA)的放熱峰值即第2溫度W上進行燒成而形成， 而且在比其第2溫度更低的第1溫度，前述粘合劑的90wt% W上被分解，所述粘合劑包含脂 肪族聚碳酸醋(可包含不可避免的雜質(zhì)）。
[0026] 根據(jù)該氧化物半導體層，通過比被氧化時成為氧化物半導體的金屬與氧鍵合的溫 度且比該前驅(qū)體的利用差示熱分析法(DTA)的放熱峰值的溫度(第2溫度)更低，而且使該粘 合劑的90wt% W上分解的溫度(第1溫度)將上述的粘合劑加熱，該粘合劑大致分解。如此進 行時，在此種氧化物半導體層中，能夠高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留。另 夕h認為通過在第1溫度加熱，粘合劑大致分解，由此，隨后在與第2溫度相同溫度或大于其 的溫度進行燒成時，大致不產(chǎn)生粘合劑的分解過程，同時進行大致特化為金屬與氧鍵合的 反應(yīng)。其結(jié)果，通過采用該氧化物半導體層，能夠減少裂紋的生成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)具有電特 性及穩(wěn)定性的半導體元件和電子裝置。另外，從較高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì) 的殘留的觀點出發(fā)，就使上述的粘合劑分解的第1溫度而言，優(yōu)選為使該粘合劑的95wt% W 上分解的溫度，更優(yōu)選為使該粘合劑分解99wt % W上的溫度。
[0027] 另外，本申請的所謂"基板"，不限定于板狀體的基礎(chǔ)，也包含其它形態(tài)的基礎(chǔ)或母 材。而且，本串請的"層"，不僅是層也包含膜的概念。相反地，本串請的"膜"，不僅是膜也包 含層的概念。而且，本申請后述的各實施方式，所謂"涂布"，指借助低能源制程、即印刷法和 涂布法在基板上形成層。
[0028] 發(fā)明效果
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一種氧化物半導體層的制造方法，在所制造的氧化物半導體層中， 能夠高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留。其結(jié)果，能夠減少裂紋的生成，同時能 夠?qū)崿F(xiàn)具有電特性及穩(wěn)定性的半導體元件和電子裝置。而且，根據(jù)該氧化物半導體層的制 造方法，能夠?qū)崿F(xiàn)低能源制程。另外，根據(jù)本發(fā)明的一種氧化物半導體的前驅(qū)體，能夠形成 可高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜質(zhì)的殘留的氧化物半導體層。另外，根據(jù)本發(fā)明的 一種氧化物半導體層，在該氧化物半導體層中，能夠高準確性地抑制W碳雜質(zhì)為代表的雜 質(zhì)的殘留。因而，根據(jù)本發(fā)明的一種氧化物半導體的前驅(qū)體或氧化物半導體層，能夠減少裂 紋的生成，同時能夠?qū)崿F(xiàn)具有電特性及穩(wěn)定性的半導體元件和電子裝置。
【附圖說明】
[0030] 圖1是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0031] 圖2是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0032] 圖3是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0033] 圖4是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0034] 圖5是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0035] 圖6是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0036] 圖7是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造方法的一個過程的剖面示 意圖。
[0037] 圖8是顯示本發(fā)明的第1實施方式的薄膜晶體管的制造