JP6065620B2 - フレーク状酸化物半導体の製造方法、酸化物半導体膜の製造方法、薄膜トランジスタの製造方法、液晶表示装置の画素電極形成方法 - Google Patents
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Description
そこで、より簡便な酸化亜鉛薄膜の成膜方法としては、ゾルゲル法、無電解析出法、電解析出法等の湿式による成膜方法がよく知られている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、これらの成膜方法は、基板を加熱すること等によって、高温で成長を行うことにより、結晶性の高い酸化亜鉛薄膜が得られるものの、ポリエチレンテレフタレート(PET)等に代表される樹脂基板が耐えられるような低温(100〜200℃程度)では、結晶性の高い酸化亜鉛薄膜を得ることが困難である。
なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率等は適宜異ならせている。
また、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本実施形態に係るフレーク状酸化物半導体の製造方法の第一の例を示す工程図である。
基板12上に、酸化物半導体膜11を形成するには、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の真空成膜法が用いられる。
なお、液体によって膨潤した基板12は、乾燥すれば再び酸化亜鉛薄膜11の形成、剥離に用いることができる。
得られたフレーク状の酸化物半導体13の形状は、正方形、長方形、ひし形、三角形、円形等をなしている。
また、フレーク状の酸化物半導体13の大きさは、その形状が正方形である場合、5μm×5μm〜300μm×300μm程度の範囲内であることが好ましい。フレーク状の酸化物半導体13の大きさが5μm×5μm未満では、この酸化物半導体13を用いて形成した酸化物半導体膜において、酸化物半導体13同士の接触数が増えて接触抵抗が増大することがある。一方、フレーク状の酸化物半導体13の大きさが300μm×300μmを超えると、この酸化物半導体13を用いて形成した酸化物半導体膜において、隙間が生じやすくなり、一様な酸化物半導体膜を形成し難い傾向にある。すなわち、酸化物半導体13を用いて形成した酸化物半導体膜において、穴が開いたり、表面に凹凸ができやすくなったりする。
上述の方法により製造された、液体31中にフレーク状の酸化物半導体13が分散した分散液を基板上に塗布し、そのまま放置するか、あるいは、加熱することにより、液体31を蒸発させると、基板上に、フレーク状の酸化物半導体13からなる酸化物半導体膜が形成される。
基板上にフレーク状の酸化物半導体13を含む分散液を塗布する方法としては、基板を分散液に浸漬するディップコーティング法、基板上に分散液を滴下する滴下法、基板上に分散液を散布するスプレーコーティング法等が用いられる。
過飽和の亜鉛酸イオンを含む液体(以下、「亜鉛酸イオン含有溶液」と言う。)は、以下に示すように調製される。
塩基性溶液は、上記の溶質を溶媒に溶解させることにより調製する。
亜鉛塩含有溶液に含まれる亜鉛イオンの濃度は、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる水酸化物イオンの濃度、亜鉛塩含有溶液と塩基性溶液の混合比、亜鉛酸イオン含有溶液の温度等に応じて適宜調整される。
塩基性溶液に含まれる水酸化物イオンの濃度は、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる亜鉛イオンの濃度、亜鉛塩含有溶液と塩基性溶液の混合比、亜鉛酸イオン含有溶液の温度等に応じて適宜調整される。
具体的には、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる亜鉛原子の濃度、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる水酸化物イオンの濃度、および、亜鉛酸イオン含有溶液の温度を制御することにより、亜鉛酸イオン含有溶液のpHを12〜13の範囲に制御する。これにより、亜鉛酸イオン含有溶液の過飽和度を制御し、亜鉛酸イオン含有溶液から酸化亜鉛結晶を析出させる。
ここでは、上記の析出温度(10〜90℃)において、亜鉛酸イオン含有溶液のpHを12〜13に制御する。なお、温度によって亜鉛酸イオン含有溶液のpHは変化するので、析出温度に応じて、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる亜鉛原子の濃度、亜鉛酸イオン含有溶液に含まれる水酸化物イオンの濃度を制御する。
図2は、本実施形態に係るフレーク状酸化物半導体の製造方法の第二の例を示す工程図である。
基板42上に、酸化物半導体膜41を形成するには、上述の第一の例と同様に、スパッタリング法等の真空成膜法が用いられる。
得られたフレーク状の酸化物半導体43の形状は、上述の第一の例と同様の形状をなしている。
また、フレーク状の酸化物半導体43の大きさは、上述の第一の例と同様に、その形状が正方形である場合、5μm×5μm〜300μm×300μm程度の範囲内であることが好ましい。
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法は、ソース電極及びドレイン電極に接触する酸化物半導体層を、上述の酸化物半導体膜の製造方法により形成する工程を含む方法である。
(1)まず、図3(a)に示すように、公知技術により、樹脂やガラス等からなる基板71上に、ゲート電極72とゲート絶縁膜73を形成する。
このとき、ゲート電極72とゲート絶縁膜73が形成された基板71に、フレーク状の酸化物半導体を含む分散液を塗布し、そのまま放置するか、あるいは、加熱することにより、分散液の溶媒を蒸発させると、基板71上に、フレーク状の酸化亜鉛からなる酸化物半導体膜74が形成される。
図4は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の他の例を示す工程図である。
(11)まず、図4(a)に示すように、上述の本実施形態の酸化物半導体膜の製造方法により、樹脂やガラス等からなる基板81上に、酸化物半導体膜82を形成する。
このとき、基板81に、フレーク状の酸化物半導体を含む分散液を塗布し、そのまま放置するか、あるいは、加熱することにより、分散液の溶媒を蒸発させると、基板81上に、フレーク状の酸化亜鉛からなる酸化物半導体膜82が形成される。
本実施形態の液晶表示装置の画素電極形成方法は、本実施形態の酸化物半導体膜の製造方法により、薄膜トランジスタが形成された基板上に画素電極を形成する工程を含む方法である。
(21)まず、図5(a)に示すように、公知技術により、樹脂やガラス等からなる基板91上に、ゲート電極とゲート絶縁膜、半導体膜により構成され、所望のパターンにパターニングされた薄膜トランジスタ92を形成する。
このとき、薄膜トランジスタ92が形成された基板91にフレーク状の酸化物半導体を含む分散液を塗布し、そのまま放置するか、あるいは、加熱することにより、分散液の溶媒を蒸発させると、基板91上に、酸化物半導体膜93が形成される。
まず、アクリル基板を用意し、このアクリル基板上に、直接、スパッタリング法により、酸化物半導体膜を成膜した。
酸化物半導体膜を構成する材料としては、酸化亜鉛に3atom%のアルミニウムがドープされたアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜を用いた。得られたアルミニウムドープ酸化亜鉛膜の膜厚は180nm、シート抵抗は200Ω/□であった。
次いで、アルミニウムドープ酸化亜鉛膜が形成されたアクリル基板を、ビーカー内のエタノールに浸漬した。すると、エタノールによってアクリル基板が膨潤することにより、アクリル基板から酸化亜鉛薄膜が剥離した。この状態で、10分間、超音波処理をすることにより、エタノール中にフレーク状の酸化亜鉛が分散した分散液を調製した。
得られたフレーク状の酸化亜鉛を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図6は、酸化亜鉛のSEM像であり、(a)は25倍のSEM像、(b)は500倍のSEM像である。図6に示すSEM像から、フレークの厚さに対するフレークの長軸の比を求めたところ、その値は28〜1666の範囲内であった。
また、酸化亜鉛について、X線回折法(X−ray Diffrction:XRD)により結晶構造解析を行った。図8は、XRDによるθ−2θスキャンの結果であり、横軸が2θ、縦軸が強度を示している。図8に示すように、酸化亜鉛(002)の回折のみが確認され、アルミニウムドープ酸化亜鉛はC軸方向に強く配向していることが分かった。つまり、このように高い結晶性でC軸配向しているため、フレーク状の酸化亜鉛は高い伝導性を示すといえる。
まず、塩化ナトリウム基板を用意し、この塩化ナトリウム基板上に、直接、スパッタリング法により、酸化物半導体膜を成膜した。
酸化物半導体膜を構成する材料としては、酸化亜鉛に3atom%のアルミニウムがドープされたアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)膜を用いた。得られたアルミニウムドープ酸化亜鉛膜の膜厚は180nm、シート抵抗は200Ω/□であった。
次いで、アルミニウムドープ酸化亜鉛膜が形成された塩化ナトリウム基板を、ビーカー内のエタノールに浸漬した。すると、エタノールによって塩化ナトリウム基板が潮解することにより、塩化ナトリウム基板から酸化亜鉛薄膜が剥離した。この状態で、10分間、超音波処理をすることにより、エタノール中にフレーク状の酸化亜鉛が分散した分散液を調製した。
得られたフレーク状の酸化亜鉛を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、フレークの厚さに対するフレークの長軸の比を求めたところ、その値は28〜1666の範囲内であった。
また、酸化亜鉛について、XRDにより結晶構造解析を行った。その結果、酸化亜鉛の回折のみが確認され、アルミニウムドープ酸化亜鉛はC軸方向に強く配向していることが分かった。つまり、このように高い結晶性でC軸配向しているため、フレーク状の酸化亜鉛は高い伝導性を示すといえる。
実施例1で調製したフレーク状の酸化亜鉛を含む分散液中に、PET基板を浸漬するディップコーティング法により、PET基板上にフレーク状の酸化亜鉛を含む分散液を塗布した。このとき、分散液中からPET基板を引き上げる速度を10cm/minとした。
次いで、ホットプレート上にて、PET基板を100℃で加熱し、塗布した分散液を乾燥させた。
その結果、PET基板上に、フレーク状の酸化亜鉛からなる酸化亜鉛膜が形成された。
得られた酸化亜鉛膜を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図9は、透明導電膜のSEM像であり、(a)は100倍のSEM像、(b)は500倍のSEM像、(c)は1000倍のSEM像である。図9に示すように、得られた酸化亜鉛膜は、フレーク状の酸化亜鉛が幾重にも重なって形成されていることが分かった。また、これらのフレーク状の酸化亜鉛は全てアルミニウムドープ酸化亜鉛から構成されており、シート抵抗は400Ω/□であった。
室温で、0.1mol/Lの硝酸亜鉛水溶液1mLに対して、pHが11.5になるよう水酸化ナトリウム水溶液を加えて混合し、亜鉛酸イオン含有溶液(亜鉛酸イオンを含む液体)を調製した。
実施例1で調製したフレーク状の酸化亜鉛を含む分散液に、亜鉛酸イオン含有溶液を加えて混合し、混合溶液を調製した。
この混合溶液をPET基板上に塗布し、PET基板を60℃で加熱することにより、混合溶液を乾燥させるとともに、酸化亜鉛結晶を析出させた。そして、基板上の薄膜を70℃の温水で洗浄して不純物を除去した。
その後、洗浄に用いた水を乾燥させることにより、PET基板上に、フレーク状の酸化亜鉛からなる酸化亜鉛膜が形成された。
得られた酸化亜鉛膜を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。図10は、酸化亜鉛膜のSEM像であり、(a)は100倍のSEM像、(b)は500倍のSEM像、(c)は1000倍のSEM像である。図10に示すように、得られた酸化亜鉛膜は、実施例3のように、フレーク状の酸化亜鉛を含む分散液のみで酸化亜鉛膜を形成した場合と比べて、亜鉛酸イオン含有溶液から析出した酸化亜鉛によって、酸化亜鉛膜の表面の平滑性が増していることが確認された。
また、得られた酸化亜鉛膜は電気伝導性を示し、シート抵抗は100Ω/□であった。
Claims (9)
- 酸化物半導体膜が形成された、所定の液体に対して膨潤性を有する基板を、前記液体に浸漬させて前記基板から前記酸化物半導体膜を剥離させることと、
剥離した前記酸化物半導体膜に衝撃を与えてフレーク状にし、フレーク状の前記酸化物半導体膜を前記液体に分散させることと、
を有することを特徴とするフレーク状酸化物半導体の製造方法。 - 酸化物半導体膜が形成された、所定の液体に対して潮解性を有する基板を、前記液体に浸漬させて前記基板から前記酸化物半導体膜を剥離させることと、
剥離した前記酸化物半導体膜に衝撃を与えてフレーク状にし、フレーク状の前記酸化物半導体膜を前記液体に分散させることと、
を有することを特徴とするフレーク状酸化物半導体の製造方法。 - 前記衝撃は、超音波処理によって与えられることを特徴とする請求項1または2に記載のフレーク状酸化物半導体の製造方法。
- 前記基板に形成された酸化物半導体膜は真空成膜法により形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のフレーク状酸化物半導体の製造方法。
- 前記酸化物半導体は酸化亜鉛であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のフレーク状酸化物半導体の製造方法。
- フレーク状酸化物半導体が分散された酸化物半導体分散液を基板に塗布することと、
前記酸化物半導体分散液を乾燥させて酸化物半導体膜を形成することと、
を有し、
前記フレーク状酸化物半導体は、請求項1から5のいずれか一項に記載のフレーク状酸化物半導体の製造方法で製造されている、
ことを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。 - フレーク状酸化物半導体が分散された酸化物半導体分散液を基板に塗布することと、
前記酸化物半導体分散液を乾燥させて酸化物半導体膜を形成することと、
を有し、
前記フレーク状酸化物半導体は、請求項5に記載のフレーク状酸化物半導体の製造方法で製造され、
前記酸化物半導体分散液は、過飽和の亜鉛酸イオンを含む、
ことを特徴とする酸化物半導体膜の製造方法。 - ソース電極とドレイン電極に接触して設けられる半導体層を形成することを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記半導体層を、請求項6または7に記載の酸化物半導体膜の製造方法により形成する、
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 薄膜トランジスタと接続する画素電極を形成することを含む液晶表示装置の画素電極形成方法であって、
前記画素電極を、請求項6または7に記載の酸化物半導体膜の製造方法により形成する、
ことを特徴とする液晶表示装置の画素電極形成方法。
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