酸化物半導体素子とその製造方法、薄膜センサおよび電気光学装置
【課題】酸化物半導体素子の製造方法において、酸化物半導体膜の低抵抗化を容易かつ低コストにする。
【解決手段】 基板１０上に、ゲート絶縁膜３０を挟んで酸化物半導体膜４０とゲート電極２０を形成し、酸化物半導体膜４０に、ソース電極６２およびドレイン電極６３とそれぞれ電気的に接続されるソース領域４２およびドレイン領域４３を形成する。その後、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０に、部分的に紫外光Ｌを照射して、そのソース領域４２およびドレイン領域４３におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させる。
【解決手段】 基板１０上に、ゲート絶縁膜３０を挟んで酸化物半導体膜４０とゲート電極２０を形成し、酸化物半導体膜４０に、ソース電極６２およびドレイン電極６３とそれぞれ電気的に接続されるソース領域４２およびドレイン領域４３を形成する。その後、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０に、部分的に紫外光Ｌを照射して、そのソース領域４２およびドレイン領域４３におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体素子とその製造方法、薄膜センサおよび電気光学装置に関するものであり、特に詳細には、エネルギー光照射による酸化物半導体膜の低抵抗化を利用した酸化物半導体素子とその製造方法、薄膜センサおよび電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年フレキシブルな各種デバイスが注目を浴びている。このフレキシブルなデバイスは電子ペーパやフレキシブルディスプレイ等への展開をはじめ、その用途は幅広い。その構成は、基本的に樹脂基板等のフレキシブル基板上にパターニングされた結晶性の半導体や金属の薄膜を備えたものとなっている。フレキシブル基板は、ガラス基板等の無機基板に比して基板の耐熱性が低いため、フレキシブルデバイスの製造工程は、すべてのプロセスを基板の耐熱温度以下で行う必要がある。例えば樹脂基板の耐熱温度は、材料にもよるが、通常１５０〜２００℃である。ポリイミド等の比較的耐熱性の高い材料でも耐熱温度はせいぜい３００℃程度である。そのため、比較的高温の熱工程を必要とする例えばシリコンを用いる薄膜トランジスタ等の半導体素子を、耐熱性の低い樹脂基板に直接形成することは困難である。
【０００３】
そこで、低温での成膜が可能な酸化物半導体を用いる半導体素子の開発が活発に行われている。
【０００４】
酸化物半導体では、Ｓｉ系半導体のようにドーピング（不純物打ち込み）による低抵抗化（高濃度キャリア生成）技術が構築されていないため、寄生容量の少ない自己整合型の半導体素子を作製することは難しい。そんな中、先行例として、特許文献１によって、Ｘ線もしくは電子線を所望の領域に照射して低抵抗化し、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−７３６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１で行われているＸ線や電子線の照射による低抵抗化では、これらを十分に遮断し得るマスクを準備することが難しい。特に、一般的に薄膜デバイスを構成するのに適する各層の膜厚は数十〜数百ｎｍであるため、たとえ重元素等を含んでいてもマスクとして機能させることは困難である。従って、この方法によって自己整合型のトランジスタ素子を作製することは困難である。また、これらＸ線や電子線を発生させる線源は大掛かりな装置となり、遮蔽設備も必要となるため、デバイス作製コストの面でも極めて不利である。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線や電子線を用いることなく、酸化物半導体膜の低抵抗化を容易かつ低コストにする酸化物半導体素子の製造方法、およびその方法によって製造される酸化物半導体素子の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明者は、紫外光の照射により酸化物半導体膜を低抵抗化できることに注目し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明による酸化物半導体素子の製造方法は、
基板上に、ゲート絶縁膜を挟んで酸化物半導体膜とゲート電極を形成し、酸化物半導体膜内に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれ電気的に接続されるソース領域およびドレイン領域を形成する酸化物半導体素子の製造方法において、
酸化物半導体膜のシート抵抗値が１０８Ω／□以上であり、
酸化物半導体膜に部分的に紫外光を照射して、この酸化物半導体膜内のソース領域およびドレイン領域におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、上記「ソース領域」および「ドレイン領域」とは、それぞれソース電極およびドレイン電極と酸化物半導体膜とを、接触抵抗なく電気的に接触させるために、酸化物半導体膜内に形成された低抵抗化領域である。
【００１０】
本発明において、ゲート電極は紫外光を遮断する材料からなるものとし、紫外光の照射を、ゲート電極をマスクとして行うことにより、このゲート電極に対してソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成することが望ましい。
【００１１】
また、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜を、この順に形成し、その後、紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、ソース領域およびドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、ソース電極およびドレイン電極を形成することが望ましい。
【００１２】
あるいは、基板上に、酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極を、この順に形成し、その後、紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、ソース領域およびドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、ソース電極およびドレイン電極を形成することが望ましい。
【００１３】
そして、酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることが望ましい。
【００１４】
また、紫外光は、レーザ光であることが望ましく、基板は、樹脂製基板であることが望ましい。
【００１５】
一方、本発明による酸化物半導体素子は、上記方法により製造されたことを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明による薄膜センサおよび電気光学装置は、上記酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による酸化物半導体素子の製造方法によれば、ＵＶレーザ等の照射だけで酸化物半導体を部分的に低抵抗化できるため、ドーピングといった煩雑な製造工程も少なく、さらに既に半導体素子製造装置として一般的に用いられているＵＶレーザ等を光源として用いることができる。
【００１８】
さらに、照射光の波長領域が紫外光であるため、Ｘ線等と比べると透過力も弱く、適切な材料を用いれば数百ｎｍ程度の薄膜で十分に遮断できる。これにより、大掛かりな照射光の発生装置や遮蔽装置等を必要としない酸化物半導体素子の製造を可能とする。
【００１９】
以上により、酸化物半導体膜の低抵抗化を容易かつ低コストにすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００２１】
「酸化物半導体素子とその製造方法」
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
図示の通り、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、基板１０上に、パターニングされたゲート電極２０を形成し（図１ａ）、ゲート絶縁膜３０を形成し（図１ｂ）、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０をゲート電極２０の上方に配置するよう形成し（図１ｃ）、酸化物半導体膜４０に対してマスク５０を用いて紫外光Ｌを照射することにより、その酸化物半導体膜４０の照射領域を、シート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低抵抗化（高キャリア濃度化）したソース領域４２およびドレイン領域４３に変化させ（図１ｄ）、その後、ソース電極６２およびドレイン電極６３を、上記ソース領域４２およびドレイン領域４３にそれぞれ接続するよう形成する（図１ｅ）ものである。
【００２２】
なお、ソース領域４２およびドレイン領域４３が再度高抵抗化するのを防ぐため、プロセス温度は２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下に抑えることが望ましい。
【００２３】
また、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子（図１ｅ）は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。
【００２４】
基板１０は、ガラス基板やフレキシブル基板等特に制限はないが、可撓性、耐久性および耐熱性等の観点から、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリイミド（ＰＩ）およびポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の樹脂製基板が望ましい。
【００２５】
ゲート電極２０は、導電性に優れるものが望ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００２６】
ゲート絶縁膜３０は、絶縁性および誘電性の観点から、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物や、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物を用いることが望ましく、特にシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物が望ましい。そして、ゲート絶縁膜３０の膜厚は、諸条件により適宜選択でき５０〜５００ｎｍ程度が望ましい。
【００２７】
酸化物半導体膜４０は、膜形成時シート抵抗値が１０８Ω／□以上のもので、紫外光照射後１０６Ω／□未満に低減されるものであり、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることが望ましく、例えばＩｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＩｎＧａＺｎＯ４等を用いることができる。そして、酸化物半導体膜４０の膜厚は、諸条件により適宜選択でき２０〜５００ｎｍ程度が望ましい。また、酸化物半導体膜４０の成膜方法は、特に制限なく適宜、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等のドライプロセスや、ゾルゲル法、ミスト法等のウェットプロセスを用いることができる。本発明による酸化物半導体素子およびその製造方法は、酸化物半導体膜４０の結晶構造に制限されない。すなわち、酸化物半導体膜４０は、酸化物半導体膜４０の形成時に、非結晶であっても多結晶であってもよく、また、紫外光照射後に、非結晶であっても多結晶であってもよい。
【００２８】
ここで、上記のように酸化物半導体膜４０の膜形成時におけるシート抵抗値を「１０８Ω／□以上」と規定したのは、酸化物半導体素子を実際に使用したときに所望の素子特性を得るためである。例えば、酸化物半導体素子をスイッチング素子として使用した場合には、活性領域のシート抵抗値が１０８Ω／□未満であると、オフ時における電流値が高くなり、良好なスイッチング特性が得られなくなってしまう。また、上記のように紫外光照射後におけるシート抵抗値を「１０６Ω／□未満」と規定したのも、上記同様所望の素子特性を得るためである。より具体的には、酸化物半導体膜４０におけるキャリア濃度を十分高くし、接触界面でのポテンシャル障壁におけるキャリアの通過をトンネル効果によって容易にするためである。実際に、例えば膜厚５０ｎｍ程度のＩｎＧａＺｎＯ４の場合には、ＫｒＦエキシマレーザ照射後キャリア濃度はおよそ１０１８／ｃｍ３から１０１９〜２０／ｃｍ３にまで増加する。これにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３とソース電極６２およびドレイン電極６３のそれぞれの接触部における接触抵抗を低減することができる。
【００２９】
上記のような低抵抗化の原理は、酸化物半導体膜４０に短波長光を照射することで、酸化物半導体膜４０中に酸素欠陥が生じているためである。これにより、キャリア電子が生成され酸化物半導体膜４０中の可動キャリア密度が増加している。これは、ｎ型ドーパントをＳｉ系半導体膜中にドーピングし、キャリア電子を増加させることと同等な効果であるといえる。図２は、紫外光レーザの照射条件とＩｎＧａＺｎＯ４のシート抵抗値の変化との関係を示す図である。これより、例えばＩｎＧａＺｎＯ４を用いた場合には、例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を、光強度８０ｍＪ／ｃｍ２・ｓ程度以上、パルス幅２０〜３０ｎｓｅｃで５０〜２００回照射することにより、所望のシート抵抗値の低減を実施することが可能であることがわかる。
【００３０】
紫外光Ｌは、およそ１５０ｎｍ〜３５０ｎｍ帯域の波長であり、レーザ光を用いることが望ましく、例えばＸｅＣｌエキシマレーザ（λ＝３０８ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）等を用いることができる。
【００３１】
ソース電極６２およびドレイン電極６３は、導電性に優れるものが望ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００３２】
本発明における酸化物半導体素子の製造方法では、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０を、紫外光Ｌの照射によって、この照射領域のシート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低減することにより、その照射領域をいわゆる縮退半導体（伝導帯にいる自由電子または価電子帯にいる自由正孔のエネルギー分布が、普通の半導体におけるボルツマン分布とは異なっていて、縮退したフェルミ分布にしたがう半導体。フェルミ準位が伝導帯または価電子帯のなかにあるので、その物性は定性的には金属と類似している。）に変化させることを利用している。これにより、紫外光レーザ等の照射だけで低抵抗化できるため、ドーピングといった煩雑な工程を省くことができ製造工程を容易にする。
【００３３】
さらに、既に半導体素子製造装置として一般的に用いられているＵＶレーザ等を光源として用いることができるため、製造プロセスコスト面において低コスト化を実現できる。
【００３４】
なお、本実施形態では、マスク５０を使用してソース領域４２およびドレイン領域４３を形成するため、マスク５０の配置や精密な位置制御等の工程を必要としていた。これらの工程を省き、さらに酸化物半導体素子の製造を簡素化したのが、後述する自己整合型の酸化物半導体素子の製造方法である第２〜４の実施形態である。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
図３は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、第１の実施形態において、マスク５０を用いた露光工程（図１ｄ）に代えて、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとした裏面露光工程を行うものである。その他の構成は、第１の実施形態の場合と同様であり、図１に示す第１の実施形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。ただし、本実施形態における基板１０およびゲート絶縁膜３０は、紫外光Ｌの一部を透過させる材料からなるものを使用する。
【００３６】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子（図２ｅ）は、ボトムゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００３７】
ゲート電極２０としては、第１の実施形態と同様に、導電性に優れかつ紫外光に対し吸収がある材料、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、紫外光に対し吸収がある材料であればＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００３８】
本実施形態では、第１の実施形態と同様な効果を生むと同時に、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し裏面露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成することが可能となる。これにより、ゲート電極２０とソース電極６２およびドレイン電極６３の重なり部分に生じる寄生容量を低減でき、良好な酸化物半導体素子を容易に製造することができる。
【００３９】
また、照射光の波長領域が紫外光であるため、Ｘ線等と比べると透過力も弱く、適切な材料を用いれば数百ｎｍ程度の薄膜で十分に遮断できる。これにより、一般的に使用されている材料からなるゲート電極でも充分遮蔽効果を得ることができるため、簡易的な自己整合型酸化物半導体素子の製造を可能とする。
【００４０】
裏面露光とリフトオフを用いて形成する特開２００６−１６５５２７では、ゲート電極と自己整合させるのはソース「電極」およびドレイン「電極」であり、酸化物半導体膜内に低抵抗化したソース「領域」およびドレイン「領域」を形成するわけではない。このため、ソース電極およびドレイン電極と酸化物半導体膜との接触部分で接触抵抗が形成されやすくなるため、仕事関数が大きく安定な金属材料をソース電極およびドレイン電極として用い難い。
【００４１】
しかしながら、本発明では酸化物半導体膜４０内に高キャリア濃度で低抵抗な領域として、ソース領域４２およびドレイン領域４３を形成する。これにより、ソース電極６２およびドレイン電極６３と酸化物半導体膜４０内の活性領域４１との接続は、電極材料の種類に関係なくソース領域４２およびドレイン領域４３を介して良好なコンタクト特性が得られる。このため、電極材料は、抵抗値、加工性、信頼性やコスト等の項目を優先して選択することが可能となる。
【００４２】
＜第３の実施形態＞
図４は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
図示の通り、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、基板１０上に、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０を形成して、アイランド状にパターニング加工し（図４ａ）、その後、酸化物半導体膜４０上に紫外光Ｌの一部を透過させるゲート絶縁膜３０を形成し（図４ｂ）、紫外光Ｌを遮断する材料からなるパターニングされたゲート電極２０を形成し（図４ｃ）、次に、このゲート電極２０をマスクとして、基板表面側から紫外光Ｌを照射することによって、その酸化物半導体膜４０内の照射領域を、シート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低抵抗化したソース領域４２およびドレイン領域４３に変化させ（図４ｄ）、そして、基板１０上に層間絶縁膜３１を形成し、この層間絶縁膜３１を開孔するコンタクトホールを介してソース電極６２およびドレイン電極６３を、上記ソース領域４２およびドレイン領域４３にそれぞれ接続するよう形成する（図４ｅ）ものである。
【００４３】
なお、ソース領域４２およびドレイン領域４３が再度高抵抗化するのを防ぐため、プロセス温度は２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下に抑えることが望ましい。
【００４４】
本実施形態においては、図４ｄに示すように、紫外光Ｌが酸化物半導体膜４０に到達するまでに透過する薄膜は、ゲート絶縁膜３０のみである。そのため、基板１０には紫外光Ｌを遮断する材料を、ゲート絶縁膜３０には紫外光Ｌの一部を透過させる材料を用いる場合には、本実施形態による製造方法が適している。
【００４５】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子は、トップゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００４６】
ゲート電極としては、第１の実施形態と同様に、導電性に優れる且つ紫外光に対し吸収がある材料、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、紫外光に対し吸収がある材料であればＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい
その他本実施形態において、基板１０、酸化物半導体膜４０、ゲート絶縁膜３０、紫外光Ｌ、ソース電極６２およびドレイン電極６３の各々に関する要素は第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においてゲート絶縁膜３０は、第１の実施形態に記載の材料群のうち紫外光Ｌの一部を透過させるものを選択する。
【００４７】
層間絶縁膜３１は、ゲート絶縁膜３０と同様に、絶縁性および誘電性の観点から、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物や、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物を用いることが望ましく、特にシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物が望ましい。そして、層間絶縁膜３１の膜厚は、諸条件により適宜選択でき１００〜１０００ｎｍ程度が望ましい。
【００４８】
コンタクトホールは、ドライエッチングやウェットエッチング等のエッチングにより形成することができる。
【００４９】
本実施形態においても、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成しているため、第２の実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００５０】
＜第４の実施形態＞
図５は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、第３の実施形態において、酸化物半導体膜４０上のゲート絶縁膜３０にデート電極２０と同様なパターニングを行う工程を追加している（図５ｃ）。これにより、紫外光Ｌが酸化物半導体膜４０に到達するまでに透過する薄膜が存在しない。そのため、基板１０およびゲート絶縁膜３０共に紫外光を遮断する材料を用いる場合には、本実施形態による製造方法が適している。
【００５１】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子は、第３の実施形態同様、トップゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００５２】
本実施形態においても、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成しているため、第２の実施形態および第３の実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００５３】
「薄膜センサ」
図６は、本実施形態による薄膜センサの断面図である。
【００５４】
図示のように、薄膜センサは、上記第４の実施形態による酸化物半導体素子上に、第２の層間絶縁膜３２を有し、この層間絶縁膜３２を開孔するコンタクトホールを介して、ゲート電極２０に接触するように形成されたセンシング部７０を有するものである。
【００５５】
センシング部７０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属材料を用いて形成されることが望ましく、その表面（センシング面７０ｓ）は、被検出物質と結合可能な表面修飾が施されていることが望ましい。表面修飾は、薄膜センサの用途に応じて選択されるものであり、例えば、プロテインセンサとして用いる場合には抗体等の受容体が、ＤＮＡチップとして利用する場合にはプローブＤＮＡ等が表面修飾として用いられる。
【００５６】
第２の層間絶縁膜３２の形成およびコンタクトホールの開孔は、上記酸化物半導体素子の第３実施形態と同様に実施することが可能である。
【００５７】
センシング面７０ｓ上に被検出物質が結合されると、センシング面におけるポテンシャル構造が変化するので、結合の前後で電位差が生じる。従ってその電位差を酸化物半導体素子によって検出することにより、被検出物質のセンシングを行うことが可能となる。
【００５８】
薄膜センサは、上記第４の実施形態における酸化物半導体素子を用いて構成されたものである。上記のように第４の実施形態における酸化物半導体素子は、素子特性に優れるものであることから、この酸化物半導体素子を備えた薄膜センサは、素子特性に優れ感度の良好なものとなる。なお、本実施形態における酸化物半導体素子は、上記第４の実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
「電気光学装置」
図７は、本実施形態による電気光学装置の断面図であり、例として上記本発明による酸化物半導体素子を用いて構成された有機ＥＬ装置を示している。
【００６０】
本実施形態の有機ＥＬ装置（電気光学装置）は、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔを用いて構成されたアクティブマトリクス基板９０の上に、電流印加により赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を各々発光する発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂが所定のパターンで形成され、その上に、共通電極９２と封止膜９３とが順次積層されたものである。
【００６１】
封止膜９３を用いる代わりに、金属缶もしくはガラス基板等の封止部材で封止を行ってもよい。この場合には、酸化カルシウム等の乾燥剤を内包させてもよい。
【００６２】
発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔ上に形成された画素電極８０に対応したパターンで形成され、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を発光する３ドットで一画素が構成されている。共通電極９２と封止膜９３とは、アクティブマトリクス基板９０の略全面に形成されている。
【００６３】
有機ＥＬ装置では、画素電極８０と共通電極９２のうち、一方が陽極、他方が陰極として機能し、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子の再結合エネルギーによって発光する。
【００６４】
発光効率を向上するために、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂと陽極との間には、正孔注入層および／又は正孔輸送層を設けることができる。発光効率を向上するために、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂと陰極との間には、電子注入層および／又は電子輸送層を設けることができる。
【００６５】
本実施形態の有機ＥＬ装置は、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔを用いて構成されたアクティブマトリクス基板９０を用いているため、消費電力を低減できる、周辺回路の形成面積を低減できる、周辺回路の種類の選択自由度が高いなどの点で、従来技術より優れたものとなる。なお、電気光学装置は、有機ＥＬ装置に限定されるものではなく、液晶装置等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図２】紫外光レーザの照射条件とＩｎＧａＺｎＯ４のシート抵抗値の変化との関係を示す図
【図３】第２実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図４】第３実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図５】第４実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図６】本発明による薄膜センサの概略断面図
【図７】本発明による電気光学装置の概略斜視図
【符号の説明】
【００６７】
１０ 基板
２０ ゲート電極
３０ ゲート絶縁膜
３１ 層間絶縁膜
３２ 第２の層間絶縁膜
４０ 酸化物半導体膜
４１ 活性領域
４２ ソース領域
４３ ドレイン領域
５０ マスク
６２ ソース電極
６３ ドレイン電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体素子とその製造方法、薄膜センサおよび電気光学装置に関するものであり、特に詳細には、エネルギー光照射による酸化物半導体膜の低抵抗化を利用した酸化物半導体素子とその製造方法、薄膜センサおよび電気光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年フレキシブルな各種デバイスが注目を浴びている。このフレキシブルなデバイスは電子ペーパやフレキシブルディスプレイ等への展開をはじめ、その用途は幅広い。その構成は、基本的に樹脂基板等のフレキシブル基板上にパターニングされた結晶性の半導体や金属の薄膜を備えたものとなっている。フレキシブル基板は、ガラス基板等の無機基板に比して基板の耐熱性が低いため、フレキシブルデバイスの製造工程は、すべてのプロセスを基板の耐熱温度以下で行う必要がある。例えば樹脂基板の耐熱温度は、材料にもよるが、通常１５０〜２００℃である。ポリイミド等の比較的耐熱性の高い材料でも耐熱温度はせいぜい３００℃程度である。そのため、比較的高温の熱工程を必要とする例えばシリコンを用いる薄膜トランジスタ等の半導体素子を、耐熱性の低い樹脂基板に直接形成することは困難である。
【０００３】
そこで、低温での成膜が可能な酸化物半導体を用いる半導体素子の開発が活発に行われている。
【０００４】
酸化物半導体では、Ｓｉ系半導体のようにドーピング（不純物打ち込み）による低抵抗化（高濃度キャリア生成）技術が構築されていないため、寄生容量の少ない自己整合型の半導体素子を作製することは難しい。そんな中、先行例として、特許文献１によって、Ｘ線もしくは電子線を所望の領域に照射して低抵抗化し、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−７３６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１で行われているＸ線や電子線の照射による低抵抗化では、これらを十分に遮断し得るマスクを準備することが難しい。特に、一般的に薄膜デバイスを構成するのに適する各層の膜厚は数十〜数百ｎｍであるため、たとえ重元素等を含んでいてもマスクとして機能させることは困難である。従って、この方法によって自己整合型のトランジスタ素子を作製することは困難である。また、これらＸ線や電子線を発生させる線源は大掛かりな装置となり、遮蔽設備も必要となるため、デバイス作製コストの面でも極めて不利である。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線や電子線を用いることなく、酸化物半導体膜の低抵抗化を容易かつ低コストにする酸化物半導体素子の製造方法、およびその方法によって製造される酸化物半導体素子の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明者は、紫外光の照射により酸化物半導体膜を低抵抗化できることに注目し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明による酸化物半導体素子の製造方法は、
基板上に、ゲート絶縁膜を挟んで酸化物半導体膜とゲート電極を形成し、酸化物半導体膜内に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれ電気的に接続されるソース領域およびドレイン領域を形成する酸化物半導体素子の製造方法において、
酸化物半導体膜のシート抵抗値が１０８Ω／□以上であり、
酸化物半導体膜に部分的に紫外光を照射して、この酸化物半導体膜内のソース領域およびドレイン領域におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させることを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、上記「ソース領域」および「ドレイン領域」とは、それぞれソース電極およびドレイン電極と酸化物半導体膜とを、接触抵抗なく電気的に接触させるために、酸化物半導体膜内に形成された低抵抗化領域である。
【００１０】
本発明において、ゲート電極は紫外光を遮断する材料からなるものとし、紫外光の照射を、ゲート電極をマスクとして行うことにより、このゲート電極に対してソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形成することが望ましい。
【００１１】
また、基板上に、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、酸化物半導体膜を、この順に形成し、その後、紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、ソース領域およびドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、ソース電極およびドレイン電極を形成することが望ましい。
【００１２】
あるいは、基板上に、酸化物半導体膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極を、この順に形成し、その後、紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、ソース領域およびドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、ソース電極およびドレイン電極を形成することが望ましい。
【００１３】
そして、酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることが望ましい。
【００１４】
また、紫外光は、レーザ光であることが望ましく、基板は、樹脂製基板であることが望ましい。
【００１５】
一方、本発明による酸化物半導体素子は、上記方法により製造されたことを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明による薄膜センサおよび電気光学装置は、上記酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による酸化物半導体素子の製造方法によれば、ＵＶレーザ等の照射だけで酸化物半導体を部分的に低抵抗化できるため、ドーピングといった煩雑な製造工程も少なく、さらに既に半導体素子製造装置として一般的に用いられているＵＶレーザ等を光源として用いることができる。
【００１８】
さらに、照射光の波長領域が紫外光であるため、Ｘ線等と比べると透過力も弱く、適切な材料を用いれば数百ｎｍ程度の薄膜で十分に遮断できる。これにより、大掛かりな照射光の発生装置や遮蔽装置等を必要としない酸化物半導体素子の製造を可能とする。
【００１９】
以上により、酸化物半導体膜の低抵抗化を容易かつ低コストにすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００２１】
「酸化物半導体素子とその製造方法」
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
図示の通り、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、基板１０上に、パターニングされたゲート電極２０を形成し（図１ａ）、ゲート絶縁膜３０を形成し（図１ｂ）、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０をゲート電極２０の上方に配置するよう形成し（図１ｃ）、酸化物半導体膜４０に対してマスク５０を用いて紫外光Ｌを照射することにより、その酸化物半導体膜４０の照射領域を、シート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低抵抗化（高キャリア濃度化）したソース領域４２およびドレイン領域４３に変化させ（図１ｄ）、その後、ソース電極６２およびドレイン電極６３を、上記ソース領域４２およびドレイン領域４３にそれぞれ接続するよう形成する（図１ｅ）ものである。
【００２２】
なお、ソース領域４２およびドレイン領域４３が再度高抵抗化するのを防ぐため、プロセス温度は２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下に抑えることが望ましい。
【００２３】
また、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子（図１ｅ）は、ボトムゲート型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。
【００２４】
基板１０は、ガラス基板やフレキシブル基板等特に制限はないが、可撓性、耐久性および耐熱性等の観点から、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），ポリイミド（ＰＩ）およびポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の樹脂製基板が望ましい。
【００２５】
ゲート電極２０は、導電性に優れるものが望ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００２６】
ゲート絶縁膜３０は、絶縁性および誘電性の観点から、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物や、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物を用いることが望ましく、特にシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物が望ましい。そして、ゲート絶縁膜３０の膜厚は、諸条件により適宜選択でき５０〜５００ｎｍ程度が望ましい。
【００２７】
酸化物半導体膜４０は、膜形成時シート抵抗値が１０８Ω／□以上のもので、紫外光照射後１０６Ω／□未満に低減されるものであり、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることが望ましく、例えばＩｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＩｎＧａＺｎＯ４等を用いることができる。そして、酸化物半導体膜４０の膜厚は、諸条件により適宜選択でき２０〜５００ｎｍ程度が望ましい。また、酸化物半導体膜４０の成膜方法は、特に制限なく適宜、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等のドライプロセスや、ゾルゲル法、ミスト法等のウェットプロセスを用いることができる。本発明による酸化物半導体素子およびその製造方法は、酸化物半導体膜４０の結晶構造に制限されない。すなわち、酸化物半導体膜４０は、酸化物半導体膜４０の形成時に、非結晶であっても多結晶であってもよく、また、紫外光照射後に、非結晶であっても多結晶であってもよい。
【００２８】
ここで、上記のように酸化物半導体膜４０の膜形成時におけるシート抵抗値を「１０８Ω／□以上」と規定したのは、酸化物半導体素子を実際に使用したときに所望の素子特性を得るためである。例えば、酸化物半導体素子をスイッチング素子として使用した場合には、活性領域のシート抵抗値が１０８Ω／□未満であると、オフ時における電流値が高くなり、良好なスイッチング特性が得られなくなってしまう。また、上記のように紫外光照射後におけるシート抵抗値を「１０６Ω／□未満」と規定したのも、上記同様所望の素子特性を得るためである。より具体的には、酸化物半導体膜４０におけるキャリア濃度を十分高くし、接触界面でのポテンシャル障壁におけるキャリアの通過をトンネル効果によって容易にするためである。実際に、例えば膜厚５０ｎｍ程度のＩｎＧａＺｎＯ４の場合には、ＫｒＦエキシマレーザ照射後キャリア濃度はおよそ１０１８／ｃｍ３から１０１９〜２０／ｃｍ３にまで増加する。これにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３とソース電極６２およびドレイン電極６３のそれぞれの接触部における接触抵抗を低減することができる。
【００２９】
上記のような低抵抗化の原理は、酸化物半導体膜４０に短波長光を照射することで、酸化物半導体膜４０中に酸素欠陥が生じているためである。これにより、キャリア電子が生成され酸化物半導体膜４０中の可動キャリア密度が増加している。これは、ｎ型ドーパントをＳｉ系半導体膜中にドーピングし、キャリア電子を増加させることと同等な効果であるといえる。図２は、紫外光レーザの照射条件とＩｎＧａＺｎＯ４のシート抵抗値の変化との関係を示す図である。これより、例えばＩｎＧａＺｎＯ４を用いた場合には、例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を、光強度８０ｍＪ／ｃｍ２・ｓ程度以上、パルス幅２０〜３０ｎｓｅｃで５０〜２００回照射することにより、所望のシート抵抗値の低減を実施することが可能であることがわかる。
【００３０】
紫外光Ｌは、およそ１５０ｎｍ〜３５０ｎｍ帯域の波長であり、レーザ光を用いることが望ましく、例えばＸｅＣｌエキシマレーザ（λ＝３０８ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）等を用いることができる。
【００３１】
ソース電極６２およびドレイン電極６３は、導電性に優れるものが望ましく、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００３２】
本発明における酸化物半導体素子の製造方法では、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０を、紫外光Ｌの照射によって、この照射領域のシート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低減することにより、その照射領域をいわゆる縮退半導体（伝導帯にいる自由電子または価電子帯にいる自由正孔のエネルギー分布が、普通の半導体におけるボルツマン分布とは異なっていて、縮退したフェルミ分布にしたがう半導体。フェルミ準位が伝導帯または価電子帯のなかにあるので、その物性は定性的には金属と類似している。）に変化させることを利用している。これにより、紫外光レーザ等の照射だけで低抵抗化できるため、ドーピングといった煩雑な工程を省くことができ製造工程を容易にする。
【００３３】
さらに、既に半導体素子製造装置として一般的に用いられているＵＶレーザ等を光源として用いることができるため、製造プロセスコスト面において低コスト化を実現できる。
【００３４】
なお、本実施形態では、マスク５０を使用してソース領域４２およびドレイン領域４３を形成するため、マスク５０の配置や精密な位置制御等の工程を必要としていた。これらの工程を省き、さらに酸化物半導体素子の製造を簡素化したのが、後述する自己整合型の酸化物半導体素子の製造方法である第２〜４の実施形態である。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
図３は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、第１の実施形態において、マスク５０を用いた露光工程（図１ｄ）に代えて、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとした裏面露光工程を行うものである。その他の構成は、第１の実施形態の場合と同様であり、図１に示す第１の実施形態と同等の要素についての説明は、特に必要のない限り省略する。ただし、本実施形態における基板１０およびゲート絶縁膜３０は、紫外光Ｌの一部を透過させる材料からなるものを使用する。
【００３６】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子（図２ｅ）は、ボトムゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００３７】
ゲート電極２０としては、第１の実施形態と同様に、導電性に優れかつ紫外光に対し吸収がある材料、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、紫外光に対し吸収がある材料であればＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい。
【００３８】
本実施形態では、第１の実施形態と同様な効果を生むと同時に、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し裏面露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成することが可能となる。これにより、ゲート電極２０とソース電極６２およびドレイン電極６３の重なり部分に生じる寄生容量を低減でき、良好な酸化物半導体素子を容易に製造することができる。
【００３９】
また、照射光の波長領域が紫外光であるため、Ｘ線等と比べると透過力も弱く、適切な材料を用いれば数百ｎｍ程度の薄膜で十分に遮断できる。これにより、一般的に使用されている材料からなるゲート電極でも充分遮蔽効果を得ることができるため、簡易的な自己整合型酸化物半導体素子の製造を可能とする。
【００４０】
裏面露光とリフトオフを用いて形成する特開２００６−１６５５２７では、ゲート電極と自己整合させるのはソース「電極」およびドレイン「電極」であり、酸化物半導体膜内に低抵抗化したソース「領域」およびドレイン「領域」を形成するわけではない。このため、ソース電極およびドレイン電極と酸化物半導体膜との接触部分で接触抵抗が形成されやすくなるため、仕事関数が大きく安定な金属材料をソース電極およびドレイン電極として用い難い。
【００４１】
しかしながら、本発明では酸化物半導体膜４０内に高キャリア濃度で低抵抗な領域として、ソース領域４２およびドレイン領域４３を形成する。これにより、ソース電極６２およびドレイン電極６３と酸化物半導体膜４０内の活性領域４１との接続は、電極材料の種類に関係なくソース領域４２およびドレイン領域４３を介して良好なコンタクト特性が得られる。このため、電極材料は、抵抗値、加工性、信頼性やコスト等の項目を優先して選択することが可能となる。
【００４２】
＜第３の実施形態＞
図４は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
図示の通り、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、基板１０上に、シート抵抗値が１０８Ω／□以上の酸化物半導体膜４０を形成して、アイランド状にパターニング加工し（図４ａ）、その後、酸化物半導体膜４０上に紫外光Ｌの一部を透過させるゲート絶縁膜３０を形成し（図４ｂ）、紫外光Ｌを遮断する材料からなるパターニングされたゲート電極２０を形成し（図４ｃ）、次に、このゲート電極２０をマスクとして、基板表面側から紫外光Ｌを照射することによって、その酸化物半導体膜４０内の照射領域を、シート抵抗値が１０６Ω／□未満にまで低抵抗化したソース領域４２およびドレイン領域４３に変化させ（図４ｄ）、そして、基板１０上に層間絶縁膜３１を形成し、この層間絶縁膜３１を開孔するコンタクトホールを介してソース電極６２およびドレイン電極６３を、上記ソース領域４２およびドレイン領域４３にそれぞれ接続するよう形成する（図４ｅ）ものである。
【００４３】
なお、ソース領域４２およびドレイン領域４３が再度高抵抗化するのを防ぐため、プロセス温度は２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下に抑えることが望ましい。
【００４４】
本実施形態においては、図４ｄに示すように、紫外光Ｌが酸化物半導体膜４０に到達するまでに透過する薄膜は、ゲート絶縁膜３０のみである。そのため、基板１０には紫外光Ｌを遮断する材料を、ゲート絶縁膜３０には紫外光Ｌの一部を透過させる材料を用いる場合には、本実施形態による製造方法が適している。
【００４５】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子は、トップゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００４６】
ゲート電極としては、第１の実施形態と同様に、導電性に優れる且つ紫外光に対し吸収がある材料、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔおよびこれらの合金等を用いることが望ましい。また、紫外光に対し吸収がある材料であればＩＴＯ（酸化インジウム錫）等の導電性を有する非金属膜であってもよい
その他本実施形態において、基板１０、酸化物半導体膜４０、ゲート絶縁膜３０、紫外光Ｌ、ソース電極６２およびドレイン電極６３の各々に関する要素は第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においてゲート絶縁膜３０は、第１の実施形態に記載の材料群のうち紫外光Ｌの一部を透過させるものを選択する。
【００４７】
層間絶縁膜３１は、ゲート絶縁膜３０と同様に、絶縁性および誘電性の観点から、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙ等のシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物や、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２ 、ＺｒＯ２ 、Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物を用いることが望ましく、特にシリコン酸化物あるいはシリコン窒化物が望ましい。そして、層間絶縁膜３１の膜厚は、諸条件により適宜選択でき１００〜１０００ｎｍ程度が望ましい。
【００４８】
コンタクトホールは、ドライエッチングやウェットエッチング等のエッチングにより形成することができる。
【００４９】
本実施形態においても、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成しているため、第２の実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００５０】
＜第４の実施形態＞
図５は、本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法における製造フローを示す概略断面図である。
本実施形態による酸化物半導体素子の製造方法は、第３の実施形態において、酸化物半導体膜４０上のゲート絶縁膜３０にデート電極２０と同様なパターニングを行う工程を追加している（図５ｃ）。これにより、紫外光Ｌが酸化物半導体膜４０に到達するまでに透過する薄膜が存在しない。そのため、基板１０およびゲート絶縁膜３０共に紫外光を遮断する材料を用いる場合には、本実施形態による製造方法が適している。
【００５１】
一方、本製造方法によって製造される酸化物半導体素子は、第３の実施形態同様、トップゲート型かつ自己整合型のＴＦＴである。
【００５２】
本実施形態においても、紫外光Ｌを遮断する材料からなるゲート電極２０をマスクとして使用し露光することにより、ソース領域４２およびドレイン領域４３をゲート電極２０に対して自己整合的に形成しているため、第２の実施形態および第３の実施形態と同様な効果を得ることが可能である。
【００５３】
「薄膜センサ」
図６は、本実施形態による薄膜センサの断面図である。
【００５４】
図示のように、薄膜センサは、上記第４の実施形態による酸化物半導体素子上に、第２の層間絶縁膜３２を有し、この層間絶縁膜３２を開孔するコンタクトホールを介して、ゲート電極２０に接触するように形成されたセンシング部７０を有するものである。
【００５５】
センシング部７０は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等の金属材料を用いて形成されることが望ましく、その表面（センシング面７０ｓ）は、被検出物質と結合可能な表面修飾が施されていることが望ましい。表面修飾は、薄膜センサの用途に応じて選択されるものであり、例えば、プロテインセンサとして用いる場合には抗体等の受容体が、ＤＮＡチップとして利用する場合にはプローブＤＮＡ等が表面修飾として用いられる。
【００５６】
第２の層間絶縁膜３２の形成およびコンタクトホールの開孔は、上記酸化物半導体素子の第３実施形態と同様に実施することが可能である。
【００５７】
センシング面７０ｓ上に被検出物質が結合されると、センシング面におけるポテンシャル構造が変化するので、結合の前後で電位差が生じる。従ってその電位差を酸化物半導体素子によって検出することにより、被検出物質のセンシングを行うことが可能となる。
【００５８】
薄膜センサは、上記第４の実施形態における酸化物半導体素子を用いて構成されたものである。上記のように第４の実施形態における酸化物半導体素子は、素子特性に優れるものであることから、この酸化物半導体素子を備えた薄膜センサは、素子特性に優れ感度の良好なものとなる。なお、本実施形態における酸化物半導体素子は、上記第４の実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
「電気光学装置」
図７は、本実施形態による電気光学装置の断面図であり、例として上記本発明による酸化物半導体素子を用いて構成された有機ＥＬ装置を示している。
【００６０】
本実施形態の有機ＥＬ装置（電気光学装置）は、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔを用いて構成されたアクティブマトリクス基板９０の上に、電流印加により赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を各々発光する発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂが所定のパターンで形成され、その上に、共通電極９２と封止膜９３とが順次積層されたものである。
【００６１】
封止膜９３を用いる代わりに、金属缶もしくはガラス基板等の封止部材で封止を行ってもよい。この場合には、酸化カルシウム等の乾燥剤を内包させてもよい。
【００６２】
発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔ上に形成された画素電極８０に対応したパターンで形成され、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を発光する３ドットで一画素が構成されている。共通電極９２と封止膜９３とは、アクティブマトリクス基板９０の略全面に形成されている。
【００６３】
有機ＥＬ装置では、画素電極８０と共通電極９２のうち、一方が陽極、他方が陰極として機能し、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂは、陽極から注入される正孔と陰極から注入される電子の再結合エネルギーによって発光する。
【００６４】
発光効率を向上するために、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂと陽極との間には、正孔注入層および／又は正孔輸送層を設けることができる。発光効率を向上するために、発光層９１Ｒ、９１Ｇ、９１Ｂと陰極との間には、電子注入層および／又は電子輸送層を設けることができる。
【００６５】
本実施形態の有機ＥＬ装置は、上記本発明による酸化物半導体素子Ｔを用いて構成されたアクティブマトリクス基板９０を用いているため、消費電力を低減できる、周辺回路の形成面積を低減できる、周辺回路の種類の選択自由度が高いなどの点で、従来技術より優れたものとなる。なお、電気光学装置は、有機ＥＬ装置に限定されるものではなく、液晶装置等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図２】紫外光レーザの照射条件とＩｎＧａＺｎＯ４のシート抵抗値の変化との関係を示す図
【図３】第２実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図４】第３実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図５】第４実施形態による酸化物半導体素子の製造方法の工程を示す概略断面図
【図６】本発明による薄膜センサの概略断面図
【図７】本発明による電気光学装置の概略斜視図
【符号の説明】
【００６７】
１０ 基板
２０ ゲート電極
３０ ゲート絶縁膜
３１ 層間絶縁膜
３２ 第２の層間絶縁膜
４０ 酸化物半導体膜
４１ 活性領域
４２ ソース領域
４３ ドレイン領域
５０ マスク
６２ ソース電極
６３ ドレイン電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ゲート絶縁膜を挟んで酸化物半導体膜とゲート電極を形成し、前記酸化物半導体膜内に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれ電気的に接続されるソース領域およびドレイン領域を形成する酸化物半導体素子の製造方法において、
前記酸化物半導体膜のシート抵抗値が１０８Ω／□以上であり、
前記酸化物半導体膜に部分的に紫外光を照射して、該酸化物半導体膜内の前記ソース領域および前記ドレイン領域におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させることを特徴とする酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート電極が、前記紫外光を遮断する材料からなるものであり、
前記紫外光の照射を、該ゲート電極をマスクとして行うことにより、該ゲート電極に対して前記ソース領域および前記ドレイン領域を自己整合的に形成することを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に、
前記ゲート電極と、前記ゲート絶縁膜と、前記酸化物半導体膜を、この順に形成し、
その後、前記紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板上に、
前記酸化物半導体膜と、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極を、この順に形成し、
その後、前記紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物半導体膜が、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記紫外光が、レーザ光であることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記基板が、樹脂製基板であることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする酸化物半導体素子。
【請求項９】
請求項８に記載の酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とする薄膜センサ。
【請求項１０】
請求項８に記載の酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１】
基板上に、ゲート絶縁膜を挟んで酸化物半導体膜とゲート電極を形成し、前記酸化物半導体膜内に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれ電気的に接続されるソース領域およびドレイン領域を形成する酸化物半導体素子の製造方法において、
前記酸化物半導体膜のシート抵抗値が１０８Ω／□以上であり、
前記酸化物半導体膜に部分的に紫外光を照射して、該酸化物半導体膜内の前記ソース領域および前記ドレイン領域におけるシート抵抗値を１０６Ω／□未満にまで低減させることを特徴とする酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ゲート電極が、前記紫外光を遮断する材料からなるものであり、
前記紫外光の照射を、該ゲート電極をマスクとして行うことにより、該ゲート電極に対して前記ソース領域および前記ドレイン領域を自己整合的に形成することを特徴とする請求項１に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に、
前記ゲート電極と、前記ゲート絶縁膜と、前記酸化物半導体膜を、この順に形成し、
その後、前記紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記基板上に、
前記酸化物半導体膜と、前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極を、この順に形成し、
その後、前記紫外光の照射によりシート抵抗値が低減された、前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ電気的に接続されるように、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物半導体膜が、Ｉｎ、Ｚｎ、ＧａおよびＳｎからなる群より選択される少なくとも１つの元素を含むものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記紫外光が、レーザ光であることを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記基板が、樹脂製基板であることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の酸化物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７いずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする酸化物半導体素子。
【請求項９】
請求項８に記載の酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とする薄膜センサ。
【請求項１０】
請求項８に記載の酸化物半導体素子を用いて構成されたことを特徴とする電気光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１１１１２５（Ｐ２００９−１１１１２５Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８１３８６（Ｐ２００７−２８１３８６）
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月３０日（２００７．１０．３０）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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