TWI896711B

TWI896711B - 薄膜電晶體元件及其製造方法

Info

Publication number: TWI896711B
Application number: TW110126922A
Authority: TW
Inventors: 稲成浩史; 吉本洋; 井手正仁; 眞鍋貴雄
Original assignee: 日商鐘化股份有限公司
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2025-09-11
Also published as: CN116195039A; TW202215538A; JP7730818B2; US20230155034A1; WO2022019205A1; JPWO2022019205A1

Abstract

薄膜電晶體元件具備：閘極層(31)、氧化物半導體薄膜(4)、配置於閘極層與氧化物半導體薄膜之間之閘極絕緣膜(2)、與氧化物半導體薄膜相接之一對源極/汲極電極(51、52)、及覆蓋氧化物半導體薄膜之樹脂膜(6)。氧化物半導體薄膜包含選自由In、Ga、Zn及Sn所組成之群中之2種以上之金屬元素。藉由將包含含SiH基之化合物之組合物塗佈於氧化物半導體薄膜上之後再進行加熱而形成樹脂膜。形成樹脂膜時之加熱溫度較佳為190～450℃。組合物中之含SiH基之化合物較佳為包含0.1 mmol/g以上之SiH基。樹脂膜可具有SiH基。

Description

薄膜電晶體元件及其製造方法

本發明係關於一種薄膜電晶體元件及其製造方法。

由於使用InGaZnO等氧化物半導體之薄膜電晶體(TFT)與非晶矽TFT相比，電子遷移率較大且顯現優異之電特性，故而期待作為有機EL(Electroluminescence，電致發光)顯示器之驅動元件或省電元件。使用氧化物半導體之薄膜電晶體與先前使用非晶矽之薄膜電晶體同樣地，就提高元件之動作穩定性等觀點而言，有時會於半導體薄膜上設置絕緣性保護膜，以保護半導體薄膜免受外部氛圍傷害。例如，於專利文獻1中提出，於氧化物半導體薄膜上塗佈包含矽氧烷樹脂之感光性組合物，藉由光微影法進行圖案化後，再進行加熱硬化而形成保護膜。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2013-89971號公報

[發明所欲解決之問題]

使用氧化物半導體之TFT元件具有較高之電子遷移率，但就提高切換速度及省電化之觀點而言，要求開發出具有更高電子遷移率之元件。 [解決問題之技術手段]

本發明之一實施方式係一種薄膜電晶體元件，其具備：閘極層、氧化物半導體薄膜、配置於閘極層與氧化物半導體薄膜之間之閘極絕緣膜、與氧化物半導體薄膜相接之一對源極/汲極電極、及覆蓋氧化物半導體薄膜之樹脂膜。薄膜電晶體元件可為底閘極型，亦可為頂閘極型，上述底閘極型係設置有覆蓋於閘極層上之閘極絕緣膜，並於其上具備氧化物半導體薄膜者，上述頂閘極型係於氧化物半導體薄膜上具備閘極絕緣膜，並於其上設置有閘極層者。氧化物半導體薄膜包含選自由In、Ga、Zn及Sn所組成之群中之2種以上之金屬元素。作為氧化物之一例，可例舉InGaZnO。

製造薄膜電晶體元件時，藉由在氧化物半導體薄膜上塗佈包含含SiH基之化合物之組合物後再進行加熱，而形成與氧化物半導體薄膜相接之樹脂膜。形成樹脂膜時之加熱溫度較佳為190～450℃。含SiH基之化合物之SiH基之量較佳為0.1 mmol/g以上。含SiH基之化合物可為聚合物，亦可包含聚矽氧烷結構。

用於形成樹脂膜之組合物可為正型或負型感光性組合物。亦可藉由光微影法將由感光性組合物所形成之樹脂膜進行圖案化，而形成接觸孔。組合物可為不具有鹼溶性(光微影性)之光-熱硬化性組合物或熱硬化性組合物。於藉由熱及/或光進行硬化後之樹脂膜中，含SiH基之化合物之SiH基亦可未發生反應而殘留。

薄膜電晶體元件較佳為具有35 cm ²/Vs以上之電子遷移率。 [發明之效果]

藉由將包含含SiH基之化合物之組合物塗佈於氧化物半導體薄膜上後進行加熱，可獲得具有高電子遷移率之薄膜電晶體元件。

[薄膜電晶體元件之概要] 圖1係表示薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖。圖1所示之元件係於閘極層31之上形成有閘極絕緣膜2，並於其上形成有氧化物半導體薄膜4之底閘極型元件。於氧化物半導體薄膜4之兩端以與閘極絕緣膜2相接之方式形成有一對源極/汲極電極51、52。

制作圖1所示之薄膜電晶體元件時，首先，於玻璃等基板1上形成閘極層31，並於其上形成閘極絕緣膜2。作為閘極層31之材料，可例舉：鉬、鋁、銅、銀、金、鉑、鈦、及其等之合金等金屬材料。作為閘極絕緣膜2，例如藉由電漿CVD(化學氣相沈積，Chemical Vapor Deposition)法形成氧化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜等矽系薄膜。閘極絕緣膜之厚度通常為50～300 nm。作為附絕緣膜之閘極層，亦可使用表面形成有熱氧化膜之低電阻矽基板。

氧化物半導體薄膜4係包含複合氧化物之半導體薄膜，該複合氧化物含有銦、鎵、鋅及錫中之2種或2種以上之金屬元素。作為氧化物之具體例，可例舉：Zn-Ga-O、Zn-Sn-O等鋅系氧化膜；In-Zn-O、In-Sn-O、In-Zn-Sn-O、In-Ga-Sn-O、In-Ga-Zn-O、In-Ga-Zn-Sn-O等銦系氧化物。氧化物亦可包含In、Ga、Zn、Sn以外之金屬元素(例如Al、W)。

氧化物半導體薄膜可藉由濺鍍法、液相法等形成。氧化物半導體薄膜之膜厚為20～150 nm左右。較佳為在形成氧化物半導體薄膜4後且形成下述樹脂膜6之前實施加熱退火。亦可在於氧化物半導體薄膜4上形成源極/汲極電極51、52後，再實施加熱退火。氧化物半導體薄膜之加熱退火例如在氧氣氛圍下以200～400℃進行約10分鐘～3小時即可。

於氧化物半導體薄膜4上形成源極/汲極電極51、52。源極/汲極電極係以與氧化物半導體薄膜4之端部電性連接之方式形成，於一對源極/汲極電極51、52之間形成未設置電極之通道區域45。作為源極/汲極電極之材料，可例舉：鉬、鋁、銅、銀、金、鉑、鈦、及其等之合金。

作為將源極/汲極電極51、52進行圖案化之方法，可例舉利用濕式蝕刻或乾式蝕刻所進行之圖案化、及利用遮罩成膜或舉離所進行之圖案化。

以覆蓋在氧化物半導體薄膜4上之方式形成樹脂膜6。樹脂膜6具有保護氧化物半導體薄膜4免受外部環境傷害及/或製程損壞之作用。例如，於圖1所示之實施方式中，以覆蓋源極/汲極電極51、52之方式形成樹脂膜6，而發揮作為保護膜之功能，該保護膜係保護氧化物半導體薄膜4免受外部環境傷害。

亦可於氧化物半導體薄膜4與源極/汲極電極51、52之間形成樹脂膜。於此情形時，樹脂膜可作為蝕刻終止層發揮功能，該蝕刻終止層係防止對源極/汲極電極進行圖案化時氧化物半導體薄膜4之損傷。於形成作為蝕刻終止層之樹脂膜之情形時，形成樹脂膜後於樹脂膜上形成源極/汲極電極即可。

用於形成樹脂膜之組合物含有包含SiH基之化合物(含SiH基之化合物)。含SiH基之化合物之SiH基之量較佳為0.1 mmol/g以上。含SiH基之化合物亦可為聚合物。組合物可為具有負型感光性或正型感光性，並且可藉由光微影法進行圖案化之組合物。組合物亦可為不具有鹼溶性(光微影性)之光-熱硬化性組合物或熱硬化性組合物。

藉由在氧化物半導體薄膜4上塗佈包含含SiH基之化合物之組合物，並將所塗佈之組合物進行加熱，而形成樹脂膜6。就更有效地提高薄膜電晶體元件之特性之觀點而言，較佳為於底閘極型元件中，於氧化物半導體薄膜4之通道區域45上直接塗佈包含含SiH基之組合物的組合物。於形成複數個樹脂膜之情形時，用於形成與氧化物半導體薄膜4之通道區域45上相接之樹脂膜之組合物較佳為包含含SiH基之化合物。

形成樹脂膜時之加熱溫度較佳為190℃以上。組合物之加熱可以2個階段以上來實施。例如，可實施用以主要去除包含於組合物中之溶劑之加熱(預烘烤)、及用以與樹脂成分進行熱硬化之加熱(後烘烤)。於以2個階段以上來實施加熱之情形時，較佳為最高溫度為190℃以上。於組合物具有感光性之情形時，亦可於預烘烤與後烘烤之間實施曝光。

藉由在氧化物半導體薄膜4上將包含含SiH基之化合物之組合物進行加熱，薄膜電晶體元件之電子遷移率往往提高。薄膜電晶體元件之電子遷移率較佳為35 cm ²/Vs以上，更佳為40 cm ²/Vs以上，亦可為50 cm ²/Vs以上、55 cm ²/Vs以上或60 cm ²/Vs以上。

已知氧化物半導體中，使用In-Ga-Zn-O(IGZO)薄膜之薄膜電晶體元件顯現出較高之電子遷移率，但該值至多不過10～20 cm ²/Vs左右。本發明之實施方式可提供一種能夠實現電子遷移率明顯高於先前之氧化物半導體薄膜電晶體元件且切換速度等特性優異之薄膜電晶體元件。

組合物中之SiH基之量越多，加熱溫度越高，元件之電子遷移率往往越大。關於藉由形成樹脂膜而使得電子遷移率大幅提高之原因並不明確，作為一個推測原因，可例舉：除氧化物半導體薄膜之加熱退火外，加熱時由含SiH基之化合物所產生之氫會擴散至氧化物半導體薄膜內。又，認為加熱後(硬化後)未發生反應而殘留之SiH基所產生之氫擴散至氧化物半導體薄膜內，或由SiH基所致之氧化物半導體薄膜之鈍化等亦有可能有助於提高電子遷移率。

[含SiH基之化合物] 含SiH基之化合物於分子內包含至少1個SiH基，較佳為包含聚矽氧烷結構。所謂「聚矽氧烷結構」，係指具有矽氧烷單元Si-O-Si之結構骨架。聚矽氧烷結構可為環狀聚矽氧烷結構。所謂「環狀聚矽氧烷結構」，係指環之構成要素中具有矽氧烷單元(Si-O-Si)之環狀分子結構骨架。

含SiH基之化合物中所包含之SiH基之量較佳為0.1 mmol/g以上，更佳為0.3 mmol/g以上，進而較佳為0.5 mmol/g以上，亦可為0.7 mmol/g以上或1.0 mmol/g以上。含SiH基之化合物中所包含之SiH基之量之上限並無特別限定，通常為30 mmol/g以下，可為20 mmol/g以下、15 mmol/g以下或10 mmol/g以下。

含SiH基之化合物可為低分子量化合物，亦可為聚合物。作為包含SiH基之低分子量化合物，例如可例舉下述具有SiH基之聚矽氧烷化合物。

就樹脂膜之膜形成性及耐熱性之觀點而言，含SiH基之化合物較佳為包含聚矽氧烷結構之聚合物。樹脂膜形成用組合物亦可包含含SiH基之低分子量化合物及含SiH基之聚合物這兩者。聚矽氧烷聚合物可於主鏈含有聚矽氧烷結構，亦可於側鏈含有聚矽氧烷結構。於聚合物於主鏈含有聚矽氧烷結構之情形時，呈樹脂膜之耐熱性提高之趨勢。

具有SiH基之聚矽氧烷聚合物例如藉由(α)1分子中具有至少2個SiH基之聚矽氧烷化合物與(β)1分子中具有至少2個與SiH基具有反應性之碳-碳雙鍵(乙烯性不飽和基)之化合物的矽氫化反應獲得。藉由具有複數個SiH基之化合物(α)與具有複數個乙烯性不飽和基之化合物的反應，複數個化合物(α)得以交聯，因此呈聚合物之分子量提高，從而製膜性及樹脂膜之耐熱性提高之趨勢。

(化合物(α)：具有SiH基之聚矽氧烷化合物) 作為1分子中具有至少2個SiH基之聚矽氧烷化合物(α)之具體例，可例舉：具有直鏈結構之含氫矽烷基之聚矽氧烷、分子末端具有氫矽烷基之聚矽氧烷、及含有氫矽烷基之環狀聚矽氧烷。含有環狀聚矽氧烷結構之聚合物相較於僅含有鏈狀聚矽氧烷結構之聚合物，呈樹脂膜之製膜性及耐熱性優異之趨勢。

環狀聚矽氧烷可為多環結構，多環可具有多面體結構。為了形成耐熱性及機械強度較高之膜，較佳為使用1分子中具有至少2個SiH基之環狀聚矽氧烷化合物作為化合物(α)。化合物(α)較佳為1分子中包含3個以上之SiH基。就耐熱性及耐光性之觀點而言，Si原子上所存在之基較佳為氫原子及甲基中之任一者。

作為具有直鏈結構之含氫矽烷基之聚矽氧烷，例示：二甲基矽氧烷單元與甲基氫矽氧烷單元及末端三甲基矽烷氧基單元之共聚物；二苯基矽氧烷單元與甲基氫矽氧烷單元及末端三甲基矽烷氧基單元之共聚物；甲基苯基矽氧烷單元與甲基氫矽氧烷單元及末端三甲基矽烷氧基單元之共聚物；以及末端由二甲基氫矽烷基封端之聚矽氧烷等。

作為分子末端具有氫矽烷基之聚矽氧烷，例示：末端由二甲基氫矽烷基封端之聚矽氧烷；以及包含二甲基氫化矽氧烷單元(H(CH ₃) ₂SiO _1/2單元)及選自由SiO ₂單元、SiO _3/2單元及SiO單元所組成之群中之至少一個矽氧烷單元的聚矽氧烷等。

作為環狀聚矽氧烷化合物，例示：1,3,5,7-四氫-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1-丙基-3,5,7-三氫-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1,5-二氫-3,7-二己基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1,3,5-三氫-1,3,5-三甲基環矽氧烷、1,3,5,7,9-五氫-1,3,5,7,9-五甲基環矽氧烷及1,3,5,7,9,11-六氫-1,3,5,7,9,11-六甲基環矽氧烷等。

化合物(α)可為多環環狀聚矽氧烷。多環可為多面體結構。具有多面體骨架之聚矽氧烷較佳為構成多面體骨架之Si原子之數量為6～24者，更佳為6～10者。作為具有多面體骨架之聚矽氧烷之具體例，可例舉倍半矽氧烷。環狀聚矽氧烷可為具有多面體骨架之矽烷化矽酸。

(化合物(β)：包含乙烯性不飽和基之化合物) 化合物(β)係1分子中包含2個以上與SiH基具有反應性之碳-碳雙鍵。作為包含與SiH基具有反應性之碳-碳雙鍵之基(以下有時簡稱為「乙烯性不飽和基」或「烯基」)，可例舉：乙烯基、烯丙基、甲基烯丙基、丙烯醯基、甲基丙烯醯基、2-羥基-3-(烯丙氧基)丙基、2-烯丙基苯基、3-烯丙基苯基、4-烯丙基苯基、2-(烯丙氧基)苯基、3-(烯丙氧基)苯基、4-(烯丙氧基)苯基、2-(烯丙氧基)乙基、2,2-雙(烯丙氧基甲基)丁基、3-烯丙氧基-2,2-雙(烯丙氧基甲基)丙基及乙烯醚基等。

作為1分子中具有2個以上之烯基之化合物(β)之具體例，可例舉：鄰苯二甲酸二烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯、二乙二醇雙(烯丙基碳酸酯)、三羥甲基丙烷二烯丙醚、三羥甲基丙烷三烯丙醚、季戊四醇三烯丙醚、季戊四醇四烯丙醚、1,1,2,2-四烯丙氧基乙烷、二亞烯丙基季戊四醇、氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸二烯丙基單苄酯、異氰尿酸二烯丙基單甲酯、1,2,4-三乙烯基環己烷、1,4-丁二醇二乙烯醚、壬二醇二乙烯醚、1,4-環己烷二甲醇二乙烯醚、三乙二醇二乙烯醚、三羥甲基丙烷三乙烯醚、季戊四醇四乙烯醚、雙酚S之二烯丙醚、二乙烯苯、二乙烯聯苯、1,3-二異丙烯基苯、1,4-二異丙烯基苯、1,3-雙(烯丙氧基)金剛烷、1,3-雙(乙烯氧基)金剛烷、1,3,5-三(烯丙氧基)金剛烷、1,3,5-三(乙烯氧基)金剛烷、二環戊二烯、乙烯基環己烯、1,5-己二烯、1,9-癸二烯、二烯丙醚、雙酚A二烯丙醚、2,5-二烯丙基酚烯丙醚、及其等之低聚物、1,2-聚丁二烯(1,2比率為10～100%者、較佳為1,2比率為50～100%者)、酚醛清漆苯酚之烯丙醚、烯丙基化聚苯醚、其他先前公知之環氧樹脂之全部縮水甘油基被取代為烯丙基所得者等。又，將上述例示之化合物中之烯丙基取代為(甲基)丙烯醯基所得之化合物(例如多官能(甲基)丙烯酸酯)亦適宜用作化合物(β)。

化合物(β)可為具有2個以上之烯基之聚矽氧烷化合物。作為具有2個以上之烯基之環狀聚矽氧烷化合物之具體例，可例舉：1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1-丙基-3,5,7-三乙烯基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1,5-二乙烯基-3,7-二己基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基環矽氧烷、1,3,5,7,9-五乙烯基-1,3,5,7,9-五甲基環矽氧烷及1,3,5,7,9,11-六乙烯基-1,3,5,7,9,11-六甲基環矽氧烷等。

化合物(β)亦可為聚醚、聚酯、聚芳酯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、苯酚-甲醛等於聚合物鏈之末端及/或側鏈具有烯基之化合物。

(其他起始物質) 作為矽氫化反應之起始物質，除上述化合物(α)及化合物(β)以外，還可使用1分子中僅具有1個參與矽氫化反應之官能基之化合物。所謂參與矽氫化反應之官能基，係指SiH基或乙烯性不飽和基。藉由使用僅包含1個參與矽氫化反應之官能基之化合物，可於聚合物之末端導入特定官能基。

作為矽氫化反應之起始物質，亦可使用具有光聚合性官能基之化合物。作為光聚合性官能基，可例舉陽離子聚合性官能基或自由基聚合性官能基。所謂「陽離子聚合性官能基」，係指於照射到活性能量線之情形時，藉由光酸產生劑所生成之酸性活性物質進行聚合及交聯之官能基。作為活性能量線，可例舉：可見光、紫外線、紅外線、X射線、α射線、β射線、及γ射線等。作為陽離子聚合性官能基，可例舉：環氧基、乙烯醚基、氧雜環丁基、及烷氧基矽烷基。就感光性之觀點而言，作為陽離子聚合性官能基，較佳為環氧基，就穩定性之觀點而言，於環氧基中較佳為脂環式環氧基或縮水甘油基。尤其是就光陽離子聚合性優異之方面而言，較佳為脂環式環氧基。

藉由使用1分子中具有烯基及陽離子聚合性官能基之化合物作為起始物質，可向聚合物中導入陽離子聚合性官能基。於聚合物具有陽離子聚合性官能基之情形時，由於聚合物藉由光陽離子聚合而交聯，故可期待樹脂膜之機械強度及耐熱性之提高。

作為一分子中具有烯基及作為陽離子聚合性官能基之環氧基之化合物的具體例，可例舉：乙烯基環氧環己烷、烯丙基縮水甘油醚、二烯丙基單縮水甘油基異氰尿酸酯及單烯丙基二縮水甘油基異氰尿酸酯等。

聚矽氧烷聚合物可於1分子中具有複數個陽離子聚合性官能基。於聚合物在1分子中具有複數個陽離子聚合性官能基之情形時，呈交聯密度提高，樹脂膜之耐熱性提高之趨勢。複數個陽離子聚合性官能基可相同，亦可為2種以上之不同之官能基。

聚矽氧烷聚合物可具有鹼溶性。藉由向聚合物導入鹼溶性賦予基，可賦予鹼溶性。於聚合物具有光聚合性官能基及鹼溶性賦予基之情形時，由於光硬化前對鹼呈溶解性，而光硬化後變得不溶於鹼，故可用作負型感光性樹脂。作為鹼溶性賦予基(酸性基)，可例舉：酚性羥基、羧基、N-取代異三聚氰酸、及N,N'-二取代異三聚氰酸。藉由使用包含酸性基且包含烯基及/或SiH基之化合物作為矽氫化反應之起始物質，可獲得鹼溶性聚合物。

聚矽氧烷聚合物可為於存在酸之情況下保護基會發生脫離而呈鹼溶性者。於存在酸之情況下保護基會脫離而呈鹼溶性之聚合物由於藉由與光酸產生劑所產生之酸之反應而保護基發生脫離(脫保護)，鹼溶解性增大，因此可用作正型感光性樹脂。

作為酸性基，可例舉：酚性羥基、羧基、N-取代異三聚氰酸、及N,N'-二取代異三聚氰酸。作為酚性羥基之保護基，可例舉第三丁氧基羰基及三烷基矽烷基等。例如，藉由使用Boc化試劑之反應，可利用第三丁氧基羰基來保護酚性羥基。就利用酸所進行之脫保護之容易性之觀點而言，作為酚性羥基之保護基之三烷基矽烷基中之烷基較佳為碳數1～6之烷基，特佳為甲基。藉由使用六甲基二矽氮烷、三甲基氯矽烷等矽烷化劑之反應，可利用三甲基矽烷基來保護酚性羥基。N-取代異三聚氰酸及N,N'-二取代異三聚氰酸之酸性基(NH基)亦可利用與酚性羥基同樣之保護基進行保護。作為羧酸之保護基，可例舉三級烷基酯、縮醛等。作為羧酸之三級烷基酯中之三級烷基，可例舉第三丁基、金剛烷基、三環癸基、降𦯉基等。

藉由使用具有於存在酸之情況下會脫離之保護基的結構且包含烯基及/或SiH基之化合物作為矽氫化反應之起始物質，可獲得於存在酸之情況下保護基會脫離而呈鹼溶性之聚矽氧烷聚合物。

(矽氫化反應) 矽氫化反應之順序及方法並無特別限定。關於矽氫化反應，可將所有起始物質加入單一容器中來實施聚合，亦可分複數次加入原料，而以多階段來實施反應。

矽氫化反應中之起始物質之SiH基之總量B與烯基之總量A之比B/A較佳為大於1。於矽氫化反應中，烯基與SiH基以1：1之比例發生反應。若B/A大於1，SiH基相對於烯基過量，則可獲得具有未反應之SiH基之聚矽氧烷聚合物。

氧化物半導體薄膜4上所形成之樹脂膜6中之聚矽氧烷聚合物之SiH基的量越多，薄膜電晶體元件之電子遷移率往往越大。因此，B/A較佳為1.1以上，更佳為1.5以上，進而較佳為2以上，亦可為3以上或5以上。就增加聚合物之SiH基含量之觀點而言，B/A越大越好。另一方面，於未反應之殘留SiH基過多之情形時，有時樹脂膜之穩定性會降低，因此B/A較佳為30以下，更佳為20以下，亦可為15以下或10以下。

於矽氫化反應中，亦可使用氯化鉑酸、鉑-烯烴錯合物、鉑-乙烯基矽氧烷錯合物等矽氫化觸媒。亦可將矽氫化觸媒與輔觸媒併用。矽氫化觸媒之添加量並無特別限定，相對於起始物質中所包含之烯基之總量(莫耳數)，較佳為10 ^-8～10 ^-1倍，更佳為10 ^-6～10 ^-2倍。

矽氫化之反應溫度適當設定即可，較佳為30～200℃，更佳為50～150℃。矽氫化反應中之氣相部之氧氣體積濃度較佳為3%以下。就藉由添加氧氣來促進矽氫化反應之觀點而言，氣相部中亦可包含0.1～3體積%左右之氧氣。

矽氫化反應中亦可使用溶劑。作為溶劑，可例舉：苯、甲苯、己烷及庚烷等烴系溶劑；四氫呋喃、1,4-二㗁烷、1,3-二氧雜環戊烷及二乙醚等醚系溶劑；丙酮及甲基乙基酮等酮系溶劑；氯仿、二氯甲烷及1,2-二氯乙烷等鹵系溶劑等。自反應後之蒸餾去除較為容易之方面考慮，較佳為甲苯、四氫呋喃、1,4-二㗁烷、1,3-二氧雜環戊烷或氯仿。於矽氫化反應中，亦可視需要使用凝膠化抑制劑。

聚矽氧烷聚合物中所包含之SiH基之量較佳為0.1 mmol/g以上，更佳為0.3 mmol/g以上，進而較佳為0.5 mmol/g以上，亦可為0.7 mmol/g以上或1.0 mmol/g以上。聚合物中所包含之SiH基之量之上限並無特別限定，通常為30 mmol/g以下，可為20 mmol/g以下、15 mmol/g以下或10 mmol/g以下。如上所述，可藉由調整起始物質之種類、SiH基之量與烯基之量之比率，而將聚合物中之殘留SiH基之量調整至所期望之範圍。

[組合物] 用於在氧化物半導體薄膜上形成樹脂膜之組合物除包含上述含SiH基之化合物外，還可包含不含SiH基之聚合物、交聯劑、熱硬化性樹脂、光酸產生劑、增感劑、溶劑等。

＜交聯劑＞組合物還可包含與上述含SiH基之化合物具有反應性之交聯劑。交聯劑可為藉由光反應而呈反應性者，亦可為藉由熱而呈反應性者。

例如，若使用1分子中具有2個以上之烯基之化合物作為交聯劑，則藉由加熱，烯基會與含SiH基之化合物之SiH基發生矽氫化反應，因此交聯結構得以導入。作為1分子中具有2個以上之烯基之化合物之具體例，可例舉上文中作為化合物(β)之例所例示者。

於含SiH基之化合物具有陽離子聚合性之情形時，若使用1分子中具有2個以上之烯基之化合物作為交聯劑，則藉由曝光，含SiH基之化合物與交聯劑會發生反應，因此可使樹脂膜硬化。作為具有光陽離子聚合性之交聯劑，較佳為1分子中具有2個以上之脂環式環氧基之化合物。作為1分子中具有2個以上之脂環式環氧基之化合物之具體例，可例舉：3',4'-環氧環己烷羧酸-(3,4-環氧環己基甲基)酯(Daicel製造之「Celloxide 2021P」)、ε-己內酯改性3,4-環氧環己烷羧酸-(3',4'-環氧環己基甲基)酯(Daicel製造之「Celloxide 2081」)、己二酸雙(3,4-環氧環己基甲基)酯、下述式S1之環氧改性鏈狀矽氧烷化合物(信越化學製造之「X-40-2669」)、及下述式S2之環氧改性環狀矽氧烷化合物(信越化學製造之「KR-470」)等。

[化1]

＜熱硬化性樹脂＞組合物亦可包含不顯示與上述含SiH基之化合物之反應性，可單獨或與其他化合物反應而實現熱硬化之聚合性化合物(熱硬化性樹脂)。作為熱硬化性樹脂，可例舉：環氧樹脂、氧雜環丁烷樹脂、異氰酸酯樹脂、封端異氰酸酯樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、雙烯丙基耐地醯亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、烯丙基硬化樹脂、不飽和聚酯樹脂等。熱硬化性樹脂可為於高分子鏈之側鏈或末端具有烯丙基、乙烯基、烷氧基矽烷基、氫矽烷基等反應性基之側鏈反應性基型熱硬化性聚合物。

＜光酸產生劑＞具有感光性之樹脂膜形成用組合物可包含光酸產生劑。若對光酸產生劑照射紫外線等活性能量線，則會產生酸。於陽離子聚合性之組合物(例如負型感光性組合物)中，光酸產生劑作為聚合起始劑發揮作用，藉由陽離子聚合而進行硬化。於正型感光性組合物中，藉由光酸產生劑所產生之酸之作用，與鹼溶性賦予基(酸性基)鍵結之保護基發生脫離，從而鹼溶解性增大。

感光性組合物中所包含之光酸產生劑只要為藉由曝光會產生路易斯酸者即可，並無特別限定。作為光酸產生劑之具體例，可例舉：鋶鹽、錪鹽、銨鹽、其他鎓鹽等離子性光酸產生劑；醯亞胺磺酸鹽類、肟磺酸鹽類、磺醯基重氮甲烷類等非離子性光酸產生劑。

感光性組合物中之光酸產生劑之含量相對於組合物之樹脂成分100重量份，較佳為0.1～20重量份，更佳為0.1～15重量份，進而較佳為0.5～10重量份。

＜增感劑＞具有感光性之樹脂膜形成用組合物亦可包含增感劑。藉由使用增感劑，圖案化時之曝光感度提高。作為增感劑，可例舉萘系化合物、蒽系化合物及9-氧硫𠮿系化合物等，其中自光敏效果優異之方面考慮，較佳為蒽系增感劑。作為蒽系增感劑之具體例，可例舉：蒽、2-乙基-9,10-二甲氧基蒽、9,10-二甲基蒽、9,10-二丁氧基蒽(DBA)、9,10-二丙氧基蒽、9,10-二乙氧基蒽、9,10-雙(辛醯氧基)蒽、1,4-二甲氧基蒽、9-甲基蒽、2-乙基蒽、2-第三丁基蒽、2,6-二-第三丁基蒽、9,10-二苯基-2,6-二-第三丁基蒽等。

組合物中之增感劑之含量並無特別限定，於可發揮增感效果之範圍內適當調整即可。就樹脂膜之硬化性及物性之平衡之觀點而言，相對於組合物之樹脂成分100重量份，較佳為0.01～20重量份，更佳為0.1～15重量份，進而較佳為0.5～10重量份。

＜溶劑＞藉由使上述各成分溶解或分散於溶劑中，可製備樹脂膜形成用組合物。溶劑只要可溶解上述含SiH基之化合物及其他成分即可，具體而言，可例舉：苯、甲苯、己烷及庚烷等烴系溶劑；四氫呋喃、1,4-二㗁烷、1,3-二氧雜環戊烷及二乙醚等醚系溶劑；丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮及環己酮等酮系溶劑；丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯(PGMEA)、二乙二醇二甲醚、二乙二醇甲基乙基醚及乙二醇二乙醚等二醇系溶劑；氯仿、二氯甲烷及1,2-二氯乙烷等鹵系溶劑等。就製膜穩定性之觀點而言，較佳為丙二醇-1-單甲醚-2-乙酸酯及二乙二醇二甲醚。溶劑之使用量適當設定即可。

＜其他成分＞樹脂膜形成用組合物亦可含有除上述以外之樹脂成分或添加劑等。例如，樹脂膜形成用組合物可出於特性改質等目的而包含各種熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，例如可例舉：丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、環烯烴系樹脂、烯烴-馬來醯亞胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚碸樹脂、聚芳酯樹脂、聚乙烯縮醛樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚醯胺樹脂、矽酮樹脂、氟樹脂、天然橡膠及EPDM等橡膠狀樹脂。熱塑性樹脂可具有環氧基、胺基、自由基聚合性不飽和基、羧基、異氰酸基、羥基及烷氧基矽烷基等交聯性基。

樹脂膜形成用組合物除上述成分以外，還可包含：接著性改良劑、矽烷偶合劑等偶合劑、抗劣化劑、矽氫化反應抑制劑、聚合抑制劑、聚合觸媒(交聯促進劑)、脫模劑、阻燃劑、阻燃助劑、界面活性劑、消泡劑、乳化劑、調平劑、抗收縮劑、離子捕捉劑、觸變性賦予劑、黏著性賦予劑、保存穩定改良劑、光穩定劑、增黏劑、塑化劑、反應性稀釋劑、抗氧化劑、熱穩定化劑、導電性賦予劑、抗靜電劑、放射線阻斷劑、成核劑、磷系過氧化物分解劑、潤滑劑、金屬減活劑、導熱性賦予劑及物性調整劑等。

樹脂膜形成用組合物之樹脂成分之SiH基之量較佳為0.1 mmol/g以上，更佳為0.3 mmol/g以上，進而較佳為0.5 mmol/g以上，亦可為0.7 mmol/g以上或1.0 mmol/g以上。

[樹脂膜之形成] 藉由在氧化物半導體薄膜4上塗佈包含含SiH基之化合物之組合物後再進行加熱而形成樹脂膜6。如上所述，於形成底閘極型元件時，組合物較佳為直接塗佈於氧化物半導體薄膜4之通道區域45上。塗佈組合物之方法只要為可均勻地塗佈之方法即可，並無特別限定，可使用旋轉塗佈、狹縫式塗佈、絲網塗佈等普通之塗佈法。

藉由塗佈組合物後進行加熱，而形成樹脂膜6。樹脂膜6之厚度例如為0.2～6 μm左右，亦可為0.5～3 μm左右。

如上所述，加熱溫度較佳為190℃以上。加熱溫度越高，元件之電子遷移率往往越大。加熱溫度更佳為200℃以上，進而較佳為210℃以上，亦可為220℃以上。於加熱溫度過高之情形時，有可能會導致氧化物半導體薄膜或樹脂膜之熱劣化。因此，加熱溫度較佳為450℃以下，更佳為400℃以下，亦可為350℃以下或300℃以下。於190℃以上之溫度下之加熱時間較佳為5分鐘以上，更佳為10分鐘以上。加熱時間之上限並無特別限定，就熱劣化之抑制及生產效率之觀點而言，較佳為5小時以下，更佳為3小時以下，亦可為1小時以下。如上所述，組合物之加熱亦可以2個階段以上來實施。

藉由190℃以上之加熱，含SiH基之化合物之SiH基彼此發生反應而硬化。又，於組合物包含具有複數個烯基之化合物作為交聯劑之情形時，藉由加熱，SiH基與交聯劑之烯基發生矽氫化反應而使硬化(交聯)進行，因此樹脂膜之絕緣性、耐熱性、及耐溶劑性等呈提高之趨勢。

於在源極/汲極電極51、52上形成樹脂膜6之情形時，為了確保與源極/汲極電極51、52之電性連接，亦可如圖2所示，於樹脂膜6上形成接觸孔91、92。於樹脂膜形成用組合物具有感光性之情形時，較佳為於後烘烤之前進行曝光及鹼性顯影，藉由光微影法進行樹脂膜之圖案化。

亦可於曝光前進行加熱(預烘烤)以使溶劑乾燥。加熱溫度可適當設定，但較佳為50～150℃。包含熱硬化性成分之感光性組合物若因加熱而硬化進行，則有顯影性降低之情形。因此，預烘烤時之加熱溫度較佳為120℃以下。

曝光之光源根據感光性組合物中所包含之光酸產生劑及增感劑之感度波長來進行選擇即可。通常使用包含200～450 nm之範圍之波長的光源(例如，高壓水銀燈、超高壓水銀燈、金屬鹵素燈、高功率金屬鹵素燈、氙氣燈、碳弧燈或發光二極體等)。

曝光量並無特別限制，較佳為1～5000 mJ/cm ²，更佳為5～1000 mJ/cm ²，進而較佳為10～500 mJ/cm ²。若曝光量過少，則存在硬化不充分，圖案之對比度降低之情形，若曝光量過多，則存在因產距時間增大而導致製造成本增加之情形。

圖案曝光時可使用普通光罩。於負型感光組合物中，可使用可遮住接觸孔91、92之形成部位之圖案遮罩。於正型感光性組合物中，可使用以有選擇地曝光接觸孔91、92之形成部位之方式形成有開口之圖案遮罩。

藉由浸漬法或噴霧法等使曝光後之塗膜與鹼性顯影液接觸，而使塗膜溶解並將之去除，藉此進行圖案化。於負型感光性組合物中，由於曝光部被光硬化而變得不呈鹼溶解性，故藉由鹼性顯影而有選擇地去除非曝光部之膜。於正型感光性組合物中，藉由對光酸產生劑照射光所產生之酸之作用，鹼溶解性增大，因此有選擇地去除曝光部之膜。

鹼性顯影液可使用通常使用者，並無特別限制。作為鹼性顯影液之具體例，可例舉：氫氧化四甲基銨(TMAH)水溶液及膽鹼水溶液等有機鹼水溶液；氫氧化鉀水溶液、氫氧化鈉水溶液、碳酸鉀水溶液、碳酸鈉水溶液及碳酸鋰水溶液等無機鹼水溶液等。顯影液之鹼濃度較佳為0.01～25重量%，更佳為0.1～10重量%，進而較佳為0.3～5重量%。出於溶解速度之調整等目的，於顯影液中亦可包含界面活性劑等。

藉由於顯影後實施上述加熱(後烘烤)，而在樹脂膜硬化之同時，元件之電子遷移率提高。於使用負型或正型感光性組合物並藉由光微影法形成接觸孔91、92之方法中，在形成接觸孔時不易對電極51、52或氧化物半導體薄膜4產生損傷，而有助於形成特性優異之元件。

接觸孔之形成方法並不限於光微影法，例如亦可藉由乾式蝕刻、機械鑽孔、雷射加工、舉離等方法形成接觸孔。又，根據元件之構造不同，並不一定需要於樹脂膜上形成接觸孔。於無需利用光微影法進行圖案化之情形時，樹脂膜形成用組合物亦可為不具有鹼溶性之光-熱硬化性組合物或熱硬化性組合物。

於利用熱及/或光進行硬化後之樹脂膜中，含SiH基之化合物之SiH基亦可未發生反應而殘留。硬化後之樹脂膜中之SiH基量可為0.001 mmol/g以上，亦可為0.01 mmol/g以上，亦可為0.05 mmol/g以上。

如上所述，本實施方式中，將包含含SiH基之化合物之組合物塗佈於氧化物半導體薄膜上，進行加熱而形成樹脂膜，藉此可獲得電子遷移率較高之薄膜電晶體元件。薄膜電晶體元件之構成並不限於圖1、2所示之形態。例如，如上所述，藉由在形成源極/汲極電極51、52之前於氧化物半導體薄膜上形成樹脂膜，可使其具有作為蝕刻終止層之功能。又，本實施方式亦可應用於形成有經由設置於樹脂膜之接觸孔而與氧化物半導體薄膜接觸之源極/汲極電極之薄膜電晶體元件。

薄膜電晶體元件並不限於在較半導體層更靠基板之側配置有閘極層之底閘極型，亦可為半導體層上(與基板相反側之面)配置有閘極層之頂閘極型。

圖3係表示頂閘極型薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖，於基板1上設置有氧化物半導體薄膜4，於該氧化物半導體薄膜4上之部分區域設置有閘極絕緣膜2及閘極層31，而構成通道區域46。圖3中，於整個閘極絕緣膜2上設置有閘極層31，但亦可於閘極絕緣膜上之部分區域設置有閘極層。於氧化物半導體薄膜4上，與閘極層31隔開地設置有源極/汲極電極51、52。源極/汲極電極51、52雖與閘極層31隔開，但亦可與閘極絕緣膜2相接。閘極絕緣膜2、閘極層31、氧化物半導體薄膜4、源極/汲極電極51、52之材料、形成方法、膜厚等係與底閘極型相同。

於頂閘極型元件中，以覆蓋於氧化物半導體薄膜4上之方式塗佈包含含SiH基之化合物之組合物後，進行加熱而形成樹脂膜6，藉此薄膜電晶體元件之特性(例如，電子遷移率)亦呈提高之趨勢。該構成中，樹脂膜6除作為氧化物半導體薄膜4之保護膜發揮功能以外，還作為將電極間絕緣之層間絕緣膜發揮功能。

於圖3所示之頂閘極型元件中，於通道區域46中，樹脂膜6並不與氧化物半導體薄膜4上相接，但與底閘極型元件之情形同樣地，藉由使用具有SiH之組合物形成樹脂膜6，可見薄膜電晶體元件之特性提高。其原因並不明確，推測如下等情況會有助於提高特性，例如：藉由在氧化物半導體薄膜4上之部分區域形成樹脂膜6，可見氧化物半導體薄膜4整體之膜質提高效果；樹脂膜6之含SiH基之化合物所產生之氫亦擴散至氧化物半導體薄膜4之未與樹脂膜6相接之區域，而有助於提高膜質等。

於頂閘極型元件中，樹脂膜6在電極51與閘極層31之間、及電極52與閘極層31之間之區域覆蓋於氧化物半導體薄膜4上即可，亦可不於源極/汲極電極51、52之部分或全部區域、及閘極層31上之部分或全部區域設置樹脂膜6。例如，與圖2所示之情形同樣地，可於源極/汲極電極51、52上之樹脂膜6上設置接觸孔。又，如圖4所示之實施方式所示，亦可於形成樹脂膜6後，於樹脂膜6上形成接觸孔93、94，以經由接觸孔與氧化物半導體薄膜4接觸之方式形成源極/汲極電極53、54。

薄膜電晶體元件亦可為具備底閘極層及頂閘極層之雙閘極構造，上述底閘極層較半導體層更靠近基板之側，上述頂閘極層係配置於半導體層上(與基板相反側之面)。雙閘極型元件於半導體層與底閘極層之間具備底閘極絕緣膜，於半導體層與頂閘極層之間具備頂閘極絕緣層，具備與半導體層上相接之上述樹脂膜。雙閘極型元件例如可藉由如下方式製造，即，與底閘極型元件之形成同樣地，依序於基板上形成底閘極層及底閘極絕緣膜及半導體層後，與頂閘極型元件之形成同樣地，於半導體層上形成頂閘極絕緣膜、頂閘極層及樹脂膜(層間填充膜)。 [實施例]

以下，基於實施例更詳細地對本發明進行說明，但本發明並不受以下實施例限定。

[聚矽氧烷聚合物之合成] ＜合成例1＞使40 g之異三聚氰酸二烯丙酯及29 g之異三聚氰酸二烯丙基單甲酯溶解於264 g之二㗁烷中，加入0.02 g之鉑-乙烯基矽氧烷錯合物之二甲苯溶液(Umicore Precious Metals Japan製造之「Pt-VTSC-3X」，鉑含量3重量%)來製備溶液1。將使88 g之1,3,5,7-四氫-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷溶解於176 g甲苯中所得之溶液加熱至105℃，於含3%氧氣之氮氣氛圍下，用時3小時滴加上述溶液1。滴加結束30分鐘後，藉由 ¹H-NMR，確認到烯基之反應率為95%以上。

用時1小時向上述反應溶液中滴加將1-乙烯基-3,4-環氧環己烷與甲苯以重量比1：1之比例混合而成之溶液124 g(1-乙烯基-3,4-環氧環己烷62 g)。滴加結束30分鐘後，藉由 ¹H-NMR，確認到烯基之反應率為95%以上。之後，藉由冷卻而使反應結束，將甲苯及二㗁烷於減壓下蒸餾去除，而獲得聚合物A。藉由 ¹H-NMR測得之SiH基之量為1.1 mmol/g。

＜合成例2＞除將1-乙烯基-3,4-環氧環己烷之甲苯溶液之滴加量變更為160 g(將1-乙烯基-3,4-環氧環己烷之添加量變更為80 g)以外，以與合成例1同樣之方式，獲得0.3 mmol/g之具有SiH基之聚合物B。

＜合成例3＞使5 g之雙酚溶解於20 g之四氫呋喃(THF)中之後，添加2.5 g之六甲基二矽氮烷，於室溫下反應2小時。將THF及反應殘渣於減壓下蒸餾去除，而獲得6.5 g之反應物2。反應物2係羥基被三甲基矽烷基保護之二烯丙基雙酚S，藉由 ¹H-NMR，確認到不存在源自三甲基矽烷基之峰及源自羥基之峰。

使3 g之1,3,5,7-四氫-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷溶解於20 g之甲苯中，對氣相部進行氮氣置換後，加熱至100℃。用時45分鐘向該溶液中滴加如下混合液，該混合液包含：5 g之上述反應物2、1.5 g之1,3,5,7-四乙烯基-1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、0.7 mg之鉑-乙烯基矽氧烷錯合物之二甲苯溶液(Umicore Precious Metals Japan製造之「Pt-VTSC-3X」)、及5 g之甲苯。滴加結束30分鐘後，藉由 ¹H-NMR，確認到烯基之反應率為95%以上。其後，藉由冷卻而使反應結束，將甲苯於減壓下蒸餾去除，而獲得作為無色透明液體之聚合物C。藉由 ¹H-NMR測得之SiH基之量為3.0 mmol/g。

＜合成例4＞使72.4 g之1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷溶解於72 g甲苯中，對氣相部進行氮氣置換後，加熱至105℃。用時45分鐘向該溶液中滴加如下混合液，該混合液包含：10 g之異氰尿酸三烯丙酯、6.3 mg之鉑-乙烯基矽氧烷錯合物之二甲苯溶液(Umicore Precious Metals Japan製造之「Pt-VTSC-3X」)、及10 g之甲苯。滴加結束60分鐘後，藉由 ¹H-NMR，確認到烯基之反應率為95%以上。之後，藉由冷卻而使反應結束，將甲苯於減壓下蒸餾去除，而獲得作為無色透明液體之聚合物D。藉由 ¹H-NMR測得之SiH基之量為9.2 mmol/g。

[絕緣膜形成用組合物之製備] 按照表1所示之組成(重量比)製備光-熱硬化性之樹脂組合物1～7。組合物1、2為負型感光性組合物，組合物3為正型感光性組合物，組合物4為不呈光微影性(鹼溶解性)之光-熱硬化性組合物。

組合物5係包含作為樹脂成分之呈鹼溶性之丙烯酸樹脂(綜研化學製造之「PHORET ZAH110」)、及下述式所表示之環氧化合物(Daicel製造之「Celloxide 2021P」)的組合物。

[化2]

組合物6係包含作為樹脂成分之下述式所表示之環氧矽氧烷化合物(KR-470：信越化學工業製造之「KR-470」)之組合物，組合物6係包含作為樹脂成分之異氰尿酸三縮水甘油酯(TEPIC)之組合物。

[化3]

表1所示之各成分之詳細情況如下。 TAIC：異氰尿酸三烯丙酯光酸產生劑：San-Apro製造之「CPI210S」(鋶鹽系光酸產生劑) 增感劑：9,10-二丁氧基蒽 Pt觸媒：Umicore Precious Metals Japan製造之「Pt-VTSC-3X」溶劑：丙二醇單甲醚乙酸酯

[表1]

	膜形成組合物
1	2	3	4	5	6	7
組成	聚合物A	100	-	-	-	-	-	-
聚合物B	-	100	-	-	-	-	-
聚合物C	-	-	100	-	-	-	-
聚合物D	-	-	-	60	-	-	-
丙烯酸樹脂	-	-	-	-	240	-	-
2021P	-	-	-	-	30	-	-
KR-470	-	-	-	-	-	100	-
TEPIC	-	-	-	-	-	-	100
TAIC	-	-	5	40	-	-	-
光酸產生劑	2	2	2	-	2	2	2
增感劑	2	2	2	-	2	2	2
Pt觸媒	-	-	0.01	0.03	-	-	-
溶劑	300	300	300	200	130	200	200
聚合物SiH量(mmol/g)	1.1	0.3	3.0	9.2	0	0	0
組合物樹脂成分SiH量(mmol/g)	1.1	0.3	2.9	5.5	0	0	0
光微影性	負	負	正	無	無	無	無

[薄膜電晶體元件之製作] ＜參考例1：不具有保護膜之底閘極型元件＞於100 nm之附熱氧化膜之p型高摻雜Si基板上，藉由濺鍍裝置(Shimadzu Emit製造之「SENTRON」)，使用In：Ga：Zn＝2：2：1之合金靶，於壓力0.6 Pa、Ar流量19.1 sccm、O ₂流量0.9 sccm之條件下，濺鍍形成膜厚70 nm之氧化物(IGZO)半導體薄膜。於氧化物半導體薄膜上形成抗蝕圖案，藉由0.05 mol%鹽酸進行濕式蝕刻後，藉由丙酮、甲醇洗淨而除去抗蝕劑，從而將氧化物半導體薄膜圖案化。於其上形成抗蝕圖案，藉由濺鍍形成膜厚20 nm之Pt源極電極及膜厚80 nm之Mo汲極電極，並藉由舉離進行電極之圖案化。之後，於氧氣流(O ₂流量：5 sccm)、290℃下進行1小時之加熱退火處理，獲得底閘極型薄膜電晶體元件。

＜實施例1～3＞與參考例1同樣地進行氧化物半導體薄膜、源極電極及汲極電極之成膜及圖案化，以及加熱退火處理。藉由旋轉塗佈，以乾燥後之膜厚成為1 μm之方式將表1之組合物1～3塗佈於氧化物半導體薄膜及電極之形成面，並利用110℃之加熱板加熱2分鐘。藉由光罩對準曝光機(Mikasa製造之「MA-10」)，隔著100 μm孔型圖案(實施例1、2為負型圖案，實施例3為正型圖案)之光罩進行曝光(累計光量：100 mJ/cm ²)，利用2.38%TMAH顯影液進行顯影處理，於源極電極上及汲極電極上分別形成100 μm ϕ之接觸孔。之後，於230℃下進行30分鐘之加熱硬化(後烘烤)，而獲得具備保護膜之薄膜電晶體元件。

＜實施例4＞與實施例1～3同樣地，藉由旋轉塗佈，以乾燥後之膜厚成為1 μm之方式將表1之組合物4塗佈於氧化物半導體薄膜及電極之形成面，利用110℃之加熱板加熱2分鐘後，於230℃進行30分鐘之加熱硬化。之後，藉由乾式蝕刻除去源極電極上及汲極電極上之保護膜，而形成接觸孔。

＜比較例1～3＞與實施例1～3同樣地，藉由旋轉塗佈，以乾燥後之膜厚成為1 μm之方式將表1之組合物5～7塗佈於氧化物半導體薄膜及電極之形成面，利用110℃之加熱板加熱2分鐘。不隔著光罩，藉由光罩對準曝光機進行曝光後，於230℃下進行30分鐘之加熱硬化。之後，與實施例4同樣地藉由乾式蝕刻形成接觸孔。

＜實施例5、及比較例4、5＞除如表2所示變更保護膜之後烘烤溫度以外，以與實施例1同樣之方式，獲得具備具有接觸孔之保護膜之薄膜電晶體元件。

＜參考例2：不具有層間絕緣膜之頂閘極型元件＞在與參考例1相同之條件下於100 nm之附熱氧化膜之Si基板上形成膜厚70 nm之IGZO半導體薄膜，進行圖案化。藉由濺鍍，依序形成膜厚200 nm之SiO ₂層(閘極絕緣膜)及膜厚100 nm之Al層(閘極層)。於Al層上形成抗蝕圖案，藉由混合酸(磷酸80重量%、硝酸5重量%、乙酸5重量%、其餘部分為水)對Al層進行濕式蝕刻後，藉由丙酮、甲醇洗淨除去抗蝕劑。之後，以CF ₄作為蝕刻氣體，藉由感應耦合電漿反應性離子蝕刻(ICP-RIE)將SiO ₂層圖案化，進而進行Ar電漿處理。形成抗蝕圖案，藉由濺鍍，形成膜厚20 nm之Pt源極電極及膜厚80 nm之Mo汲極電極，藉由舉離進行電極之圖案化。之後，於氧氣流(O ₂流量：5 sccm)、290℃下，進行1小時之加熱退火處理，獲得頂閘極型薄膜電晶體元件。

＜實施例6＞與參考例2同樣地，進行氧化物半導體薄膜、閘極絕緣膜、閘極層、源極電極及汲極電極之成膜及圖案化、以及加熱退火處理。藉由旋轉塗佈，以乾燥後之膜厚成為1 μm之方式將表1之組合物1塗佈於氧化物半導體薄膜及電極之形成面，利用110℃之加熱板加熱2分鐘。之後，在與實施例1相同之條件下，形成接觸孔並進行後烘烤(於230℃下30分鐘)，獲得具備層間絕緣膜之薄膜電晶體元件。

＜比較例6＞與實施例6同樣地，藉由旋轉塗佈，以乾燥後之膜厚成為1 μm之方式將表1之組合物5塗佈於氧化物半導體薄膜及電極之形成面，並利用110℃之加熱板加熱2分鐘。不隔著光罩，藉由光罩對準曝光機進行曝光後，於230℃下進行30分鐘之加熱硬化。之後，與實施例4同樣地，藉由乾式蝕刻形成接觸孔。

[評估] 使用半導體參數分析儀(Agilent Technologies製造之「Agilent 4156」)，於汲極電壓為5 V、基板溫度為室溫之條件下，使閘極電壓於-20V～+20V之範圍內變化，測定上述參考例、實施例及比較例之薄膜電晶體元件之電流傳輸特性。藉由下述方法，算出電子遷移率、閾值電壓及ON/OFF電流比。

(閾值電壓) 將電流傳輸特性之飽和區域間之切線之X截距電壓值設為閾值電壓V _th。

(電子遷移率) 藉由下述算式，算出閘極電壓-20V～+20V之範圍內之電子遷移率μ，將測定範圍內之最大值設為元件之電子遷移率。 μ＝2(L×I _d)/{W×Cox×(V _g－V _th) ²} L：通道長度；10 μm W：通道寬度：90 μm Cox：閘極絕緣膜之每單元面積之靜電電容：3.45×10 ^-8F/cm ²V _g：閘極電壓 V _th：閾值電壓 I _d：源極/汲極間電流

(ON/OFF電流比) 將電流傳輸特性之曲線中飽和區域內之最大電流值設為接通時之電流I _on。斷開時之電流I _off係根據斷開狀態之最小電流求出。將兩者之比I _on/I _off設為ON/OFF電流比。

將用於形成實施例及比較例之保護膜之組合物的種類及SiH基之量、形成保護膜時之加熱硬化(後烘烤)之條件、以及薄膜電晶體元件之評估結果示於表2。

[表2]

	底閘極	頂閘極
參考例1	實施例 1	實施例 2	實施例 3	實施例 4	比較例1	比較例2	比較例3	實施例 5	比較例4	比較例5	參考例2	實施例 6	比較例6
組合物	-	1	2	3	4	5	6	7	1	1	1	-	1	5
組合物之SiH量(mmol/g)	-	1.1	0.3	2.9	5.5	0	0	0	1.1	1.1	1.1	-	1.1	0.0
保護膜加熱條件	溫度(℃)	-	230	230	230	230	230	230	230	200	150	180	-	230	230
時間(分鐘)	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30	30
電晶體特性評估	閾值電壓 (V)	1.4	-0.7	1.1	1.5	0.4	0.8	1.8	-0.7	-0.5	0.5	0.2	-0.9	-1.3	-0.7
電子遷移率 (cm ²/Vs)	13.8	58.3	35.8	36.4	48.7	19.7	7.8	12.1	44.8	17.5	23.6	14.5	35.6	11.9
ON/OFF比	9.6	10.3	7.6	8.0	9.5	8.6	8.6	9.0	9.7	8.3	8.7	8.3	8.7	7.9

使用包含具有SiH基之聚矽氧烷聚合物之組合物形成保護膜之實施例1～4之底閘極型薄膜電晶體元件的電子遷移率為35 cm ²/Vs以上，相較於未形成保護膜之參考例1之元件，電子遷移率得到大幅提高。實施例1～4中，保護膜之SiH基之量越多，元件之電子遷移率往往越高。

使用不含SiH基之組合物形成保護膜之比較例1相較於參考例1，元件之電子遷移率有所上升，但電子遷移率未達20 cm ²/Vs。比較例2及比較例3相較於參考例1，電子遷移率有所降低。

實施例6之頂閘極型薄膜電晶體元件亦與實施例1～4同樣地顯現出35 cm ²/Vs以上之電子遷移率，相較於未形成層間絕緣膜之參考例2之元件，電子遷移率得到大幅提高。使用不含SiH基之組合物形成層間絕緣膜之比較例6之元件相較於參考例2，電子遷移率降低。

使用與實施例1相同之組合物且將熱硬化時之溫度變更為200℃之實施例5相較於實施例1，元件之電子遷移率較低，但是與參考例1相比，顯現出明顯較高之電子遷移率。將熱硬化溫度設為150℃之比較例4及將熱硬化溫度設為180℃之比較例5相較於參考例1，電子遷移率得到上升，但未見如實施例1及實施例5般明顯之電子遷移率之上升。

根據以上結果可知，無論是頂閘極型元件還是底閘極型元件，藉由將包含SiH基之樹脂組合物塗佈於氧化物半導體薄膜上，並於高溫下進行加熱，元件之電子遷移率均會提高。樹脂組合物中所包含之SiH基之量越多、加熱溫度越高，電子遷移率之提高越明顯。

1:基板 2:閘極絕緣膜 4:氧化物半導體薄膜 6:樹脂膜 31:閘極層 45, 46:通道區域 51, 52, 53, 54:源極/汲極電極 91, 92, 93, 94:接觸孔

圖1係表示底閘極型薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖。圖2係表示底閘極型薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖。圖3係表示頂閘極型薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖。圖4係表示頂閘極型薄膜電晶體元件之構成例之剖視圖。

1:基板 2:閘極絕緣膜 4:氧化物半導體薄膜 6:樹脂膜 31:閘極層 45:通道區域 51, 52:源極/汲極電極

Claims

一種薄膜電晶體元件之製造方法，該薄膜電晶體元件具備閘極層、氧化物半導體薄膜、配置於上述閘極層與上述氧化物半導體薄膜之間之閘極絕緣膜、與上述氧化物半導體薄膜電性連接之一對源極/汲極電極、及覆蓋上述氧化物半導體薄膜之樹脂膜；上述氧化物半導體薄膜包含選自由銦、鎵、鋅及錫所組成之群中之2種以上之金屬元素；上述薄膜電晶體元件之製造方法包括將包含含SiH基之化合物之組合物塗佈於上述氧化物半導體薄膜上之後，於190～450℃下進行加熱，而形成上述樹脂膜之步驟；上述含SiH基之化合物包含環狀聚矽氧烷結構，且包含0.1 mmol/g以上之SiH基。
如請求項1之薄膜電晶體元件之製造方法，其中上述含SiH基之化合物為聚合物。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中於上述一對源極/汲極電極上亦形成上述樹脂膜。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其進而具有藉由光微影法將上述樹脂膜圖案化而形成接觸孔之步驟。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中上述組合物為負型感光性組合物。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中上述組合物為正型感光性組合物。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中上述組合物為不具有鹼溶性之光-熱硬化性組合物或熱硬化性組合物。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中上述閘極絕緣膜覆蓋上述閘極層，於上述閘極絕緣膜上設置有上述氧化物半導體薄膜。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中於上述氧化物半導體薄膜上依序設置有上述閘極絕緣膜及上述閘極層。
如請求項1或2之薄膜電晶體元件之製造方法，其中元件之電子遷移率為35 cm²/Vs以上。
一種薄膜電晶體元件，其具備閘極層、氧化物半導體薄膜、配置於上述閘極層與上述氧化物半導體薄膜之間之閘極絕緣膜、與上述氧化物半導體薄膜電性連接之一對源極/汲極電極、及覆蓋上述氧化物半導體薄膜之樹脂膜；上述氧化物半導體薄膜包含選自由銦、鎵、鋅及錫所組成之群中之2種以上之金屬元素；上述樹脂膜與上述氧化物半導體薄膜相接，且含有SiH基；上述薄膜電晶體元件之電子遷移率為35 cm²/Vs以上。
如請求項11之薄膜電晶體元件，其中上述樹脂膜中之SiH基量為0.001 mmol/g以上。
如請求項11或12之薄膜電晶體元件，其中上述樹脂膜含有包含SiH基及聚矽氧烷結構之聚合物。
如請求項11或12之薄膜電晶體元件，其中上述樹脂膜含有包含SiH基及環狀聚矽氧烷結構之聚合物。
如請求項11或12之薄膜電晶體元件，其中上述閘極絕緣膜覆蓋上述閘極層，於上述閘極絕緣膜上設置有上述氧化物半導體薄膜。
如請求項11或12之薄膜電晶體元件，其中於上述氧化物半導體薄膜上依序設置有上述閘極絕緣膜及上述閘極層。