JP2010118445A - Thin-film transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents

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修 椎野
Yoshinori Iwabuchi
芳典 岩淵
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良 桜井
Tatsuya Funaki
竜也 船木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film transistor such that the thickness of a gate insulating layer is easily made thick and semiconductor characteristics of a channel layer region are prevented from deteriorating caused by the influence of the gate insulating layer. <P>SOLUTION: A source electrode 5 and a drain electrode 6 are formed at an interval on a substrate 1, and a semiconductor layer 4 is formed of an oxide semiconductor layer on those source electrode 5, drain electrode 6, and substrate 1. On the semiconductor layer 4, an insulating layer 3 is formed of an organic insulating layer and on the insulating layer 3, a gate electrode 2 is formed to obtain the thin-film transistor 10 having a top gate structure. The organic insulating layer is formed after the oxide semiconductor layer is formed so as to prevent deterioration in semiconductor characteristics due to mixing of an organic substance in the organic insulating layer with the oxide semiconductor during the formation of the oxide semiconductor layer. The organic insulating layer is made thicker than the metal oxide insulating layer to improve electric endurance characteristics very easily. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、半導体層及び該ゲート電極と該半導体層との間に介在する絶縁層を有する薄膜トランジスタに関する。   The present invention relates to a thin film transistor having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, a semiconductor layer, and an insulating layer interposed between the gate electrode and the semiconductor layer.

近年、低温プロセスで安価に製造することができる酸化物トランジスタの開発が盛んに行われている。この酸化物トランジスタとしては、ZnOやInGaZnOをチャネル層として用いたものなどの開発が進んでおり、アモルファスシリコンをチャネル層として用いた薄膜トランジスタを凌駕するトランジスタ特性も得られている(Nature,vol.432(2004),P.488)。例えば、特開2000−150900号には、チャネル層としてZnOを用いたトランジスタが開示されている。   2. Description of the Related Art In recent years, oxide transistors that can be manufactured at low cost by a low temperature process have been actively developed. As this oxide transistor, development using ZnO or InGaZnO as a channel layer is progressing, and transistor characteristics superior to those of a thin film transistor using amorphous silicon as a channel layer are also obtained (Nature, vol. 432). (2004), P. 488). For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-150900 discloses a transistor using ZnO as a channel layer.

I. 現在、これらの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜としては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどの金属酸化物絶縁体が主に用いられている。これら金属酸化物絶縁体をゲート絶縁膜として用いた場合、該ゲート絶縁膜と接するチャネル層を変質させることがなく、チャネル層の半導体特性が良好に維持される。 I. Currently, metal oxide insulators such as silicon oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, and yttrium oxide are mainly used as gate insulating films of these thin film transistors. When these metal oxide insulators are used as a gate insulating film, the channel layer in contact with the gate insulating film is not altered, and the semiconductor characteristics of the channel layer are favorably maintained.

これら金属酸化物絶縁体よりなるゲート絶縁膜を工業的に形成する場合、スパッタ法が用いられることが多い。特に基板としてPET等のフィルム基板を使用する場合には、主に無加熱でのスパッタ成膜法が用いられる。   When industrially forming a gate insulating film made of these metal oxide insulators, a sputtering method is often used. In particular, when a film substrate such as PET is used as the substrate, a sputter deposition method without heating is mainly used.

しかしながら、これら金属酸化物絶縁体よりなるゲート絶縁膜をスパッタ法で形成する場合、成膜速度が非常に遅いために生産性が悪いという問題がある。また、低温で成膜した場合、十分な耐電圧特性や低リーク電流を得ることが難しいことが多く、特にQR−LPDを始めとする高電圧駆動のデバイスに適用することは困難である。
II. また、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として、PVP、ポリイミド、アクリル樹脂などの有機材料が用いられることも多い。これら有機系ゲート絶縁膜はスピンコートやインクジェット法などの塗布プロセスで形成することが可能であり、ミクロンオーダーの厚膜を形成することが非常に容易である。
However, when a gate insulating film made of these metal oxide insulators is formed by a sputtering method, there is a problem that productivity is poor because the film forming speed is very slow. In addition, when a film is formed at a low temperature, it is often difficult to obtain sufficient withstand voltage characteristics and low leakage current, and it is difficult to apply to high-voltage driven devices such as QR-LPD.
II. In addition, an organic material such as PVP, polyimide, or acrylic resin is often used as the gate insulating film of the thin film transistor. These organic gate insulating films can be formed by a coating process such as spin coating or an inkjet method, and it is very easy to form a thick film on the order of microns.

第2図は、ゲート絶縁膜をかかる有機系ゲート絶縁膜とした薄膜トランジスタの一例を示す模式的な断面図である。この薄膜トランジスタ10は、基板1上にスパッタ法によりゲート電極2を形成し、その上に上記の有機材料を塗布及び乾燥して絶縁層(有機系ゲート絶縁膜)3を形成した後、半導体層4をスパッタ法により形成し、次いでソース電極5及びドレイン電極6をスパッタ法により形成することにより製造される。   FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a thin film transistor in which the gate insulating film is an organic gate insulating film. In this thin film transistor 10, a gate electrode 2 is formed on a substrate 1 by sputtering, and the above organic material is applied and dried thereon to form an insulating layer (organic gate insulating film) 3. Is formed by sputtering, and then the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed by sputtering.

しかしながら、かかる薄膜トランジスタ10にあっては、絶縁層(有機系ゲート絶縁膜)3上に半導体層4を形成する際に、絶縁層3中の有機物が不純物として半導体層4へ侵入し、トランジスタ特性を著しく劣化させるという問題がある。
特開2000−150900号 Nature,vol.432(2004),P.488
However, in the thin film transistor 10, when the semiconductor layer 4 is formed on the insulating layer (organic gate insulating film) 3, the organic matter in the insulating layer 3 enters the semiconductor layer 4 as an impurity, and transistor characteristics are improved. There is a problem of significant deterioration.
JP 2000-150900 A Nature, vol. 432 (2004), p. 488

本発明は、ゲート絶縁層の厚さを大きくすることが容易であり、ゲート絶縁層の影響によるチャネル層の半導体特性の劣化が防止された薄膜トランジスタを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a thin film transistor in which it is easy to increase the thickness of a gate insulating layer, and deterioration of semiconductor characteristics of a channel layer due to the influence of the gate insulating layer is prevented.

本発明(請求項1)の薄膜トランジスタは、基板上に半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、該半導体層の上に絶縁層を介してゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、該半導体層が酸化物半導体層であり、該絶縁層が有機絶縁層であることを特徴とするものである。   A thin film transistor of the present invention (Claim 1) is a thin film transistor having a source electrode and a drain electrode connected by a semiconductor layer on a substrate, and a gate electrode on the semiconductor layer with an insulating layer interposed therebetween, The semiconductor layer is an oxide semiconductor layer, and the insulating layer is an organic insulating layer.

請求項2の薄膜トランジスタは、請求項1において、該酸化物半導体層が、ZnO半導体、AlをドープしたZnO半導体、InGaZnO半導体、InWO半導体、InWZnO半導体、InWSnO半導体、InWSnZnO半導体、InSnO半導体、InZnO半導体又はInTiO半導体よりなることを特徴とする。   The thin film transistor according to claim 2 is the thin film transistor according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is a ZnO semiconductor, an Al-doped ZnO semiconductor, an InGaZnO semiconductor, an InWO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnZnO semiconductor, an InSnO semiconductor, an InZnO semiconductor, or It is characterized by comprising an InTiO semiconductor.

請求項3の薄膜トランジスタは、請求項1又は2において、該有機絶縁層が、PVP、ポリイミド、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド及びシリコン樹脂の少なくとも1種よりなることを特徴とする。   The thin film transistor according to claim 3 is the thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein the organic insulating layer is made of at least one of PVP, polyimide, epoxy resin, amorphous fluororesin, melamine resin, furan resin, xylene resin, polyamideimide, and silicon resin. It is characterized by becoming.

請求項4の薄膜トランジスタは、請求項1ないし3のいずれか1項において、該基板が、PET、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド及びPESの少なくとも1種よりなることを特徴とする。   A thin film transistor according to a fourth aspect is characterized in that, in any one of the first to third aspects, the substrate is made of at least one of PET, polyethylene naphthalate, polyimide, and PES.

請求項5の薄膜トランジスタは、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記有機絶縁層の厚みが100nm〜2μmであることを特徴とする。   The thin film transistor according to claim 5 is characterized in that, in any one of claims 1 to 4, the thickness of the organic insulating layer is 100 nm to 2 μm.

請求項6の薄膜トランジスタは、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記有機絶縁層は、前記酸化物半導体層側の第1有機絶縁層と、前記ゲート電極側の第2有機絶縁層とからなっており、該第1有機絶縁層は、厚みが5nm〜200nmのアモルファスフッ素樹脂よりなり、該第2有機絶縁層は、厚みが100nm〜2μmである、アモルファスフッ素樹脂とは異なる有機絶縁材料よりなることを特徴とする。   The thin film transistor according to claim 6 is the thin film transistor according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic insulating layer includes a first organic insulating layer on the oxide semiconductor layer side and a second organic insulating layer on the gate electrode side. The first organic insulating layer is made of an amorphous fluororesin having a thickness of 5 nm to 200 nm, and the second organic insulating layer is an organic insulating material different from the amorphous fluororesin having a thickness of 100 nm to 2 μm. It is characterized by comprising.

本発明(請求項7)の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項1ないし6のいずれか1項の薄膜トランジスタを製造する方法であって、該基板上に該ソース電極、該ドレイン電極及び該酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上に該有機絶縁層及び該ゲート電極をこの順に形成することを特徴とするものである。   The thin film transistor manufacturing method of the present invention (invention 7) is the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the source electrode, the drain electrode, and the oxide semiconductor are formed on the substrate. A layer is formed, and then the organic insulating layer and the gate electrode are formed in this order over the oxide semiconductor layer.

請求項8の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項7において、前記基板上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極を間隔をあけて形成し、次いで、該基板の上面のうち少なくとも該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして前記酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上に該有機絶縁層及び該ゲート電極をこの順に形成することを特徴とする。   The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 8 is the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 7, wherein the source electrode and the drain electrode are formed on the substrate with a space therebetween, and then at least the source electrode and the drain electrode on the upper surface of the substrate The oxide semiconductor layer is formed so as to straddle the portion between the upper surface of the source electrode and the upper surface of the drain electrode, and then the organic insulating layer and the gate are formed on the oxide semiconductor layer. The electrodes are formed in this order.

請求項9の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項7において、前記基板上に前記酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を間隔をあけて形成し、次いで、該酸化物半導体層の上面のうち少なくとも該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして前記有機絶縁層を形成し、次いで、該有機絶縁層の上に前記ゲート電極を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 9 is the method according to claim 7, wherein the oxide semiconductor layer is formed on the substrate, and then the source electrode and the drain electrode are spaced apart on the oxide semiconductor layer. Next, the organic insulating layer is formed so as to straddle at least a portion between the source electrode and the drain electrode, an upper surface of the source electrode, and an upper surface of the drain electrode of the upper surface of the oxide semiconductor layer. A layer is formed, and then the gate electrode is formed on the organic insulating layer.

請求項10の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項7ないし9のいずれか1項において、該酸化物半導体層をスパッタ法により形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a thin film transistor according to a tenth aspect is the method according to any one of the seventh to ninth aspects, wherein the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method.

請求項11の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項7ないし10のいずれか1項において、有機絶縁層材料含有液を塗布し、乾燥することにより該有機絶縁層を形成することを特徴とする。   A thin film transistor manufacturing method according to an eleventh aspect is characterized in that, in any one of the seventh to tenth aspects, the organic insulating layer is formed by applying an organic insulating layer material-containing liquid and drying.

本発明の薄膜トランジスタ及びその製造方法にあっては、薄膜トランジスタをトップゲート構造(即ち、基板上に半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、該半導体層の上に絶縁層を介してゲート電極を有する構造。)とし、且つ、半導体層を酸化物半導体層とすると共に絶縁層を有機絶縁層としている。これにより、半導体層の半導体特性の向上と絶縁層の耐電圧特性の向上の両立を図ることができる。即ち、本発明によると、基板上に酸化物半導体層を形成した後に有機絶縁層を形成することができるため、酸化物半導体層の形成時に有機絶縁層中の有機物が酸化物半導体層に混入して半導体特性が劣化することが防止される。また、有機絶縁層は金属酸化物絶縁層と比べて容易に厚さを大きくすることができ、これにより耐電圧特性を十分に向上させることが可能である。   In the thin film transistor and the method of manufacturing the same of the present invention, the thin film transistor has a top gate structure (that is, a source electrode and a drain electrode connected by a semiconductor layer on a substrate, and an insulating layer is interposed on the semiconductor layer). A structure having a gate electrode), and the semiconductor layer is an oxide semiconductor layer and the insulating layer is an organic insulating layer. Thereby, the improvement of the semiconductor characteristic of a semiconductor layer and the improvement of the withstand voltage characteristic of an insulating layer can be aimed at. In other words, according to the present invention, the organic insulating layer can be formed after the oxide semiconductor layer is formed over the substrate, so that organic substances in the organic insulating layer are mixed into the oxide semiconductor layer when the oxide semiconductor layer is formed. Thus, deterioration of the semiconductor characteristics is prevented. In addition, the organic insulating layer can be easily increased in thickness as compared with the metal oxide insulating layer, which can sufficiently improve the withstand voltage characteristics.

本発明において、該酸化物半導体層が、ZnO半導体、AlをドープしたZnO半導体、InGaZnO半導体、InWO半導体、InWZnO半導体、InWSnO半導体、InWSnZnO半導体、InSnO半導体、InZnO半導体又はInTiO半導体よりなると、電界効果移動度等の半導体特性が良好である。酸化物半導体層は、スパッタ法により形成してもよい。   In the present invention, when the oxide semiconductor layer is made of a ZnO semiconductor, an Al-doped ZnO semiconductor, an InGaZnO semiconductor, an InWO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnZnO semiconductor, an InSnO semiconductor, an InZnO semiconductor, or an InTiO semiconductor, Good semiconductor characteristics such as degree. The oxide semiconductor layer may be formed by a sputtering method.

本発明において、有機絶縁層が、PVP、ポリイミド、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド及びシリコン樹脂の少なくとも1種よりなると、より高い耐電圧特性と低リーク電流を得ることができる。   In the present invention, when the organic insulating layer is made of at least one of PVP, polyimide, epoxy resin, amorphous fluorine resin, melamine resin, furan resin, xylene resin, polyamideimide, and silicon resin, higher withstand voltage characteristics and low leakage current Can be obtained.

本発明では、絶縁層を有機絶縁層としており、該有機絶縁層は低温で形成することができるため、薄膜トランジスタを低温プロセスで製造することができる。従って、基板をPET、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、PES等の様々な高分子フィルムとすることができる。これにより、薄膜トランジスタを可撓性を有するフレキシブルデバイスとすることが可能である。   In the present invention, since the insulating layer is an organic insulating layer, and the organic insulating layer can be formed at a low temperature, the thin film transistor can be manufactured by a low temperature process. Accordingly, the substrate can be made of various polymer films such as PET, polyethylene naphthalate, polyimide, and PES. Accordingly, the thin film transistor can be a flexible device having flexibility.

有機絶縁層の厚みは、100nm〜2μmであるのが好ましい。なお、有機絶縁層の厚みとは、実際に有効な厚みを意味する。具体的には、ゲート電極と半導体層の間の距離に相当する。
有機絶縁層は、酸化物半導体層側の第1有機絶縁層と、ゲート電極側の第2有機絶縁層とからなっており、第1有機絶縁層は、厚みが5nm〜200nmのアモルファスフッ素樹脂よりなり、該第2有機絶縁層は、厚みが100nm〜2μmである、アモルファスフッ素樹脂とは異なる有機絶縁材料よりなっていてもよい。この場合、第2有機絶縁層は、第1有機絶縁層よりも厚みが大きいことが好ましい。この第1有機絶縁層をアモルファスフッ素樹脂とすることにより、酸化物半導体への不純物の導入が良好に抑制される。また、第2有機絶縁層をアモルファスフッ素樹脂よりも耐電圧性能の高い有機絶縁材料とすることにより、有機絶縁層全体の耐電圧性能が向上する。
The thickness of the organic insulating layer is preferably 100 nm to 2 μm. The thickness of the organic insulating layer means a thickness that is actually effective. Specifically, this corresponds to the distance between the gate electrode and the semiconductor layer.
The organic insulating layer includes a first organic insulating layer on the oxide semiconductor layer side and a second organic insulating layer on the gate electrode side. The first organic insulating layer is made of an amorphous fluororesin having a thickness of 5 nm to 200 nm. Thus, the second organic insulating layer may be made of an organic insulating material having a thickness of 100 nm to 2 μm and different from the amorphous fluororesin. In this case, the second organic insulating layer is preferably thicker than the first organic insulating layer. By using an amorphous fluororesin for the first organic insulating layer, introduction of impurities into the oxide semiconductor is favorably suppressed. Moreover, the withstand voltage performance of the whole organic insulating layer is improved by using the second organic insulating layer as an organic insulating material having a higher withstand voltage performance than the amorphous fluororesin.

本発明において、ソース電極及びドレイン電極は、酸化物半導体の上面及び下面のいずれに位置していてもよい。   In the present invention, the source electrode and the drain electrode may be located on either the upper surface or the lower surface of the oxide semiconductor.

即ち、本発明にあっては、先ず基板上にソース電極及びドレイン電極を間隔をあけて形成し、次いで、該基板の上面のうち該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上に有機絶縁層及びゲート電極をこの順に形成してもよい。   That is, in the present invention, first, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate with a space therebetween, then, a portion between the source electrode and the drain electrode on the upper surface of the substrate, and the source electrode The oxide semiconductor layer may be formed so as to straddle the upper surface of the drain electrode and the upper surface of the drain electrode, and then the organic insulating layer and the gate electrode may be formed in this order on the oxide semiconductor layer.

また、先ず基板上に酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上にソース電極及びドレイン電極を間隔をあけて形成し、次いで、該酸化物半導体層の上面のうち該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして有機絶縁層を形成し、次いで、該有機絶縁層の上にゲート電極を形成してもよい。   In addition, an oxide semiconductor layer is first formed over a substrate, and then a source electrode and a drain electrode are formed over the oxide semiconductor layer with a space therebetween, and then the source of the top surface of the oxide semiconductor layer is the source An organic insulating layer is formed so as to straddle a portion between the electrode and the drain electrode, an upper surface of the source electrode, and an upper surface of the drain electrode, and then a gate electrode is formed on the organic insulating layer. May be.

この有機絶縁層は、有機絶縁層材料含有液を塗布し、乾燥することにより形成してもよい。これにより、厚さの大きい有機絶縁層を容易に製造することが可能である。   The organic insulating layer may be formed by applying an organic insulating layer material-containing liquid and drying. Thereby, an organic insulating layer having a large thickness can be easily manufactured.

以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の薄膜トランジスタの一例を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a thin film transistor of the present invention.

この薄膜トランジスタ10は、基板1上に半導体層4で連結されたソース電極5とドレイン電極6を有し、該半導体層4の上に絶縁層3を介してゲート電極2を有するトップゲート構造を有している。この半導体層4は酸化物半導体層よりなり、絶縁層3は有機絶縁層よりなっている。   The thin film transistor 10 has a source electrode 5 and a drain electrode 6 connected to each other by a semiconductor layer 4 on a substrate 1 and has a top gate structure having a gate electrode 2 on the semiconductor layer 4 with an insulating layer 3 interposed therebetween. is doing. The semiconductor layer 4 is made of an oxide semiconductor layer, and the insulating layer 3 is made of an organic insulating layer.

この薄膜トランジスタ10を製造するには、先ず基板1上にソース電極5及びドレイン電極6を間隔をあけて形成し、次いでこれらソース電極5、ドレイン電極6及び基板1の上に半導体層4を形成する。次いでこの半導体層4の上に絶縁層3を形成し、さらにこの絶縁層3上にゲート電極2を形成する。   In order to manufacture the thin film transistor 10, first, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed on the substrate 1 with a space therebetween, and then the semiconductor layer 4 is formed on the source electrode 5, the drain electrode 6 and the substrate 1. . Next, the insulating layer 3 is formed on the semiconductor layer 4, and the gate electrode 2 is formed on the insulating layer 3.

この基板1としては、例えば、ケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスを使用することができる。また、この薄膜トランジスタ10をフレキシブルデバイスとして適用する場合には、この基板1としては、PET、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド、PES、アクリル等の種々の合成樹脂よりなる板状基板やフィルム基板等を使用することもできる。基板1の厚さは、0.05〜10mmが一般的であり、0.2〜5mmが好ましい。   As the substrate 1, for example, glass such as alkali silicate glass, non-alkali glass, or quartz glass can be used. When the thin film transistor 10 is applied as a flexible device, the substrate 1 may be a plate substrate or a film substrate made of various synthetic resins such as PET, polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, PES, and acrylic. Can also be used. The thickness of the substrate 1 is generally 0.05 to 10 mm, and preferably 0.2 to 5 mm.

このソース電極5及びドレイン電極6としては、AZO導体、ITO導体、AlやAuなどの金属膜、PEDOT−PSSなどの導電性高分子膜などが用いられる。AZO導体である場合、原子数比Al/(Zn+Al)が0.01〜30atm%、特に0.1〜5atm%であることが好ましい。また、これらソース電極5及びドレイン電極6の比抵抗は、10−2Ω・cm以下、特に10−3Ω・cm以下であることが好ましい。これらソース電極5及びドレイン電極6の比抵抗の制御も、成膜時の酸素導入量の制御によって行うことができる。これらソース電極5及びドレイン電極6の厚みは、例えば5〜200nm程度である。また、これら電極5,6間の距離(チャネル長)は1μm〜200μm程度である。各電極5,6の奥行き(チャネル幅)は要求される電流量に依存する。 As the source electrode 5 and the drain electrode 6, an AZO conductor, an ITO conductor, a metal film such as Al or Au, a conductive polymer film such as PEDOT-PSS, or the like is used. In the case of an AZO conductor, the atomic ratio Al / (Zn + Al) is preferably 0.01 to 30 atm%, particularly preferably 0.1 to 5 atm%. The specific resistance of the source electrode 5 and the drain electrode 6 is preferably 10 −2 Ω · cm or less, particularly preferably 10 −3 Ω · cm or less. The specific resistance of the source electrode 5 and the drain electrode 6 can also be controlled by controlling the amount of oxygen introduced during film formation. The thicknesses of the source electrode 5 and the drain electrode 6 are, for example, about 5 to 200 nm. The distance between these electrodes 5 and 6 (channel length) is about 1 μm to 200 μm. The depth (channel width) of each electrode 5 and 6 depends on the required amount of current.

これらソース電極5及びドレイン電極6は、物理的気相成長法、例えばDC反応性スパッタ法やRFスパッタ法等のスパッタ法、パルスレーザー蒸着法などにより、基板1上に成膜することができる。   The source electrode 5 and the drain electrode 6 can be formed on the substrate 1 by physical vapor deposition, for example, sputtering such as DC reactive sputtering or RF sputtering, pulse laser deposition, or the like.

この半導体層4は酸化物半導体層よりなる。この半導体層4としては、ZnO半導体、AlをドープしたZnO半導体(AZO半導体)、InGaZnO半導体、InWO半導体、InWZnO半導体、InWSnO半導体、InWSnZnO半導体、InSnO半導体、InZnO半導体又はInTiO半導体、CuO半導体、NiO半導体、AlをドープしたCuO半導体等が用いられる。AZO半導体である場合、原子数比Al/(Zn+Al)は0.01〜30atm%、特に0.1〜5atm%であることが好ましい。 The semiconductor layer 4 is made of an oxide semiconductor layer. The semiconductor layer 4 includes a ZnO semiconductor, an Al-doped ZnO semiconductor (AZO semiconductor), an InGaZnO semiconductor, an InWO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnZnO semiconductor, an InSnO semiconductor, an InZnO semiconductor, an InTiO semiconductor, a Cu 2 O semiconductor, A NiO semiconductor, an Al-doped Cu 2 O semiconductor, or the like is used. In the case of an AZO semiconductor, the atomic ratio Al / (Zn + Al) is preferably 0.01 to 30 atm%, particularly preferably 0.1 to 5 atm%.

この半導体層4の比抵抗は、10−1〜10Ω・cm、特に1〜10Ω・cmであることが好ましい。比抵抗がこの範囲であると、電界効果移動度及びオン/オフ比が十分に高い値となる。この半導体層4の厚みは、例えば10nm〜100nm程度である。 The specific resistance of the semiconductor layer 4 is preferably 10 −1 to 10 7 Ω · cm, more preferably 1 to 10 5 Ω · cm. When the specific resistance is within this range, the field effect mobility and the on / off ratio are sufficiently high. The thickness of the semiconductor layer 4 is, for example, about 10 nm to 100 nm.

この半導体層4は、上記のソース電極5及びドレイン電極6と同様、各種の物理的気相成長法により、上記基板1、ソース電極5及びドレイン電極6の上に成膜することができる。   The semiconductor layer 4 can be formed on the substrate 1, the source electrode 5, and the drain electrode 6 by various physical vapor deposition methods as in the case of the source electrode 5 and the drain electrode 6.

この絶縁層3は有機絶縁層よりなる。この絶縁層3としては、PVP、ポリイミド、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド、シリコン樹脂等が好適に用いられる。   This insulating layer 3 is made of an organic insulating layer. As this insulating layer 3, PVP, polyimide, epoxy resin, amorphous fluororesin, melamine resin, furan resin, xylene resin, polyamideimide, silicon resin, or the like is preferably used.

この絶縁層3の厚みは、デバイスに依存するが、10nm〜2μm特に100nm〜2μmであることが好ましく、QR−LPD用の場合0.3μm〜1.5μmがより好ましい。10nm未満であると、ゲートリーク電流の抑制を十分に行うことができない。2μm超であると、ゲート電極2に印加するゲート電圧を過大にする必要がある。この絶縁層3の比抵抗は、1×1011Ω・cm以上、例えば1×1011〜1015Ω・cm、特に1×1013以上であることが好ましい。 The thickness of the insulating layer 3 depends on the device, but is preferably 10 nm to 2 μm, particularly preferably 100 nm to 2 μm, and more preferably 0.3 μm to 1.5 μm for QR-LPD. If it is less than 10 nm, the gate leakage current cannot be sufficiently suppressed. If it exceeds 2 μm, the gate voltage applied to the gate electrode 2 needs to be excessive. The specific resistance of the insulating layer 3 is preferably 1 × 10 11 Ω · cm or more, for example, 1 × 10 11 to 10 15 Ω · cm, particularly preferably 1 × 10 13 or more.

なお、「絶縁層3の厚み」とは、実際に有効な厚みを意味する。具体的には、ゲート電極と半導体層、もしくはソース・ドレイン電極とゲート電極との間の距離に相当する。   The “thickness of the insulating layer 3” means an actually effective thickness. Specifically, this corresponds to the distance between the gate electrode and the semiconductor layer, or between the source / drain electrode and the gate electrode.

この絶縁層3は、例えば有機絶縁層用の有機材料の含有液を半導体層4の表面に塗布して乾燥し、必要に応じて焼成することにより形成することができる。この含有液は、有機材料を溶媒に溶解した有機材料含有溶液であることが好ましい。この含有液の塗布厚を大きくすることにより、厚さの大きい絶縁層3を容易に製造することができる。   The insulating layer 3 can be formed, for example, by applying a liquid containing an organic material for an organic insulating layer to the surface of the semiconductor layer 4, drying it, and baking it as necessary. This containing liquid is preferably an organic material-containing solution obtained by dissolving an organic material in a solvent. By increasing the coating thickness of the contained liquid, the insulating layer 3 having a large thickness can be easily manufactured.

この含有液の塗布法としては、スピンコーティング、スクリーン印刷、ジェット印刷、スタンプ印刷等を用いることができる。焼成温度は80〜200℃、焼成時間は30分〜3時間程度が好ましい。このように焼成温度が低温である場合、基板1として、上記の通り合成樹脂を用いることができる。   As a method for applying the liquid, spin coating, screen printing, jet printing, stamp printing, or the like can be used. The firing temperature is preferably 80 to 200 ° C., and the firing time is preferably about 30 minutes to 3 hours. Thus, when the firing temperature is low, a synthetic resin can be used as the substrate 1 as described above.

この絶縁層3をアモルファスフッ素樹脂とする場合、アモルファスフッ素樹脂としては、酸素原子を構成群として有するパーフルオロシクロポリマーが挙げられ、具体的には市販されている旭硝子(株)社製のサイトップ(CYTOP)シリーズ(例えば、CTX−809、803M、805M、807M、809M、811M、813M。)が好適に用いられる。また、duPont製のテフロン(テフロンは登録商標)AFシリーズ(例えば、テフロンAF1600、テフロンAF2400、テフロンAF1601S等)も用いることができる。   When the insulating layer 3 is an amorphous fluororesin, the amorphous fluororesin includes a perfluorocyclopolymer having an oxygen atom as a constituent group. Specifically, Cytop manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. is commercially available. The (CYTOP) series (for example, CTX-809, 803M, 805M, 807M, 809M, 811M, 813M) is preferably used. Further, Teflon (Teflon is a registered trademark) AF series (for example, Teflon AF1600, Teflon AF2400, Teflon AF1601S, etc.) manufactured by duPont can also be used.

このアモルファスフッ素樹脂を溶解してアモルファスフッ素樹脂含有溶液とするためのフッ素系溶媒としては、旭硝子(株)社製のCT−Solv.100、CT−solv.180、duPont製のFLUORINERT、FC−75等が好適である。   As a fluorine-based solvent for dissolving the amorphous fluororesin to obtain an amorphous fluororesin-containing solution, CT-Solv. Manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. can be used. 100, CT-solv. 180, DuPont FLUORINERT, FC-75, etc. are suitable.

本発明では、このように半導体層4を形成した後に絶縁層3を形成するため、半導体層4の形成時に絶縁層3中の有機物が半導体層4中に混入することが防止される。その結果、半導体層4の半導体特性が良好に維持される。これに対し、第2図の従来例のように絶縁層3を形成した後に半導体層4をスパッタ法等により形成する場合、半導体層4の成膜時に絶縁層3中の有機物が混入し、半導体層4の半導体特性が劣化する。   In the present invention, since the insulating layer 3 is formed after the semiconductor layer 4 is formed in this way, organic substances in the insulating layer 3 are prevented from being mixed into the semiconductor layer 4 when the semiconductor layer 4 is formed. As a result, the semiconductor characteristics of the semiconductor layer 4 are maintained satisfactorily. On the other hand, when the semiconductor layer 4 is formed by sputtering or the like after the insulating layer 3 is formed as in the conventional example of FIG. 2, organic substances in the insulating layer 3 are mixed when the semiconductor layer 4 is formed. The semiconductor properties of the layer 4 are degraded.

このゲート電極2としては、ITO(インジウム錫酸化物)やAlドープZnOなどの透明導電膜、AlやAuなどの金属膜、PEDOT−PSSなどの導電性高分子膜等が用いられる。このゲート電極2の比抵抗は、例えば8×10−5〜1×10−2Ω・cm程度である。このゲート電極2の厚みは、例えば5nm〜200μm程度である。 As the gate electrode 2, a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide) or Al-doped ZnO, a metal film such as Al or Au, a conductive polymer film such as PEDOT-PSS, or the like is used. The specific resistance of the gate electrode 2 is, for example, about 8 × 10 −5 to 1 × 10 −2 Ω · cm. The thickness of the gate electrode 2 is, for example, about 5 nm to 200 μm.

このゲート電極2は、上記のソース電極5及びドレイン電極6と同様、各種の物理的気相成長法によって製造することができる。   The gate electrode 2 can be manufactured by various physical vapor deposition methods, similar to the source electrode 5 and the drain electrode 6 described above.

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。   The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、絶縁層3は、半導体層4側の第1有機絶縁層と、ゲート電極2側の第2有機絶縁層とからなっていてもよい。第1有機絶縁層は、厚みが5nm〜200nmのアモルファスフッ素樹脂よりなり、該第2有機絶縁層は、厚みが100nm〜2μmである、アモルファスフッ素樹脂とは異なる有機絶縁材料よりなっていてもよい。   For example, the insulating layer 3 may be composed of a first organic insulating layer on the semiconductor layer 4 side and a second organic insulating layer on the gate electrode 2 side. The first organic insulating layer may be made of an amorphous fluororesin having a thickness of 5 nm to 200 nm, and the second organic insulating layer may be made of an organic insulating material different from the amorphous fluororesin having a thickness of 100 nm to 2 μm. .

ここで、第1有機絶縁層をアモルファスフッ素樹脂とする場合、アモルファスフッ素樹脂のガラス転移点(Tg)が低いので、半導体層4上に第1有機絶縁層を低温にて形成することができ、その結果、半導体層4への不純物の導入が良好に抑制される。   Here, when the first organic insulating layer is an amorphous fluororesin, since the glass transition point (Tg) of the amorphous fluororesin is low, the first organic insulating layer can be formed on the semiconductor layer 4 at a low temperature, As a result, introduction of impurities into the semiconductor layer 4 is satisfactorily suppressed.

また、このようにアモルファスフッ素樹脂のガラス転移点(Tg)が低いので、その上にゲート電極を直接に形成する場合には、加熱によって該アモルファスフッ素樹脂の表面に凹凸が生じ、ゲート電極が曲がって割れてしまうことを回避するべく、加熱処理の条件を詳細に設定する必要がある。これに対し、アモルファスフッ素樹脂よりなる第1有機絶縁層の上に、アモルファスフッ素樹脂よりも耐熱性の高い有機絶縁層を形成し、その上にゲート電極を形成することにより、容易にゲート電極を形成することができる。   In addition, since the glass transition point (Tg) of the amorphous fluororesin is low as described above, when the gate electrode is formed directly on the amorphous fluororesin, the surface of the amorphous fluororesin is uneven by heating, and the gate electrode is bent. In order to avoid cracking, it is necessary to set the heat treatment conditions in detail. On the other hand, by forming an organic insulating layer having higher heat resistance than the amorphous fluororesin on the first organic insulating layer made of amorphous fluororesin and forming a gate electrode thereon, the gate electrode can be easily formed. Can be formed.

さらに、第2有機絶縁層をアモルファスフッ素樹脂よりも耐電圧性能の高い有機絶縁材料とすることにより、絶縁層3全体の耐電圧性能を向上させることも可能である。なお、第2有機絶縁層の厚みを第1有機絶縁層よりも大きくすると、絶縁層3全体の耐電圧性能をより向上させることができる。   Furthermore, the withstand voltage performance of the entire insulating layer 3 can be improved by making the second organic insulating layer an organic insulating material having a higher withstand voltage performance than that of the amorphous fluororesin. If the thickness of the second organic insulating layer is made larger than that of the first organic insulating layer, the withstand voltage performance of the entire insulating layer 3 can be further improved.

第1図では、ソース電極5及びドレイン電極6は基板1の上面に配置されているが、これらソース電極5及びドレイン電極6は、半導体層4の上面に配置されていてもよい。   In FIG. 1, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are disposed on the upper surface of the substrate 1, but the source electrode 5 and the drain electrode 6 may be disposed on the upper surface of the semiconductor layer 4.

以下、実施例、比較例及び試験例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, a comparative example, and a test example, this invention is not limited to an Example.

試験例1
第3図に示す構造の積層体を、以下の条件で作製した。なお、この積層体の各層の材質を表1に示す。
Test example 1
A laminate having the structure shown in FIG. 3 was produced under the following conditions. Table 1 shows the material of each layer of the laminate.

基板11として、corning社製1737無アルカリガラス(縦50mm×横80mm×厚み1.0mm)を用いた。   As the substrate 11, 1737 alkali-free glass (length 50 mm × width 80 mm × thickness 1.0 mm) manufactured by Corning was used.

この基板11上に、無加熱スパッタ法によって厚さ40nmのZnO半導体よりなる酸化物半導体層12を形成した。無加熱スパッタ法のスパッタ条件は、以下の通りとした。   An oxide semiconductor layer 12 made of a ZnO semiconductor having a thickness of 40 nm was formed on the substrate 11 by non-thermal sputtering. The sputtering conditions of the non-heat sputtering method were as follows.

ターゲット:75mmφ金属亜鉛ターゲット
成膜時の圧力:0.5Pa
印加電圧:DC150W
成膜時のガス流量:Ar/O=96/4.0sccm
成膜時間:10分
Target: 75 mmφ metal zinc target Pressure during film formation: 0.5 Pa
Applied voltage: DC150W
Gas flow rate during film formation: Ar / O 2 = 96 / 4.0 sccm
Deposition time: 10 minutes

試験例2
第4図に示す構造の積層体を、以下の条件で作製した。なお、この積層体の各層の材質を表1に示す。
Test example 2
A laminate having the structure shown in FIG. 4 was produced under the following conditions. Table 1 shows the material of each layer of the laminate.

試験例1と同様の基板11上に、アモルファスフッ素含有溶液を1900rpmの条件で90秒間スピンコートした後、120℃で1時間焼成して、厚さ0.54μmのアモルファスフッ素樹脂よりなる有機絶縁層13を形成した。   An amorphous fluorine-containing solution is spin-coated for 90 seconds at 1900 rpm on the same substrate 11 as in Test Example 1, and then baked at 120 ° C. for 1 hour to form an organic insulating layer made of an amorphous fluorine resin having a thickness of 0.54 μm. 13 was formed.

なお、アモルファスフッ素含有溶液としては、アモルファスフッ素樹脂(旭硝子(株)社製「サイトップCTX−807M」)と溶媒(旭硝子(株)社製「CT−Solv.180」)を80:20(wt%)で混合したものを用いた。   As the amorphous fluorine-containing solution, an amorphous fluororesin (“Cytop CTX-807M” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) and a solvent (“CT-Solv. 180” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) are used at 80:20 (wt). %) Was used.

この有機絶縁層13上に、試験例1と同様のスパッタ条件で、厚さ40nmのZnO半導体よりなる酸化物半導体層12を形成した。   An oxide semiconductor layer 12 made of a ZnO semiconductor having a thickness of 40 nm was formed on the organic insulating layer 13 under the same sputtering conditions as in Test Example 1.

試験例3
第4図に示す構造の積層体を、以下の条件で作製した。なお、この積層体の各層の材質を表1に示す。
Test example 3
A laminate having the structure shown in FIG. 4 was produced under the following conditions. Table 1 shows the material of each layer of the laminate.

試験例1と同様のガラス基板11上に、ポリイミド樹脂(京セラケミカル社製「ケミタイト」)を1900rpmの条件で180秒間スピンコートし、その後200℃で1時間焼成し、厚さ0.78μmの有機絶縁層13を形成した。次いで、試験例1と同一条件にてZnO半導体よりなる酸化物半導体層12を形成した。   On the same glass substrate 11 as in Test Example 1, a polyimide resin (“Kemitite” manufactured by Kyocera Chemical Co., Ltd.) was spin-coated at 1900 rpm for 180 seconds, then baked at 200 ° C. for 1 hour, and a 0.78 μm thick organic An insulating layer 13 was formed. Next, an oxide semiconductor layer 12 made of a ZnO semiconductor was formed under the same conditions as in Test Example 1.

試験例4
第4図に示す構造の積層体を、以下の条件で作製した。なお、この積層体の各層の材質を表1に示す。
Test example 4
A laminate having the structure shown in FIG. 4 was produced under the following conditions. Table 1 shows the material of each layer of the laminate.

試験例1と同様のガラス基板11上に、アクリル樹脂(三菱レイヨン社製「アクリライト」)をスクリーン印刷法で塗布し、UV光を照射して硬化させ、0.89μmの有機絶縁層13を形成した。次いで、試験例1と同一条件にてZnO半導体よりなる酸化物半導体層12を形成した。   An acrylic resin (“Acrylite” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) is applied on the same glass substrate 11 as in Test Example 1 by screen printing, cured by irradiating UV light, and a 0.89 μm organic insulating layer 13 is formed. Formed. Next, an oxide semiconductor layer 12 made of a ZnO semiconductor was formed under the same conditions as in Test Example 1.

試験例5〜7
酸化物半導体層12及び有機絶縁層13を製造する順序を逆にしたこと以外はそれぞれ試験例2〜4と同様にして、試験例5〜7の積層体を作製した。これら試験例5〜7の積層体の構造及び材質を第5図及び表1に示す。
Test Examples 5-7
The laminated bodies of Test Examples 5 to 7 were manufactured in the same manner as Test Examples 2 to 4, respectively, except that the order of manufacturing the oxide semiconductor layer 12 and the organic insulating layer 13 was reversed. The structures and materials of the laminates of these test examples 5 to 7 are shown in FIG.

試験例8〜14
酸化物半導体層12をInGaZnO半導体としたこと以外はそれぞれ試験例1〜7と同様にして、試験例8〜14の積層体を作製した。試験例8〜14の材質を表2に示す。
Test Examples 8-14
The laminated bodies of Test Examples 8 to 14 were manufactured in the same manner as Test Examples 1 to 7, respectively, except that the oxide semiconductor layer 12 was an InGaZnO semiconductor. Table 2 shows the materials of Test Examples 8 to 14.

なお、このInGaZnO半導体よりなる酸化物半導体層12は、無加熱スパッタ法によって以下のスパッタ条件で成膜した。   The oxide semiconductor layer 12 made of this InGaZnO semiconductor was formed under the following sputtering conditions by a non-thermal sputtering method.

ターゲット:75mmφInGaZnO焼結体ターゲット
(In:Ga:Zn=1:1:1(atm比))
成膜時の圧力:0.5Pa
印加電圧:DC150W
成膜時のガス流量:Ar/O=98/2.0sccm
成膜時間:5分
膜厚:35nm
Target: 75 mmφ InGaZnO sintered body target
(In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (atm ratio))
Pressure during film formation: 0.5 Pa
Applied voltage: DC150W
Gas flow rate during film formation: Ar / O 2 = 98 / 2.0 sccm
Deposition time: 5 minutes
Film thickness: 35nm

試験例15〜21
酸化物半導体層12をInWO半導体としたこと以外はそれぞれ試験例1〜7と同様にして、試験例15〜21の積層体を作製した。試験例15〜21の材質を表3に示す。
Test Examples 15-21
The laminated bodies of Test Examples 15 to 21 were manufactured in the same manner as Test Examples 1 to 7, respectively, except that the oxide semiconductor layer 12 was an InWO semiconductor. Table 3 shows the materials of Test Examples 15 to 21.

なお、このInWO半導体よりなる酸化物半導体層12は、無加熱スパッタ法によって以下のスパッタ条件で成膜した。   Note that the oxide semiconductor layer 12 made of this InWO semiconductor was formed under the following sputtering conditions by a non-heated sputtering method.

ターゲット:75mmφInWZnO焼結体ターゲット
(W=5wt%、Zn=0.5wt%)
成膜時の圧力:0.5Pa
印加電圧:DC150W
成膜時のガス流量:Ar/O=94/6.0sccm
成膜時間:5分
膜厚:30nm
Target: 75 mmφ InWZnO sintered body target
(W = 5wt%, Zn = 0.5wt%)
Pressure during film formation: 0.5 Pa
Applied voltage: DC150W
Gas flow rate during film formation: Ar / O 2 = 94 / 6.0 sccm
Deposition time: 5 minutes
Film thickness: 30nm

Figure 2010118445
Figure 2010118445

Figure 2010118445
Figure 2010118445

Figure 2010118445
Figure 2010118445

<シート抵抗の測定>
上記試験例1〜21の各試料を30mm×70mmの大きさにしたものについて、三菱化学社製「Hirester−UP」を用いてシート抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Measurement of sheet resistance>
About what made each sample of the said test examples 1-21 into the magnitude | size of 30 mm x 70 mm, sheet resistance was measured using Mitsubishi Chemical Corporation "Hirester-UP". The results are shown in Table 1.

第3図の構造の試料(試験例1,8,15)の抵抗率が、酸化物半導体層の本来の抵抗率と考えられる。   The resistivity of the sample having the structure shown in FIG. 3 (Test Examples 1, 8, and 15) is considered to be the original resistivity of the oxide semiconductor layer.

第4図の構造の試料(試験例2〜4、9〜11、16〜18)は、第3図の構造の試料(試験例1,8,15)と比べて抵抗率が小さいことが確認された。特に、有機絶縁層13がポリイミド樹脂及びアクリル樹脂である試料を比較したところ、第4図の構造の試料(試験例3,4,10,11,17,18)は、第3図の構造の試料(試験例1,8,15)と比べて抵抗率が大幅に小さかった。   It is confirmed that the samples having the structure shown in FIG. 4 (Test Examples 2 to 4, 9 to 11, and 16 to 18) have a lower resistivity than the samples having the structure shown in FIG. 3 (Test Examples 1, 8, and 15). It was done. In particular, when the samples in which the organic insulating layer 13 is a polyimide resin and an acrylic resin are compared, the samples having the structure shown in FIG. 4 (Test Examples 3, 4, 10, 11, 17, and 18) have the structure shown in FIG. The resistivity was significantly smaller than that of the samples (Test Examples 1, 8, and 15).

これに対し、第5図の構造の試料(試験例5〜7、12〜14、19〜21)は、第3図の構造の試料(試験例1,8,15)と比べて抵抗率の差が非常に小さいことが確認された。   On the other hand, the samples having the structure of FIG. 5 (Test Examples 5 to 7, 12 to 14, and 19 to 21) have a resistivity higher than those of the samples having the structure of FIG. 3 (Test Examples 1, 8, and 15). It was confirmed that the difference was very small.

比較例1
第2図の構造を有する薄膜トランジスタを以下の手順で作製した。
Comparative Example 1
A thin film transistor having the structure of FIG. 2 was produced by the following procedure.

基板1の上に無加熱スパッタ法によってITO製のゲート電極2を形成した後、アモルファスフッ素樹脂製の絶縁層3及びZnO製の半導体層4をこの順に成膜し、この半導体層4の上に無加熱スパッタ法によってITO製のソース電極5及びドレイン電極6を形成して薄膜トランジスタとした。   After forming the gate electrode 2 made of ITO on the substrate 1 by the non-heat sputtering method, an insulating layer 3 made of amorphous fluororesin and a semiconductor layer 4 made of ZnO are formed in this order, and on the semiconductor layer 4 A source electrode 5 and a drain electrode 6 made of ITO were formed by a non-heated sputtering method to obtain a thin film transistor.

なお、絶縁層3及び半導体層4の成膜条件は、試験例2の有機絶縁層13及び酸化物半導体層12の成膜条件と同様とした。   The film formation conditions for the insulating layer 3 and the semiconductor layer 4 were the same as the film formation conditions for the organic insulating layer 13 and the oxide semiconductor layer 12 of Test Example 2.

また、ゲート電極2、ソース電極5及びドレイン電極6のスパッタ条件は以下の通りとした。   The sputtering conditions for the gate electrode 2, the source electrode 5, and the drain electrode 6 were as follows.

ターゲット:75mmφITOターゲット(In:Sn(質量比)=90:10)
成膜時の圧力:0.5Pa
印加電圧:DC150W
成膜時のガス流量:Ar/O=99/1.0sccm
成膜時間:3分
膜厚:40nm
Target: 75 mmφ ITO target (In: Sn (mass ratio) = 90: 10)
Pressure during film formation: 0.5 Pa
Applied voltage: DC150W
Gas flow rate during film formation: Ar / O 2 = 99 / 1.0sccm
Deposition time: 3 minutes
Film thickness: 40nm

ソース電極5及びドレイン電極6の成膜に際してはシャドーマスクを用い、チャネル長(ソース電極とドレイン電極の間隔)を0.1mm、チャネル幅(ソース電極及びドレイン電極の奥行き)を6.4mmとした。   When forming the source electrode 5 and the drain electrode 6, a shadow mask was used, the channel length (the distance between the source electrode and the drain electrode) was set to 0.1 mm, and the channel width (the depth of the source electrode and the drain electrode) was set to 6.4 mm. .

比較例2,3
絶縁層3をそれぞれポリイミド樹脂(比較例2)及びアクリル樹脂(比較例3)としたこと以外は比較例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
Comparative Examples 2 and 3
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the insulating layer 3 was made of polyimide resin (Comparative Example 2) and acrylic resin (Comparative Example 3), respectively.

なお、比較例2及び3において、これら絶縁層3の成膜条件は、それぞれ試験例3及び4の有機絶縁層13の成膜条件と同様とした。   In Comparative Examples 2 and 3, the film formation conditions of the insulating layer 3 were the same as the film formation conditions of the organic insulating layer 13 in Test Examples 3 and 4, respectively.

実施例1
第1図の構造を有する薄膜トランジスタを以下の手順で作製した。
Example 1
A thin film transistor having the structure shown in FIG. 1 was prepared by the following procedure.

基板1の上に無加熱スパッタ法によってITO製のソース電極5及びドレイン電極6を形成した後、ZnO製の半導体層4及びアモルファスフッ素樹脂製の絶縁層3をこの順に成膜し、この絶縁層3の上に無加熱スパッタ法によってITO製のゲート電極2を形成して薄膜トランジスタとした。   After the ITO source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed on the substrate 1 by a non-thermal sputtering method, a ZnO semiconductor layer 4 and an amorphous fluororesin insulating layer 3 are formed in this order, and this insulating layer A gate electrode 2 made of ITO was formed on the substrate 3 by a non-heat sputtering method to obtain a thin film transistor.

なお、絶縁層3及び半導体層4の成膜条件は、試験例2の有機絶縁層13及び酸化物半導体層12の成膜条件と同様とした。   The film formation conditions for the insulating layer 3 and the semiconductor layer 4 were the same as the film formation conditions for the organic insulating layer 13 and the oxide semiconductor layer 12 of Test Example 2.

ゲート電極2、ソース電極5及びドレイン電極6のスパッタ条件は比較例1と同様とした。   The sputtering conditions for the gate electrode 2, the source electrode 5, and the drain electrode 6 were the same as in Comparative Example 1.

実施例2,3
絶縁層3をそれぞれポリイミド樹脂(実施例2)及びアクリル樹脂(実施例3)としたこと以外は実施例1と同様にして薄膜トランジスタを作製した。
Examples 2 and 3
A thin film transistor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the insulating layer 3 was made of polyimide resin (Example 2) and acrylic resin (Example 3), respectively.

なお、実施例2及び3において、これら絶縁層3の成膜条件は、それぞれ試験例3及び4の有機絶縁層13の成膜条件と同様とした。   In Examples 2 and 3, the conditions for forming these insulating layers 3 were the same as the conditions for forming the organic insulating layer 13 in Test Examples 3 and 4, respectively.

比較例4〜6及び実施例4〜6
半導体層4をInGaZnO半導体としたこと以外はそれぞれ比較例1〜3及び実施例1〜3と同様にして、比較例4〜6及び実施例4〜6の薄膜トランジスタを作製した。
Comparative Examples 4-6 and Examples 4-6
Thin film transistors of Comparative Examples 4 to 6 and Examples 4 to 6 were produced in the same manner as Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3, respectively, except that the semiconductor layer 4 was an InGaZnO semiconductor.

このInGaZnO製の半導体層4の成膜条件は、試験例9の酸化物半導体層12の成膜条件と同様とした。   The deposition conditions for the InGaZnO semiconductor layer 4 were the same as the deposition conditions for the oxide semiconductor layer 12 of Test Example 9.

比較例7〜9及び実施例7〜9
半導体層4をInWO半導体としたこと以外はそれぞれ比較例1〜3及び実施例1〜3と同様にして、比較例7〜9及び実施例7〜9の薄膜トランジスタを作製した。
Comparative Examples 7-9 and Examples 7-9
Thin film transistors of Comparative Examples 7 to 9 and Examples 7 to 9 were produced in the same manner as Comparative Examples 1 to 3 and Examples 1 to 3, respectively, except that the semiconductor layer 4 was an InWO semiconductor.

このInWO製の半導体層4の成膜条件は、試験例16の酸化物半導体層12の成膜条件と同様とした。   The deposition conditions for the InWO semiconductor layer 4 were the same as the deposition conditions for the oxide semiconductor layer 12 of Test Example 16.

各実施例及び比較例の薄膜トランジスタの構造及び材質の概要を表4〜表6に示す。   Tables 4 to 6 show an outline of the structures and materials of the thin film transistors of the examples and comparative examples.

Figure 2010118445
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Figure 2010118445
Figure 2010118445

Figure 2010118445
Figure 2010118445

<トランジスタ特性の測定>
トランジスタ特性として、ドレイン電圧が70Vのときにおけるドレイン電流のゲート電圧依存性を測定した。測定装置として、Agilent社製半導体パレメーターアナライザー「4155C」を用いた。
<Measurement of transistor characteristics>
As transistor characteristics, the gate voltage dependence of the drain current when the drain voltage was 70V was measured. As a measuring apparatus, Agilent's semiconductor parameter analyzer “4155C” was used.

比較例1〜3及び実施例1〜3、比較例4〜6及び実施例4〜6、比較例7〜9及び実施例7〜9の測定結果を、それぞれ図6,7,8に示す。   The measurement results of Comparative Examples 1-3 and Examples 1-3, Comparative Examples 4-6, Examples 4-6, Comparative Examples 7-9, and Examples 7-9 are shown in FIGS.

第6〜8図から明らかな通り、ボトムゲート構造(第2図の構造)の薄膜トランジスタ(比較例1〜9)のうち、絶縁層3がポリイミド樹脂(比較例2,5,8)及びアクリル樹脂(比較例3,6,9)であるものは、トランジスタ特性を有しないことが確認された。即ち、ゲート電圧による変調が起こらずに常にオン状態になった。   As is apparent from FIGS. 6 to 8, among the thin film transistors (Comparative Examples 1 to 9) having a bottom gate structure (the structure of FIG. 2), the insulating layer 3 is made of polyimide resin (Comparative Examples 2, 5, and 8) and acrylic resin. It was confirmed that those of (Comparative Examples 3, 6, 9) did not have transistor characteristics. That is, it was always turned on without modulation by the gate voltage.

これに対し、トップゲート構造(第1図の構造)を有する総ての実施例(実施例1〜9)の薄膜トランジスタは、良好なトランジスタ特性を有することが確認された。即ち、ゲート電圧の変化によってチャネルが変調され、オフ状態からオン状態への明瞭な変化が確認された。   On the other hand, it was confirmed that the thin film transistors of all Examples (Examples 1 to 9) having a top gate structure (structure of FIG. 1) have good transistor characteristics. That is, the channel was modulated by the change in the gate voltage, and a clear change from the off state to the on state was confirmed.

実施の形態に係る薄膜トランジスタの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 従来例の薄膜トランジスタの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the thin-film transistor of a prior art example. 試験例1の試料の模式的な断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a sample of Test Example 1. FIG. 試験例2〜4の試料の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the sample of Test Examples 2-4. 試験例5〜7の試料の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the sample of Test Examples 5-7. 薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transistor characteristic of a thin-film transistor. 薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transistor characteristic of a thin-film transistor. 薄膜トランジスタのトランジスタ特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transistor characteristic of a thin-film transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 ゲート電極
3 絶縁層
4 半導体層
5 ソース電極
6 ドレイン電極
10,10A 薄膜トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 Insulating layer 4 Semiconductor layer 5 Source electrode 6 Drain electrode 10, 10A Thin film transistor

Claims (11)

基板上に半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有し、該半導体層の上に絶縁層を介してゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、
該半導体層が酸化物半導体層であり、該絶縁層が有機絶縁層であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A thin film transistor having a source electrode and a drain electrode connected by a semiconductor layer on a substrate, and having a gate electrode on the semiconductor layer through an insulating layer,
A thin film transistor, wherein the semiconductor layer is an oxide semiconductor layer, and the insulating layer is an organic insulating layer.
請求項1において、該酸化物半導体層が、ZnO半導体、AlをドープしたZnO半導体、InGaZnO半導体、InWO半導体、InWZnO半導体、InWSnO半導体、InWSnZnO半導体、InSnO半導体、InZnO半導体又はInTiO半導体よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。   2. The oxide semiconductor layer according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is made of a ZnO semiconductor, an Al-doped ZnO semiconductor, an InGaZnO semiconductor, an InWO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnO semiconductor, an InWSnZnO semiconductor, an InSnO semiconductor, an InZnO semiconductor, or an InTiO semiconductor. A thin film transistor. 請求項1又は2において、該有機絶縁層が、PVP、ポリイミド、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド及びシリコン樹脂の少なくとも1種よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。   3. The thin film transistor according to claim 1, wherein the organic insulating layer is made of at least one of PVP, polyimide, epoxy resin, amorphous fluororesin, melamine resin, furan resin, xylene resin, polyamideimide, and silicon resin. . 請求項1ないし3のいずれか1項において、該基板が、PET、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド及びPESの少なくとも1種よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。   4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the substrate is made of at least one of PET, polyethylene naphthalate, polyimide, and PES. 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記有機絶縁層の厚みが100nm〜2μmであることを特徴とする薄膜トランジスタ。   5. The thin film transistor according to claim 1, wherein the organic insulating layer has a thickness of 100 nm to 2 μm. 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記有機絶縁層は、前記酸化物半導体層側の第1有機絶縁層と、前記ゲート電極側の第2有機絶縁層とからなっており、
該第1有機絶縁層は、厚みが5nm〜200nmのアモルファスフッ素樹脂よりなり、
該第2有機絶縁層は、厚みが100nm〜2μmである、アモルファスフッ素樹脂とは異なる有機絶縁材料よりなることを特徴とする薄膜トランジスタ。
5. The organic insulating layer according to claim 1, wherein the organic insulating layer includes a first organic insulating layer on the oxide semiconductor layer side and a second organic insulating layer on the gate electrode side,
The first organic insulating layer is made of an amorphous fluororesin having a thickness of 5 nm to 200 nm,
The thin film transistor, wherein the second organic insulating layer is made of an organic insulating material having a thickness of 100 nm to 2 μm and different from the amorphous fluororesin.
請求項1ないし6のいずれか1項の薄膜トランジスタを製造する方法であって、
該基板上に該ソース電極、該ドレイン電極及び該酸化物半導体層を形成し、次いで、該酸化物半導体層の上に該有機絶縁層及び該ゲート電極をこの順に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。
A method for producing the thin film transistor according to claim 1, comprising:
A thin film transistor comprising: forming the source electrode, the drain electrode, and the oxide semiconductor layer on the substrate; and then forming the organic insulating layer and the gate electrode in this order on the oxide semiconductor layer. Manufacturing method.
請求項7において、前記基板上に前記ソース電極及び前記ドレイン電極を間隔をあけて形成し、
次いで、該基板の上面のうち少なくとも該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして前記酸化物半導体層を形成し、
次いで、該酸化物半導体層の上に該有機絶縁層及び該ゲート電極をこの順に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。
In claim 7, the source electrode and the drain electrode are formed on the substrate at an interval,
Next, the oxide semiconductor layer is formed so as to straddle at least a portion of the upper surface of the substrate between the source electrode and the drain electrode, the upper surface of the source electrode, and the upper surface of the drain electrode,
Next, the organic insulating layer and the gate electrode are formed in this order over the oxide semiconductor layer.
請求項7において、前記基板上に前記酸化物半導体層を形成し、
次いで、該酸化物半導体層の上に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を間隔をあけて形成し、
次いで、該酸化物半導体層の上面のうち少なくとも該ソース電極及び該ドレイン電極の間の部分と、該ソース電極の上面と、該ドレイン電極の上面とに跨るようにして前記有機絶縁層を形成し、
次いで、該有機絶縁層の上に前記ゲート電極を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。
The oxide semiconductor layer is formed over the substrate according to claim 7,
Next, the source electrode and the drain electrode are formed on the oxide semiconductor layer with a gap therebetween,
Next, the organic insulating layer is formed so as to straddle at least a portion of the upper surface of the oxide semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode, the upper surface of the source electrode, and the upper surface of the drain electrode. ,
Next, the gate electrode is formed on the organic insulating layer.
請求項7ないし9のいずれか1項において、該酸化物半導体層をスパッタ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。   10. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 7, wherein the oxide semiconductor layer is formed by a sputtering method. 請求項7ないし10のいずれか1項において、有機絶縁層材料含有液を塗布し、乾燥することにより該有機絶縁層を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。   11. The method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 7 to 10, wherein the organic insulating layer is formed by applying an organic insulating layer material-containing liquid and drying.
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JP2013012610A (en) * 2011-06-29 2013-01-17 Dainippon Printing Co Ltd Thin film transistor and manufacturing method of the same
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JP2018139292A (en) * 2011-04-17 2018-09-06 ストラタシス リミテッド System and method for laminating shaped article
JP2019114609A (en) * 2017-12-21 2019-07-11 日本放送協会 Thin film transistor and method of manufacturing the same

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