JP2000269515A - 低温薄膜トランジスタの作製方法およびトランジスタ・デバイス - Google Patents
低温薄膜トランジスタの作製方法およびトランジスタ・デバイスInfo
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
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- H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デバイス構造に、無機混合酸化物のゲート絶
縁体と接触する有機半導体層を使用することにより、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）・デバイスに使用できる物質
とプロセスの範囲を広げること。 【解決手段】 作製方法は、半導体層の物質として有機
半導体物質を用意するステップと、ゲート絶縁層の物質
として無機酸化物を用意するステップと、スパッタリン
グ、スピニング、蒸着、レーザ・アブレーションのグル
ープから選択されるプロセスにより、基板温度約２５℃
乃至１５０℃で、半導体層とゲート絶縁層のいずれか一
方を他方に被着するステップとを含む。
縁体と接触する有機半導体層を使用することにより、薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）・デバイスに使用できる物質
とプロセスの範囲を広げること。 【解決手段】 作製方法は、半導体層の物質として有機
半導体物質を用意するステップと、ゲート絶縁層の物質
として無機酸化物を用意するステップと、スパッタリン
グ、スピニング、蒸着、レーザ・アブレーションのグル
ープから選択されるプロセスにより、基板温度約２５℃
乃至１５０℃で、半導体層とゲート絶縁層のいずれか一
方を他方に被着するステップとを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜電界効果トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）に関して、特に薄膜ＴＦＴデバイス
の構造と、１５０℃のオーダ以下の低温での薄膜ＴＦＴ
デバイスの処理に関する。
ンジスタ（ＴＦＴ）に関して、特に薄膜ＴＦＴデバイス
の構造と、１５０℃のオーダ以下の低温での薄膜ＴＦＴ
デバイスの処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の技術では、フラット・パネル・デ
ィスプレイ用途で有益な薄膜電界効果トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）は、一面では、分離したソースとドレーンの電極
によって、別の面ではチャネルに対して中央の位置を占
める絶縁ゲート電極によってチャネルが定義される半導
体層を伴う。通常、ＴＦＴデバイスの構造は、基板上の
層を精密に制御する連続被着操作により作製される。Ｔ
ＦＴに求められる電気特性として、低電圧動作、チャネ
ルでの高いキャリア移動度及び飽和領域の前に急峻な勾
配を含む電流／電圧出力特性がある。
ィスプレイ用途で有益な薄膜電界効果トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）は、一面では、分離したソースとドレーンの電極
によって、別の面ではチャネルに対して中央の位置を占
める絶縁ゲート電極によってチャネルが定義される半導
体層を伴う。通常、ＴＦＴデバイスの構造は、基板上の
層を精密に制御する連続被着操作により作製される。Ｔ
ＦＴに求められる電気特性として、低電圧動作、チャネ
ルでの高いキャリア移動度及び飽和領域の前に急峻な勾
配を含む電流／電圧出力特性がある。
【０００３】通常、現行のＴＦＴデバイスは、アモルフ
ァス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を半導体として、酸化
シリコンや窒化シリコンをゲート絶縁体として使用す
る。半導体としてのアモルファス・シリコンの代用とし
て、半導体の性質を示す有機化合物を使用することも検
討されている。
ァス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を半導体として、酸化
シリコンや窒化シリコンをゲート絶縁体として使用す
る。半導体としてのアモルファス・シリコンの代用とし
て、半導体の性質を示す有機化合物を使用することも検
討されている。
【０００４】技術発展の中、素子の密度と応答性を高め
る必要がこれまで以上に切迫したものになっているほ
か、透明な基板の軽量化、機械的柔軟性、耐衝撃性に対
する要求も出てきている。全ての制約を満たすことはま
すます困難になっている。ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴデバイ
スをベースにしたアクティブ・マトリックス型液晶ディ
スプレイ（ＡＭＬＣＤ）を作製する数々の材料と処理方
式は、温度が３５０℃を超えるため、他の場合には有用
な多くの基板物質が使用できなくなる。ＴＦＴデバイス
向けの幅広い物質やプロセスに対するニーズが、特に表
示用の厳格な基準を背景にして増加している。特に好ま
しいのは、ＡＭＬＣＤ用の透明プラスチック基板である
が、これは１５０℃乃至２００℃を超える温度には耐え
ない。
る必要がこれまで以上に切迫したものになっているほ
か、透明な基板の軽量化、機械的柔軟性、耐衝撃性に対
する要求も出てきている。全ての制約を満たすことはま
すます困難になっている。ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴデバイ
スをベースにしたアクティブ・マトリックス型液晶ディ
スプレイ（ＡＭＬＣＤ）を作製する数々の材料と処理方
式は、温度が３５０℃を超えるため、他の場合には有用
な多くの基板物質が使用できなくなる。ＴＦＴデバイス
向けの幅広い物質やプロセスに対するニーズが、特に表
示用の厳格な基準を背景にして増加している。特に好ま
しいのは、ＡＭＬＣＤ用の透明プラスチック基板である
が、これは１５０℃乃至２００℃を超える温度には耐え
ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、デバイス構
造に、無機混合酸化物のゲート絶縁体と接触する有機半
導体層を使用することにより、ＴＦＴデバイスに使用で
きる物質とプロセスの範囲を広げるものである。
造に、無機混合酸化物のゲート絶縁体と接触する有機半
導体層を使用することにより、ＴＦＴデバイスに使用で
きる物質とプロセスの範囲を広げるものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、室温程度から
約１５０℃までの温度範囲で適用される処理方式を伴う
デバイス構造に、無機混合酸化物のゲート絶縁体に接触
する有機半導体層を使用することにより、ＴＦＴデバイ
スに使用できる物質とプロセスの範囲を広げるものであ
る。
約１５０℃までの温度範囲で適用される処理方式を伴う
デバイス構造に、無機混合酸化物のゲート絶縁体に接触
する有機半導体層を使用することにより、ＴＦＴデバイ
スに使用できる物質とプロセスの範囲を広げるものであ
る。
【０００７】本発明のＴＦＴは、スパッタリング、スピ
ニング、蒸着、レーザ・アブレーションのうち少なくと
も１つの手法を採用し、透明なポリカーボネート基板に
形成されたＢＺＴ（barium zirconate titanate）のゲ
ート絶縁層にペンタセン半導体層が接触する。
ニング、蒸着、レーザ・アブレーションのうち少なくと
も１つの手法を採用し、透明なポリカーボネート基板に
形成されたＢＺＴ（barium zirconate titanate）のゲ
ート絶縁層にペンタセン半導体層が接触する。
【０００８】
【発明の実施の形態】従来技術の図１を参照する。ＴＦ
Ｔデバイスは絶縁基板１により支持され、半導体領域２
の電界効果チャネル３により、半導体領域２の１面にソ
ース４とドレーン５が定義・隔離され、半導体領域２の
別の面で、絶縁体７によってゲート電極６がチャネル３
から分離され、チャネル３に対して中央に位置付けられ
る。デバイスには高度な電気特性が要求されるため、デ
バイス作製時に各層及び処理パラメータに関係する物質
と寸法に厳しい条件が課される。現行デバイスの多く
は、半導体２としてアモルファス・シリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）を、ゲート絶縁体７としてＳｉＯ、ＳｉＮ等の
従来の誘電物質を使用する。基板１は通常はガラスであ
る。使用される物質とそれらに必要な処理では、デバイ
スの作製時に、数１００℃の範囲の温度が必要になる。
Ｔデバイスは絶縁基板１により支持され、半導体領域２
の電界効果チャネル３により、半導体領域２の１面にソ
ース４とドレーン５が定義・隔離され、半導体領域２の
別の面で、絶縁体７によってゲート電極６がチャネル３
から分離され、チャネル３に対して中央に位置付けられ
る。デバイスには高度な電気特性が要求されるため、デ
バイス作製時に各層及び処理パラメータに関係する物質
と寸法に厳しい条件が課される。現行デバイスの多く
は、半導体２としてアモルファス・シリコン（ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ）を、ゲート絶縁体７としてＳｉＯ、ＳｉＮ等の
従来の誘電物質を使用する。基板１は通常はガラスであ
る。使用される物質とそれらに必要な処理では、デバイ
スの作製時に、数１００℃の範囲の温度が必要になる。
【０００９】技術が進むと、性能の向上につれて制約が
増えるほか、機械的柔軟性、耐衝撃性、軽量化等の物理
特性をデバイスに作り込むことが求められるようにな
り、これはまた、物質の選択、半導体２、ゲート絶縁体
７、基板１の寸法と処理にも影響を与えることがある。
増えるほか、機械的柔軟性、耐衝撃性、軽量化等の物理
特性をデバイスに作り込むことが求められるようにな
り、これはまた、物質の選択、半導体２、ゲート絶縁体
７、基板１の寸法と処理にも影響を与えることがある。
【００１０】本発明により、有機半導体を、約２５℃乃
至約１５０℃の範囲の室温に近いプロセスで処理した、
誘電定数が１５以上の無機酸化物ゲート絶縁体７と組み
合わせることで、チャネル３のＴＦＴキャリア移動度が
許容できるデバイスが作製できる。更に、室温に近いこ
のプロセスでは、使用できる素材の範囲を広げ、基板１
にポリカーボネート膜等の薄く透明なプラスチックも追
加することができる。室温に近いプロセスは、被着及び
その後のアニール型ステップで、温度が最大約１５０℃
のプロセスとみなすことができる。この温度範囲は、現
在の技術の３００℃乃至４００℃のレンジよりかなり低
い。このようなプロセスでは、スパッタリング、スピニ
ング、蒸着、レーザ・アブレーション等も可能である。
至約１５０℃の範囲の室温に近いプロセスで処理した、
誘電定数が１５以上の無機酸化物ゲート絶縁体７と組み
合わせることで、チャネル３のＴＦＴキャリア移動度が
許容できるデバイスが作製できる。更に、室温に近いこ
のプロセスでは、使用できる素材の範囲を広げ、基板１
にポリカーボネート膜等の薄く透明なプラスチックも追
加することができる。室温に近いプロセスは、被着及び
その後のアニール型ステップで、温度が最大約１５０℃
のプロセスとみなすことができる。この温度範囲は、現
在の技術の３００℃乃至４００℃のレンジよりかなり低
い。このようなプロセスでは、スパッタリング、スピニ
ング、蒸着、レーザ・アブレーション等も可能である。
【００１１】図２乃至図５に示した形成物の一部は、図
６に示す新規のＴＦＴになる。
６に示す新規のＴＦＴになる。
【００１２】図２を参照する。ＴＦＴデバイスは、表面
１１上でのデバイス作製時に支持体になり、完成したデ
バイスの一部として機能する基板１０に作製される。作
製時、基板は室温（２５℃）に近い温度に保たれる。酸
化シリコン、水晶、ガラスは、基板及び支持材として適
している。更に、本発明によって得られる機能を通し
て、基板物質の選択の幅が広がり、対衝撃性、軽量、柔
軟性といった性質を加えるポリカーボネート等のプラス
チックが追加される。
１１上でのデバイス作製時に支持体になり、完成したデ
バイスの一部として機能する基板１０に作製される。作
製時、基板は室温（２５℃）に近い温度に保たれる。酸
化シリコン、水晶、ガラスは、基板及び支持材として適
している。更に、本発明によって得られる機能を通し
て、基板物質の選択の幅が広がり、対衝撃性、軽量、柔
軟性といった性質を加えるポリカーボネート等のプラス
チックが追加される。
【００１３】図３を参照する。ゲート、ソース、ドレー
ンの電極のうち第１のゲート電極１２が基板１１に被着
される。電極１２は約０．１マイクロメータの厚みであ
る。ゲート、ソース、ドレーンの電極に使用できる物質
は、ドープしたシリコン、金、銀、パラジウム、アルミ
ニウム、銅、モリブデン、プラチナ等の金属や、ポリア
ニリン、ポリピロール等の導電ポリマである。電極と接
続材の抵抗は、信号の減衰が最小になるよう選択する必
要がある。
ンの電極のうち第１のゲート電極１２が基板１１に被着
される。電極１２は約０．１マイクロメータの厚みであ
る。ゲート、ソース、ドレーンの電極に使用できる物質
は、ドープしたシリコン、金、銀、パラジウム、アルミ
ニウム、銅、モリブデン、プラチナ等の金属や、ポリア
ニリン、ポリピロール等の導電ポリマである。電極と接
続材の抵抗は、信号の減衰が最小になるよう選択する必
要がある。
【００１４】図４を参照する。ゲート誘電材１３は、本
発明に従って、ゲート電極１２の表面１１に被着される
無機酸化物である。被着は、低温法のスパッタリング、
スピニング、蒸着、レーザ・アブレーションのいずれか
で、約２５℃乃至１５０℃と室温に近い温度範囲で行わ
れる。現在の技術に適した無機酸化物としては、Ｔａ
Ｏ、Ｖ Ｏ、ＴｉＯ及び強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、Ｂ
ａＭｇＦ、ＳｒＴｉＯ等があり、同じ種に、（ＰＺＴ）
として知られる混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、Ｐｂ
Ｚｒ Ｔｉ Ｏ、（ＢＺＴ）として知られるＢａＺｒ Ｔ
ｉ Ｏ、（ＢＳＴ）として知られるＢａ Ｓｒ Ｔｉ Ｏが
ある。この例の混合酸化物の素材のうち、ＢＺＴは、Wu
らによるAppl. Phys. Lett、 69、 1996、 pages 2659-
2661の記事で言及されている。ゲート誘電材１３は、ゲ
ート電極１２の上の領域１４に約０．５マイクロメータ
の厚みまで被着される。本発明に従って、最大約１５０
℃までの室温に近い温度範囲で無機ゲート酸化物の素材
が被着され、誘電定数が１５以上の範囲のデバイスのゲ
ート絶縁体が得られる。これは、作製されているデバイ
ス・チャネルで許容できるキャリア移動度を示す。これ
までの誘電定数は、約３００とかなり高く、高温のアニ
ール・ステップが必要だったため、一部の物質は使用で
きなかった。更に、高誘電定数のデバイスに想定されて
いた用途は、ディスプレイではなく、シリコン基板上に
作製されるデバイスだった。
発明に従って、ゲート電極１２の表面１１に被着される
無機酸化物である。被着は、低温法のスパッタリング、
スピニング、蒸着、レーザ・アブレーションのいずれか
で、約２５℃乃至１５０℃と室温に近い温度範囲で行わ
れる。現在の技術に適した無機酸化物としては、Ｔａ
Ｏ、Ｖ Ｏ、ＴｉＯ及び強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、Ｂ
ａＭｇＦ、ＳｒＴｉＯ等があり、同じ種に、（ＰＺＴ）
として知られる混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、Ｐｂ
Ｚｒ Ｔｉ Ｏ、（ＢＺＴ）として知られるＢａＺｒ Ｔ
ｉ Ｏ、（ＢＳＴ）として知られるＢａ Ｓｒ Ｔｉ Ｏが
ある。この例の混合酸化物の素材のうち、ＢＺＴは、Wu
らによるAppl. Phys. Lett、 69、 1996、 pages 2659-
2661の記事で言及されている。ゲート誘電材１３は、ゲ
ート電極１２の上の領域１４に約０．５マイクロメータ
の厚みまで被着される。本発明に従って、最大約１５０
℃までの室温に近い温度範囲で無機ゲート酸化物の素材
が被着され、誘電定数が１５以上の範囲のデバイスのゲ
ート絶縁体が得られる。これは、作製されているデバイ
ス・チャネルで許容できるキャリア移動度を示す。これ
までの誘電定数は、約３００とかなり高く、高温のアニ
ール・ステップが必要だったため、一部の物質は使用で
きなかった。更に、高誘電定数のデバイスに想定されて
いた用途は、ディスプレイではなく、シリコン基板上に
作製されるデバイスだった。
【００１５】図５を参照する。本発明のＴＦＴデバイス
の有機半導体層１５が、ゲート絶縁層１３上に、室温に
近い温度で被着される。これに適した有機半導体物質
は、ペンタセンで、これを使用したＴＦＴデバイスは、
電界効果のキャリア移動度が、チャネルで約０．６ｃｍ
2/Ｖ.ｓ、電流変調が最大１０、動作電圧範囲が最大＋
１００Ｖという性能を示す。ペンタセンという物質は、
LinらによるIEEE 54th Annual Device Research Confer
ence、 1996、 Pages 80-81、BrownらによるJ. App. Ph
ys. 79、 （4）、 1996、 Pages 2136-2138及びDimitra
kopoulosらによるJ. App. Phys. 80、 （4）、 1996、
Pages 2501-2507に言及されている。更に、米国特許出
願第０８／８２７０１５号（３／２５／９７出願）と同
０８／８２７０１８号（３／２５／９７出願）は、前記
の性能が、誘電定数１５を超える無機ゲート誘電体を使
用して達成されることを示している。
の有機半導体層１５が、ゲート絶縁層１３上に、室温に
近い温度で被着される。これに適した有機半導体物質
は、ペンタセンで、これを使用したＴＦＴデバイスは、
電界効果のキャリア移動度が、チャネルで約０．６ｃｍ
2/Ｖ.ｓ、電流変調が最大１０、動作電圧範囲が最大＋
１００Ｖという性能を示す。ペンタセンという物質は、
LinらによるIEEE 54th Annual Device Research Confer
ence、 1996、 Pages 80-81、BrownらによるJ. App. Ph
ys. 79、 （4）、 1996、 Pages 2136-2138及びDimitra
kopoulosらによるJ. App. Phys. 80、 （4）、 1996、
Pages 2501-2507に言及されている。更に、米国特許出
願第０８／８２７０１５号（３／２５／９７出願）と同
０８／８２７０１８号（３／２５／９７出願）は、前記
の性能が、誘電定数１５を超える無機ゲート誘電体を使
用して達成されることを示している。
【００１６】図６を参照する。本発明のＴＦＴが示して
ある。ソース１６、およびドレーン１７が、ゲート１２
上の中央にチャネル定義分離領域１８が位置するよう
に、ゲート１２の位置に合わせて、室温に近い温度の低
温被着プロセスにより有機半導体層１５の露出面に被着
される。２５℃乃至１５０℃と室温に近い温度で被着さ
れ動作する層は、有機半導体に求められる適度な誘電性
に適合し、かなりの低温に耐える基板（プラスチック
等）での処理が可能になり、そのような基板の用途が開
ける。
ある。ソース１６、およびドレーン１７が、ゲート１２
上の中央にチャネル定義分離領域１８が位置するよう
に、ゲート１２の位置に合わせて、室温に近い温度の低
温被着プロセスにより有機半導体層１５の露出面に被着
される。２５℃乃至１５０℃と室温に近い温度で被着さ
れ動作する層は、有機半導体に求められる適度な誘電性
に適合し、かなりの低温に耐える基板（プラスチック
等）での処理が可能になり、そのような基板の用途が開
ける。
【００１７】図２乃至図６に関して説明したプロセスで
は、室温に近い温度範囲内である限り、露出面に保護膜
を被覆でき、必要なら、層のアニール処理も可能なこと
は明らかである。
は、室温に近い温度範囲内である限り、露出面に保護膜
を被覆でき、必要なら、層のアニール処理も可能なこと
は明らかである。
【００１８】スパッタリングを伴う室温型被着法につい
て、図７に示した装置を参照して説明する。スパッタ被
着装置２０により、本発明の層１３、１５が、例えば、
無機混合酸化物ＢＺＴ（Barium-Zirconate-Titanate）
を使って被着できる。図７の装置が、サイズやスループ
ットが様々な装置の１例にすぎないことは、当業者には
明らかであろう。
て、図７に示した装置を参照して説明する。スパッタ被
着装置２０により、本発明の層１３、１５が、例えば、
無機混合酸化物ＢＺＴ（Barium-Zirconate-Titanate）
を使って被着できる。図７の装置が、サイズやスループ
ットが様々な装置の１例にすぎないことは、当業者には
明らかであろう。
【００１９】装置２０は、反応室２１と真空ポンプ（図
示せず）がスロットル・バルブ２２によって分けられ
る。反応室２１には、PURE TECH製等の圧縮粉末ＢＺＴ
のスパッタリング・ターゲット２３が装着される。ター
ゲット２３の背面には、スパッタリング時のプラズマ濃
度を上げるため永久磁石２４が置かれる。スパッタリン
グ・ターゲット２３は、ハウジング２９から電気的に分
離され、インピーダンス・マッチング・デバイス２６を
通してＲＦ電源２５に電気的に接続される。シリコン・
ウエハ、ガラス板、ポリカーボネート板等の基板２７
が、サンプル・ホルダ２８に装着される。ホルダ２８
は、誘電スペーサ３０により反応室ハウジング２９から
分離される。ハウジング２９は、室温等の所定の温度に
維持される。サンプル・ホルダ２８には、インピーダン
ス・マッチング・デバイス３２を通して接続されるＲＦ
電源３１を使用したプラズマ・クリーニングのため、Ｒ
Ｆバイアスをかけることができる。基板ホルダ２８はま
た回転機能３３を備える。基板２７は、遊星回転機能３
４を備え、コーティング時の基板全面に均一性が保たれ
る。室温で被着された膜は、有機半導体ＴＦＴに求めら
れる適度な誘電性によく適合し、使用できる基板の範囲
が広がり、プラスチック基板での処理も可能になる。
示せず）がスロットル・バルブ２２によって分けられ
る。反応室２１には、PURE TECH製等の圧縮粉末ＢＺＴ
のスパッタリング・ターゲット２３が装着される。ター
ゲット２３の背面には、スパッタリング時のプラズマ濃
度を上げるため永久磁石２４が置かれる。スパッタリン
グ・ターゲット２３は、ハウジング２９から電気的に分
離され、インピーダンス・マッチング・デバイス２６を
通してＲＦ電源２５に電気的に接続される。シリコン・
ウエハ、ガラス板、ポリカーボネート板等の基板２７
が、サンプル・ホルダ２８に装着される。ホルダ２８
は、誘電スペーサ３０により反応室ハウジング２９から
分離される。ハウジング２９は、室温等の所定の温度に
維持される。サンプル・ホルダ２８には、インピーダン
ス・マッチング・デバイス３２を通して接続されるＲＦ
電源３１を使用したプラズマ・クリーニングのため、Ｒ
Ｆバイアスをかけることができる。基板ホルダ２８はま
た回転機能３３を備える。基板２７は、遊星回転機能３
４を備え、コーティング時の基板全面に均一性が保たれ
る。室温で被着された膜は、有機半導体ＴＦＴに求めら
れる適度な誘電性によく適合し、使用できる基板の範囲
が広がり、プラスチック基板での処理も可能になる。
【００２０】図７で、反応装置２０は、各種ガスを導入
する導管３６、３８を含む。例えば、導管３６を通して
アルゴンが、導管３８を通して酸素が導入される。本発
明の以下の例に使用されるガスの純度は、約９５．５
％、好適には約９８．５％乃至約９９．９９％にする必
要がある。
する導管３６、３８を含む。例えば、導管３６を通して
アルゴンが、導管３８を通して酸素が導入される。本発
明の以下の例に使用されるガスの純度は、約９５．５
％、好適には約９８．５％乃至約９９．９９％にする必
要がある。
【００２１】図７で、アルゴン・ガス及び酸素ガスは、
最初、別々のフロー・コントローラを通して、充分な流
量が反応室に導入され、Ａｒと酸素の総圧力は約１ｍＴ
ｏｒｒ乃至５０ｍＴｏｒｒになる。Ａｒと酸素の流量は
約１００ｓｃｃｍ乃至１ｓｃｃｍ（標準立方ｃｍ毎
分）、好適にはＡｒ流量が約１０ｓｃｃｍ、酸素流量が
約２ｓｃｃｍである。ＢＺＴ膜等の効果の大きい被着層
を形成するには、アルゴンと酸素の圧力を約２ｍＴｏｒ
ｒ乃至３ｍＴｏｒｒにするのが望ましい。このような条
件はまた、Ａｒと酸素を１つのガス・シリンダで予め混
合して所望のガス濃度にすることで得られる。アルゴン
・ガス及び酸素ガスは、好適には、導管３６、３８の２
つのフロー・コントローラを通して反応室に導入され
る。
最初、別々のフロー・コントローラを通して、充分な流
量が反応室に導入され、Ａｒと酸素の総圧力は約１ｍＴ
ｏｒｒ乃至５０ｍＴｏｒｒになる。Ａｒと酸素の流量は
約１００ｓｃｃｍ乃至１ｓｃｃｍ（標準立方ｃｍ毎
分）、好適にはＡｒ流量が約１０ｓｃｃｍ、酸素流量が
約２ｓｃｃｍである。ＢＺＴ膜等の効果の大きい被着層
を形成するには、アルゴンと酸素の圧力を約２ｍＴｏｒ
ｒ乃至３ｍＴｏｒｒにするのが望ましい。このような条
件はまた、Ａｒと酸素を１つのガス・シリンダで予め混
合して所望のガス濃度にすることで得られる。アルゴン
・ガス及び酸素ガスは、好適には、導管３６、３８の２
つのフロー・コントローラを通して反応室に導入され
る。
【００２２】室温に近い温度で被着される本発明の層や
膜をコーティングできる適切な基板として、プラスチッ
ク、金属、各種ガラス、シリコン・ウエハ等の素材があ
る。コーティングされる基板は、スパッタリング装置内
に配置できれば、任意の形状、大きさでよい。従って、
任意の寸法の標準的な基板または非標準的基板を使用で
き、スパッタリング装置の設計に応じて、真空室に変更
を加え、ロール搬送式に送られるシート材にコーティン
グを施すこともできる。処理時、基板は、スパッタリン
グ装置の反応性スパッタ室の内側の基板ホルダに装着さ
れる。次に、反応性スパッタ室が密閉され、圧力が約１
×１０-4Ｔｏｒｒ乃至約１×１０-7Ｔｏｒｒの範囲にな
るまで排気される。基板は、好適には、被着プロセスを
通して約２５℃の一定の室温に保たれる。必要なら、使
用される基板物質を、例えば、Ｈ 2、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2等
を用いたプラズマ・スパッタ・エッチング法により、そ
の場のプラズマ・クリーニングにかけてもよい。
膜をコーティングできる適切な基板として、プラスチッ
ク、金属、各種ガラス、シリコン・ウエハ等の素材があ
る。コーティングされる基板は、スパッタリング装置内
に配置できれば、任意の形状、大きさでよい。従って、
任意の寸法の標準的な基板または非標準的基板を使用で
き、スパッタリング装置の設計に応じて、真空室に変更
を加え、ロール搬送式に送られるシート材にコーティン
グを施すこともできる。処理時、基板は、スパッタリン
グ装置の反応性スパッタ室の内側の基板ホルダに装着さ
れる。次に、反応性スパッタ室が密閉され、圧力が約１
×１０-4Ｔｏｒｒ乃至約１×１０-7Ｔｏｒｒの範囲にな
るまで排気される。基板は、好適には、被着プロセスを
通して約２５℃の一定の室温に保たれる。必要なら、使
用される基板物質を、例えば、Ｈ 2、Ａｒ、Ｏ2、Ｎ2等
を用いたプラズマ・スパッタ・エッチング法により、そ
の場のプラズマ・クリーニングにかけてもよい。
【００２３】所望の排気圧が得られた後、混合ガスが、
例えば流量約１ｓｃｃｍ乃至１００ｓｃｃｍで反応性ス
パッタ室に導入される。Ａｒガスの流量は約１０ｓｃｃ
ｍ、酸素は約２ｓｃｃｍである。この例のガスは、圧力
約１ｍｔｏｒｒ乃至２０ｍＴｏｒｒ、好適には、混合圧
約３ｍＴｏｒｒで反応室に導入される。
例えば流量約１ｓｃｃｍ乃至１００ｓｃｃｍで反応性ス
パッタ室に導入される。Ａｒガスの流量は約１０ｓｃｃ
ｍ、酸素は約２ｓｃｃｍである。この例のガスは、圧力
約１ｍｔｏｒｒ乃至２０ｍＴｏｒｒ、好適には、混合圧
約３ｍＴｏｒｒで反応室に導入される。
【００２４】混合ガスの反応性スパッタリング・プラズ
マを得るため、被着プロセスの間、例のＢＺＴターゲッ
ト２３に約０．０５Ｗ／ｃｍ2乃至４Ｗ／ｃｍ2のＲＦ電
力密度がかけられる。ＲＦ電力は、好適には、被着プロ
セスの間、要素２５、２６を含むＲＦ電源を通して０．
８Ｗ／ｃｍ2に維持される。ＢＺＴ膜は、基板上の膜の
コーティングが実質的に連続するように、約１０オング
ストローム毎分で基板に被着される。この条件により、
厚み約１００オングストローム乃至５０００オングスト
ローム、好適には約１２５０の膜が被着される。
マを得るため、被着プロセスの間、例のＢＺＴターゲッ
ト２３に約０．０５Ｗ／ｃｍ2乃至４Ｗ／ｃｍ2のＲＦ電
力密度がかけられる。ＲＦ電力は、好適には、被着プロ
セスの間、要素２５、２６を含むＲＦ電源を通して０．
８Ｗ／ｃｍ2に維持される。ＢＺＴ膜は、基板上の膜の
コーティングが実質的に連続するように、約１０オング
ストローム毎分で基板に被着される。この条件により、
厚み約１００オングストローム乃至５０００オングスト
ローム、好適には約１２５０の膜が被着される。
【００２５】以下、本発明の被着と構造を説明する例
１、２、３を示す。スパッタ被着プロセスは、図７では
１例としているが、他の室温に近いプロセスも採用でき
る。
１、２、３を示す。スパッタ被着プロセスは、図７では
１例としているが、他の室温に近いプロセスも採用でき
る。
【００２６】例１：１５０Åのチタンとこれに続く４０
０Åのプラチナのブランケット・コーティングを含むシ
リコン・ウエハ等の基板を、図７に関して説明している
ように、ＢＺＴスパッタ被着室にロードできる。スパッ
タ室は、基本圧力２．１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気さ
れ、その後、流量１０ｓｃｃｍのアルゴン・ガスと２ｓ
ｃｃｍの酸素ガスが要素３６、３８を通してスパッタ室
に導入される。スパッタ室のバルブ操作により、総圧力
２ｍＴｏｒｒが得られる。このガスを５分間排出した
後、要素２５、２６を通してＢＺＴスパッタ・ターゲッ
ト２３に高周波交流電圧がかけられてスパッタ室内のプ
ラズマが点火され、その間スパッタ室はグラウンド電圧
に保たれる。これにより得られるＲＦプラズマのイオン
を利用して、ターゲットからスパッタ室にロードされた
サンプル２７へＢＺＴがスパッタされる。電力密度約
０．８ワット／ｃｍ2に相当する総電力１００ワット
で、約１２５０Å厚のＢＺＴが得られる。ウエハは、工
程の終わりにアンロードされ、別の真空装置で金属マス
クを通した電子ビーム蒸着により被着された５０００Å
Ａｌ／６００Å Ａｕの２重層で構成される上電極ドッ
トのアレイが付加される。これらの要素は、ＢＺＴ膜の
誘電定数とブレークダウン特性の測定に使用される。厚
み１２５０ÅのＢＺＴ膜で、誘電定数は１７．３、ブレ
ークダウン電界は約１ＭＶ／ｃｍである。
０Åのプラチナのブランケット・コーティングを含むシ
リコン・ウエハ等の基板を、図７に関して説明している
ように、ＢＺＴスパッタ被着室にロードできる。スパッ
タ室は、基本圧力２．１×１０-7Ｔｏｒｒまで排気さ
れ、その後、流量１０ｓｃｃｍのアルゴン・ガスと２ｓ
ｃｃｍの酸素ガスが要素３６、３８を通してスパッタ室
に導入される。スパッタ室のバルブ操作により、総圧力
２ｍＴｏｒｒが得られる。このガスを５分間排出した
後、要素２５、２６を通してＢＺＴスパッタ・ターゲッ
ト２３に高周波交流電圧がかけられてスパッタ室内のプ
ラズマが点火され、その間スパッタ室はグラウンド電圧
に保たれる。これにより得られるＲＦプラズマのイオン
を利用して、ターゲットからスパッタ室にロードされた
サンプル２７へＢＺＴがスパッタされる。電力密度約
０．８ワット／ｃｍ2に相当する総電力１００ワット
で、約１２５０Å厚のＢＺＴが得られる。ウエハは、工
程の終わりにアンロードされ、別の真空装置で金属マス
クを通した電子ビーム蒸着により被着された５０００Å
Ａｌ／６００Å Ａｕの２重層で構成される上電極ドッ
トのアレイが付加される。これらの要素は、ＢＺＴ膜の
誘電定数とブレークダウン特性の測定に使用される。厚
み１２５０ÅのＢＺＴ膜で、誘電定数は１７．３、ブレ
ークダウン電界は約１ＭＶ／ｃｍである。
【００２７】前記の方法により、室温で被着されるＢＺ
Ｔ膜は、厚み１０００Å乃至２０００Å、誘電定数１５
乃至２０であり、これは、ブレークダウンなしに約１Ｍ
Ｖ／ｃｍの電界に耐える。
Ｔ膜は、厚み１０００Å乃至２０００Å、誘電定数１５
乃至２０であり、これは、ブレークダウンなしに約１Ｍ
Ｖ／ｃｍの電界に耐える。
【００２８】例２：図２乃至図６を参照して説明したＴ
ＦＴ作製ステップと共に、例１で述べた室温に近いスパ
ッタリングにより、ＢＺＴの薄膜をゲート絶縁体とした
ＴＦＴが作製される。この例で、酸化したシリコンの基
板は、イソプロパノール槽の超音波撹拌により洗浄さ
れ、窒素乾燥される。次に、ゲート・ラインに対応する
開口のある金属マスクで組み付けられて固定され、電子
ビーム蒸着装置内で高真空まで排気される。電子ビーム
蒸着により、アルミニウム４００Åまたはチタン１５０
Åとこれに続くプラチナ３００Åの２重層のいずれかの
ゲート・メタライゼーションが基板に被着される。次
に、例１で述べたように、ＢＺＴのゲート絶縁膜１３が
ゲート１２の上と基板表面１１に被着される。
ＦＴ作製ステップと共に、例１で述べた室温に近いスパ
ッタリングにより、ＢＺＴの薄膜をゲート絶縁体とした
ＴＦＴが作製される。この例で、酸化したシリコンの基
板は、イソプロパノール槽の超音波撹拌により洗浄さ
れ、窒素乾燥される。次に、ゲート・ラインに対応する
開口のある金属マスクで組み付けられて固定され、電子
ビーム蒸着装置内で高真空まで排気される。電子ビーム
蒸着により、アルミニウム４００Åまたはチタン１５０
Åとこれに続くプラチナ３００Åの２重層のいずれかの
ゲート・メタライゼーションが基板に被着される。次
に、例１で述べたように、ＢＺＴのゲート絶縁膜１３が
ゲート１２の上と基板表面１１に被着される。
【００２９】ＢＺＴゲート絶縁体１３上には、真空室
で、個々のデバイスを相互に分離し、デバイスの領域の
外側に被着されるペンタセン層を通る電流である２次電
流を減らすマスクを通した熱蒸着により、有機半導体ペ
ンタセン層１５が被着される。サンプルは、次に、ソー
スとドレーンのコンタクト電極用の開口のあるマスクで
組み付けられ、固定され、電子ビーム蒸着装置内で排気
され、金６００Åがコーティングされ、ソース１６とド
レーン１７のコンタクトが形成される。得られるＴＦＴ
構造を図６に示している。これに代えて、ソース１６と
ドレーン１７のコンタクトは、絶縁体１３の上に配置で
き、次にペンタセン層１５をその上に配置できること
は、当業者には明らかであろう。
で、個々のデバイスを相互に分離し、デバイスの領域の
外側に被着されるペンタセン層を通る電流である２次電
流を減らすマスクを通した熱蒸着により、有機半導体ペ
ンタセン層１５が被着される。サンプルは、次に、ソー
スとドレーンのコンタクト電極用の開口のあるマスクで
組み付けられ、固定され、電子ビーム蒸着装置内で排気
され、金６００Åがコーティングされ、ソース１６とド
レーン１７のコンタクトが形成される。得られるＴＦＴ
構造を図６に示している。これに代えて、ソース１６と
ドレーン１７のコンタクトは、絶縁体１３の上に配置で
き、次にペンタセン層１５をその上に配置できること
は、当業者には明らかであろう。
【００３０】室温に近い被着法での作製の容易さには様
々な側面がある。例えば、被着時、ペンタセン層１５
は、ペンタセンの可溶性前駆体を使用して被着できる。
この前駆体は、A. R. BrownらによるJ. App. Phys. Vol
ume 79、page 2136、 1996の記事に述べられているよう
に、真空中１４０℃までの加熱によりペンタセンに変化
する。同様に、物質では、モリブデン、タングステン、
ニッケル、プラチナ、パラジウム、導電ポリマ、オリゴ
マ、有機分子等、幅広い電極物質がある。
々な側面がある。例えば、被着時、ペンタセン層１５
は、ペンタセンの可溶性前駆体を使用して被着できる。
この前駆体は、A. R. BrownらによるJ. App. Phys. Vol
ume 79、page 2136、 1996の記事に述べられているよう
に、真空中１４０℃までの加熱によりペンタセンに変化
する。同様に、物質では、モリブデン、タングステン、
ニッケル、プラチナ、パラジウム、導電ポリマ、オリゴ
マ、有機分子等、幅広い電極物質がある。
【００３１】完成したＴＦＴサンプルは、次に、Hewlet
t Packardのモデル4145B半導体パラメータ・アナライザ
により電気的にテストされ、図８乃至図１６に関して説
明する動作特性が調べられる。
t Packardのモデル4145B半導体パラメータ・アナライザ
により電気的にテストされ、図８乃至図１６に関して説
明する動作特性が調べられる。
【００３２】図８、図９及び図１０を参照する。ペンタ
セン有機半導体ＴＦＴの典型的な動作特性が示してあ
る。これは、図６に示すＢＺＴの無機混合酸化物ゲート
誘電体を含み、ＢＺＴゲート絶縁体の厚みは約１２２０
Å、誘電定数は１７．３である。ＢＺＴは、図７に関し
て説明しているようにスパッタ蒸着により被着される。
ソース／ドレーンの分離幅（チャネル長Ｌ）は１８．４
μｍ、チャネル幅Ｗは１５００μｍである。図８及び図
９は、飽和状態でのドレーン電流（ＩD）のゲート電圧
（ＶG）に対する依存性を示す。図１０は、ＩDの平方根
とＶGの図である。電界移動度μは、図の勾配から０．
３２ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と計算される。電流変調は、ゲート
電圧変動１９ボルト（＋５Ｖ乃至−１４Ｖ）で約１０5
である。サブスレショルド勾配は、電流変調１０当たり
約２ボルトである。
セン有機半導体ＴＦＴの典型的な動作特性が示してあ
る。これは、図６に示すＢＺＴの無機混合酸化物ゲート
誘電体を含み、ＢＺＴゲート絶縁体の厚みは約１２２０
Å、誘電定数は１７．３である。ＢＺＴは、図７に関し
て説明しているようにスパッタ蒸着により被着される。
ソース／ドレーンの分離幅（チャネル長Ｌ）は１８．４
μｍ、チャネル幅Ｗは１５００μｍである。図８及び図
９は、飽和状態でのドレーン電流（ＩD）のゲート電圧
（ＶG）に対する依存性を示す。図１０は、ＩDの平方根
とＶGの図である。電界移動度μは、図の勾配から０．
３２ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と計算される。電流変調は、ゲート
電圧変動１９ボルト（＋５Ｖ乃至−１４Ｖ）で約１０5
である。サブスレショルド勾配は、電流変調１０当たり
約２ボルトである。
【００３３】図１１、図１２及び図１３は、図２乃至図
７に関して説明した手順により別のＴＦＴデバイスから
測定されて図８及び図１０と同様に描いたデータを示
す。ただしチャネル長Ｌは１１．２μｍ、幅は１５００
μｍである。各種特性パラメータの計算値は、図８乃至
図１０と合わせて述べたものに近い。
７に関して説明した手順により別のＴＦＴデバイスから
測定されて図８及び図１０と同様に描いたデータを示
す。ただしチャネル長Ｌは１１．２μｍ、幅は１５００
μｍである。各種特性パラメータの計算値は、図８乃至
図１０と合わせて述べたものに近い。
【００３４】図１４及び図１５は、１２８０Å厚のＢＺ
Ｔゲート絶縁体を含み、チャネル長１２５μｍ、チャネ
ル幅５００μｍの別のＴＦＴデバイスの特性を示す。図
１４は、様々なゲート電圧レベルで測定されたドレーン
電流（ＩD）とドレーン電圧（ＶD）と共に、ＴＦＴの予
想動作を示す。図１５は、このデバイスの、図８乃至図
１０、及び図１１乃至図１３に示すような飽和領域では
なく線形領域でのＩ DとＶGを示す。この線形領域の分析
から計算される移動度は０．２７ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1であ
る。これら異なる特性は全て、そのようなＴＦＴをディ
スプレイに使用する上で適しているとみなされる。
Ｔゲート絶縁体を含み、チャネル長１２５μｍ、チャネ
ル幅５００μｍの別のＴＦＴデバイスの特性を示す。図
１４は、様々なゲート電圧レベルで測定されたドレーン
電流（ＩD）とドレーン電圧（ＶD）と共に、ＴＦＴの予
想動作を示す。図１５は、このデバイスの、図８乃至図
１０、及び図１１乃至図１３に示すような飽和領域では
なく線形領域でのＩ DとＶGを示す。この線形領域の分析
から計算される移動度は０．２７ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1であ
る。これら異なる特性は全て、そのようなＴＦＴをディ
スプレイに使用する上で適しているとみなされる。
【００３５】使用できる基板の幅を広げる例として、プ
ラスチック基板での本発明を示す例３について説明す
る。
ラスチック基板での本発明を示す例３について説明す
る。
【００３６】例３：ＴＦＴデバイスは、図７で述べたス
パッタリングと、図２乃至図６に関して述べた他の層を
被着するステップにより、厚み約１２８０Åまで被着さ
れたＢＺＴゲート絶縁体を使用し、厚み０．０２０”
（約０．５ｍｍ）の透明なポリカーボネート基板に作製
される。
パッタリングと、図２乃至図６に関して述べた他の層を
被着するステップにより、厚み約１２８０Åまで被着さ
れたＢＺＴゲート絶縁体を使用し、厚み０．０２０”
（約０．５ｍｍ）の透明なポリカーボネート基板に作製
される。
【００３７】ＴＦＴ特性の測定は、例２に述べた形で行
われた。図１６を参照する。この種の基板上の、チャネ
ル長６９μｍ、チャネル幅１５００μｍのＴＦＴデバイ
スのドレーン電流とドレーン電圧が示してある。デバイ
スの移動度は０．１４ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1、飽和領域で０．
２０ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と計算された。Ｗ／Ｌ比が４のデバ
イスからは０．３８ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と高い移動度が測定
された。これらの値は、プラスチック基板上に作製され
たデバイスについて報告された移動度としては最大であ
り、最大ゲート電圧４Ｖで得られており、従ってディス
プレイ用途に充分に適している。
われた。図１６を参照する。この種の基板上の、チャネ
ル長６９μｍ、チャネル幅１５００μｍのＴＦＴデバイ
スのドレーン電流とドレーン電圧が示してある。デバイ
スの移動度は０．１４ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1、飽和領域で０．
２０ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と計算された。Ｗ／Ｌ比が４のデバ
イスからは０．３８ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1と高い移動度が測定
された。これらの値は、プラスチック基板上に作製され
たデバイスについて報告された移動度としては最大であ
り、最大ゲート電圧４Ｖで得られており、従ってディス
プレイ用途に充分に適している。
【００３８】有機半導体トランジスタをプラスチック基
板上に作製する初期の試みは、GuarnierらによるScienc
e、Vol. 265、 1684、（1994）の記事にあるとおり、本
発明に比べて性能が低い。本発明の移動度は、Guarnier
らの記事で報告された移動度の３倍以上である。本発明
では、透明プラスチック基板上に作製できるように温度
を室温に近くしたプロセスで、無機混合酸化物のゲート
絶縁体を含み、動作電圧が低く移動度の高いペンタセン
・ベースのＴＦＴが作製できる。
板上に作製する初期の試みは、GuarnierらによるScienc
e、Vol. 265、 1684、（1994）の記事にあるとおり、本
発明に比べて性能が低い。本発明の移動度は、Guarnier
らの記事で報告された移動度の３倍以上である。本発明
では、透明プラスチック基板上に作製できるように温度
を室温に近くしたプロセスで、無機混合酸化物のゲート
絶縁体を含み、動作電圧が低く移動度の高いペンタセン
・ベースのＴＦＴが作製できる。
【００３９】ここで説明したことは、デバイス構造に無
機混合酸化物のゲート絶縁体と接触する有機半導体層を
使用し、室温に近い温度範囲で可能な手法を用いた処理
により、ＴＦＴデバイスに使用できる物質とプロセスの
幅を広げることである。
機混合酸化物のゲート絶縁体と接触する有機半導体層を
使用し、室温に近い温度範囲で可能な手法を用いた処理
により、ＴＦＴデバイスに使用できる物質とプロセスの
幅を広げることである。
【００４０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００４１】（１）基板上で、ゲート絶縁層に接触した
少なくとも半導体層の連続被着により低温薄膜トランジ
スタを作製する方法であって、前記半導体層の物質とし
て有機半導体物質を用意するステップと、前記ゲート絶
縁層の物質として無機酸化物を用意するステップと、ス
パッタリング、スピニング、蒸着、レーザ・アブレーシ
ョンのグループから選択されるプロセスにより、基板温
度約２５℃乃至１５０℃で、前記半導体層と前記ゲート
絶縁層のいずれか一方を他方に被着するステップと、を
含むことを特徴とする方法。 （２）前記基板としてプラスチック物質を使用する、前
記（１）記載の方法。 （３）前記層の連続被着で、前記基板上にゲート電極を
被着するステップと、前記半導体層と合わせて、ソース
とドレーンの電極を被着するステップを含む、前記
（２）記載の方法。 （４）前記ソースとドレーンの電極は、前記半導体層よ
りも前に被着される、前記（３）記載の方法。 （５）前記ソースとドレーンの電極は、前記半導体層上
に被着される、前記（３）記載の方法。 （６）前記基板は、ポリカーボネートのプラスチック、
シリコン、水晶、ガラスのグループから選択される少な
くとも１つの物質である、前記（３）記載の方法。 （７）前記電極は、ドープしたシリコン、金、銀、銅、
アルミニウム、モリブデン、プラチナ、導電ポリマのグ
ループから選択される少なくとも１つの物質である、前
記（６）記載の方法。 （８）前記ゲート絶縁層は、Ｔａ Ｏ、Ｖ Ｏ、ＴｉＯ、
強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、ＢａＭｇＦ、ＳｒＴｉＯ、
混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺｒＴｉ Ｏ、Ｂ
ａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含む無機酸化物の
グループから選択される少なくとも１つの無機酸化物で
ある、前記（７）記載の方法。 （９）前記有機半導体層の物質はペンタセンである、前
記（８）記載の方法。 （１０）作製時に約２５℃乃至１５０℃の温度範囲で処
理され動作する薄膜トランジスタ・デバイスであって、
導電ゲート電極が被着される基板と、前記基板上及び前
記ゲート電極上に位置付けられる無機ゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層と接触するよう位置付けられる有機半
導体層と、前記ゲート電極に対して位置合わせされて前
記有機半導体層と接触するソースとドレーンの電極と、
を含む、トランジスタ・デバイス。 （１１）前記無機ゲート電極は、誘電定数約１５のＢＺ
Ｔ（barium zirconatetitanate）である、前記（１０）
記載のトランジスタ・デバイス。 （１２）前記基板は、ガラス、プラスチック、水晶を含
むグループから選択される、前記（１１）記載のトラン
ジスタ・デバイス。 （１３）前記ゲート及び前記ソースとドレーンの電極の
物質は、ドープしたシリコン、金属、導電ポリマのグル
ープから選択される、前記（１２）記載のトランジスタ
・デバイス。 （１４）前記無機ゲート絶縁層は、ＴａＯ、Ｖ Ｏ、Ｔ
ｉＯ、強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、ＢａＭｇＦ、ＳｒＴ
ｉＯ、混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺｒ Ｔｉ
Ｏ、ＢａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含む無機
酸化物のグループから選択される少なくとも１つの無機
酸化物である、前記（１３）記載のトランジスタ・デバ
イス。 （１５）前記有機半導体層の物質はペンタセンである、
前記（１４）記載のトランジスタ・デバイス。
少なくとも半導体層の連続被着により低温薄膜トランジ
スタを作製する方法であって、前記半導体層の物質とし
て有機半導体物質を用意するステップと、前記ゲート絶
縁層の物質として無機酸化物を用意するステップと、ス
パッタリング、スピニング、蒸着、レーザ・アブレーシ
ョンのグループから選択されるプロセスにより、基板温
度約２５℃乃至１５０℃で、前記半導体層と前記ゲート
絶縁層のいずれか一方を他方に被着するステップと、を
含むことを特徴とする方法。 （２）前記基板としてプラスチック物質を使用する、前
記（１）記載の方法。 （３）前記層の連続被着で、前記基板上にゲート電極を
被着するステップと、前記半導体層と合わせて、ソース
とドレーンの電極を被着するステップを含む、前記
（２）記載の方法。 （４）前記ソースとドレーンの電極は、前記半導体層よ
りも前に被着される、前記（３）記載の方法。 （５）前記ソースとドレーンの電極は、前記半導体層上
に被着される、前記（３）記載の方法。 （６）前記基板は、ポリカーボネートのプラスチック、
シリコン、水晶、ガラスのグループから選択される少な
くとも１つの物質である、前記（３）記載の方法。 （７）前記電極は、ドープしたシリコン、金、銀、銅、
アルミニウム、モリブデン、プラチナ、導電ポリマのグ
ループから選択される少なくとも１つの物質である、前
記（６）記載の方法。 （８）前記ゲート絶縁層は、Ｔａ Ｏ、Ｖ Ｏ、ＴｉＯ、
強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、ＢａＭｇＦ、ＳｒＴｉＯ、
混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺｒＴｉ Ｏ、Ｂ
ａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含む無機酸化物の
グループから選択される少なくとも１つの無機酸化物で
ある、前記（７）記載の方法。 （９）前記有機半導体層の物質はペンタセンである、前
記（８）記載の方法。 （１０）作製時に約２５℃乃至１５０℃の温度範囲で処
理され動作する薄膜トランジスタ・デバイスであって、
導電ゲート電極が被着される基板と、前記基板上及び前
記ゲート電極上に位置付けられる無機ゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層と接触するよう位置付けられる有機半
導体層と、前記ゲート電極に対して位置合わせされて前
記有機半導体層と接触するソースとドレーンの電極と、
を含む、トランジスタ・デバイス。 （１１）前記無機ゲート電極は、誘電定数約１５のＢＺ
Ｔ（barium zirconatetitanate）である、前記（１０）
記載のトランジスタ・デバイス。 （１２）前記基板は、ガラス、プラスチック、水晶を含
むグループから選択される、前記（１１）記載のトラン
ジスタ・デバイス。 （１３）前記ゲート及び前記ソースとドレーンの電極の
物質は、ドープしたシリコン、金属、導電ポリマのグル
ープから選択される、前記（１２）記載のトランジスタ
・デバイス。 （１４）前記無機ゲート絶縁層は、ＴａＯ、Ｖ Ｏ、Ｔ
ｉＯ、強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、ＢａＭｇＦ、ＳｒＴ
ｉＯ、混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺｒ Ｔｉ
Ｏ、ＢａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含む無機
酸化物のグループから選択される少なくとも１つの無機
酸化物である、前記（１３）記載のトランジスタ・デバ
イス。 （１５）前記有機半導体層の物質はペンタセンである、
前記（１４）記載のトランジスタ・デバイス。
【図１】従来技術のＴＦＴデバイスの代表的な要素を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明に従ったＴＦＴを作製する中間ステップ
での形成物の一部を示す図である。
での形成物の一部を示す図である。
【図３】本発明に従ったＴＦＴを作製する中間ステップ
での形成物の一部を示す図である。
での形成物の一部を示す図である。
【図４】本発明に従ったＴＦＴを作製する中間ステップ
での形成物の一部を示す図である。
での形成物の一部を示す図である。
【図５】本発明に従ったＴＦＴを作製する中間ステップ
での形成物の一部を示す図である。
での形成物の一部を示す図である。
【図６】本発明に従ったＴＦＴの全ての要素を示す図で
ある。
ある。
【図７】室温スパッタ蒸着処理装置の図である。
【図８】本発明のＴＦＴデバイスの１例の動作特性であ
り、半導体としての有機半導体ペンタセンと、ゲート絶
縁体として、室温スパッタリングで被着された１２２ｎ
ｍ厚のＢＺＴ層のデータ及びソース／ドレーン電圧が一
定のときのゲート電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
り、半導体としての有機半導体ペンタセンと、ゲート絶
縁体として、室温スパッタリングで被着された１２２ｎ
ｍ厚のＢＺＴ層のデータ及びソース／ドレーン電圧が一
定のときのゲート電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
【図９】本発明のＴＦＴデバイスの１例の動作特性であ
り、図８のデータを、電流変調とサブスレショルド勾配
の計算に使用される半対数スケールで示す図である。
り、図８のデータを、電流変調とサブスレショルド勾配
の計算に使用される半対数スケールで示す図である。
【図１０】本発明のＴＦＴデバイスの１例の動作特性あ
り、図９のデータを、電界効果移動度を計算するため
に、飽和領域のゲート電圧に対して描いたドレーン電流
の平方根として示す図である。
り、図９のデータを、電界効果移動度を計算するため
に、飽和領域のゲート電圧に対して描いたドレーン電流
の平方根として示す図である。
【図１１】有機半導体ペンタセンを半導体として、室温
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ソース／ドレーン電圧が一
定のとき、ゲート電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ソース／ドレーン電圧が一
定のとき、ゲート電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
【図１２】有機半導体ペンタセンを半導体として、室温
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、図１１のデータを、電流変
調とサブスレショルド勾配の計算に使用される半対数ス
ケールで示す図である。
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、図１１のデータを、電流変
調とサブスレショルド勾配の計算に使用される半対数ス
ケールで示す図である。
【図１３】有機半導体ペンタセンを半導体として、室温
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、図１２のデータを、電界効
果移動度を計算するために、飽和領域のゲート電圧の関
数としてのドレーン電流の平方根として示す図である。
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、図１２のデータを、電界効
果移動度を計算するために、飽和領域のゲート電圧の関
数としてのドレーン電流の平方根として示す図である。
【図１４】有機半導体ペンタセンを半導体として、室温
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ゲート電圧が異なるときの
ソース／ドレーン電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ゲート電圧が異なるときの
ソース／ドレーン電圧に対するドレーン電流の依存性を
示す図である。
【図１５】有機半導体ペンタセンを半導体として、室温
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ＴＦＴ動作の線形領域での
移動度を計算するため、ドレーン電圧が一定のとき、線
形領域のゲート電圧の関数としてのドレーン電流を示す
図である。
スパッタリングで被着された１２２ｎｍ厚のＢＺＴ層を
ゲート絶縁体とした、本発明のＴＦＴデバイスの第２の
例の動作特性データであり、ＴＦＴ動作の線形領域での
移動度を計算するため、ドレーン電圧が一定のとき、線
形領域のゲート電圧の関数としてのドレーン電流を示す
図である。
【図１６】ペンタセンを半導体として、室温スパッタリ
ングで被着された１２８ｎｍ厚のＢＺＴ（ＢＺＴ）層を
ゲート絶縁体として、透明ポリカーボネート基板に作製
された第３例のＴＦＴデバイスについて、ゲート電圧が
異なるときのソース／ドレーン電圧に対するドレーン電
流の依存性を示す図である。
ングで被着された１２８ｎｍ厚のＢＺＴ（ＢＺＴ）層を
ゲート絶縁体として、透明ポリカーボネート基板に作製
された第３例のＴＦＴデバイスについて、ゲート電圧が
異なるときのソース／ドレーン電圧に対するドレーン電
流の依存性を示す図である。
２５、３１ ＲＦ電源 ２６、３２ インピーダンス・マッチング・デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレッサンドロ・セザレ・カレガリ アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州ヨ ークタウン・ハイツ、ハノバー・ストリー ト 756 (72)発明者 クリストス・ディミトリオス・ディミトラ コポーロス アメリカ合衆国10604、ニューヨーク州ウ エスト・ハリソン、レーク・ストリート 791 (72)発明者 サンパス・プルショサマン アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州ヨ ークタウン・ハイツ、ラボリー・コート 2075
Claims (15)
- 【請求項１】基板上で、ゲート絶縁層に接触した少なく
とも半導体層の連続被着により低温薄膜トランジスタを
作製する方法であって、 前記半導体層の物質として有機半導体物質を用意するス
テップと、 前記ゲート絶縁層の物質として無機酸化物を用意するス
テップと、 スパッタリング、スピニング、蒸着、レーザ・アブレー
ションのグループから選択されるプロセスにより、基板
温度約２５℃乃至１５０℃で、前記半導体層と前記ゲー
ト絶縁層のいずれか一方を他方に被着するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記基板としてプラスチック物質を使用す
る、 請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記層の連続被着で、前記基板上にゲート
電極を被着するステップと、前記半導体層と合わせて、
ソースとドレーンの電極を被着するステップを含む、請
求項２記載の方法。 - 【請求項４】前記ソースとドレーンの電極は、前記半導
体層よりも前に被着される、請求項３記載の方法。 - 【請求項５】前記ソースとドレーンの電極は、前記半導
体層上に被着される、請求項３記載の方法。 - 【請求項６】前記基板は、ポリカーボネートのプラスチ
ック、シリコン、水晶、ガラスのグループから選択され
る少なくとも１つの物質である、請求項３記載の方法。 - 【請求項７】前記電極は、ドープしたシリコン、金、
銀、銅、アルミニウム、モリブデン、プラチナ、導電ポ
リマのグループから選択される少なくとも１つの物質で
ある、請求項６記載の方法。 - 【請求項８】前記ゲート絶縁層は、Ｔａ Ｏ、Ｖ Ｏ、Ｔ
ｉＯ、強誘電絶縁体Ｂｉ Ｔｉ Ｏ、ＢａＭｇＦ、ＳｒＴ
ｉＯ、混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺｒ Ｔｉ
Ｏ、ＢａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含む無機
酸化物のグループから選択される少なくとも１つの無機
酸化物である、請求項７記載の方法。 - 【請求項９】前記有機半導体層の物質はペンタセンであ
る、請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】作製時に約２５℃乃至１５０℃の温度範
囲で処理され動作する薄膜トランジスタ・デバイスであ
って、 導電ゲート電極が被着される基板と、 前記基板上及び前記ゲート電極上に位置付けられる無機
ゲート絶縁層と、 前記ゲート絶縁層と接触するよう位置付けられる有機半
導体層と、 前記ゲート電極に対して位置合わせされて前記有機半導
体層と接触するソースとドレーンの電極と、 を含む、トランジスタ・デバイス。 - 【請求項１１】前記無機ゲート電極は、誘電定数約１５
のＢＺＴ（barium zirconate titanate）である、請求
項１０記載のトランジスタ・デバイス。 - 【請求項１２】前記基板は、ガラス、プラスチック、水
晶を含むグループから選択される、請求項１１記載のト
ランジスタ・デバイス。 - 【請求項１３】前記ゲート及び前記ソースとドレーンの
電極の物質は、ドープしたシリコン、金属、導電ポリマ
のグループから選択される、請求項１２記載のトランジ
スタ・デバイス。 - 【請求項１４】前記無機ゲート絶縁層は、ＴａＯ、Ｖ
Ｏ、ＴｉＯ、強誘電絶縁体Ｂｉ ＴｉＯ、ＢａＭｇＦ、
ＳｒＴｉＯ、混合酸化物ＳｒＢ Ｔａ Ｎｂ Ｏ、ＰｂＺ
ｒ ＴｉＯ、ＢａＺｒ Ｔｉ Ｏ、ＢａＳｒ Ｔｉ Ｏを含
む無機酸化物のグループから選択される少なくとも１つ
の無機酸化物である、請求項１３記載のトランジスタ・
デバイス。 - 【請求項１５】前記有機半導体層の物質はペンタセンで
ある、請求項１４記載のトランジスタ・デバイス。
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