JP2011530192A - 薄膜トランジスタ用のハイブリッド誘電体材料 - Google Patents

Abstract

有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）を絶縁体材料として用いて薄層トランジスタが製造される。有機ケイ酸塩ガラスは、シロキサンと酸素からプラズマ化学気相成長法によって被着されたＳｉＯ_２−シリコーンハイブリッド材料であってよい。これらのハイブリッド材料は、ゲート誘電体として、サビング層としておよび／またはバックチャネル不動態化層として利用されてよい。トランジスタは、従来のあらゆるＴＦＴ幾何形状で製造されてよい。

Description

本発明は、薄膜トランジスタに関する。

関連出願
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に援用されている２００８年８月４日出願の米国仮特許出願第６１／０８６，０４７号明細書の優先権を請求するものである。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、支持基板の上方に半導体活性層、誘電体層および金属接点の薄いフィルムを被着させることにより製造された特定のタイプの電界効果トランジスタである。ＴＦＴの主たる利用分野は、液晶ディスプレーであり、このため最も一般的な基板はガラスである。これは、半導体特にケイ素ウエハーが基板である、エレクトロニクスで使用されている従来のトランジスタと異なっている。透明なＴＦＴ（ＴＴＦＴ）は、バックライトが発出する光の画素毎の変調に依存するディスプレーにとって特に望ましいものである。

ＴＦＴは、多様な半導体材料を使用して製造可能である。一般的材料はケイ素である。ケイ素系のＴＦＴの特性は、ケイ素の結晶状態により左右される。半導体層は非晶質ケイ素または微結晶ケイ素であり得、またはそれをポリシリコンにアニールすることも可能である。ＴＦＴ内で半導体として使用されてきたその他の材料としては、化合した半導体例えばカドミウムセレン（ＣｄＳｅ）および金属酸化物例えば酸化亜鉛が含まれる。ＴＦＴは同様に、有機材料を使用しても製造されてきた（有機ＴＦＴまたはＯＴＦＴ）。

典型的な液晶ディスプレーに使用されるガラス基板は、ポリシリコントランジスタ製造に特徴的である高温に耐えることができない。このため、非晶質ケイ素は、暗伝導度が低く中温で広い面積の基板上で比較的容易に製造できることを理由として、高解像度の大面積ディスプレー用の非常に有効な活性層材料である。今日使用されている最も一般的なＴＦＴは、半導体活性層として水素化非晶質ケイ素（「ａ−Ｓｉ：Ｈ」）を主体としている。

化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ）および物理的気相成長法例えばスパッタリングが、ＴＦＴを構成するケイ素層、絶縁層および導電層の被着のために最も一般的に使用されている。酸化亜鉛および二酸化ケイ素の化学沈殿に基づく溶解処理された透明なＴＦＴも同様に報告されている。

トランジスタ内には、典型的にゲート、ソースおよびドレインとしての役割を持つ３つの電極が存在する。ゲート電極はトランジスタに制御電圧を供給し、トランジスタの半導体チャネルは、ゲート電圧に応えてソースからドレインへ電流を導く。ＴＦＴのゲート絶縁体またはゲート誘電体は、ゲートを半導体チャネルから電気的に絶縁する。ＴＦＴにおけるより優れた性能には、高いチャネルコンダクタンス、印加されたゲート電圧に対する高速「オン」「オフ」応答、ゲート電圧が閾値切換え値を通過して上昇および下降するのに応じたソース−ドレイン電流の非常に急速な増減、印加ゲート電圧が不在である場合のソースからドレインへの最小限の漏電電流、そしてチャネルからゲートへの無視できる程度の漏電電流が求められる。これらの動作特性は安定していなければならず、長期間ゲート電圧が印加された後、変化またはドリフトしてはならない。

ゲート誘電体材料は、ＴＦＴの性能を決定する上できわめて重要な役割を果たす。一般に、ゲート誘電体層が薄くなればなるほど、ゲート誘電体層を横断する電圧勾配は大きくなり、これが今度は半導体内でより多くの電荷担体をより急速に生成し、駆動電圧の減少を可能にする。ゲート誘電体材料の特性によってこの層の薄さ限界が設定される。材料は、電圧勾配の影響下で破壊されて電流を導いてはならず、過度に多くの交錯した結合（「界面準位」）を残すことなく半導体チャネル材料に結合していなくてはならず、それ自体が結合されているさまざまな材料（典型的には、基板、ゲートおよび誘電体層）から分離されたり破砕したりすることなく熱サイクルに耐えるよう充分頑強でなければならず、ゲート電圧の長時間印加の下で安定した特性を示さなくてはならない。その上、商業的に実現可能であるためには、材料は既存のマイクロ加工技術を用いて容易に設置してパターン化できなければならない。大きなディスプレーは数百万個もの画素を含む可能性があり、このようなディスプレー各々の中の数百万個のＴＦＴに許容される欠陥率は一般にゼロであることから、材料は、並外れた均質性を有する極めて薄い層を生産できなくてはならない。ＴＦＴに最も適した材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）および窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）がある。窒化ケイ素ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴにとってより優れたゲート誘電体であると考えられているものの、ゲート誘電体としてのＳｉＮ_ｘには不利な点がある：すなわち、ＳｉＮ_ｘは脆性が高く、冷却時に熱応力を受け、比較的透明度が低い。ゲートバイアスを長時間かけすぎると、ａ−Ｓｉ：Ｈとの界面において電荷トラップがひき起こされ、これがＴＦＴの閾値電圧のシフトを導く。特に可撓性基板上での使用のために、より安定した、可撓性で透明なゲート誘電体材料に対するニーズがいまだに存在している。

ゲート誘電体との界面に加えて、いわゆる「バックチャネル」であるａ−Ｓｉ：Ｈチャネルのもう一方の側の界面も同様にトランジスタの性能に影響を及ぼす。特に、誘電体「不動態化層」のエッチングおよびそれに続くａ−Ｓｉ−Ｈバックチャネルに対するこの層の適用によって、表面準位の密度を低下させ、表面漏洩および光漏洩電流を制御することができる。バックチャネルがエッチングされた（ＢＣＥ）ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴにおいては、後続する加工中の損傷および汚染からバックチャネルを保護するために不動態化層が必要である。従来のＢＣＥ ＴＦＴデバイス用には、不動態化層として一般にＰＥＣＶＤで被着された窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）が使用される。しかしながら、ＳｉＮ_ｘはその比較的高い誘電定数、高い応力そして低い透過率に起因して、デバイスのサイズおよび性能に制約を加える。したがってＴＦＴにおけるバックチャネル不動態化のためにさらに低誘電性、低応力、そしてより高透過率の誘電体材料に対するニーズがなおも存在している。

コンピュータのディスプレー画面およびフラットパネルテレビ向けに、液晶ディスプレーパネルが増々一般化している。これらの市販用製品の市場は、つねによりサイズの大きいディスプレー、より高い解像度そしてより高いカラー画像レンダリング能力を要求する。高い電界効果移動度、高周波数に対抗する信頼性、そして低い漏洩電流などの改善された電気特性および低い欠陥率を有し、経済的に製造できるアクティブマトリクスディスプレー内の切換えデバイスとして使用するのに適した薄膜トランジスタに対するニーズが存在する。

有機高発光ディスプレーはフラットパネルディスプレー向けの新技術である。ＯＬＥＤディスプレーは、液晶ディスプレーに比べたそのいくつかの利点のため、商業的生産が急速に加速しつつある。有機発光ディスプレーは、連続的に直流を提供する薄膜トランジスタに依存しており、その結果、長期にわたる使用において特に安定したトランジスタに対するニーズが存在する。

時として有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）と呼ばれる炭素含有酸化ケイ素フィルムのプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ）による成長のためのケイ素供給源ガスとして、揮発性シランおよびシリコーンが一般に用いられている。ＯＳＧは一般に、受動的導体素子の間の絶縁層（低ｋ誘電体）用に、およびダマシンプロセスにおける下位絶縁体層として使用される。高い酸素／シリコーン比では、結果として得られるフィルムは、低い酸素／シリコーン比の場合よりも硬く、よりシリカ様であり、このようなフィルムは、ポリマーおよび金属上の硬質保護コーティングとして使用されてきた。

Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ．、"Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｍｏｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ２ｃｍ２／Ｖ・ｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ａｎｄ ０．１ｃｍ２／Ｖ・ｓ ｆｏｒ ｈｏｌｅｓ，"Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４：１６２１０５（Ａｐｒｉｌ ２００９） Ｌｉｎ Ｈａｎ ｅｔ ａｌ．、"Ａ Ｎｅｗ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｏｒ Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ 〜１．５−ｃｍ２／Ｖ・ｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，"ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．３０：５、ｐｐ．５０２−５０４ （Ｍａｙ ２００９） Ｌ．Ｈａｎ，Ｐ．Ｍａｎｄｌｉｋ，Ｊ．Ｇａｒｔｓｉｄｅ，ａｎｄ Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，２００８，Ａ１８．３．） Ｋ．Ｌｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．，２７：１１１−１１３，２００６；Ｋ．Ｈ．Ｃｈｅｒｅｎａｃｋ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．，２８：１００４−１００６，２００７；Ｆ．Ｒ．Ｌｉｂｓｃｈ ａｎｄ Ｊ．Ｋａｎｉｃｋｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６２：１２８６−１２８８，１９９３ Ｌｉｎ Ｈａｎ ｅｔ ａｌ．，"Ａ Ｎｅｗ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｏｒ Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ〜１．５−ｃｍ２／Ｖ・ｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，"ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．３０：５，ｐｐ．５０２−５０４（Ｍａｙ ２００９）

本発明は、当該技術分野において有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）としても公知であるハイブリッドシリカ−シリコーン材料で製造された１つ以上の絶縁層を有するトランジスタを提供する。本発明のＯＳＧ層は、それを薄膜電界効果トランジスタ内で使用するのに特に適したものにする物理的および電気的特性を有する。一部の実施形態において、本発明は、本質的にハイブリッドシリカ−シリコーン材料で構成されたゲート誘電体層、バックチャネル不動態化層および／または基板不動態化層を提供する。ハイブリッド材料は好ましくは、揮発性シリコーン前駆体および酸化剤を含む気体混合物からプラズマ化学気相成長法によって形成される。酸化剤は、酸素ガス、過酸化水素、オゾンおよび亜酸化窒素を含む（ただしこれらに限定されない）当該技術分野において公知のあらゆる酸化剤ガスであってよい。酸素ガスが好ましい。

気体混合物は、任意には、アルゴンなどの不活性ガスおよびゲート絶縁体層に原子を供与する反応性ガスを含んでいてよい。例としては、有機ケイ酸塩ガラスに窒素原子を供与する反応性ガスが含まれるが、これに限定されない。適切な窒素ドナーには、有機シラザンおよびシリル化窒素化合物、アンモニアおよび窒素ガスが含まれるが、これに限定されない。

１つの態様において、本発明は、有機ケイ酸塩ガラス層を被着させるためのプロセス、ならびにＴＦＴ、その他の絶縁されたゲート電界効果トランジスタおよび関連デバイスの製造においてゲート誘電体層、バックチャネル不動態化層および基板不動態化層を被着させる上でのこのプロセスの使用を提供している。

一部の実施形態において、本発明は電界効果トランジスタを含む電子デバイスにおいて、電界効果トランジスタが、半導体材料を含む半導体活性層と；ソース電極およびドレイン電極と；ゲート電極と；ゲート電極と半導体活性層の間に配置され、本質的に有機ケイ酸塩ガラスで構成された絶縁材料と；を含んでいる、電子デバイスを提供する。

一部の実施形態において、本発明は、電界効果トランジスタの製造方法において、基板を提供するステップと；（ａ）被着チャンバ内に基板を置くステップと；（ｂ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｃ）チャンバに対して無線周波数、マイクロ周波数または直流出力を印加するステップと、を含むステップにより基板の上方にゲート絶縁体層を形成させるステップとを含む方法を提供している。

電子デバイスは、（例えば基板上に取付けられた）電界効果トランジスタまたは、有機発光デバイスおよびディスプレー画面（例えばフラットパネルテレビおよびコンピュータモニターに使用される液晶ディスプレー）を含めた電界効果トランジスタを使用するあらゆるデバイスであってよい。１つの構成要素が別の構成要素と「電気的接続状態にある」かまたは「電気的に接続されている」場合、それは、１つの構成要素からもう一方の構成要素に電流が流れてよいような形でその構成要素が配置されていることを意味している。物理的に２つの構成要素間にはその他の構成要素（例えば導電性または半導電性材料）が存在していてもいなくてもよい。

第１の構成要素が、第２の構成要素「の上方に（ｏｖｅｒ）」存在しているものとして記述されている場合、第１の構成要素の少なくとも一部分は、基板から離れて配置されている。これには、第１および第２の構成要素が互いに物理的に接触した状態にある（例えば第１の構成要素が第２の構成要素の上に配置されている）かまたは第１の構成要素と第２の構成要素の間にその他の構成要素が存在するかもしれないという可能性が含まれる。例えばＴＦＴのためのトップゲートアーキテクチャにおいては、ゲート電極は、間にさまざまな構成要素が存在していても、基板「の上方に」配置されているものとして記述されてよい。

公称室温で被着された２５０ｎｍのハイブリッド誘電体ゲート絶縁層を伴う、本発明の一実施形態に係るａ−Ｓｉ：Ｈの概略的横断面図である。 図１のＴＦＴの出力特性を示す。 図１のＴＦＴの線形領域内の出力特性を示す。 図１のＴＦＴの伝達特性およびゲート漏洩電流を示す。 ハイブリッドゲート誘電体を伴う図１のＴＦＴについての、およびガラスまたはプラスチック基板上の１５０℃、２５０℃、３００℃および３５０℃で製造された従来のＳｉＮ_ｘゲート誘電体を伴うＴＦＴの、閾値電圧シフトとゲートバイアス電界の関係を示す。 約３００℃の温度で被着された１００−ｎｍのハイブリッド誘電体ゲート絶縁体を伴う、本発明の一実施形態に係るａ−Ｓｉ：Ｈの概略的横断面図である。 ゲートバイアス応力付加前後の、図６のＴＦＴの出力特性を示す。 ゲートバイアス応力付加前後の、図６のＴＦＴの伝達特性およびゲート漏洩電流を示す。 図６のＴＦＴについての、および３００℃および３５０℃で製造された従来のＳｉＮ_ｘゲート誘電体を伴うＴＦＴの、閾値電圧シフトとゲートバイアス電界の関係を示す。 １００ｎｍのハイブリッド誘電体ゲート絶縁体、１５０ｎｍのａ−Ｓｉ−Ｈチャネル、およびチャネルとソース／ドレンの間の１５０ｎｍのハイブリッド誘電体不動態化層を伴う、本発明の一実施形態に係るａ−Ｓｉ：Ｈの概略的横断面図である。 図１０のＴＦＴの出力特性を示す。 図１０のＴＦＴの伝達特性およびゲート漏洩電流を示す。 層を被着させるのに用いられるヘキサメチジシロキサン対酸素のモル比の一関数としてのハイブリッド誘電体層の破壊電界を示す。 ハイブリッドＯＳＧバックチャネル不動態化層を有する可撓性ＴＦＴを示す。 ガラス基板上にインバーテッド・スタガードＴＦＴを作製する方法の一実施例を示す。 可撓性ポリイミド基板上にインバーテッド・スタガードＴＦＴを作製する方法の一実施例を示す。 ガラス上のトップゲート・スタガードＴＦＴを作製する方法の一実施例を示す。

本発明は、本質的に有機ケイ酸塩ガラスで構成された１つ以上の絶縁層を含む電界効果トランジスタを提供している。一部の実施形態においては、絶縁層の１つ以上が全面的に有機ケイ酸塩ガラスで構成されている。好ましくは、トランジスタは、ゲート電極と半導体活性層の間に配置されたゲート絶縁体材料を含み、ここでゲート絶縁体材料は、本質的に（または全面的に）有機ケイ酸塩ガラスで構成されている。本発明のトランジスタは、任意には、本質的に（または全面的に）有機ケイ酸塩ガラスで構成されているバックチャネル不動態化層および／またはサビング層を含んでいてよい。

有機ケイ酸塩ガラスは好ましくは約７０％〜約９５％の二酸化ケイ素と約３０％〜約５％のシロキサンポリマーを含む。有機ケイ酸塩ガラスは、１つ以上の揮発性シリコーン前駆体および酸素などの酸化剤ガスを含む気体混合物からプラズマ化学気相成長法によって最も適切に被着され、ここで酸化剤ガス対揮発性シリコーン前駆体の体積流比は少なくとも２５：１である。酸素中の揮発性シリコーン前駆体の、毎分標準立方センチメートル単位で測定された体積流量百分率は、好ましくは０．１％〜１０％、より好ましくは０．５％〜８％、さらにより好ましくは１％〜６％であり、最も好ましくは２％〜５％である。

本発明のトランジスタは、基板とトランジスタの間に配置された１つ以上のサビング層（接着力を改善するため）または不動態化層を任意に含んでいてよい剛性または可撓性の基板上で製造されてよい。不動態化層は好ましくは本質的に（または全面的に）有機ケイ酸塩ガラスで構成され、任意には、ＳｉＮ_ｘの接着性改善（サビング）層の上方に設置されてよい。

本発明は同様に、有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体層を有する「インバーティド・スタガード」電界効果トランジスタを形成する方法において、（ａ）基板上にゲート電極を被着させるステップと；（ｂ）ＰＥ−ＣＶＤチャンバ内に基板およびゲート電極を置くステップと；（ｃ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｄ）チャンバに対して無線周波数、マイクロ波周波数または直流出力を印加するステップと；を含み、こうして有機ケイ酸塩ガラス層をゲート電極および基板上に被着させる方法をも提供している。

この方法はさらに、好ましくは非晶質水素化ケイ素層、ドープド（ドナーまたはアクセプタ）非晶質水素化ケイ素層およびナノ結晶、微結晶または多結晶ケイ素の層を被着させることによって達成されるソースおよびドレイン層の被着ステップを含む。この方法はさらに、ソース電極およびドレイン電極として役立つように導電層を被着させるステップを含む。

基板は、例えばガラス、ポリマーホイル、または金属ホイルなど、その上に電界効果トランジスタを製造し得る当該技術分野で公知のあらゆる基板であってよい。機能的トランジスタを得るためにさまざまな層のリトグラフィ、パターン化およびエッチングが、当該技術分野において周知の通りに実施される。

変形実施形態において、本発明は同様に、有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体層を有する「トップゲート」電界効果トランジスタを形成する方法において、（ａ）基板上にソース／ドレイン導体層を被着させるステップと；（ｂ）ソース／ドレイン導体層上にドープド非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップと；（ｃ）ドープド非晶質水素化ケイ素層およびソース／ドレイン導体層をパターン化して別々のソースおよびドレイン電極を形成するステップと；（ｄ）非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップと；（ｅ）ＰＥ−ＣＶＤチャンバ内に電極およびケイ素層を伴う基板を取付けるステップと；（ｆ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｇ）チャンバに対して無線周波数、マイクロ波周波数または直流出力を印加するステップと；を含み、こうして有機ケイ酸塩ガラス層を非晶質水素化ケイ素層上に被着させる方法をも提供している。

典型的には、上述の方法はさらに、非晶質水素化ケイ素上にゲート導体層を被着するステップおよびゲート導体をパターン化してゲート電極を形成させるステップ、そして有機ケイ酸塩ガラス、非晶質水素化ケイ素およびドープド非晶質水素化ケイ素層をパターン化して、ソースおよびドレイン電極を曝露するステップを含む。

さらに別の実施形態において、本発明は、有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体を有するトランジスタを形成する方法において、（ａ）非晶質ケイ素、ナノ結晶ケイ素、微結晶ケイ素または多結晶ケイ素からなる群から選択されたケイ素フィルムを基板上で調製するステップと；（ｂ）ＰＥ−ＣＶＤチャンバ内に基板を設置するステップと；（ｃ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｄ）チャンバに対して無線周波数出力を印加するステップと；を含み、こうして有機ケイ酸塩ガラス層をケイ素フィルムおよび基板上に被着させる方法をも提供している。

上述の方法はさらに、（ａ）有機ケイ酸塩ガラス層をパターン化してケイ素層を曝露するステップと；（ｂ）イオン注入により曝露済みケイ素をドープすることによってかまたはドープドケイ素層を被着させることによって、曝露済みケイ素上にドープドケイ素層を提供するステップと；（ｃ）電極材料層を被着させるステップと；（ｄ）電極材料をパターン化して、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと；を含んでいてよい。

上述の方法は全て、曝露されたあらゆる非晶質水素化ケイ素上に有機ケイ酸塩ガラスの不動態化層を被着させるステップをさらに含んでいてよい。

一部の実施形態において、本発明のゲート絶縁体層は、当該技術分野では有機ケイ酸塩ガラスとしても公知であるハイブリッドシリカ−シリコーン材料を含む。好ましくは、プラズマＣＶＤ（ＰＥ−ＣＶＤ）が、ハイブリッドシリカ−シリコーン材料層の被着のために使用される。ＰＥ−ＣＶＤは、低温被着（例えば１５０℃未満）、均質なコーティングの形成、および制御可能なプロセスパラメータを含むさまざまな理由から望ましいものであるかもしれない。プラズマを生成するのに無線周波数（ＲＦ）、マイクロ波または直流（ＤＣ）エネルギーを使用するものを含め、本発明において使用するのに適しているさまざまなＰＥ−ＣＶＤプロセスが、当該技術分野において公知である。

揮発性シリコーン前駆体は、化学気相成長法により被着させられた場合に有機ケイ酸塩ガラス層を形成することのできるあらゆる材料であってよい。本発明において使用するのに、さまざまなこのような前駆体材料が適しており、それらが有するさまざまな特性のために選択される。例えば、前駆体材料を、その化学元素含有量、存在する化学元素の化学量論比、および／またはＰＥＣＶＤ下で形成されるポリマーおよび非ポリマー材料に関して選択してよい。シロキサンは、前駆体材料として使用するために特に適した化合物の一部類である。シロキサン化合物の代表的な例としては、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）およびジメチルジメトキシシランが含まれる。酸化剤の存在下でＰＥＣＶＤにより被着される場合、これらのシロキサン化合物は、シリコーンポリマーおよび二酸化ケイ素の両方を形成でき、適切な条件下では、これら２つのハイブリッドすなわち有機ケイ酸塩ガラスが被着される。前駆体材料は、コスト、非毒性、粘度、氷点、揮発度および利用可能な純度レベルなどのその他の特性に基づいて選択されてもよい。

前駆体材料として使用するのに適したその他の有機ケイ素化合物としては、メチルシラン；ジメチルシラン；ビニルトリメチルシラン；トリメチルシラン；テトラメチルシラン；エチルシラン；ジシラノメタン；ビス（メチルシラノ）メタン；１，２−ジシラノエタン；１，２−ビス（メチルシラノ）エタン；２，２−ジシラノプロパン；１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレンおよびこれらの化合物のフッ素化誘導体が含まれるが、これらに限定されない。前駆体材料として使用するのに適したフェニル含有オルガノシラン化合物には、ジメチルフェニルシランおよびジフェニルメチルシランが含まれる。前駆体材料として使用するのに適した酸素含有オルガノシラン化合物としては、ジメチルジメトキシシラン；テトラメチジシロキサン、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン；１，３−ジメチルジシロキサン；１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン；１，３−ビス（シラノメチレン）ジシロキサン；ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン；２，２−ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン；２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン；オクタメチルトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン；２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン；１，３，５，７−テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン；ヘキサメチルシクロトリシロキサン；１，３，５，７，９−ペンタメチルシクロペンタシロキサン；ヘキサメトキシジシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、２，２，−ジアルキル−１，３−ジオキサ−２−シラシクロペンタン類（アルキルがメチル、エチル、プロピルまたはイソプロピルである場合）およびこれらの化合物のフッ素化誘導体が含まれる。

好ましくは、揮発性シリコーン前駆体はテトラメチジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサンまたは２，２，−ジアルキル−１，３−ジオキサ−２−シラシクロペンタン類である。最も好ましいのは、ヘキサメチルジシロキサンである。

有機ケイ酸塩ガラスは好ましくは、上述の通りの揮発性シリコーン前駆体および好ましくは酸素である酸化剤ガスを含む気体混合物からプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ）により被着される。任意には、前駆体気体混合物は、１つ以上の揮発性窒素供給源、例えば窒素ガス、アンモニア、オルガノシラザンおよびシリル化アミン化合物を含んでいてよい。

窒素供給源材料として使用するのに適した窒素含有オルガノシラン化合物としては、ヘキサメチルジシラザン；ジビニルテトラメチルジシラザン；ヘキサメチルシクロトリシラザン；ジメチルビス（Ｎ−メチルアセトアミド）シラン；ジメチルビス−（Ｎ−エチルアセトアミド）シラン；メチルビニルビス（Ｎ−メチルアセトアミド）シラン；メチルビニルビス（Ｎ−ブチルアセトアミド）シラン；メチルトリス（Ｎ−フェニルアセトアミド）シラン；ビニルトリス（Ｎ−エチルアセトアミド）シラン；テトラキス（Ｎ−メチルアセトアミド）シラン；ジフェニルビス（ジエチルアミノキシ）シラン；メチルトリス（ジエチルアミノキシ）シラン；およびビス（トリメチルシリル）カルボジイミドが含まれるが、これらに限定されない。

ＰＥＣＶＤにより被着される場合、前駆体材料は、前駆体材料のタイプ、酸化剤およびその他の反応性ガス例えば窒素ドナーの量および性質、そして物理的反応条件に応じて、さまざまな量でさまざまなタイプのポリマー材料を形成し得る。オルガノケイ素化合物が前駆体材料として使用される場合、被着されたハイブリッド層は、例えば、ポリシロキサン、ポリカルボシランおよびポリシランを形成するためＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｃ結合および／またはＳｉ−Ｏ−Ｃ結合を取込んだポリマー鎖そして、大部分が無機であるシリカ様の相をさまざまな割合で含んでいてよい。例えば、酸素含有酸化剤ガスと組合せた形で前駆体材料としてオルガノケイ素化合物が使用される場合、非ポリマー材料は、酸化ケイ素例えばＳｉＯ、ＳｉＯ_２および混合原子価酸化物ＳｉＯｘを含んでいてよい。窒素含有反応ガスを用いて被着される場合、非ポリマー材料は同様に、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、酸炭化ケイ素および酸窒化ケイ素も含んでいてよい。

ＰＥ−ＣＶＤを使用する場合、ＰＥ−ＣＶＤプロセス内で前駆体材料と反応する１つ以上の反応ガスと併用で、１つ以上の前駆体材料を使用してよい。ＰＥ−ＣＶＤにおける反応ガスの使用は、当該技術分野において公知であり、本発明においては、酸素含有ガス（例えばＯ_２、オゾン、過酸化水素、亜酸化窒素、有機過酸化物およびヒドロペルオキシドおよび水）そして窒素含有ガス（例えばアンモニアおよびヘキサメチルジシラザン）を含めたさまざまな反応ガスが使用に適している。反応ガスを使用して、反応混合物中に存在する化学元素の化学量論比を変動させてもよい。例えば、酸素または窒素含有反応ガスがシロキサン前駆体材料と併用される場合、反応ガスは、反応混合物中のケイ素および炭素との関係において酸素または窒素の化学量論比を変更する。反応混合物中のさまざまな化学元素（例えばケイ素、炭素、酸素、窒素）間のこの化学量論関係は、複数の要領で変動し得る。反応中の前駆体材料および反応ガスの濃度は、反応内に入る前駆体材料および反応ガスの流速を変動させることにより制御されてよい。別の方法は、反応内で使用される前駆体材料または反応ガスのタイプを変動させることである。類似の線状シロキサンの代りに例えば環状シロキサンを使用することにより、結果として、有機ケイ酸塩ガラス中の炭素対ケイ素の比は低くなる。

反応混合物中の元素の化学量論比を変更することで、被着されたハイブリッド層の中のポリマーおよび非ポリマー材料の特性および相対量に影響を及ぼすことができる。例えば、シロキサンガスを可変量の酸素と組合わせて、ハイブリッド層内のシリカ様およびシリコーン様の材料の相対量を調整してもよい。ケイ素または炭素との関係における酸素の化学量論比を増大させることにより、シリカ様の材料の量は増大するかもしれない。同様にして、酸素の化学量論比を低減させることにより、炭素含有シリコーン様材料の相対量を増大させてもよい。ハイブリッド層の組成は、その他の反応条件を調整することで変動させてもよい。例えば、ＰＥ−ＣＶＤの場合、ＲＦ出力および周波数、被着圧力、被着時間および気体流速などのプロセスパラメータを変動させることができる。

本発明においては、ゲート絶縁体層として利用される有機ケイ酸塩ガラスはシリカ様の相を富有する。これは、酸素富有前駆体気体混合物から層を被着させることによって、最適に達成される。例えば、本発明で酸化剤ガスとして酸素を、そして揮発性シリコーン前駆体としてヘキサメチルジシロキサンを使用する場合、毎分の標準立方センチメートル単位で測定される酸素中のシリコーン前駆体の体積流量百分率は０．１％〜１０％である。体積流量百分率は、被着プロセス中のＣＶＤチャンバ内の２つの分子種のモル比にほぼ対応する。好ましくは、酸素中のシリコーン前駆体の体積流量百分率は０．５％〜８％であり、より好ましくは１％〜６％であり、さらに一層好ましくは、２％〜５％である。これらの数字は、必要に応じて、異なる分子量、異なる化学組成そしてこれに対応して異なる標準立方センチメートルあたりのケイ素および炭素含有量を有するシリコーン前駆体をもたらすように調整してよい。ヘキサメチルジシロキサンの場合、「酸素富有」条件とは、ヘキサメチジシロキサンの流量との関係において約２５：１超の相対的酸素流速を意味する。ＨＭＤＳＯの百分率は最も好ましくは２％〜４％である。図１３は、酸素対ヘキサメチルジシロキサンのモル比が結果として得られるハイブリッド誘電体の絶縁破壊電圧にいかに影響を及ぼすかを示している。

こうして、本発明の方法を使用することにより、ポリマー（シリコーン様）および非ポリマー（シリカ様）構成要素を有しかつゲート絶縁体として使用するのに適したバルク特性を有するハイブリッド有機ケイ酸塩ガラス層を形成することが可能である。

本発明の有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体材料は、約７０％〜約９５％の二酸化ケイ素（シリカ様材料）および約３０％〜約５％のシロキサンポリマー（シリコーン様材料）を含む。本明細書中で使用される二酸化ケイ素およびシロキサンポリマーの百分率は、酸素のみに結合したケイ素原子と少なくとも１つの炭素に結合したケイ素原子のモル比を意味する。この比は、表面および薄膜化学および元素分析に適切なさまざまな技術、例えば赤外吸収分光法、ラマン散乱分光法、Ｘ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）、ラザフォード後方散乱などを用いて決定されてよい。

本発明の方法は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）内で使用するのに特に適したものであるゲート絶縁体層を提供する。ゲート絶縁体層は、非常に広いＴＦＴアレイをベースとするディスプレーデバイスの製造における所望の特性である優れた均質度および非常に低い欠陥レベルで極めて薄く作ることが可能である。ゲート絶縁体層の厚みは３００ｎｍ未満、一部のケースでは２５０ｎｍ未満そして一部のケースでは１５０ｎｍ未満であってよい。これは、効果的性能を示すために典型的に少なくとも３００ｎｍの厚みを必要とする窒化ケイ素ゲート誘電体に比較して著しい改善である。（例えば、Ｌｉｎ ｅｔ ａｌ．、“Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｍｏｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ２ｃｍ^２／Ｖ・ｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ａｎｄ ０．１ｃｍ^２／Ｖ・ｓ ｆｏｒ ｈｏｌｅｓ，”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４：１６２１０５（Ａｐｒｉｌ ２００９）を参照のこと）。有機ケイ酸塩ガラスハイブリッド材料には、漏洩電流を可能にする微小亀裂の数がより少ないことから、本発明のＴＦＴは、厚みの非常に薄いゲート絶縁材で極めて効果的な性能を発揮できるかもしれない。これとは対照的に、ＳｉＮ_ｘおよびＳｉＯ_２などの脆性材料は、このような微小亀裂を発生させて、漏洩電流をもたらすものとして公知である。（例えばＬｉｎ Ｈａｎ ｅｔ ａｌ．、“Ａ Ｎｅｗ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｏｒ Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ 〜１．５−ｃｍ^２／Ｖ・ｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，”ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．３０：５、ｐｐ．５０２−５０４ （Ｍａｙ ２００９）を参照のこと）。本発明のゲート絶縁体は、ＴＦＴの製造において使用されるその他の材料に対する強い結合を形成し発生する界面準位の数を低くするかもしれない。

ＰＥ−ＣＶＤに関与する温度が低いことから、本発明の方法は、活性層として比較的熱に弱い有機半導体材料を利用する有機ＴＦＴの製造のために特に適している。本発明のハイブリッド誘電体は、室温に保たれた基板上にＲＥ−ＣＶＤにより被着された場合、優れた特性を有する。この材料は、脆性材料である従来のゲート絶縁体、窒化ケイ素および二酸化ケイ素とは異なり容易に亀裂を発生しないことから、フレキシブルエレクトロニクスにおいて使用される薄膜トランジスタのために特に有利である。ハイブリッド誘電体は比較的低温（例えば室温）で被着可能であることから、冷却時の収縮が全く無いかもしれず、結合された層はその他の層との界面における収縮差を通した応力を生成しない。基板の熱膨脹係数は厳密に一致している必要がないことから、本発明のハイブリッド誘電体は、より多様な基板材料、特に、軽量のフレキシブルＬＣＤおよびＯＬＥＤディスプレーにおいて使用するために望ましい透明で可撓性のプラスチック基板の上にＴＦＴを構築することを実現可能にする。

本発明は同様に、ゲート電極と半導体活性層の間に配置されたゲート絶縁体材料を含む電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁体材料が、上述の通りの有機ケイ酸塩ガラスを含むかまたは好ましくは本質的にそれで構成されている電界効果トランジスタをも提供している。これに関連して、「本質的に〜で構成されている」というのは、本発明の有機ケイ酸塩ガラス絶縁体層の絶縁、誘電およびバリヤ特性に対して機能的に適切な効果を有する、本明細書中に記述される揮発性前駆体ガスによって提供されるケイ素、炭素、水素、酸素そして任意には窒素以外の材料が一切存在しないということを意味している。好ましい実施形態においては、ゲート絶縁体材料は、任意には窒素構成要素を有していてよい上述の通りの有機ケイ酸塩ガラスで構成されている。

本発明のＴＦＴに適した半導体は、非晶質ケイ素、ナノ結晶ケイ素、微結晶ケイ素、多結晶ケイ素、酸化亜鉛、酸化亜鉛錫または酸化亜鉛ガリウムを含む（ただしこれらに限定されない）当該技術分野において公知の全ての半導体である。この技術的現状を考慮すると、非晶質ケイ素が好ましく、水素化非晶質ケイ素がより好ましい。

本発明の有機薄膜トランジスタの有機半導体層のための有機半導体材料は、当該技術分野において公知であるようなあらゆる材料であってよい。最も一般的には、π共役材料が使用される。π共役材料の例としては、ポリピロール類、例えばポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、およびポリ（３，４−ジ置換ピロール）；ポリチオフェン類、例えばポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−ジ置換チオフェン）、およびポリベンゾチオフェン；ポリイソチアナフテン類、例えばポリイソチアナフテン；ポリチエニレンビニレン類、例えばポリチエニレンビニレン；ポリ（ｐ−フェニレンビニレン類）、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）；ポリアニリン類、例えばポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、およびポリ（２，３−置換アニリン）；ポリアセチレン類、例えばポリアセチレン；ポリジアセチレン類、例えばポリジアセチレン；ポリアズレン類、例えばポリアズレン；ポリピレン類、例えばポリピレン；ポリカルバゾール類、例えばポリカルバゾールおよびポリ（Ｎ−置換カルバゾール）、ポリセレノフェン類、例えばポリセレノフェン；ポリフラン類、例えばポリフランおよびポリベンゾフラン；ポリ（ｐ−フェニレン類）、例えばポリ（ｐ−フェニレン）；ポリインドール類、例えばポリインドール；ポリピリダジン類、例えばポリピリダジン；ポリアセン類、例えばナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、およびシルカムアントラセン；ポリアセンの炭素原子の一部がＮ、ＳおよびＯなどの原子またはカルボニル基などの官能基で置換されている誘導体（例えばトリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノン）；ポリマー例えばポリビニルカルバゾール類、ポリフェニレンスルフィドおよびポリビニレンスルフィドが含まれるが、これらに限定されない。

さらに、上述のポリマーの場合と同じ要領で反復単位を有するオリゴマー、例えばα−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、およびα，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェンまたはスチリルベンゼン誘導体を含むチオフェンヘキサマーを利用することが適切である。

さらに列挙されるのは、メタロフタロシアニン類、例えば銅フタロシアニンおよびフッ素置換銅フタロシアニン類；ナフタレンテトラカルボン酸イミド類を含む縮合環化合物のテトラカルボン酸ジイミド、例えばナフタレン１，４，５，８−テラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロｃｔｙｌ）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、Ｎ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、およびナフタレン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド類、およびアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類、例えばアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド類；フラーレン類、例えばＣ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８およびＣ_８４；カーボンナノチューブ、例えばＳＷＮＴ；および染料、例えばメロシアニン類およびヘミシアニン類である。

これらのπ共役化合物のうち、好んで使用されるのは、チオフェン、ビニレン、チエニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、その置換生成物またはそれらのうちの少なくとも２種を反復単位として有しかつ４〜１０という反復単位数ｎを有するオリゴマー；以上と同じ単位および少なくとも２０という反復単位数ｎを有するポリマー、縮合多環式芳香族化合物例えばペンタセン、フラーレン、縮合環化合物の縮合環式テトラカルボン酸ジイミドおよびメタローフタロンアニンからなる群から選択された少なくとも１つである。

有機半導体用のその他の材料としてさらに用いられるのは、有機分子錯体、例えばテトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−イオジン錯体およびＴＣＮＱ−イオジン錯体である。

有機半導体層は、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン；置換アミン例えばフェニレンジアミン；アントラセン、ベンゾアントラセンおよび置換ベンゾアントラセン、ピレンおよび置換ピレン；カルバゾールおよびその誘導体；ならびにテトラチアフルバレンおよびその誘導体を含めた（ただしこれらに限定されない）電子受容分子（アクセプタ）または電子供与分子（ドナー）を取込むことによるドープ処理に付されてよい。

本発明は同様に、プラズマ化学気相成長法により有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体層を有するトランジスタを形成する方法において、（ａ）基板上にゲート電極を被着させるステップと；（ｂ）ＣＶＤチャンバ内に基板とゲート電極を取付けるステップと；（ｃ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｄ）チャンバに対して無線周波数、マイクロ波周波数または直流出力を印加するステップと；を含む方法も提供している。有機ケイ酸塩ガラスの層がこうして、ゲート電極および基板上に被着され、これがゲート絶縁体として役立つ。

適切な基板としては、ガラス、金属および高強度ポリマーフィルムおよびホイル基板が含まれる。フレキシブルディスプレーを製造するためには高強度ポリマーフィルム基板が望ましく、これには例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびポリイミドホイルおよびフィルムを含む。基板は、好ましくは、当該技術分野において公知である通りの適切なサビング層でコーティングされている。例えば、ガラス基板の場合、窒化ケイ素または有機ケイ酸塩ガラス（これは本明細書中で記述されている通りの有機ケイ酸塩ガラスであってよい）を利用してよい。金属およびポリマー基板などのさまざまなその他の基板用として、ポリマーサビング層が開発された。

この方法はさらに、活性半導体材料、好ましくはケイ素そしてより好ましくは非晶質水素化ケイ素の層を被着させるステップを含む。ドープド非晶質水素化ケイ素層が、非晶質水素化ケイ素上に被着される。最終的に、ソース／ドレイン導電体層が被着され、この層をパターン化してソースおよびドレイン電極を生産する。適切な導電体は、酸化インジウム錫、クロミウム、アルミニウム、銅などを含めた（ただしこれらに限定されない）当該技術分野において公知のもののいずれかである。

本発明を実践する上で実施される通り、さまざまな層のパターン化は、当該技術分野において公知のさまざまな手段のいずれによって達成されてもよい。フォトリソグラフィに基づく方法を利用してもよく、当業者は、適切なレジストおよびエッチング方法の使用を熟知しているものである。パターン化方法には、先にパターン化された層に対する層の自己整列が含まれていてよい。エッチング方法には、さまざまな湿式化学およびプラズマ方法が含まれるが、これらに限定されない。適切な非限定的方法は、以下の実施例の中で示されている。例えば細い銅導体を設置する場合などの、該当する場合にはダマシン方法を利用してもよい。

プラズマ化学気相成長法により有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体層を有するトランジスタを形成する代替的方法も同様に提供されており、これは、（ａ）基板上に半導体チャネル層を被着させるステップと；（ｂ）ソース／ドレイン導体層上にドープド非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップと；（ｃ）ドープド非晶質水素化ケイ素層およびソース／ドレイン導体層をパターン化して別々のソースおよびドレイン電極を形成するステップと；（ｄ）非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップと；（ｅ）ＣＶＤチャンバ内に基板およびゲート電極を取付けるステップと；（ｆ）揮発性シリコーン前駆体および酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｇ）チャンバに対して無線周波数、マイクロ波周波数または直流出力を印加するステップと、を含む。このようにして有機ケイ酸塩ガラス層が非晶質水素化ケイ素層上に被着される。トランジスタは、ゲート導体層を被着させるステップおよび、ゲート導体層をパターン化してゲート電極を形成するステップにより完成される。基板は、好ましくは当該技術分野において公知であるように、適切なサビングまたは不動態化層でコーティングされる。例えば、ガラス基板の場合、窒化ケイ素または、本明細書で記述されている通りの有機ケイ酸塩ガラスであってよい有機ケイ酸塩ガラスを利用してよい。金属およびポリマー基板などのさまざまなその他の基板用としては、ポリマーサビング層または不動態化層が開発されている。

有機ケイ酸塩ガラス、非晶質水素化ケイ素およびドープド非晶質水素化ケイ素層は次にパターン化されて、ソースおよびドレイン電極を曝露する。シリカに適している反応性イオンエッチングなどのパターン化およびエッチングのための工業標準方法が、一般に、本発明のハイブリッドＯＳＧ誘電材料に適している。

有機ケイ酸塩ガラスゲート絶縁体を有するトランジスタを形成するさらに別の方法が提供されており、これは、（ａ）非晶質ケイ素、ナノ結晶ケイ素、微結晶ケイ素または多結晶ケイ素のフィルムを基板上に調製するステップと；（ｂ）ＣＶＤチャンバ内に基板を取付けるステップと；（ｃ）揮発性シリコーン前駆体および上述の通りの酸化剤ガスを含む供給源ガスをチャンバ内に導入するステップと；（ｄ）チャンバに対して無線周波数出力を印加するステップと；を含み、こうして有機ケイ酸塩ガラス層がケイ素フィルムおよび基板上に被着される。基板は、好ましくは当該技術分野において公知であるように、適切なサビングまたは不動態化層でコーティングされる。例えば、ガラス基板の場合、窒化ケイ素または、本明細書で記述されている通りの有機ケイ酸塩ガラスであってよい有機ケイ酸塩ガラスを利用してよい。金属および樹脂基板などのさまざまなその他の基板用として、ポリマーサビング層が開発されている。

この方法はさらに、（ａ）有機ケイ酸塩ガラス層をパターン化してケイ素層を曝露するステップと；（ｂ）イオン注入により曝露済みケイ素をドープすることによってかまたはドープドケイ素層を被着させることによって、曝露済みケイ素上にドープドケイ素層を提供するステップと；（ｃ）電極材料層を被着させるステップと；（ｄ）電極材料をパターン化して、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと；を含む。

本発明は、上述の方法のいずれかにより製造されたトランジスタをも提供し得る。以下の記述は、本発明の例とすることが意図されており、本発明の限度または添付のクレームの範囲に対する限定条件を表わすものではない。

１．０ ハイブリッドゲート絶縁体層（「ゲート誘電体」）の被着
ハイブリッドは、以下で「小規模ＰＥ−ＣＶＤ」と記されている単一チャンバ反応装置内でのプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ）によって被着される。ハイブリッド材料の開発中に、小規模ＰＥ−ＣＶＤは数度にわたり再構成された。ハイブリッドゲート誘電体は、以下で説明する通り電極表面積および気体補給が異なる２つの構成で被着された。

酸素富有条件（すなわちヘキサメチジドシロキサムの流量との関係において約２５：１超の流速）下でのハイブリッド誘電体のＰＥ−ＣＶＤは、熱ＳｉＯ_２のものに近い絶縁破壊電界

を有する材料を生産することが発見された。（図１３参照）。

１．１ ＰＥＣＶＤ構成
気体補給プレナム全体にわたる動力電極とグリッドの表面積１０２ｃｍ^２

供給源ガス流速：酸素４２ｓｃｃｍ；ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）１．１７ｓｃｃｍ；ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ；被着用に用いられるＲＦ出力：５０Ｗ（０．５Ｗ／ｃｍ^２）：被着圧力：約１２０ｍｔｏｒｒ＝１６Ｐａ；
基板温度：公称室温

１．２ 代替的ＰＥＣＶＤ構成
動力電極の表面積１８２ｃｍ^２；気体補給リングの直径７．５ｃｍ。

供給源ガス流速：Ｏ_２ ３３ｓｃｃｍ；ＨＭＤＳＯ １．２５ｓｃｃｍ；ＲＦ周波数：１３．５６ＭＨｚ；被着出力：７０Ｗ（０．３８Ｗ／ｃｍ^２）；被着圧力：約１１５ｍｔｏｒｒ＝１５Ｐａ
基板温度：公称室温〜３１０℃

２．０ 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造プロセスシーケンス
２つの異なるＴＦＴ幾何形状のためのプロセスシーケンスを以下で記述する。両方共、チャネル半導体用として非晶質水素化ケイ素（ａ−Ｓｉ：Ｈまたはａ−Ｓｉ）を使用している。第１のものはガラスおよびＫａｐｔｏｎ^ＴＭポリイミドホイル基板上に作られた従来のインバーテッド・スタガード幾何形状であり、第２のものはトップゲート・スタガード幾何形状である。

本明細書中の実施例は、２基のＰＥ−ＣＶＤ装置を用いて実施した。一方は、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）ゲート誘電体、バックチャネル不動態化および基板不動態化層の被着のために使用される上述の「小規模ＰＥ−ＣＶＤ」である。もう一方は、４−チャンバＰＥ−ＣＶＤシステムであり、この中でその他の全てのＴＦＴ層、すなわち不動態化層として（および従来のａ−ＳｉＴＦＴｓ中のゲート誘電体として）使用される窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）；ＴＦＴの半導体チャネルのための未ドープ非晶質水素化ケイ素（ａ−Ｓｉ：Ｈまたはａ−Ｓｉ）；そしてソースおよびドレイン接点に用いられる高濃度ドープドｎ型ａ−Ｓｉ−Ｈ層が被着される。

２つの異なるＰＥ−ＣＶＤ装置を用いた作業には、大気内で試料を前後に移送する必要があり、これは、薄膜エレクトロニクスにおいてきわめて望ましくないと考えられている。その理由は、大気に対する曝露が曝露済み表面（これは後続する層が被着された後界面となる）を再現不能な形で変化させるからである。最も敏感な界面は、ゲート絶縁体と半導体チャネルの間、この場合は、導電性電子がこの界面に沿って移動することから有機ケイ酸塩ガラスとａ−Ｓｉ：Ｈの間の界面である。２つの異なるＰＥ−ＣＶＤシステムにおいてプロセスを実施すると、この界面を大気に曝露することになり、このプロセスで高い電界効果移動度を得ることができるのは意外である。別々のＴＦＴプロセス作業の間の電界効果移動度の変動が、チャンバ間の移送の結果もたらされる再現性の低い界面に起因するものであることは考えられる。

以下で記述するのは、ガラス（２．１）およびＫａｐｔｏｎポリイミドホイル（２．２）基板上にインバーテッド・スタガードＴＦＴを製造するためのプロセスである。図面中、ＯＳＧ層は「ハイブリッド」としても呼称されているかもしれない。

２．１ ガラス上のインバーテッド・スタガード幾何形状：
ガラス基板を、１５０℃または２００℃で４チャンバＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＳｉＮ_ｘを用いてか、または室温で小規模ＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＯＳＧを用いてコーティングした。その後、５０〜７０ｎｍのＣｒゲート接点金属を熱蒸発させた。（図１５Ａ参照）。マスク＃１：ゲートパターン化。フォトレジストを回し続け、予備焼成し、レジストをゲート金属パターンを伴うフォトマスクを通してＵＶ光に曝露し、レジストを現像し、クロムエッチャントでクロムを湿式エッチングし、残留フォトレジストを剥ぎ取る（図１５Ｂを参照）。

小規模ＰＥＣＶＤ内に試料を投入し、約１００〜２５０ｎｍのＯＳＧを被着させた（時として、３分間の酸素プラズマが後続する）。その後、１５０℃または約２５０℃で未ドープａ−Ｓｉ：Ｈおよびｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈを被着させるため、試料を４チャンバＰＥＣＶＤに移した。ａ−Ｓｉ：Ｈの被着に先立ち、Ａｒプラズマを３分間実施して、表面を清浄した。その後、ソースおよびドレイン金属接点用の約７０ｎｍのＣｒを熱蒸発装置内で被着させた（図１５Ｃを参照のこと）。

マスク＃２：ソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述された通りであった。クロムをＣｒエッチャントを用いて湿式エッチングし、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりｎ^＋ａ−Ｓｉを除去した。（図１５Ｄ参照）。マスク＃３：活性部域（ａ−Ｓｉアイランド）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述された通りであった。ＲＩＥによりａ−Ｓｉを除去した。マスク＃４：ゲート電極接点用にハイブリッド内にビア開口部を作る。フォトリソグラフィは、マスク＃１の項で記述された通りであった。ＯＳＧをＲＩＥでエッチングした。

２．２ 厚み５０μｍのＫａｐｔｏｎ^ＴＭＥポリイミドホイル上のインバーテッド・スタガード幾何形状
Ｋａｐｔｏｎ^ＴＭポリイミドホイル基板を、１５０℃または２００℃で４チャンバＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＳｉＮ_ｘを用いてか、または室温で小規模ＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＯＳＧを用いてコーティングした。その後、２０／５０／２０ｎｍの３層Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒゲート接点金属を熱蒸発させた。（図１６Ａ参照）。

マスク＃１：ゲートパターン化。フォトレジストを回し続け、予備焼成し、レジストをゲート金属パターンを伴うフォトマスクを通してＵＶ光に曝露し、レジストを現像し、ＣｒおよびＡｌエッチャントでＣｒ／Ａｌ／Ｃｒを湿式エッチングし、残留フォトレジストを剥ぎ取る（図１６Ｂを参照）。

小規模ＰＥＣＶＤ内に試料を投入し、約１００〜２５０ｎｍのＯＳＧを被着させた（時として、３分間の酸素プラズマが後続する）。その後、１５０℃または約２５０℃でａ−Ｓｉおよびｎ＋ａ−Ｓｉを被着させるため、試料を４チャンバＰＥＣＶＤに移した。ａ−Ｓｉの被着の前に、３分間のＡｒプラズマを実施して表面を清浄した。その後、ソースおよびドレイン金属接点用の２０／５０／２０ｎｍのＣｒ／Ａｌ／Ｃｒを熱蒸発装置内で被着させた（図１６Ｃを参照のこと）。

マスク＃２：ソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述された通りであった。ＣｒおよびＡｌをＣｒおよびＡｌエッチャントを用いて湿式エッチングし、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりｎ^＋ａ−Ｓｉを除去した。（図１６Ｄ参照）。マスク＃３：活性部域（ａ−Ｓｉアイランド）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述された通りであった。ＲＩＥによりａ−Ｓｉを除去した（図１６Ｅを参照）。マスク＃４：ゲート電極接点のためハイブリッド内にビア開口部を作る。フォトリソグラフィは、マスク＃１の項で記述された通りであった。ＯＳＧをＲＩＥでエッチングした。

２．３ ガラス上のトップゲート・スタガード幾何形状
ガラス基板を、１５０℃または２００℃で４チャンバＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＳｉＮ_ｘを用いてか、または室温で小規模ＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのハイブリッドを用いてコーティングした。その後、５０〜７０ｎｍのＣｒソースおよびドレイン接点金属を熱蒸発させた。４チャンバＰＥＣＶＤに移送した後、ソースおよびドレイン層のためのおよそ４０ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉを被着させた（図１７Ａ参照）。

マスク＃１：ソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）パターン化。フォトリソグラフィは、上記第２．１項のマスク＃１の項で記述された通りであった。ｎ^＋ａ−Ｓｉを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチングし、クロムはＣｒエッチャントを用いて湿式エッチングした（図１７Ｂ参照）。

４チャンバＰＥＣＶＤ内で、２５０ｎｍのａ−Ｓｉ層を被着させた。その後、単一チャンバＰＥＣＶＤ中で、ゲート誘電体用の２５０ｎｍのＯＳＧ層を被着させた。最後に７０ｎｍのＣｒを、ゲート電極のために熱蒸発させた。（図１７Ｃを参照のこと）。

マスク２：ゲートパターン化。フォトレジストを回し続け、予備焼成し、レジストをゲート金属パターンを伴うフォトマスクを通してＵＶ光に曝露させ、レジストを現像し、ＣｒエッチャントでＣｒを湿式エッチングし、残留フォトレジストを剥ぎ取った（図１７Ｄを参照）。マスク＃３：活性部域（ａ−Ｓｉアイランド）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述した通りであった。ＯＳＧおよびａ−ＳｉをＲＩＥによって除去した（図１７Ｅを参照）。

２．４ バックチャネル不動態化を伴う、ガラス上のインバーテッド・スタガード幾何形状
ガラス基板を、１５０℃または２００℃で４チャンバＰＥＣＶＤ内で約２５０ｎｍのＳｉＮ_ｘを用いコーティングし、その後、ゲート接点として６０ｎｍのＣｒ金属層を熱蒸発させた。

マスク＃１：ゲートパターン化。フォトレジストを回し続け、予備焼成し、レジストをゲート金属パターンを伴うフォトマスクを通してＵＶ光に曝露させ、レジストを現像し、クロムエッチャントでクロムを湿式エッチングし、残留フォトレジストを剥ぎ取る。

小規模ＰＥＣＶＤ内に試料を投入し、１００ｎｍのＯＳＧを被着させた。２５０℃で１５０ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈを被着させるため、試料を４チャンバＰＥＣＶＤに移した。その後小規模ＰＥＣＶＤに戻し、１５０ｎｍのＯＳＧ層を被着させた。マスク＃２を用いて、その後１５０ｎｍのＯＳＧ層をパターン化してバックチャネル不動態化層を形成した。

試料を、ＨＦベースの水性エッチャントである１／１００希釈した緩衝酸化物エッチング液（ＢＯＥ）中に２０秒間浸漬して、あらゆる酸化物を除去し、その後４チャンバＰＥＣＶＤ内に直ちに投入した。次に４０ｎｍのｎ^＋ドープドａ−Ｓｉ：Ｈ層を２５０℃で被着させてソース／ドレイン層を提供した。（長さ３分間のＡｒプラズマを用いて、ｎ^＋ａ−Ｓｉの被着に先立ち試料表面を清浄してよい）。金属の順次熱蒸発により被着されたＣｒ／Ａｌ／Ｃｒサンドイッチ（２０／２００／２０ｎｍ）によりソースおよびドレイン接点が提供された。

マスク＃３：ソースおよびドレイン（Ｓ／Ｄ）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で上述された通りであった。Ｃｒ／Ａｌ／ＣｒをＣｒおよびＡｌエッチャントを用いて湿式エッチングした。マスク＃４：活性部域（ａ−Ｓｉアイランド）パターン化。フォトリソグラフィはマスク＃１の項で記述された通りであった。ＲＩＥによりａ−Ｓｉを除去し、上述の通りソースおよびドレインを絶縁した。マスク＃５：ゲート電極接点のためハイブリッド内にビア開口部を作った。フォトリソグラフィは、マスク＃１の項で記述された通りであった。ＯＳＧおよびａ−Ｓｉ：ＨをＲＩＥでエッチングした。

３ トランジスタの製造および評価
以上で記述した方法を用いて、大部分はガラス基板上に従来のインバーテッド・スタガード幾何形状で、ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴを調製した。この幾何形状の横断面図は、図１および１０に示されている。代表的実施例の製造、評価および特徴について以下で記述する。これらの試料は、ＴＦＴ１、ＴＦＴ２、ＴＦＴ３およびＴＦＴ４と呼称される。応力および可撓性試験のため一連のＴＦＴも同様にポリイミドホイル上で製造し、トップゲート・コプラナー幾何形状のＯＳＧゲート誘電体を伴うＴＦＴを、本発明の一般原理を実証するものとして製造した。実施例は、プロセス温度、基板、幾何形状およびゲート絶縁体の厚み、ゲート誘電体のためのハイブリッド材料の使用、バックチャネル不動態化および基板不動態化の変形形態のいくつかを例証し、得ることのできる改善された電気的および物理的特性を示している。

ＴＦＴ１は低温で加工されており、従来使用されているＳｉＮ_ｘ絶縁体の３００ｎｍという厚みに近い厚み２５０−ｎｍのＯＳＧゲート絶縁体を有していた。ＴＦＴ２は高温で加工され、従来用いられているＳｉＮ_ｘ絶縁体の規格により極めて薄いものである１００−ｎｍのＯＳＧ絶縁体を有していた。ＴＦＴ３は低温で加工され、１００−ｎｍの（薄い）ＯＳＧゲート絶縁体を有し、厚み１５０−ｎｍのＯＳＧバックチャネル不動態化層を特色としていた。ＴＦＴ４は低温で加工され、ハイブリッドＯＳＧ不動態化層、ハイブリッドＯＳＧゲート絶縁体およびハイブリッドＯＳＧバックチャネル不動態化層を伴う可撓性基板を特色としていた。

ＴＦＴ１の製造のためにガラス基板を、ＴＦＴ成長に先立ち、１５０℃でＰＥ−ＣＶＤにより被着された厚み３００−ｎｍのＳｉＮ_ｘ層でコーティングした。ゲート電極として７０ｎｍのＣｒを蒸発させた。図１の具体例において、ゲート電極をパターン化した後、単一チャンバＰＥ−ＣＶＤ機内で公称室温で、厚み２５０−ｎｍのＯＳＧ層を被着させた。ＳｉＯ_２−シリコーンハイブリッドＯＳＧ被着のための供給源ガスは、環境に優しく低コストであるＨＭＤＳＯおよび酸素であった。ＯＳＧ材料の特性は、熱酸化物とプラズマ重合ＨＭＤＳＯの特性の間にある。（Ｌ．Ｈａｎ，Ｐ．Ｍａｎｄｌｉｋ，Ｊ．Ｇａｒｔｓｉｄｅ，ａｎｄ Ｓ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，２００８，Ａ１８．３．）。試料を、４チャンバＲＥ−ＣＶＤシステムに移送して、厚み３００−ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈチャネル層と５０−ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉソース／ドレイン接点層を被着させた。ソース／ドレイン接点（７０ｎｍのＣｒ）を、熱蒸発により製作した。

ＴＦＴ２の製造のために（図６）、ガラス基板を、ＴＦＴ成長に先立ち、２５０℃でＰＥ−ＣＶＤにより被着された厚み２００−ｎｍのＳｉＮ_ｘ層でコーティングした。ゲート電極として７０ｎｍのＣｒ層を蒸発させた。ゲート電極をパターン化した後、単一チャンバＰＥ−ＣＶＤ機内で３１０℃〜２８０℃の基板室温で、厚み１００ｎｍのＯＳＧ層を被着させた。試料を次に、４チャンバＲＥ−ＣＶＤシステムに移送して、厚み１５０ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈチャネル層と５０−ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉソース／ドレイン接点層を被着させた。ソース／ドレイン接点は、熱蒸発を受けた７０ｎｍのＣｒで作られていた。

ＴＦＴ３の製造のために（図１０）、ガラス基板を、ＴＦＴ成長に先立ち、２５０℃でＰＥ−ＣＶＤにより被着された厚み２５０−ｎｍのＳｉＮ_ｘ層でコーティングした。ゲート電極として７０ｎｍのＣｒ層を蒸発させた。ゲート電極がパターン化された後、単一チャンバＰＥ−ＣＶＤ機内で室温で、厚みおよそ１００ｎｍのＯＳＧ層を被着させた。試料を次に、４チャンバＲＥ−ＣＶＤシステムに移送して、厚み１５０ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈチャネル層を被着させた。１５０ｎｍのＯＳＧ層をその後再び室温で設置し、続いてバックチャネル不動態化層をパターン化した。その後試料を２０秒間、１／１００に希釈したＢＯＥ中に浸漬させて、あらゆる自然酸化物を除去し、直ちに４チャンバＰＥＣＶＤシステムに移して、４０ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈソース／ドレイン層を被着させた。Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒ（２０／２００／２０ｎｍ）サンドイッチであるソース／ドレイン接点を熱蒸発によって適用した。通常の要領でエッチングすることにより、ソースおよびドレインのパターン化、アイランドの絶縁、そしてゲート電極へのビアの開口を実施した。

ＴＦＴ４の製造のためには、両面にＯＳＧハイブリッドの２５０ｎｍの層を室温ＰＥ−ＣＶＤ被着させることにより、５０μｍのポリイミドホイル基板を封入した。Ｃｒ／Ａｌ／Ｃｒ（１５／４０／１５ｎｍ）の金属サンドイッチを熱蒸発させゲート電極のためにパターン化した。厚み１５０ｎｍのＯＳＧハイブリッドゲート誘電体をＰＥ−ＣＶＤにより室温で被着させ、その後１５０ｎｍのａ−Ｓｉ：Ｈ層を１５０℃で被着させた。次に、バックチャネル不動態化のため、厚み１５０ｎｍのＯＳＧハイブリッド層を被着させた。パターン化の後、１５０℃で４０ｎｍのｎ^＋ａ−Ｓｉ：Ｈソース／ドレイン層を被着させ、その後ソース／ドレイン接点のため１５／４０／１５ｎｍのＣｒ／Ａｌ／Ｃｒを熱蒸発させた。ソースおよびドレインをパターン化し、ａ−Ｓｉ：Ｈアイランドを分離し、ゲート電極へのビアをエッチングによって開口させた。

トップゲート同一平面内幾何形状のＯＳＧゲート誘電体を伴うａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴも製造した。これらのＴＦＴについては本開示中でさらに記述しないが、これらは機能的でもあり、工業用途へのトップゲート幾何形状の導入を可能にするかもしれない。

ＴＦＴを、そのＩ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ出力特性、そのＩ_ＤＳ−Ｖ_ＧＳ伝達特性そしてそのゲートバイアス応力安定性について、ＨＰ４１５５Ａパラメータ分析装置を用いて評価した。出力特性については、ソース・ドレイン電圧を０Ｖから２０Ｖまで掃引し、ゲート電圧を１０Ｖから２２Ｖまで２Ｖのステップで掃引した。伝達特性については、ゲート電圧を１０Ｖおよび０．１Ｖのドレイン−ソースバイアスで２０Ｖから−１０Ｖまで掃引した。ゲートバイアス応力付加の間、ソースおよびドレインを接地し、６００秒の間ゲートに正の電圧を印加した。その後、ゲート電圧を２０Ｖから−１０Ｖまで掃引することによって、伝達特性を再び測定した。ゲートバイアス電圧は５Ｖから８０Ｖまで変動し、これは、ゲート絶縁体を横断する電界が０．２ＭＶ／ｃｍから３．２ＭＶ／ｃｍまで変動したことを意味している。閾値電圧のシフトを、１×１０^−１０Ａのドレイン−電流値で、伝送曲線の閾値下勾配上で決定した。

４． 結果
ＴＦＴ１
図２は、それぞれ８０μｍおよび１０μｍというチャネル幅およびチャネル長を有するＴＦＴ１のＩ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ特性を示す。線形領域は拡大され、図３に示されている。伝達特性は図４に示されている。線形領域内の１．１１ｃｍ^２／Ｖ・ｓの電子電界効果移動度が、ドレイン電流対ゲート電圧の勾配、ゲート幅Ｗ対ゲート長Ｌの比、ゲートキャパシタンスＣおよび０．１Ｖというドレイン−ソースバイアス電圧から抽出される。ドレイン電流の平方根対ゲート電圧の勾配、Ｗ／Ｌ比およびゲートキャパシタンスから、１．１２ｃｍ^２／Ｖ・ｓの飽和移動度が導出される。閾値電圧は約５Ｖであり、オン／オフ電流比は１０^７超であり、閾値下勾配は５００ｍＶ／ｄｅｃａｄｅである。

ゲート−バイアス応力付加の後の閾値−電圧シフトが、基板温度範囲の上方に被着されたＳｉＮ_ｘ−ゲート誘電体を伴うその他のＴＦＴの文献データと共に、図５に示されている。（Ｋ．Ｌｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．，２７：１１１−１１３，２００６；Ｋ．Ｈ．Ｃｈｅｒｅｎａｃｋ，ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．，２８：１００４−１００６，２００７；Ｆ．Ｒ．Ｌｉｂｓｃｈ ａｎｄ Ｊ．Ｋａｎｉｃｋｉ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６２：１２８６−１２８８，１９９３）。

文献は、ＳｉＮ_ｘゲート誘電体を用いたａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴの閾値−電圧安定性が、プロセス温度の上昇につれて改善するということを教示している。ＴＦＴ１については、ＳｉＯ_２−シリコーンハイブリッドゲート誘電体を公称室温で被着したが、ＴＦＴ１の安定性は、プラスチック上で１５０℃で製造されたゲート誘電体用の従来のＳｉＮ_ｘを用いたその他のＴＦＴの安定性に匹敵するものであった。その上、より高いゲート−バイアス応力付加では、ＴＦＴ１の安定性が、１５０℃で製造されたゲート誘電体のための従来のＳｉＮ_ｘを用いたＴＦＴの安定性を上回っている。さらに近年得られたデータにおいては、本発明にしたがって作られたＴＦＴは、３５０℃で製造されたＳｉＮ_ｘ−ゲート誘電体を用いたＴＦＴさえも上回る閾値−電圧安定性を有していた。（ここではデータを示さないが、参照により本明細書に援用されているＬｉｎ Ｈａｎ ｅｔ ａｌ．，“Ａ Ｎｅｗ Ｇａｔｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｏｒ Ｈｉｇｈｌｙ Ｓｔａｂｌｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ〜１．５−ｃｍ^２／Ｖ・ｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，”ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ．３０：５，ｐｐ．５０２−５０４（Ｍａｙ ２００９）を参照のこと）。

ＴＦＴ２
図７は、６０μｍのチャネル幅および６０μｍのチャネル長を有するＴＦＴ２のＩ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ特性を示す。特性はバイアス応力付加の前後で示されている。バイアス応力付加前後の伝達特性およびゲート漏洩電流は、図８に示されている。このＴＦＴは、２．９Ｖの閾値電圧；および、線形領域内で２．３７ｃｍ^２／Ｖ・ｓ、飽和領域内で２．２９ｃｍ^２／Ｖ・ｓの電子電界効果移動度を有していた。

ＴＦＴ２のゲート−バイアス応力付加後の閾値−電圧シフトは、ここでもまた、基板温度範囲の上方に被着されたＳｉＮ_ｘ−ゲート誘電体を伴うその他のＴＦＴの文献データと共に、図９に示されている。このデータは、ＴＦＴ２の閾値−電圧シフトが、ＴＦＴ２のハイブリッド誘電体と同一かまたは類似の温度で被着されたＳｉＮ_ｘゲート誘電体を有する従来のａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴの約半分であったことを示唆している。ハイブリッドＳｉＯ_２−シリコーン誘電体およびＳｉＮ_ｘ誘電体の基本的電気特性の一部の比較が、下表１に示されている。ハイブリッドＳｉＯ_２−シリコーン誘電体がＳｉＮ_ｘ誘電体材料よりも高いキャパシタンスを有するという点に留意されたい。

ＴＦＴ３
図１１および１２は、ハイブリッド誘電体を伴うＴＦＴ３の特性と、ゲート誘電体としてＳｉＮ_ｘで製造された従来のＴＦＴの特性とを比較している。寸法および測定条件は、ゲート誘電体およびバックチャネル層を除いて同一である。図１１でプロットされた出力（Ｉ_ＤＳ−Ｖ_ＤＳ）特性は、「ハイブリッド」ＴＦＴが「ＳｉＮ_ｘ」ＴＦＴの電流の約４倍を生成することを示している。図１２のＤＣ伝達（ｌｏｇ_１０［Ｉ_ＤＳ−Ｖ_ＧＳ］）特性は、約１ｐＡのＯＦＦおよびゲート漏洩電流が、両方のＴＦＴについて類似であること、「ハイブリッド」ＴＦＴについてＯＮ電流およびＯＮ／ＯＦＦ比がさらに高いこと、閾値勾配が、「ハイブリッド」について２７０ｍＶ／ｄｅｃであるのに対し「ＳｉＮ_ｘ」ＴＦＴについては５００ｍＶ／ｄｅｃであることを示している。「ハイブリッド」ＴＦＴの飽和（Ｖ_ＤＳ＝１０Ｖ）および線形領域（Ｖ_ＤＳ＝０．１Ｖ）に対する図４の最小二乗適合は、それぞれμ_{ｎ，ｓａｔ}＝２．０ｃｍ^２／Ｖ・ｓおよびμ_{ｎ，ｌｉｎ}＝２．１ｃｍ^２／Ｖ・ｓ、そしてＶ_Ｔ＝２．０および２．５Ｖを生成する。

ＴＦＴ４
これらのＴＦＴは、ホイル基板に充分接着し（以下参照）、１．２ｃｍ^２／Ｖｓの電子電界効果移動度、３００ｍＶ／ｄｅｃａｄｅの閾値下勾配、１０^７のＯＮ／ＯＦＦ比、そして１０^−１２Ａの漏洩電流を有することが発見された。

ハイブリッドＯＳＧ−不動態化ポリイミド上に構築されたＴＦＴの可撓性
ＴＦＴ製造に先立ち厚み５０μｍのポリイミド基板ホイルを不動態化するために、弾性ＳｉＯ_２−シリコーンハイブリッド材料を使用した（上記第２．２項を参照のこと）。基板の両面上または基板のＴＦＴ側の面のみで、ハイブリッド材料の厚みおよそ３００−ｎｍの層で、基板を不動態化した。ポリイミド基板に対するハイブリッド不動態化層の接着力を、任意には、ハイブリッド層の被着に先立ち厚みおよそ１０ｎｍのＳｉＮ_ｘサビング層を被着させることによって改善してよい。不動態化されたポリイミドの上に構築された個々のＴＦＴを１分間、公知の半径まで屈曲させ、次に伝達特性の測定のために平担化した。屈曲軸は、ソース・ドレイン電流経路に対して垂直であった。このプロセスを、ＴＦＴが電気的に不全になるまで反復した。ハイブリッド誘電体で作られたＴＦＴは、圧縮ひずみを受けた時点で、ＳｉＮ_ｘで作られた従来のＴＦＴと類似の可撓性を示したが、引張りひずみを受けた場合、著しく増大した可撓性を示した。

圧縮ひずみに対する屈曲下で、全ての被験ＴＦＴは、基板が両面で不動態化されていたかまたはＴＦＴ側のみで不動態化されていたかとは無関係に、２％超の圧縮ひずみについて、基板から剥離した。従来のａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＮ_ｘ ＴＦＴは、類似の圧縮ひずみで剥離することが予め発見されている。引張りひずみに対する屈曲下で、両面が不動態化された基板上の新しいハイブリッド材料で作られたＴＦＴは、最高約０．８％のひずみの下で伝達特性の有意な変化を示さず、最高１．６％のひずみ下で機能的状態にとどまった。両面で不動態化された基板上の従来のａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＮ_ｘ ＴＦＴは、約０．４％の引張りひずみで伝達特性の変化を示し、新しいハイブリッド材料で作られたＴＦＴの場合の３分の１超の低さの値である最高０．５％までのひずみについて機能的状態にとどまることが発見された。

ＴＦＴ側のみで不動態化された基板上では、ハイブリッド誘電体ＴＦＴは、最高約２．５％までの引張りひずみについて伝達特性の有意な変化は示さなかった。ＴＦＴ側でのみ不動態化された基板上の従来のａ−Ｓｉ：Ｈ／ＳｉＮ_ｘ ＴＦＴの性能は、新しいハイブリッド材料で作られたＴＦＴについての値の５分の１の値である約０．５％までの引張りひずみを受けた場合に劣化しない。これらの結果は、新しい誘電体材料で作られたＴＦＴが、ディスプレーおよびセンサーなどの大面積電子機器の可撓性および耐久性を増強する潜在性を有することを示唆している。

以上の結果の中で達成された電子電界移動度は、ＳｉＮ_ｘゲート誘電体を用いるその他のａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴが約１ｃｍ^２／Ｖ・ｓの電子電界効果移動度を有することを考慮すると、意外なほど高いものである。（例えば、Ｄ．Ｓｔｒｉａｋｈｉｌｅｖ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｄｉｓｐｌａｙ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．２，ｐ．３６４（２００６）を参照のこと）。１つの分析は、高性能ａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴについての有効電子電界効果移動度が、線形領域内で１．２ｃｍ^２／Ｖ・ｓ、飽和領域内で１．５ｃｍ^２／Ｖ・ｓに達し、固有移動度が１．６ｃｍ^２／Ｖ・ｓであることを報告している（Ｊ．Ｋａｎｉｃｋｉ ＆ Ｓ．Ｍａｒｔｉｎ， “Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ，”Ｃ． Ｋａｇａｎ ａｎｄ Ｐ． Ａｎｄｒｙ，ｅｄｓ．，ｐ．１０８，Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ（２００３）を参照）。したがって、上述のａ−Ｓｉ：Ｈ ＴＦＴで得られた電子電界効果移動度は意外なほど高い。

以上の結果の中の高い電子電界効果移動度は、ゲート絶縁体層とａ−Ｓｉ：Ｈチャネル間の界面が異常に低いトラップ密度を有することを示唆している。一部の実施形態においては、本発明のトランジスタは、１．５ｃｍ^２／Ｖ・ｓ超そして一部の場合では２．０ｃｍ^２／Ｖ・ｓ超の線形領域内の有効電子電界効果移動度を有する。一部の実施形態では、本発明のトランジスタは、１×１０^５超、そして一部の場合では１×１０^６超そして一部の場合では１×１０^７超のオン／オフ電流比を有する。一部の実施形態においては、本発明のトランジスタは、４．０Ｖ未満、そして一部の場合では２．０Ｖ未満の閾値電圧（Ｖ_ｔｈ）を有する。一部の実施形態においては、本発明のトランジスタは、５００ｍＶ／ｄｅｃ未満そして一部の場合では３００ｍＶ／ｄｅｃ未満の閾値下勾配を有する。閾値下勾配は、電界効果開始の鮮鋭さを特徴づけ、Ｓ＝ｄＶ_ＧＳ／ｄ（ｌｏｇＩ_ＤＳ）により求められ、ここでＶ_ＧＳはゲートにおける電圧であり、Ｉ_ＤＳは、挙動が線形である（すなわちＶ_ＧＳ＜Ｖ_ｔｈである）領域内のドレインおよびソース間の電流である。このような性能特性は、３００ｎｍ未満の厚みを有するＳｉＮ_ｘ−ゲート誘電体層では達成が困難であるかもしれない。

本明細書中で記述されたさまざまな実施形態は単なる一例にすぎず、本発明の範囲を限定するように意図されていないということが了解される。例えば、本明細書中で記述された材料および構造の多くは、本発明の精神から逸脱することなくその他の材料および構造と置換されてよい。本発明が何故機能するかについてのさまざまな理論は、限定的なものとして意図されていないということが了解される。本発明の開示された態様および実施形態の各々は、個別にまたは本発明のその他の態様、実施形態および変形形態と組合せた形で考慮されてよい。さらに、別段の規定のないかぎり、本発明の方法のステップは、特定のいかなる実施順序にも限定されるものではない。

Claims (43)

1. 電界効果トランジスタを含む電子デバイスにおいて、電界効果トランジスタが、
   − 半導体材料を含む半導体活性層と；
   − ソース電極およびドレイン電極と；
   − ゲート電極と；
   − ゲート電極と半導体活性層の間に配置され、本質的に有機ケイ酸塩ガラスで構成された絶縁材料と；
   を含んでいる、電子デバイス。
2. 前記半導体材料が、非晶質ケイ素、ナノ結晶ケイ素、微結晶ケイ素、多結晶ケイ素、酸化亜鉛、酸化亜鉛錫または酸化亜鉛ガリウムから選択されている、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記半導体材料が非晶質ケイ素である、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記半導体材料が水素化非晶質ケイ素である、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記半導体材料が有機半導体である、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記絶縁材料が有機ケイ酸塩ガラスで構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記有機ケイ酸塩ガラスが７０％〜９５％の二酸化ケイ素と３０％〜５％のシロキサンポリマーを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイス。
8. 本質的に有機ケイ酸塩ガラスで構成されたバックチャネル不動態化層をさらに含み、このバックチャネル不動態化層が前記半導体活性層と物理的接触状態にある、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. バックチャネル不動態化層が有機ケイ酸塩ガラスで構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記有機ケイ酸塩ガラスが、１つ以上の揮発性シリコーン前駆体と酸素を含む気体混合物からプラズマ化学気相成長法により被着される、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記気体混合物がさらに、１つ以上の揮発性窒素供給源を含む、請求項１１に記載のデバイス。
12. 前記揮発性シリコーン前駆体が、テトラメチジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、および２，２，−ジアルキル−１，３−ジオキサ−２−シラシクロペンタン類からなる群から選択されている、請求項１１に記載のデバイス。
13. 前記揮発性シリコーン前駆体がヘキサメチルジシロキサンである、請求項１２に記載のデバイス。
14. 可撓性基板をさらに含み、前記電界効果トランジスタが可撓性基板の上方に取付けられている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイス。
15. 前記基板と前記電界効果トランジスタとの間に配置されたサビング層または不動態化層をさらに含む、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記サビング層または不動態化層が本質的に有機ケイ酸塩ガラスで構成されている、請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記サビング層または不動態化層が有機ケイ酸塩ガラスで構成されている、請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記絶縁材料がゲート絶縁体層を形成し、前記ゲート絶縁体層の厚みが３００ｎｍ未満である、請求項１に記載のデバイス。
19. 前記ゲート絶縁体層の厚みが２５０ｎｍ未満である、請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記トランジスタが、線形領域内で１．５ｃｍ^２／Ｖ・ｓ超の有効電子電界効果移動度、１×１０^６超のオン／オフ電流比、４．０Ｖ未満の閾値電圧そして５００ｍＶ／ｄｅｃ未満の閾値下勾配を有する、請求項１に記載のデバイス。
21. 前記デバイスがディスプレー画面である、請求項１に記載のデバイス。
22. 前記デバイスが有機発光デバイスである、請求項１に記載のデバイス。
23. 電界効果トランジスタの製造方法において、
    − 基板を提供するステップと；
    − （ａ）被着チャンバ内に前記基板を置くステップと；
    （ｂ）揮発性シリコーン前駆体と、酸素、オゾン、過酸化水素および亜酸化窒素からなる群から選択された少なくとも１つの酸化剤ガスとを含む供給源ガスを前記チャンバ内に導入するステップと；
    （ｃ）前記チャンバに対して無線周波数、マイクロ周波数または直流出力を印加するステップと；
    を含むステップにより前記基板の上方にゲート絶縁体層を形成させるステップと；
    を含む方法。
24. 前記酸化剤ガスが酸素である、請求項２３に記載の方法。
25. 酸素に対する揮発性シリコーン前駆体の毎分標準立方センチメートル単位で測定された体積流量百分率が０．１％〜１０％である、請求項２４に記載の方法。
26. 酸素に対する揮発性シリコーン前駆体の体積流量百分率が０．５％〜８％である、請求項２５に記載の方法。
27. 酸素に対する揮発性シリコーン前駆体の体積流量百分率が１％〜６％である、請求項２６に記載の方法。
28. 酸素対揮発性シリコーン前駆体の体積流量比が少なくとも２５：１である、請求項２４に記載の方法。
29. 前記揮発性シリコーン前駆体がテトラメチジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、および２，２，−ジアルキル−１，３−ジオキサ−２−シラシクロペンタン類からなる群から選択されている、請求項２３〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記揮発性シリコーン前駆体がヘキサメチルジシロキサンである、請求項２９に記載の方法。
31. 前記基板が、窒化ケイ素または有機ケイ酸塩ガラスからなるサビング層または不動態化層を有する、請求項２３〜３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記基板の上方に非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップをさらに含む、請求項２３〜３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 前記非晶質水素化ケイ素層が前記絶縁体層上に被着させられる、請求項３２に記載の方法。
34. 前記非晶質水素化ケイ素層上にドープド非晶質水素化ケイ素層を被着させるステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記基板がゲート電極を有し、前記ゲート絶縁体層が前記ゲート電極の上方に形成されている、請求項３０に記載の方法。
36. − 前記ゲート絶縁層の上方に半導体材料を被着させて活性半導体層を形成するステップと；
    − 各々前記半導体活性層と電気的接続状態にあるソース電極およびドレイン電極を形成するステップと；
    をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記基板が、ソース電極と、ドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極と電気的接続状態にある半導体活性層とを含み、前記ゲート絶縁体層が前記半導体活性層の上方に形成されている、請求項２３に記載の方法。
38. − 前記ゲート絶縁層の上方にゲート導体層を形成するステップと；
    − 前記ゲート導体層をパターン化してゲート電極を形成するステップと、
    をさらに含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記ゲート絶縁体層を形成する前に、
    − 前記基板の上方にソース／ドレイン導体層を形成するステップと；
    − 前記ソース／ドレイン導体層上にドープド非晶質水素化ケイ素層を形成するステップと；
    − 前記ドープド非晶質水素化ケイ素層およびソース／ドレイン導体層をパターン化して別々のソースおよびドレイン電極を形成するステップと；
    − 前記ドープド非晶質水素化ケイ素層上に非晶質水素化ケイ素層を形成するステップと；
    をさらに含み、前記ゲート絶縁体層が前記非晶質水素化ケイ素層上に形成されている、請求項２３に記載の方法。
40. 前記ゲート絶縁体層、前記非晶質水素化ケイ素層および前記ドープド非晶質水素化ケイ素層をパターン化することによって前記ソースおよびドレイン電極を曝露するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
41. 前記基板が、非晶質ケイ素、ナノ結晶ケイ素、微結晶ケイ素または多結晶ケイ素からなる群から選択されたケイ素材料を含むケイ素層を有し、前記ゲート絶縁体層が前記ケイ素層上に形成されている、請求項２３に記載の方法。
42. − 前記ゲート絶縁体層をパターン化して前記ケイ素層を曝露するステップと；
    − イオン注入により前記曝露済みケイ素にドープすることによってかまたはドープドケイ素層を被着させることによって、前記曝露済みケイ素上にドープドケイ素層を形成するステップと；
    − 電極材料層を被着させるステップと；
    − 前記電極材料をパターン化して、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するステップと；
    をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
43. 前記ゲート絶縁体層が１５０℃未満の温度で形成される、請求項２３に記載の方法。