JP2012174801A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element Download PDF

Info

Publication number
JP2012174801A
JP2012174801A JP2011033701A JP2011033701A JP2012174801A JP 2012174801 A JP2012174801 A JP 2012174801A JP 2011033701 A JP2011033701 A JP 2011033701A JP 2011033701 A JP2011033701 A JP 2011033701A JP 2012174801 A JP2012174801 A JP 2012174801A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate insulating
insulating film
semiconductor
resin composition
semiconductor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011033701A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Nakajima
宜樹 中嶋
Yoshihide Fujisaki
好英 藤崎
Hiroto Sato
弘人 佐藤
Mitsuru Nakada
充 中田
Tatsuya Takei
達哉 武井
Toshihiro Yamamoto
敏裕 山本
Yukie Isogai
幸枝 磯貝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Nippon Zeon Co Ltd
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Hoso Kyokai NHK, Nippon Zeon Co Ltd, Japan Broadcasting Corp filed Critical Nippon Hoso Kyokai NHK
Priority to JP2011033701A priority Critical patent/JP2012174801A/en
Publication of JP2012174801A publication Critical patent/JP2012174801A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element which is provided with a gate insulating film having excellent surface flatness, a low dielectric constant, and excellent lamination properties and thus has high mobility with low leakage current.SOLUTION: A semiconductor element comprises a coating type organic gate insulating film made of a thermally crosslinkable resin composition and a semiconductor layer. A curing temperature of the organic gate insulating film is 130-150°C; a contact angle of a surface of the organic gate insulating film is 70-80°; and the semiconductor layer is formed of an organic semiconductor or an inorganic oxide semiconductor.

Description

本発明は、半導体素子に係り、さらに詳しくは、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor element, and more particularly to a semiconductor element having a gate insulating film having excellent surface flatness, a low dielectric constant, and excellent stackability, high mobility, and low leakage current.

近年、有機材料を用いた有機TFT(薄膜トランジスタ)に関する研究が盛んに行われている。このような薄膜トランジスタは、たとえば、基板の表面に、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極および半導体層を形成することで構成される。   In recent years, research on organic TFTs (thin film transistors) using organic materials has been actively conducted. Such a thin film transistor is configured, for example, by forming a gate electrode, a gate insulating layer, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer on the surface of a substrate.

このような薄膜トランジスタにおいて、たとえば、特許文献1では、ゲート絶縁層を、SiO層と、0.3〜10nmのフッ素ポリマー層との2つの層で形成することにより、ゲート絶縁層の接触角を高め、これにより、薄膜トランジスタの特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、この特許文献1の方法では、SiO層と、フッ素ポリマー層との2つの層で形成するものであるため、製造工程が煩雑になるという問題に加え、ゲート絶縁層の平坦性の制御が難しく、そのため、得られる薄膜トランジスタは、リーク電流特性に劣るものとなってしまうという問題があった。 In such a thin film transistor, for example, in Patent Document 1, the gate insulating layer is formed of two layers of a SiO 2 layer and a 0.3 to 10 nm fluoropolymer layer, whereby the contact angle of the gate insulating layer is increased. Attempts have been made to improve the characteristics of thin film transistors. However, since the method of Patent Document 1 is formed by two layers of a SiO 2 layer and a fluoropolymer layer, the manufacturing process becomes complicated and the flatness of the gate insulating layer is controlled. Therefore, there is a problem that the thin film transistor obtained is inferior in leakage current characteristics.

また、特許文献2では、同様に薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層の表面を2〜5種の表面処理剤を用いて表面処理をすることにより、同様にゲート絶縁層の接触角を高め、これにより、薄膜トランジスタの特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、この特許文献1の方法では、表面処理工程が必要となるため、製造工程が煩雑となってしまうという問題に加え、ゲート絶縁層上に半導体層を形成した際に、半導体層の形成性に劣り、そのため、得られる薄膜トランジスタは、移動度およびリーク電流特性に劣るものとなってしまうという問題があった。   Further, in Patent Document 2, similarly, in the thin film transistor, the surface of the gate insulating layer is subjected to surface treatment using 2 to 5 kinds of surface treatment agents, thereby similarly increasing the contact angle of the gate insulating layer, Attempts have been made to improve the characteristics of thin film transistors. However, since the method of Patent Document 1 requires a surface treatment step, the manufacturing process becomes complicated. In addition, when the semiconductor layer is formed on the gate insulating layer, the formability of the semiconductor layer is increased. Therefore, there is a problem that the obtained thin film transistor is inferior in mobility and leakage current characteristics.

特開2001−94107号公報JP 2001-94107 A 国際公開第2007/29551号International Publication No. 2007/29551

本発明は、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor element having a gate insulating film having excellent surface flatness, a low dielectric constant, and excellent stackability, high mobility, and low leakage current.

本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、ゲート絶縁層を、熱架橋性樹脂組成物からなり、硬化温度が130〜150℃である塗布型有機ゲート絶縁膜で構成し、かつ、該有機ゲート絶縁膜の表面の接触角を70〜80°の範囲に制御することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of diligent researches to achieve the above object, the inventors of the present invention formed a gate insulating layer with a coating type organic gate insulating film made of a thermally crosslinkable resin composition and having a curing temperature of 130 to 150 ° C. And it discovered that the said objective could be achieved by controlling the contact angle of the surface of this organic gate insulating film in the range of 70-80 degrees, and came to complete this invention.

すなわち、本発明によれば、熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有する半導体素子であって、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が130〜150℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が70〜80°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする半導体素子が提供される。   That is, according to the present invention, there is provided a semiconductor element having a coating type organic gate insulating film made of a thermally crosslinkable resin composition and a semiconductor layer, and the curing temperature of the organic gate insulating film is 130 to 150 ° C. And the contact angle of the said organic gate insulating film surface is 70-80 degrees, The said semiconductor layer is formed with the organic semiconductor or the inorganic oxide semiconductor, The semiconductor element characterized by the above-mentioned is provided.

好ましくは、前記有機ゲート絶縁膜の表面粗さが2nm以下である。
好ましくは、前記有機ゲート絶縁膜の誘電率が1.5〜3.0である。
Preferably, the organic gate insulating film has a surface roughness of 2 nm or less.
Preferably, the organic gate insulating film has a dielectric constant of 1.5 to 3.0.

本発明によれば、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor element that includes a gate insulating film that has excellent surface flatness, low dielectric constant, and excellent stackability, high mobility, and low leakage current.

図1は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの一例を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図2は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図3は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図4は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧(Id−Vg)特性の一例を示す図である。FIG. 4 is a graph showing an example of drain current-gate voltage (Id-Vg) characteristics of a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図5は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a method of manufacturing a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図6は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a thin film transistor as a semiconductor element according to the present invention. 図7は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧(Id−Vg)特性の他の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of the drain current-gate voltage (Id-Vg) characteristics of the thin film transistor as the semiconductor element according to the present invention.

本発明の半導体素子は、熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有し、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が130〜150℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が70〜80°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする。
以下においては、まず、本発明で用いる熱架橋性樹脂組成物について説明する。
The semiconductor element of the present invention has a coating-type organic gate insulating film made of a thermally crosslinkable resin composition and a semiconductor layer, the curing temperature of the organic gate insulating film is 130 to 150 ° C., and the organic The contact angle on the surface of the gate insulating film is 70 to 80 °, and the semiconductor layer is formed of an organic semiconductor or an inorganic oxide semiconductor.
In the following, first, the thermally crosslinkable resin composition used in the present invention will be described.

(熱架橋性樹脂組成物)
本発明で用いる熱架橋性樹脂組成物としては、130〜150℃で架橋可能であり、かつ、塗布型有機ゲート絶縁膜とした場合における、その表面の接触角が70〜80°の範囲となるような樹脂組成物であればよく特に限定されないが、たとえば、樹脂(A)と、架橋剤(B)とを含有する樹脂組成物を用いることができる。
(Heat-crosslinkable resin composition)
The heat-crosslinkable resin composition used in the present invention can be cross-linked at 130 to 150 ° C., and the surface contact angle in the case of a coating type organic gate insulating film is in the range of 70 to 80 °. Although it will not be specifically limited if it is such a resin composition, For example, the resin composition containing resin (A) and a crosslinking agent (B) can be used.

(樹脂(A))
樹脂(A)としては、特に限定されないが、環状オレフィン重合体(A1)、アクリル樹脂(A2)、カルド樹脂(A3)、ポリシロキサン(A4)またはポリイミド(A5)などが挙げられる。
これらの樹脂(A)は、それぞれ単独で用いてもよく、または2種以上を併用してもよい。
(Resin (A))
Although it does not specifically limit as resin (A), A cyclic olefin polymer (A1), an acrylic resin (A2), a cardo resin (A3), a polysiloxane (A4), or a polyimide (A5) is mentioned.
These resins (A) may be used alone or in combination of two or more.

なお、本発明で用いる環状オレフィン重合体(A1)は、単量体を開環重合させた開環重合体であってもよいし、あるいは、上述した単量体を付加重合させた付加重合体であってもよい。   The cyclic olefin polymer (A1) used in the present invention may be a ring-opening polymer obtained by ring-opening polymerization of a monomer, or an addition polymer obtained by addition polymerization of the above-described monomer. It may be.

上記環状オレフィン重合体(A1)の合成方法は、単量体を用いて特開平11−52574 号公報、特願2001−174872号公報、国際公開WO99/03903号公報、国際公開WO01/79325号公報などに記載された脂環式オレフィン樹脂の製造方法に準じて、開環重合して得られる重合体の主鎖の炭素−炭素二重結合を水素化し、更に必要に応じて加水分解やグラフト変性することにより得られる。   The method for synthesizing the cyclic olefin polymer (A1) is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-52574, Japanese Patent Application No. 2001-174872, International Publication WO99 / 03903, International Publication WO01 / 79325 using monomers. The carbon-carbon double bond of the main chain of the polymer obtained by ring-opening polymerization is hydrogenated according to the method for producing an alicyclic olefin resin described in the above, and further, hydrolysis or graft modification is performed as necessary. Can be obtained.

また、本発明で使用するアクリル樹脂(A2)は、特に限定されないが、アクリル基を有するカルボン酸、アクリル基を有するカルボン酸無水物、またはエポキシ基含有アクリレート化合物から選ばれる少なくとも1つを必須成分とする単独重合体または共重合体が好ましい。   Further, the acrylic resin (A2) used in the present invention is not particularly limited, but at least one selected from a carboxylic acid having an acrylic group, a carboxylic acid anhydride having an acrylic group, or an epoxy group-containing acrylate compound is an essential component. A homopolymer or a copolymer is preferable.

上記アクリル樹脂(A2)を製造する際における単量体の重合方法は、常法に従えばよく、例えば、懸濁重合法,乳化重合法,溶液重合法等が採用される。   The monomer polymerization method for producing the acrylic resin (A2) may be a conventional method, and for example, a suspension polymerization method, an emulsion polymerization method, a solution polymerization method and the like are employed.

本発明で用いるカルド樹脂(A3)は、カルド構造、すなわち、環状構造を構成している4級炭素原子に二つの環状構造が結合した骨格構造、を有する樹脂である。カルド構造の一般的なものはフルオレン環にベンゼン環が結合したものである。
環状構造を構成している4級炭素原子に二つの環状構造が結合した骨格構造の具体例としては、フルオレン骨格、ビスフェノールフルオレン骨格、ビスアミノフェニルフルオレン骨格、エポキシ基を有するフルオレン骨格、アクリル基を有するフルオレン骨格等が挙げられる。
本発明で用いるカルド樹脂(A3)は、このカルド構造を有する骨格がそれに結合している官能基間の反応等により重合して形成される。カルド樹脂(A3)は、主鎖と嵩高い側鎖が一つの元素で繋がれた構造(カルド構造)をもち、主鎖に対してほぼ垂直方向に環状構造を有している。
The cardo resin (A3) used in the present invention is a resin having a cardo structure, that is, a skeleton structure in which two cyclic structures are bonded to a quaternary carbon atom constituting the cyclic structure. A common cardo structure is a fluorene ring bonded to a benzene ring.
Specific examples of the skeleton structure in which two cyclic structures are bonded to a quaternary carbon atom constituting the cyclic structure include a fluorene skeleton, a bisphenol fluorene skeleton, a bisaminophenyl fluorene skeleton, a fluorene skeleton having an epoxy group, and an acrylic group. And a fluorene skeleton having the same.
The cardo resin (A3) used in the present invention is formed by polymerizing a skeleton having the cardo structure by a reaction between functional groups bonded thereto. The cardo resin (A3) has a structure (cardo structure) in which the main chain and bulky side chains are connected by one element, and has a ring structure in a direction substantially perpendicular to the main chain.

上記カルド樹脂(A3)を製造する際における、単量体の重合方法は、常法に従えばよく、例えば、開環重合法や付加重合法等が採用される。   The monomer polymerization method for producing the cardo resin (A3) may be a conventional method, and for example, a ring-opening polymerization method or an addition polymerization method is employed.

本発明で用いるポリシロキサン(A4)としては、特に限定されないが、好ましくは下記式(1)で表されるオルガノシランの1種または2種以上を混合、反応させることによって得られる重合体が挙げられる。
(R−Si−(OR4−m (1)
(上記式(1)中、Rは水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、複数のRはそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。Rは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアシル基、または炭素数6〜15のアリール基であり、複数のRはそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。)
Although it does not specifically limit as polysiloxane (A4) used by this invention, Preferably the polymer obtained by mixing and making 1 type (s) or 2 or more types of organosilane represented by following formula (1) mention is mentioned. It is done.
(R 1) m -Si- (OR 2) 4-m (1)
(In the above formula (1), R 1 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms or an aryl group having from 6 to 15 carbon atoms, a plurality of R 1 each R 2 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an acyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 15 carbon atoms, and a plurality of R 2 2 may be the same or different.

本発明で用いるポリシロキサン(A4)は、オルガノシランを加水分解および部分縮合させることにより得られる。加水分解および部分縮合には一般的な方法を用いることができる。例えば、混合物に溶媒、水、必要に応じて触媒を添加し、加熱攪拌する。攪拌中、必要に応じて蒸留によって加水分解副生物(メタノールなどのアルコール)や縮合副生物(水)を留去してもよい。   The polysiloxane (A4) used in the present invention is obtained by hydrolyzing and partially condensing organosilane. A general method can be used for hydrolysis and partial condensation. For example, a solvent, water and, if necessary, a catalyst are added to the mixture, and the mixture is heated and stirred. During stirring, if necessary, hydrolysis by-products (alcohols such as methanol) and condensation by-products (water) may be distilled off by distillation.

本発明で用いるポリイミド(A5)は、テトラカルボン酸無水物とジアミンを反応させて得たポリイミド前駆体を熱処理することで得ることができる。   The polyimide (A5) used by this invention can be obtained by heat-processing the polyimide precursor obtained by making tetracarboxylic anhydride and diamine react.

本発明で用いるポリイミド(A5)は公知の方法によって合成される。すなわち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを選択的に組み合わせ、これらをN−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホロトリアミド、γ−ブチロラクトン、シクロペンタノン等の極性溶媒中で反応させる等、公知の方法によって合成される。   The polyimide (A5) used in the present invention is synthesized by a known method. That is, a tetracarboxylic dianhydride and a diamine are selectively combined, and these are combined with N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphorotriamide, It is synthesized by a known method such as reacting in a polar solvent such as γ-butyrolactone or cyclopentanone.

(架橋剤(B))
本発明で用いる架橋剤(B)は、130〜150℃に加熱することにより、架橋剤分子間に架橋構造を形成するものや、樹脂(A)と反応して樹脂分子間に架橋構造を形成するものであり、具体的には、2以上の反応性基を有する化合物が挙げられる。このような反応性基としては、例えば、アミノ基、カルボキシ基、水酸基、エポキシ基、イソシアネート基等が挙げられる。
(Crosslinking agent (B))
The crosslinking agent (B) used in the present invention forms a crosslinked structure between crosslinking agent molecules by heating to 130 to 150 ° C., or reacts with the resin (A) to form a crosslinked structure between resin molecules. Specifically, a compound having two or more reactive groups can be mentioned. Examples of such reactive groups include amino groups, carboxy groups, hydroxyl groups, epoxy groups, and isocyanate groups.

(界面調整剤(C))
また、本発明で用いる樹脂組成物は、樹脂(A)および架橋剤(B)に加えて、界面調整剤(C)を含有していてもよい。
(Interface modifier (C))
Moreover, the resin composition used by this invention may contain the interface regulator (C) in addition to resin (A) and a crosslinking agent (B).

界面調整剤(C)としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアリールエーテル類;ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレート等のポリオキシエチレンジアルキルエステル類等のノニオン系界面活性剤;フッ素系界面活性剤;メタクリル酸共重合体系界面活性剤;アクリル酸共重合体系界面活性剤;ハロゲン変性シリコーンオイル、ポリエステル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アラルキル変性シリコーンオイルおよび反応性基変性シリコーンオイルなどの変性シリコーンオイル;等が挙げられる。   Examples of the surface conditioner (C) include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene alkyl ethers such as polyoxyethylene oleyl ether; polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, and the like. Polyoxyethylene aryl ethers; Nonionic surfactants such as polyoxyethylene dialkyl esters such as polyoxyethylene dilaurate and polyoxyethylene distearate; Fluorine surfactants; Methacrylic acid copolymer surfactants; Acrylic Acid copolymer surfactants: halogen-modified silicone oil, polyester-modified silicone oil, polyether-modified silicone oil, alkyl-modified silicone oil, aralkyl-modified silicone Modified silicone oils such as N'oiru and a reactive group modified silicone oil; and the like.

(その他の配合剤)
さらに、本発明で用いる樹脂組成物には、上記各成分に加えて、溶剤が含有されていてもよい。溶剤としては、特に限定されず、樹脂組成物の溶剤として公知のものでよい。なお、樹脂組成物に溶剤を含有させる場合には、溶剤は、通常、樹脂膜形成後に除去されることとなる。
(Other ingredients)
Furthermore, the resin composition used in the present invention may contain a solvent in addition to the above components. It does not specifically limit as a solvent, A well-known thing may be sufficient as a solvent of a resin composition. In addition, when making a resin composition contain a solvent, a solvent will be normally removed after resin film formation.

本発明で用いる樹脂組成物の調製方法は、特に限定されず、樹脂組成物を構成する各成分を公知の方法により混合すればよい。
混合の方法は特に限定されないが、樹脂組成物を構成する各成分を溶剤に溶解または分散して得られる溶液または分散液を混合するのが好ましい。これにより、樹脂組成物は、溶液または分散液の形態で得られる。
The preparation method of the resin composition used by this invention is not specifically limited, What is necessary is just to mix each component which comprises a resin composition by a well-known method.
The mixing method is not particularly limited, but it is preferable to mix a solution or dispersion obtained by dissolving or dispersing each component constituting the resin composition in a solvent. Thereby, a resin composition is obtained with the form of a solution or a dispersion liquid.

(半導体素子)
次いで、本発明の半導体素子について、説明する。本発明の半導体素子は、上述した熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有し、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が130〜150℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が70〜80°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されてなるものである。図1に、本発明の半導体素子の一例としての薄膜トランジスタ1の断面図を示す。図1に示すように、本発明の半導体素子の一例としての薄膜トランジスタ1は、基板2上に、ゲート電極3、上述した熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜4、半導体層5、ソース電極6およびドレイン電極7を有する、ボトムゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタである。なお、図1においては、単一の薄膜トランジスタ1を示したが、基板2上に複数の薄膜トランジスタ1が形成されているような構成(たとえば、アクティブマトリックス基板など)であってもよい。また、図1に示す薄膜トランジスタ1は、本発明の半導体素子の一例であり、以下においては、図1に示す薄膜トランジスタ1を例示して説明を行なうが、本発明の半導体素子は、図1に示す薄膜トランジスタ1に何ら限定されるものではない。
(Semiconductor element)
Next, the semiconductor element of the present invention will be described. The semiconductor element of the present invention has a coating-type organic gate insulating film made of the above-mentioned thermally crosslinkable resin composition, and a semiconductor layer, and the curing temperature of the organic gate insulating film is 130 to 150 ° C., and The contact angle of the surface of the organic gate insulating film is 70 to 80 °, and the semiconductor layer is formed of an organic semiconductor or an inorganic oxide semiconductor. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a thin film transistor 1 as an example of a semiconductor element of the present invention. As shown in FIG. 1, a thin film transistor 1 as an example of a semiconductor element of the present invention includes a gate electrode 3, a coating type organic gate insulating film 4 made of the above-described thermally crosslinkable resin composition, and a semiconductor layer 5 on a substrate 2. , A bottom gate top contact type thin film transistor having a source electrode 6 and a drain electrode 7. Although FIG. 1 shows a single thin film transistor 1, a configuration in which a plurality of thin film transistors 1 are formed on a substrate 2 (for example, an active matrix substrate) may be used. A thin film transistor 1 shown in FIG. 1 is an example of the semiconductor element of the present invention. In the following description, the thin film transistor 1 shown in FIG. 1 will be described as an example, but the semiconductor element of the present invention is shown in FIG. It is not limited to the thin film transistor 1 at all.

基板2としては、特に限定されず、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、脂環式オレフィンポリマーなどの柔軟性のあるプラスチックからなるフレキシブル基板、石英、ソーダガラス、無機アルカリガラスなどのガラス基板、シリコンウェハなどのシリコン基板などを挙げることができる。   The substrate 2 is not particularly limited, and is a flexible substrate made of a flexible plastic such as polycarbonate, polyimide, polyethylene terephthalate, alicyclic olefin polymer, glass substrate such as quartz, soda glass, inorganic alkali glass, silicon wafer, etc. The silicon substrate can be mentioned.

ゲート電極3は、導電性材料で形成されている。導電性材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物等が挙げられる。またドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン(ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体など)が挙げられる。これらのなかでも、クロムおよびモリブデンが好ましく、クロムがより好ましい。ゲート電極3は、たとえば、上述した導電性材料を、スパッタリング法などにより基板2上に形成し、次いで、エッチング処理を行なうことにより、基板2上に所定パターンで形成される。   The gate electrode 3 is made of a conductive material. Examples of conductive materials include platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony lead, tantalum, indium, palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, and oxide. Tin antimony, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite, glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, Gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / oxide Miniumu mixture, lithium / aluminum mixture and the like. In addition, known conductive polymers whose conductivity is improved by doping or the like, such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole, and conductive polythiophene (polyethylenedioxythiophene and polystyrenesulfonic acid complex, etc.) can be mentioned. Among these, chromium and molybdenum are preferable, and chromium is more preferable. The gate electrode 3 is formed in a predetermined pattern on the substrate 2 by, for example, forming the above-described conductive material on the substrate 2 by sputtering or the like and then performing an etching process.

ゲート絶縁膜4は、上述した熱架橋性樹脂組成物から構成されるものであり、所定パターンでゲート電極3を形成した基板2上に、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布し、130〜150℃で硬化することにより形成される。熱架橋性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スプレー法、スピンコート法、ロールコート法、ダイコート法、ドクターブレード法、回転塗布法、バー塗布法、スクリーン印刷法等の各種の方法を採用することができる。また、硬化時間は、通常、0.5〜300分間、好ましくは1〜150分間、より好ましくは1〜60分間である。ゲート絶縁膜4の厚さは、特に限定されないが、好ましくは100〜400nm、より好ましくは100〜300nm、さらに好ましくは100〜200nmである。   The gate insulating film 4 is composed of the above-described heat-crosslinkable resin composition, and the above-described heat-crosslinkable resin composition is applied onto the substrate 2 on which the gate electrode 3 is formed in a predetermined pattern. It is formed by curing at 150 ° C. Examples of the method for applying the thermally crosslinkable resin composition include various methods such as a spray method, a spin coating method, a roll coating method, a die coating method, a doctor blade method, a spin coating method, a bar coating method, and a screen printing method. Can be adopted. Moreover, hardening time is 0.5 to 300 minutes normally, Preferably it is 1 to 150 minutes, More preferably, it is 1 to 60 minutes. Although the thickness of the gate insulating film 4 is not specifically limited, Preferably it is 100-400 nm, More preferably, it is 100-300 nm, More preferably, it is 100-200 nm.

また、本発明において、ゲート絶縁膜4の表面の接触角は70〜80°の範囲である。接触角を上記の範囲に調整する方法としては、例えば、ゲート絶縁膜4を構成する、樹脂(A)、架橋剤(B)、界面調整剤(C)等の各成分の極性基の比率(例えば、アルキル基、フェニル基等の疎水基の炭素原子の比率、ヒドロキシル基、カルボキシ基等の親水基の比率等)を適宜調整してゲート絶縁膜4の極性を制御する方法;ゲート絶縁膜4を形成するための塗膜形成時の乾燥過程の温度、時間等を調整して、塗膜表面からの溶剤の蒸発を均一化することで、表面張力変化を小さくして、得られるゲート絶縁膜4の表面を平滑化する方法;等がある。これらの方法により、表面の接触角を所望の範囲に調整することができる。   In the present invention, the contact angle of the surface of the gate insulating film 4 is in the range of 70 to 80 °. As a method for adjusting the contact angle to the above range, for example, the ratio of polar groups of components such as the resin (A), the crosslinking agent (B), and the interface adjusting agent (C) constituting the gate insulating film 4 ( For example, a method of controlling the polarity of the gate insulating film 4 by appropriately adjusting the carbon atom ratio of hydrophobic groups such as alkyl groups and phenyl groups, the ratio of hydrophilic groups such as hydroxyl groups and carboxy groups); By adjusting the temperature and time of the drying process when forming the coating film to form a uniform film, the solvent evaporation from the coating film surface is made uniform, thereby reducing the change in surface tension and resulting gate insulating film 4 for smoothing the surface; By these methods, the contact angle of the surface can be adjusted to a desired range.

ゲート絶縁膜4を、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布して、130〜150℃で硬化することにより形成するとともに、その表面の接触角を70〜80°の範囲とすることにより、ゲート絶縁膜4の積層性、具体的には、ゲート絶縁膜4の上に形成する半導体層5や、ソース電極6およびドレイン電極7との積層性を良好なものとすることができ、これにより、半導体素子の各種電気特性を良好なものとすることができる。また、本発明においては、ゲート絶縁膜4を、上述した熱架橋性樹脂組成物で構成するため、ゲート絶縁膜4を、ゲート絶縁膜4を表面平坦性に優れ、しかも、誘電率の低いものとすることができる。具体的には、ゲート絶縁膜4の表面粗さ(算術平均粗さRa)を、好ましくは2nm以下、より好ましくは1nm以下とすることができる。また、ゲート絶縁膜4の誘電率を、好ましくは1.5〜3.0の範囲、より好ましくは2.0〜2.5の範囲とすることができる。そして、これにより、得られる薄膜トランジスタ1(半導体素子)を移動度が高く、リーク電流の小さいものとすることができる。   The gate insulating film 4 is formed by applying the above-described thermally crosslinkable resin composition and curing at 130 to 150 ° C., and setting the contact angle of the surface to be in the range of 70 to 80 °. The laminating property of the insulating film 4, specifically, the laminating property with the semiconductor layer 5 formed on the gate insulating film 4, the source electrode 6 and the drain electrode 7 can be made favorable. Various electrical characteristics of the semiconductor element can be improved. In the present invention, since the gate insulating film 4 is composed of the above-described thermally crosslinkable resin composition, the gate insulating film 4 is excellent in surface flatness and has a low dielectric constant. It can be. Specifically, the surface roughness (arithmetic average roughness Ra) of the gate insulating film 4 can be preferably 2 nm or less, more preferably 1 nm or less. Further, the dielectric constant of the gate insulating film 4 can be preferably in the range of 1.5 to 3.0, more preferably in the range of 2.0 to 2.5. Thus, the obtained thin film transistor 1 (semiconductor element) can have high mobility and low leakage current.

半導体層5は、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されている。有機半導体としては、pチャネル型として、ペンタセン、ナフタセン、チフェンオリゴマー、ペリレン、α−セキシフェニル及びその誘導体、ナフタレン、アントラセン、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、金属含有/非含有フタロシアニン及びその誘導体などの低分子半導体、あるいはチオフェンやフルオレンをベースとしたポリアルキルチオフェン、ポリアルキルフルオレンやその誘導体などの高分子半導体などが挙げられる。無機酸化物半導体としては、酸化亜鉛(ZnO)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)などが挙げられる。半導体層5は、上述した有機半導体または無機酸化物半導体を、塗布法やCVD法などにより、ゲート絶縁膜4上に形成し、次いで、所定のパターン形状となるようにパターンニングすることにより、形成される。   The semiconductor layer 5 is formed of an organic semiconductor or an inorganic oxide semiconductor. Organic semiconductors include p-channel type, pentacene, naphthacene, thiophene oligomer, perylene, α-sexiphenyl and derivatives thereof, naphthalene, anthracene, rubrene and derivatives thereof, coronene and derivatives thereof, metal-containing / non-containing phthalocyanines and derivatives thereof And high molecular semiconductors such as polyalkylthiophene based on thiophene and fluorene, polyalkylfluorene and derivatives thereof, and the like. Examples of the inorganic oxide semiconductor include zinc oxide (ZnO) and indium gallium zinc oxide (IGZO). The semiconductor layer 5 is formed by forming the above-described organic semiconductor or inorganic oxide semiconductor on the gate insulating film 4 by a coating method or a CVD method, and then patterning the gate insulating film 4 to have a predetermined pattern shape. Is done.

ソース電極6およびドレイン電極7は、導電性材料で形成されている。導電性材料としては、上述のゲート電極3と同様のものを用いることができる。ソース電極6およびドレイン電極7は、たとえば、上述した導電性材料を、スパッタリング法などにより半導体層5上に形成し、次いで、エッチング処理を行なうことにより、半導体層5上に所定パターンで形成される。   The source electrode 6 and the drain electrode 7 are made of a conductive material. As the conductive material, the same material as the gate electrode 3 described above can be used. The source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed in a predetermined pattern on the semiconductor layer 5 by, for example, forming the above-described conductive material on the semiconductor layer 5 by sputtering or the like and then performing an etching process. .

なお、上記においては、半導体素子の一例として、図1に示すようなボトムゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタ1を例示したが、図2に示すようなボトムゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ1aや、図3に示すようなトップゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタ1bにおいても、上記と同様にして得ることができる。   In the above, as an example of the semiconductor element, the bottom gate top contact type thin film transistor 1 as illustrated in FIG. 1 is illustrated, but the bottom gate bottom contact type thin film transistor 1a as illustrated in FIG. The top gate top contact type thin film transistor 1b as shown can also be obtained in the same manner as described above.

本発明の半導体素子は、ゲート絶縁膜として、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布し、130〜150℃で硬化することにより形成してなり、かつ、その表面の接触角が70〜80°の範囲にあるものを備えるため、該ゲート絶縁膜を、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するものとすることができる。そして、本発明の半導体素子は、このようなゲート絶縁膜を備えるため、移動度が高く、リーク電流の小さいものであり、たとえば、薄膜トランジスタとして好適に用いることができる。   The semiconductor element of the present invention is formed by applying the above-described thermally crosslinkable resin composition as a gate insulating film and curing at 130 to 150 ° C., and the contact angle of the surface is 70 to 80 °. Therefore, the gate insulating film can have excellent surface flatness, a low dielectric constant, and excellent stackability. And since the semiconductor element of this invention is equipped with such a gate insulating film, it has a high mobility and a small leak current, and can be used suitably as a thin film transistor, for example.

以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各例中の部および%は、特に断りのない限り、重量基準である。
なお、各特性の定義および評価方法は、以下のとおりである。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. Parts and% in each example are based on weight unless otherwise specified.
In addition, the definition and evaluation method of each characteristic are as follows.

<接触角>
熱架橋性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコートした後、ホットプレートを用いて90℃で2分間プリベークして、300nm厚の樹脂膜を形成した。次いで、空気中において130℃で1時間加熱することにより、樹脂膜が形成されシリコンウェハからなる試験用試料を得た。そして、得られた試験用試料を用いて、接触角の測定を行なった。具体的には、樹脂膜表面に超純水を滴下し、形成した液滴のなす角度を測定し、これを接触角θとした。測定は、23℃、湿度55%の環境下で行い、水滴が接地してから300ミリ秒後の角度を接触角とした。
<Contact angle>
A heat-crosslinkable resin composition was spin-coated on a silicon wafer and then pre-baked at 90 ° C. for 2 minutes using a hot plate to form a 300 nm thick resin film. Subsequently, the test sample which consists of a silicon wafer in which the resin film was formed was obtained by heating in air at 130 degreeC for 1 hour. And the contact angle was measured using the obtained test sample. Specifically, ultrapure water was dropped on the surface of the resin film, the angle formed by the formed droplets was measured, and this was defined as the contact angle θ. The measurement was performed in an environment of 23 ° C. and a humidity of 55%, and an angle 300 milliseconds after the water droplet contacted was used as a contact angle.

<表面平坦性>
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、試験用試料の表面をAFM(原子間力顕微鏡)を用いて観察することで、表面粗さ(算術平均粗さRa)の測定を行なった。
<Surface flatness>
In the same manner as the evaluation of the contact angle, a test sample is obtained, and the surface of the test sample is observed with an AFM (atomic force microscope) using the obtained test sample. The thickness (arithmetic mean roughness Ra) was measured.

<誘電率>
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、JIS C6481に準じて、10KHz(室温)で、樹脂膜の誘電率を測定した。誘電率は低いほど好ましい。
<Dielectric constant>
Similarly to the evaluation of the contact angle, a test sample was obtained, and the dielectric constant of the resin film was measured at 10 KHz (room temperature) using the obtained test sample according to JIS C6481. The lower the dielectric constant, the better.

<積層性>
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、積層性の評価を行った。具体的には、樹脂膜上に、蒸着もしくは塗布の方法により半導体層を形成し、形成した半導体層を目視にて観察し、以下の基準にて積層性に評価を行った。
○:半導体塗布後弾き無
×:半導体塗布後弾き有
<Laminability>
In the same manner as the evaluation of the contact angle, a test sample was obtained, and the stackability was evaluated using the obtained test sample. Specifically, a semiconductor layer was formed on the resin film by vapor deposition or coating, the formed semiconductor layer was visually observed, and the stackability was evaluated according to the following criteria.
○: No flipping after semiconductor coating ×: With flipping after semiconductor coating

<移動度>
得られた薄膜トランジスタの電気特性を大気下・暗室中にてAgilent社製 半導体パラメーターアナライザー(Agilent社製、4156C)を用いて評価した結果、p型のトランジスタ素子としての特性を示した。そして、ドレイン電圧(Vd=−20V) を固定し、ゲート電圧(Vg)を+10V〜−20Vまで変化させることによって、伝達特性の評価を行った。ここで、図4に、有機薄膜トランジスタのドレイン電流―ゲート電圧(Id−Vg)特性を示す。図4に示すように、有機薄膜トランジスタは飽和領域を有し、本実施例では、この飽和領域から電界効果移動度を求めた。なお、実施例3においては、ドレイン電圧をVd=10Vに固定し、ゲート電圧を−20V〜+20Vまで変化させることによって、移動度の測定を行なった。
また、薄膜トランジスタの電界効果移動度の算出には、以下の式を用いた。
Id=μCinW(Vg−Vth)/2L
(ただし、Cinはゲート絶縁膜の単位面積あたりの静電容量、Wはチャネル幅、Lはチャネル長、Vgはゲート電圧、Idはドレイン電流、μは移動度、Vthはチャネルが形成し始めるゲートの閾値電圧である。)
<Mobility>
The electrical characteristics of the obtained thin film transistor were evaluated using a semiconductor parameter analyzer (manufactured by Agilent, 4156C) under the atmosphere and in a dark room. As a result, the characteristics as a p-type transistor element were shown. Then, the transfer voltage was evaluated by fixing the drain voltage (Vd = −20V) and changing the gate voltage (Vg) from + 10V to −20V. Here, FIG. 4 shows drain current-gate voltage (Id-Vg) characteristics of the organic thin film transistor. As shown in FIG. 4, the organic thin film transistor has a saturated region, and in this example, field effect mobility was obtained from this saturated region. In Example 3, the mobility was measured by fixing the drain voltage to Vd = 10 V and changing the gate voltage from −20 V to +20 V.
In addition, the following formula was used to calculate the field effect mobility of the thin film transistor.
Id = μCinW (Vg−Vth) 2 / 2L
(Where Cin is the capacitance per unit area of the gate insulating film, W is the channel width, L is the channel length, Vg is the gate voltage, Id is the drain current, μ is the mobility, and Vth is the gate where the channel begins to form. Threshold voltage.)

<リーク電流>
薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極の間に20Vの電圧を印加し、ゲート電極に印加する電圧を+10V〜−20Vに変化させて、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を、マニュアルプローバーおよび半導体パラメータアナライザー(Agilent社製、4156C)を用いて測定することで、リーク電流の測定を行なった。なお、測定は、大気・暗室中にて行なった。なお、実施例3においては、ソース電極とドレイン電極の間に20Vの電圧を印加し、ゲート電極に印加する電圧を−20V〜+20Vに変化させることによって、リーク電流の測定を行なった。
<Leakage current>
A voltage of 20 V is applied between the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor, the voltage applied to the gate electrode is changed from +10 V to −20 V, and the current flowing between the source electrode and the drain electrode is changed to a manual prober and a semiconductor. The leakage current was measured by measuring using a parameter analyzer (manufactured by Agilent, 4156C). The measurement was performed in the atmosphere / dark room. In Example 3, the leakage current was measured by applying a voltage of 20 V between the source electrode and the drain electrode and changing the voltage applied to the gate electrode from −20 V to +20 V.

《実施例1》
<熱架橋性樹脂組成物の調製>
樹脂(A)として、プロトン性極性基を有する環状オレフィン単量体単位70モル%、およびプロトン性極性基以外の極性基を有する環状オレフィン単量体単位30モル%を含有してなる環状オレフィン重合体(Mw:6000)100部、溶剤として、エチレングリコールジメチルエーテル690部、架橋剤(B)として、エポキシ化ブタンテトラカルボン酸テトラキス(3−シクロヘキセニルメチル)修飾ε−カプロラクトン40部、界面活性剤(C)として、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(43%)ポリ(オキシエチレン)アルキルエーテル(57%)0.75部、酸化防止剤として、ペンタエリスリトールテトラキス[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]1.5部を混合し、溶解させた後、孔径0.45μmのポリテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過して熱架橋性樹脂組成物を調製した。
Example 1
<Preparation of thermally crosslinkable resin composition>
As the resin (A), a cyclic olefin weight containing 70 mol% of a cyclic olefin monomer unit having a protic polar group and 30 mol% of a cyclic olefin monomer unit having a polar group other than a protic polar group. 100 parts of coalescence (Mw: 6000), 690 parts of ethylene glycol dimethyl ether as a solvent, 40 parts of epoxidized butanetetracarboxylic acid tetrakis (3-cyclohexenylmethyl) modified ε-caprolactone as a cross-linking agent (B), a surfactant ( C), polyether-modified polydimethylsiloxane (43%), poly (oxyethylene) alkyl ether (57%), 0.75 part, and antioxidant, pentaerythritol tetrakis [3- (3,5-di-t- Butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] 1.5 parts After, to prepare a thermally crosslinkable resin composition was filtered with a polytetrafluoroethylene filter with a pore size of 0.45 [mu] m.

<薄膜トランジスタの作製>
(1)前処理
ガラス基板を純水中で超音波洗浄し、エアーブロー乾燥後、100℃で1時間ベーキングした。
(2)ゲート電極の形成
上記のように前処理したガラス基板(基板2)の上にゲート電極3を形成した(図5(A))。具体的には、このゲート電極3は、ガラス基板上に真空蒸着法によりアルミニウム層を形成し、このアルミニウム層をパターニングすることにより形成した。
(3)ゲート絶縁膜の形成
次いで、ゲート電極3が形成されたガラス基板2をスピンコータに設置し、当該ガラス基板2上に上記で調製した熱架橋性樹脂組成物を所定量滴下し、このガラス基板2を約2000rpmの回転速度で約60秒間回転することにより、塗膜を形成した。その後、この膜が形成されたガラス基板2をホットプレートで150℃の温度で約60分間ベーキングして、ゲート絶縁膜4を得た(図5(B))。
(4)半導体活性層の形成
ゲート絶縁膜4の形成後、真空蒸着法により、ペンタセンからなる半導体活性層5を形成した。真空蒸着法において、ペンタセンの堆積速度を約0.03〜0.04nm/秒とし、膜厚が約50nmとなるよう堆積時間を調整した。また、真空蒸着の際には、所定の形状の開口部を有するマスクを用いて、半導体活性層5を所定の形状に形成した(図5(C))。
(5) ソース電極およびドレイン電極の形成
次いで、ゲート絶縁膜4とガラス基板2の上に真空蒸着法によって金を堆積し、この金層をパターニングすることにより、ソース電極6およびドレイン電極7を形成し、薄膜トランジスタを得た(図5(D))。これらの電極6,7の厚さは、約50nmであった。
なお、ソース電極6およびドレイン電極7は、ゲート絶縁膜4とガラス基板2の上に所定のパターンを有するフォトレジスト層を形成し、その上から真空蒸着法により金を堆積し、リフトオフ法によって形成しても良い。
<Production of Thin Film Transistor>
(1) Pretreatment The glass substrate was subjected to ultrasonic cleaning in pure water, air blow dried, and baked at 100 ° C. for 1 hour.
(2) Formation of Gate Electrode A gate electrode 3 was formed on the glass substrate (substrate 2) pretreated as described above (FIG. 5A). Specifically, the gate electrode 3 was formed by forming an aluminum layer on a glass substrate by vacuum deposition and patterning the aluminum layer.
(3) Formation of Gate Insulating Film Next, the glass substrate 2 on which the gate electrode 3 is formed is placed on a spin coater, and a predetermined amount of the thermally crosslinkable resin composition prepared above is dropped onto the glass substrate 2, and the glass A coating film was formed by rotating the substrate 2 at a rotational speed of about 2000 rpm for about 60 seconds. Thereafter, the glass substrate 2 on which this film was formed was baked with a hot plate at a temperature of 150 ° C. for about 60 minutes to obtain a gate insulating film 4 (FIG. 5B).
(4) Formation of semiconductor active layer After forming the gate insulating film 4, a semiconductor active layer 5 made of pentacene was formed by vacuum deposition. In the vacuum vapor deposition method, the deposition rate of pentacene was adjusted to about 0.03 to 0.04 nm / second and the film thickness was adjusted to about 50 nm. In vacuum deposition, the semiconductor active layer 5 was formed in a predetermined shape using a mask having an opening of a predetermined shape (FIG. 5C).
(5) Formation of source and drain electrodes
Next, gold was deposited on the gate insulating film 4 and the glass substrate 2 by a vacuum evaporation method, and this gold layer was patterned to form a source electrode 6 and a drain electrode 7 to obtain a thin film transistor (FIG. 5 ( D)). The thickness of these electrodes 6 and 7 was about 50 nm.
The source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed by forming a photoresist layer having a predetermined pattern on the gate insulating film 4 and the glass substrate 2, depositing gold by vacuum evaporation, and forming by lift-off. You may do it.

そして、上記にて得られた熱架橋性樹脂組成物を用いて、樹脂膜の接触角、表面平坦性、誘電率および積層性の各評価、並びに、薄膜トランジスタを用いて、移動度およびリーク電流の各評価を行った。結果を表1に示す。   Then, using the heat-crosslinkable resin composition obtained above, each evaluation of the contact angle, surface flatness, dielectric constant and laminate property of the resin film, and mobility and leakage current using the thin film transistor Each evaluation was performed. The results are shown in Table 1.

《実施例2》
熱架橋性樹脂組成物を調製する際に、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン(43%)ポリ(オキシエチレン)アルキルエーテル(57%)をアラキル変性ポリメチルアルキルシロキサンに変更した以外は、実施例1と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
Example 2
Except for changing the polyether-modified polydimethylsiloxane (43%) poly (oxyethylene) alkyl ether (57%) to aralkyl-modified polymethylalkylsiloxane in preparing the thermally crosslinkable resin composition, Example 1 and Similarly, a thermally crosslinkable resin composition and a thin film transistor were obtained and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.

《実施例3》
薄膜トランジスタを製造する際に、ペンタセンからなる半導体層の代わりに、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)からなる半導体層を形成した以外は、実施例1と同様にして、熱架橋性樹脂組成物を得た。そして、得られた熱架橋性樹脂組成物を用いて、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)からなる半導体層を有する無機酸化物半導体薄膜トランジスタは以下の手順で作製した。なお、図6に、本実施例で作製した無機酸化物半導体薄膜トランジスタを示す。
Example 3
When manufacturing the thin film transistor, a thermally crosslinkable resin composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that a semiconductor layer made of indium gallium zinc oxide (IGZO) was formed instead of the semiconductor layer made of pentacene. It was. And the inorganic oxide semiconductor thin-film transistor which has a semiconductor layer which consists of indium gallium zinc oxide (IGZO) using the obtained heat crosslinkable resin composition was produced in the following procedures. Note that FIG. 6 illustrates an inorganic oxide semiconductor thin film transistor manufactured in this example.

<無機酸化物半導体薄膜トランジスタの作製>
(1)半導体活性層の形成
酸化物半導体ターゲットにInGaZnO4を用い、アルゴンガス下で、スパッタリング法により、基板2上に約30nmの膜厚のIGZOからなる半導体活性層5を形成した。なお、基板温度は室温とした。
<Preparation of inorganic oxide semiconductor thin film transistor>
(1) Formation of Semiconductor Active Layer InGaZnO 4 was used as the oxide semiconductor target, and the semiconductor active layer 5 made of IGZO having a thickness of about 30 nm was formed on the substrate 2 by sputtering under argon gas. The substrate temperature was room temperature.

(2)ソース電極およびドレイン電極の形成
次いで、半導体活性層5および基板2の上にスパッタリング法により、アルミニウムを積層し、このアルミニウム層をパターニングすることにより、ソース電極6およびドレイン電極7を形成した。これらの電極6,7の厚さは、約30nmであった。
(2) Formation of source and drain electrodes
Next, aluminum was stacked on the semiconductor active layer 5 and the substrate 2 by sputtering, and the aluminum layer was patterned to form the source electrode 6 and the drain electrode 7. The thickness of these electrodes 6 and 7 was about 30 nm.

(3)ゲート絶縁膜の形成
次いで、ソース電極6およびドレイン電極7が形成された基板2をスピンコータに設置し、当該基板2上に実施例1で調製した熱架橋性樹脂組成物を所定量滴下し、この基板2を約2000rpmの回転速度で約60秒間回転することにより、塗膜を形成した。その後、この膜が形成された基板2をホットプレートで130℃の温度で約60分間ベーキングして、ゲート絶縁膜4を得た。
(3) Formation of Gate Insulating Film Next, the substrate 2 on which the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed is placed on a spin coater, and a predetermined amount of the thermally crosslinkable resin composition prepared in Example 1 is dropped on the substrate 2. The substrate 2 was rotated at a rotational speed of about 2000 rpm for about 60 seconds to form a coating film. Thereafter, the substrate 2 on which this film was formed was baked on a hot plate at a temperature of 130 ° C. for about 60 minutes to obtain a gate insulating film 4.

(4)ゲート電極の形成
次いで、ゲート絶縁膜4の上にスパッタリング法により、アルミニウムを積層し、このアルミニウム層をパターニングすることにより、ゲート電極3を形成した。ゲート電極3の厚さは、約30nmであった。
(4) Formation of Gate Electrode Next, aluminum was stacked on the gate insulating film 4 by a sputtering method, and the gate electrode 3 was formed by patterning the aluminum layer. The thickness of the gate electrode 3 was about 30 nm.

これら(1)〜(4)の手順により、チャネル幅W=130μm、チャネル長L=80μmの図6に示すようなトップゲート・トップコンタクト型の無機酸化物半導体薄膜トランジスタを得た。そして、得られた熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを用いて、実施例1同様に評価を行った。結果を表1に示す。また、図7に、無機酸化物半導体薄膜トランジスタのドレイン電流―ゲート電圧(Id−Vg)特性を示す。なお、図7中、「1.E−x」は、1.0×10−xを意味する。 By these procedures (1) to (4), a top gate / top contact type inorganic oxide semiconductor thin film transistor having a channel width W = 130 μm and a channel length L = 80 μm as shown in FIG. 6 was obtained. And it evaluated similarly to Example 1 using the obtained heat-crosslinkable resin composition and thin-film transistor. The results are shown in Table 1. FIG. 7 shows drain current-gate voltage (Id-Vg) characteristics of the inorganic oxide semiconductor thin film transistor. In FIG. 7, “1.E-x” means 1.0 × 10 −x .

《比較例1》
熱架橋性樹脂組成物の代わりに、SiOを用いてゲート絶縁膜を形成した以外は、実施例1と同様にして、薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。なお、SiOからなるゲート絶縁膜は、ゲート電極の形成されたガラス基板上に、CVD法により形成した。また、比較例1においては、接触角、表面平坦性、誘電率および積層性の各評価は、CVD法により、SiO膜が形成されシリコンウェハからなる試験用試料を得て、得られたSiO膜試験用試料を用いて行なった。
<< Comparative Example 1 >>
A thin film transistor was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a gate insulating film was formed using SiO 2 instead of the thermally crosslinkable resin composition. The results are shown in Table 1. The gate insulating film made of SiO 2 was formed on the glass substrate on which the gate electrode was formed by the CVD method. In Comparative Example 1, the contact angle, the surface flatness, the dielectric constant, and the lamination property were evaluated by obtaining a test sample made of a silicon wafer with a SiO 2 film formed by a CVD method. This was carried out using a sample for two- film testing.

《比較例2》
熱架橋性樹脂組成物を調製する際に、プロトン性極性基を有する環状オレフィン単量体単位2モル%、および極性基を持たない環状オレフィン単量体単位98モル%を含有してなる環状オレフィン重合体(Mw:6000)を用いた以外は、実施例1と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<< Comparative Example 2 >>
A cyclic olefin comprising 2 mol% of a cyclic olefin monomer unit having a protic polar group and 98 mol% of a cyclic olefin monomer unit having no polar group in preparing the thermally crosslinkable resin composition A thermally crosslinkable resin composition and a thin film transistor were obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer (Mw: 6000) was used, and evaluated in the same manner. The results are shown in Table 1.

《比較例3》
ゲート絶縁膜を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
<< Comparative Example 3 >>
A thermally crosslinkable resin composition and a thin film transistor were obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating film was not formed. The results are shown in Table 1.

Figure 2012174801
Figure 2012174801

表1に示すように、ゲート絶縁膜を、熱架橋性樹脂組成物を用いて形成し、硬化温度130〜150℃および表面接触角70〜80°の範囲内とした実施例1〜3においては、いずれも、得られるゲート絶縁膜の表面平坦性、誘電率および積層性に優れ、また、半導体素子とした場合における、移動度およびリーク電流に優れるものであった。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 3, the gate insulating film was formed using a thermally crosslinkable resin composition, and the curing temperature was 130 to 150 ° C. and the surface contact angle was 70 to 80 °. In either case, the obtained gate insulating film was excellent in surface flatness, dielectric constant and stackability, and in the case of a semiconductor device, it was excellent in mobility and leakage current.

一方、ゲート絶縁膜を、SiOで形成した比較例1においては、表面接触角が49°と小さく、得られるゲート絶縁膜は、表面平坦性および誘電率に劣る結果となった。さらに、比較例1の半導体素子は、リーク電流が大きく、また、オン/オフ比が小さ過ぎて、移動度を測定することができなかった。
また、ゲート絶縁膜を、熱架橋性樹脂組成物を用いて形成したものの、表面接触角本発明の範囲外である比較例2においては、得られるゲート絶縁膜は、積層性に劣り、そのため、半導体層を良好に積層することができず、移動度およびリーク電流の測定ができるような薄膜トランジスタを得ることができなかった。
さらに、ゲート絶縁膜を形成しなかった比較例3においては、得られた半導体素子は、リーク電流が大きく、また、オン/オフ比が小さ過ぎて、移動度を測定することができなかった。
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the gate insulating film was formed of SiO 2 , the surface contact angle was as small as 49 °, and the resulting gate insulating film was inferior in surface flatness and dielectric constant. Furthermore, the semiconductor element of Comparative Example 1 had a large leakage current and an on / off ratio that was too small to measure the mobility.
Moreover, although the gate insulating film was formed using the thermally crosslinkable resin composition, in the comparative example 2 which is outside the range of the surface contact angle of the present invention, the obtained gate insulating film is inferior in laminating property. A semiconductor layer could not be stacked well, and a thin film transistor capable of measuring mobility and leakage current could not be obtained.
Furthermore, in Comparative Example 3 in which no gate insulating film was formed, the obtained semiconductor element had a large leakage current and an on / off ratio that was too small to measure the mobility.

1,1a,1b…薄膜トランジスタ
2…基板
3…ゲート電極
4…ゲート絶縁膜
5…半導体層
6…ソース電極
7…ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Thin-film transistor 2 ... Substrate 3 ... Gate electrode 4 ... Gate insulating film 5 ... Semiconductor layer 6 ... Source electrode 7 ... Drain electrode

Claims (3)

熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有する半導体素子であって、
前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が130〜150℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が70〜80°であり、
前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする半導体素子。
A semiconductor element having a coating type organic gate insulating film made of a thermally crosslinkable resin composition and a semiconductor layer,
The curing temperature of the organic gate insulating film is 130 to 150 ° C., and the contact angle of the organic gate insulating film surface is 70 to 80 °,
The semiconductor element, wherein the semiconductor layer is formed of an organic semiconductor or an inorganic oxide semiconductor.
前記有機ゲート絶縁膜の表面粗さが2nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the organic gate insulating film has a surface roughness of 2 nm or less. 前記有機ゲート絶縁膜の誘電率が1.5〜3.0であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein a dielectric constant of the organic gate insulating film is 1.5 to 3.0.
JP2011033701A 2011-02-18 2011-02-18 Semiconductor element Withdrawn JP2012174801A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011033701A JP2012174801A (en) 2011-02-18 2011-02-18 Semiconductor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011033701A JP2012174801A (en) 2011-02-18 2011-02-18 Semiconductor element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012174801A true JP2012174801A (en) 2012-09-10

Family

ID=46977457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011033701A Withdrawn JP2012174801A (en) 2011-02-18 2011-02-18 Semiconductor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012174801A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103681870A (en) * 2012-09-13 2014-03-26 北京京东方光电科技有限公司 Array substrate and manufacturing method thereof
CN104049464A (en) * 2013-03-12 2014-09-17 Jsr株式会社 Grid insulation membrane, radiation sensitivity composition, hardened membrane, semiconductor element, manufacturing method of semiconductor element, and display device
JP2014175502A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Manufacturing method of thin film transistor element and patterning method of printable semiconductor layer
JP2014199919A (en) * 2013-03-12 2014-10-23 Jsr株式会社 Gate insulating film, composition, cured film, semiconductor element, method of manufacturing semiconductor element, and display device
JP2014216477A (en) * 2013-04-25 2014-11-17 株式会社デンソー Organic semiconductor device manufacturing method
JPWO2014027618A1 (en) * 2012-08-13 2016-07-25 日本ゼオン株式会社 Thin film transistor

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014027618A1 (en) * 2012-08-13 2016-07-25 日本ゼオン株式会社 Thin film transistor
CN103681870A (en) * 2012-09-13 2014-03-26 北京京东方光电科技有限公司 Array substrate and manufacturing method thereof
JP2014175502A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Manufacturing method of thin film transistor element and patterning method of printable semiconductor layer
CN104049464A (en) * 2013-03-12 2014-09-17 Jsr株式会社 Grid insulation membrane, radiation sensitivity composition, hardened membrane, semiconductor element, manufacturing method of semiconductor element, and display device
KR20140111964A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 제이에스알 가부시끼가이샤 Gate insulation film, composition, cured film, semiconductor device, manufacturing method for the semiconductor device, and display device
JP2014199919A (en) * 2013-03-12 2014-10-23 Jsr株式会社 Gate insulating film, composition, cured film, semiconductor element, method of manufacturing semiconductor element, and display device
KR102115811B1 (en) * 2013-03-12 2020-05-27 제이에스알 가부시끼가이샤 Gate insulation film, composition, cured film, semiconductor device, manufacturing method for the semiconductor device, and display device
CN104049464B (en) * 2013-03-12 2020-10-30 Jsr株式会社 Gate insulating film, radiation-sensitive composition, cured film, semiconductor element, method for manufacturing semiconductor element, and display device
JP2014216477A (en) * 2013-04-25 2014-11-17 株式会社デンソー Organic semiconductor device manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raghuwanshi et al. Flexible organic field-effect transistors with TIPS-Pentacene crystals exhibiting high electrical stability upon bending
US6617609B2 (en) Organic thin film transistor with siloxane polymer interface
JP2012174801A (en) Semiconductor element
JP5124520B2 (en) Thin film transistor
EP1732150A1 (en) Organic thin film transistors with multilayer electrodes
KR101364275B1 (en) Insulator Composition Comprising Hydroxy group-containing Polymer and Dielectric Film and Organic Thin Film Transistor Using the Same
JP4908446B2 (en) Process for manufacturing electronic device and process for manufacturing thin film transistor
US7919825B2 (en) Thin film transistors with poly(arylene ether) polymers as gate dielectrics and passivation layers
US9431234B1 (en) Curable polymeric materials and their use for fabricating electronic devices
JP2006295166A (en) Electronic device, thin film transistor, and thin film transistor manufacturing method
CN104641471A (en) Coating materials for oxide thin film transistors
JP4908447B2 (en) Electronic device and thin film transistor
JP2004128469A (en) Field-effect transistor
JPWO2009113549A1 (en) Underlayer film composition for image formation
JP2009260346A (en) Organic thin film transistor
US11345778B2 (en) Organic dielectric materials and devices including them
US10147895B2 (en) Curable polymeric materials and their use for fabricating electronic devices
US9058981B2 (en) Dielectric composition for thin-film transistors
US7863694B2 (en) Organic thin film transistors
TW201205913A (en) Organic semiconductor film and method for manufacturing the same, and stamp for contact printing
JP2007173472A (en) Method for forming organic semiconductor layer, and method for manufacturing organic semiconductor element using the same
JP5532259B2 (en) Underlayer film for image formation
JPWO2010047346A6 (en) Underlayer film for image formation
TW200815543A (en) Coating liquid for gate insulating film, gate insulating film and organic transistor
WO2010082414A1 (en) Organic thin film transistor, method for manufacturing same, and device equipped with same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140513