JP2022178162A - 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた画面表示装置および面状センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】良好なトランジスタ特性を有し、かつフレキシブル性の高いボトムゲート型有機／無機ハイブリッド薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタは、絶縁性の基板と、絶縁性の基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された１層以上の膜で形成されるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された無機半導体層と、無機半導体層上に形成されたソース・ドレイン電極とを含み、ゲート絶縁層は、有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層と、無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層を有し、第２ゲート絶縁層は第１ゲート絶縁層上の一部に形成され、第１ゲート絶縁層は無機半導体層と非接触であり、第２ゲート絶縁層は膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、少なくとも一部が無機半導体層と接触する。
【選択図】図１
【解決手段】薄膜トランジスタは、絶縁性の基板と、絶縁性の基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された１層以上の膜で形成されるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された無機半導体層と、無機半導体層上に形成されたソース・ドレイン電極とを含み、ゲート絶縁層は、有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層と、無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層を有し、第２ゲート絶縁層は第１ゲート絶縁層上の一部に形成され、第１ゲート絶縁層は無機半導体層と非接触であり、第２ゲート絶縁層は膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、少なくとも一部が無機半導体層と接触する。
【選択図】図１
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイに関する。
現在、フレキシブル基材上に、ディスプレイやセンサ等のデバイスを形成したフレキシブルデバイスの要求が高まっている。
一般的に、フレキシブル性を必要としないデバイスは、ガラス基板上に、アモルファスシリコンや酸化物半導体等の無機半導体を半導体層として形成した無機ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）により駆動されている。
無機ＴＦＴのゲート絶縁膜としては、一般的に、化学気相堆積法等で形成される酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド等の無機絶縁膜が用いられ、電気的耐圧性を保つために、数百ｎｍ程度の膜厚で堆積されている。
しかし、上述の無機ゲート絶縁膜は柔軟性に劣るため、樹脂基板上に形成したアモルファスシリコンＴＦＴを用いてフレキシブルデバイスを作製した場合、屈曲させて使用した際に、容易に割れが発生するという問題がある。
一方、有機半導体を半導体層とした有機ＴＦＴは、柔軟性に優れる有機絶縁膜をゲート絶縁層として用いることができるため、フレキシブル性に優れている。よってフレキシブルデバイスへの適用が期待されている。
しかし、有機ＴＦＴは、アモルファスシリコンＴＦＴと比較し大気安定性や長期信頼性等に劣るという短所を有している。この短所は、主に有機半導体材料に由来する。
そこで、有機ゲート絶縁膜と、無機半導体を組み合わせた、有機／無機ハイブリッドＴＦＴの作製技術が注目されている。非特許文献１では、有機絶縁膜と酸化物半導体を組み合わせたトップゲート型ハイブリッドＴＦＴが報告されている。（非特許文献１）。
Ｍｉｔｓｕｒｕ Ｎａｋａｔａ ｅｔ ａｌ．、「Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｄａｍａｇｅ ｔｏ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｇａｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ ｉｎ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ＩｎＧａＺｎＯ４ Ｔｈｉｎ－Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、２０１２年３月２９日発行、Ｖｏｌｕｍｅ ５１、Ｎｕｍｂｅｒ ４Ｒ、０４４１０５
ＴＦＴの構造としては、製造の簡便さから、ボトムゲート型が好ましいとされている。しかし、非特許文献１にも記載されているように、単純な構成ではボトムゲート型ハイブリッドＴＦＴを実現するのは難しい。
実現が困難な理由は、有機ゲート絶縁膜上に、プラズマを利用した真空成膜装置を用いて無機半導体を成膜した場合に、有機ゲート絶縁膜の表面がプラズマに曝され、損傷することにより、絶縁膜／半導体界面にキャリアトラップが生成してしまい、良好な界面状態を構築できず、所望のＴＦＴ特性が得られないためである。
本発明は、以上の点を鑑み、有機／無機ハイブリッドＴＦＴにおいて、ボトムゲート型構造であっても、良好な特性を有し、かつフレキシブル性の高い薄膜トランジスタを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための薄膜トランジスタは、絶縁性の基板と、絶縁性の基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された１層以上の膜で形成されるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された無機半導体層と、無機半導体層上に形成されたソース・ドレイン電極とを含み、ゲート絶縁層は、有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層と、無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層を有し、第２ゲート絶縁層は第１ゲート絶縁層上の一部に形成され、第１ゲート絶縁層は無機半導体層と非接触であり、第２ゲート絶縁層は膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、少なくとも一部が無機半導体層と接触する。
また、前記第２ゲート絶縁層が形成された第２領域の面積は、前記第１ゲート絶縁層が形成された第１領域の面積の１０％以下であってもよい。
また、第２ゲート絶縁層が珪素、アルミニウムより選択された酸化物、窒化物、酸化窒化物のいずれかを含んでもよい。
また、無機半導体層がインジウム、ガリウム、亜鉛及びスズの少なくとも一種を含む酸化物であってもよい。
本発明によれば、良好なトランジスタ特性を有し、かつフレキシブル性の高い、有機／無機ハイブリッドの薄膜トランジスタを提供することができる。
以下、図面を参照し、薄膜トランジスタの一実施形態を説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
図１～図４に本実施形態に係る薄膜トランジスタ１００、および薄膜トランジスタ１００の変形例に係る薄膜トランジスタ１０１の断面構造と平面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１００、１０１はいずれも、絶縁基板０、絶縁基板０上に形成されたゲート電極１、少なくともゲート電極１上に形成された第１ゲート絶縁層２、第１ゲート絶縁層２上の一部に形成された第２ゲート絶縁層３、第２ゲート絶縁層３上に形成された無機半導体層４、無機半導体層４と第１ゲート絶縁層２ならびに第２ゲート絶縁層３の上に形成されたソース電極５およびドレイン電極６を備えたボトムゲート－トップコンタクト型の薄膜トランジスタである。ゲート絶縁層７は、有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層２と、無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層３を有し、第１ゲート絶縁層２は無機半導体層４と非接触であり、第２ゲート絶縁層３は、少なくとも一部が無機半導体層４と接触している。
薄膜トランジスタ１００、１０１では、第１ゲート絶縁層２上の一部に設けられた第２ゲート絶縁層３の一例を示している。このとき、第２ゲート絶縁層３が形成された第２領域の面積と無機半導体層４が形成された領域の面積は、図３に示すように等しくても良く、また、図４に示すように、無機半導体層４が形成された領域に対し、第２ゲート絶縁層３の面積が大きくても構わない。また、本実施形態の薄膜トランジスタ１００、１０１の構造は、図１～２に示す、ボトムゲート－トップコンタクト型に限らず、トップゲート－トップコンタクト型、トップゲート－ボトムコンタクト型、ボトムゲート－ボトムコンタクト型等でも良いが、この限りではない。
絶縁基板０に使用する材料としては、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を用いたフレキシブル基板を使用することができる。これらの材料は単独で使用することもでき、２種以上を積層した複合基板を使用することもできるが、これらに限定されるものではない。
絶縁基板０の厚みは、２μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。絶縁基板０は薄いほど、製造時のハンドリングが困難となるため、絶縁基板０の厚さは２μｍ以上が好ましい。また絶縁基板０の厚さが厚いほど、フレキシブル性は低下し、絶縁基板の材料コストが高くなるため、絶縁基板０の厚さは１００μｍ以下が好ましい。製造時のハンドリング、フレキシブル性の保持、材料コストの３点を鑑みると、絶縁基板０の厚みは、１５μｍ以上３０μｍ以下であると、さらに好ましい。
ゲート電極１、ソース電極５、ドレイン電極６は、スパッタ法等の真空成膜装置により成膜したＭｏ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜、またはＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の金属酸化物膜を単層または積層した膜を、フォトリソグラフィー法等を用いてパターニングすることにより得ることができる。また、本発明のゲート電極１、ソース電極５、ドレイン電極６は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属材料、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等の金属酸化物材料、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）等の有機導電性材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成することにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。
第１ゲート絶縁層２は有機物を用いて形成された層であって、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、シクロオレフィンポリマー等の高分子溶液を、スピンコート法やスリットダイコート法等を用いて塗布し、焼成することにより形成することができる。また、本発明の第１ゲート絶縁層２には、上述の材料に感光性を有する樹脂材料を添加し、フォトリソグラフィーによるパターニングを可能とした材料を用いると、パターニングが容易となるため、特に好ましい。
第１ゲート絶縁層２の膜厚は、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。薄膜トランジスタを駆動するためのゲート電圧の抑制を図る観点では、第１ゲート絶縁層２の厚さは、２．０μｍ以下であることが好ましい。電流漏れの抑制を図る観点では、第１ゲート絶縁層２の厚さは、０．２μｍ以上であることが好ましい。さらに、これらの効果を得る実効性を高めるとともに、第１ゲート絶縁層２の厚さの均一性を高め、かつ、第１ゲート絶縁層２の生産性の向上を図る観点では、第１ゲート絶縁層２の厚さは、さらに好ましくは、０．５μｍ以上１．０μｍ以下である。
第２ゲート絶縁層３は無機物を主体として形成された層であって、珪素、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、ランタン、ユウロピウム、ニオブ、ストロンチウムのいずれかを含む酸化物または窒化物または酸化窒化物等があげられる。具体的な材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化ジルコニア、酸化タンタル等の無機材料等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。この中でより工程の制御のしやすさ、原材料価格の安価さからより好適に酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、酸化アルミニウムが用いられる。またこれらが単層で使用されてもかまわないし、複数層積層されてもかまわない。
第２ゲート絶縁層３は、スパッタ、化学気相堆積装置等の真空成膜装置を用いて形成されることが好ましい。真空成膜装置を用いて形成された第２ゲート絶縁層３は、塗布により形成した場合よりも、高いプラズマ耐性を有する。このため、無機半導体層４を、プラズマを利用した真空成膜装置を用いて形成した場合でも、キャリアトラップの少ない、良好なゲート絶縁膜／半導体層界面を構築することが可能となり、高いトランジスタ特性を実現することができる。
なお、本実施形態において、第２ゲート絶縁層３の成膜時に、第１ゲート絶縁層２の表面が、プラズマダメージを受けることとなるが、薄膜トランジスタ１００、１０１の動作領域として重要な無機半導体層４との界面（チャネル）は第２ゲート絶縁層３の表面となるため、第１ゲート絶縁層２の表面がプラズマダメージを受けている状態であっても、トランジスタ特性には影響しない。
第２ゲート絶縁層３の膜厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が２ｎｍ未満では、連続的な膜が形成できず、島状の膜となり、良好なゲート絶縁膜／半導体層界面を構築することができないため好ましくない。また、膜厚が５０ｎｍを超えると、フレキシブル基板に成膜し、屈曲させた場合に、割れが発生しやすいため好ましくない。
第２ゲート絶縁層３が形成されている第２領域の面積は、第１ゲート絶縁層２が形成されている第１領域の面積の１０％以下であることが好ましい。第２領域の面積が、第１領域の面積の１０％を超えてしまうと、フレキシブル基板に成膜し、屈曲させた場合に、第２ゲート絶縁層３に割れが発生しやすくなり、トランジスタ特性を低下させてしまうため、好ましくない。第２ゲート絶縁層３は、第１ゲート絶縁層の上に存在すればよく、第２領域の面積が、第１領域の面積の０％より大きければよい。また、第２領域の面積が、第１領域の面積よりも小さければ小さいほど、フレキシブル性を高くなる。
第１領域と第２領域はそれぞれ１つの領域で形成されていてもよいし、第１領域が１つの領域で形成され、第２領域は複数の領域で形成されていてもよいし、第１領域と第２領域がそれぞれ複数の領域で形成されていてもよい。複数の領域で形成されている場合は、各々の領域の面積の合計を、第１領域の面積および第２領域の面積とする。
図５～７を用いて、具体的な第１領域と第２領域について説明を行う。図５および６は１画素中の薄膜トランジスタ１０３の平面図と断面図を示す。画素とは、トランジスタを用いて作成されるディスプレイやセンサの最少表示もしくは最少検知単位を示す。本実施形態では、図５において表記されている単位を１画素として定義している。図７は画素を複数個配列しアレイ化したＴＦＴ(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)アレイの平面図を示す。
図５における第１領域の面積とは、１画素中で第１ゲート絶縁層１２が形成されている領域の面積を示す。第２領域の面積とは、１画素中で第２ゲート絶縁層１３が形成されている領域の面積を示す。図５では、１画素中の１つのトランジスタが存在している例を示しているが、複数個トランジスタが存在していてもよい。複数個トランジスタが存在する場合は、第２ゲート絶縁層１３が複数個所に形成されているため、第２領域の面積はそれぞれの第２ゲート絶縁層１３が形成されている領域の合計の面積で示される。図５では、第１ゲート絶縁層１２は１画素内全面に形成されている例を示しているが、第１ゲート絶縁層１２は１画素内の一部に形成されていてもよい。
図７は、画素を６個(３×２)配列した例を示している。トランジスタをアレイ配列したＴＦＴ(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)アレイ上に表示体を形成すればディスプレイとして、またセンサ部材を形成すれば面状センサへの応用が可能となる。ディスプレイ表示体としては、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、量子ドット、マイクロＬＥＤ、電気泳動型電子全面板等が挙げられるがこれらに限定されない。またセンサ部材としては感圧部材、感温部材などが挙げられるがこれらに限定されない。
図７のようにアレイ化した場合は、各画素に形成されている第１ゲート絶縁層を合計した領域の面積を第１領域の面積とし、各画素に形成されている第２ゲート絶縁層を合計した領域の面積を第２領域の面積とする。アレイ化する場合、第１ゲート絶縁層は各１画素毎に分割されていてもよいし、複数画素毎に分割されていてもよいし、分割せず連続した層としてもよい。
無機半導体層４の材料は、インジウム、ガリウム、亜鉛およびスズの少なくとも一種を含む酸化物であることが好ましい。より具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムガリウム、酸化インジウムガリウム亜鉛など公知の金属酸化物半導体材料を用いることができる。またこれらの金属酸化物に、アルミニウム、珪素、ハフニウム、タングステン、マグネシウム、ランタンなどを混合したものも用いることができる。また、無機半導体層４には、上記以外の金属酸化物半導体や非単結晶シリコン、二硫化モリブデン、窒化ガリウム、カドミウムテルライド、ガリウム砒素等の他の材料を用いても構わない。
無機半導体層４はスパッタ、ＣＶＤ等の真空成膜装置を用いて形成されることが好ましい。真空成膜装置を用いて形成された上記の膜は、塗布型の無機膜よりも、高純度、高密度、均一な膜となるため、高移動度を有し、薄膜トランジスタ１００、１０１に用いた場合に、高いトランジスタ特性を実現することができる。
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの具体的な実施例及び比較例について説明する。なお、本実施形態は各実施例に限るものではない。
（実施例１）
実施例１について説明する。図８および９に、実施例１に係る、薄膜トランジスタ１０３の断面構造を表す概略図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミドフィルム上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１を形成した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。
実施例１について説明する。図８および９に、実施例１に係る、薄膜トランジスタ１０３の断面構造を表す概略図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミドフィルム上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１を形成した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。
次に、第１ゲート絶縁層１２として、１μｍの厚さを有するアクリルポリマー膜を形成した。アクリルポリマー膜を形成する際には、まず、スピンコート法を用いて、有機高分子化合物であるアクリルポリマーを含むアクリルポリマー溶液を絶縁基板１０およびゲート電極１１の上面に塗布することによって塗布膜を形成した。次いで、塗布膜を焼成することによって、アクリルポリマー膜を得た。
＜アクリルポリマー膜の成膜条件＞
・基板回転速度 ：８００ｒｐｍ／３０秒
・焼成温度 ：２３０℃
・焼成時間 ：１時間
第１ゲート絶縁層１２が形成されている第１領域の面積は２００μｍ×２００μｍで形成した。
・基板回転速度 ：８００ｒｐｍ／３０秒
・焼成温度 ：２３０℃
・焼成時間 ：１時間
第１ゲート絶縁層１２が形成されている第１領域の面積は２００μｍ×２００μｍで形成した。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、膜厚５０ｎｍのＳｉＯｘを成膜した。
プラズマＣＶＤ装置を用いた酸化珪素膜の成膜条件を以下に示す。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。第２ゲート絶縁層１３が形成されている第２領域の面積は５０μｍ×８０μｍであり、第１領域の面積の１０％である。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。第２ゲート絶縁層１３が形成されている第２領域の面積は５０μｍ×８０μｍであり、第１領域の面積の１０％である。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚４０ｎｍのＩｎＧａＺｎＯを、室温成膜した。成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝１００ＳＣＣＭ、Ｏ２＝１ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３上に、無機半導体層１４を形成した。無機半導体層１４の面積は５０μｍ×８０μｍである。
最後に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＭｏを室温成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ソース電極１５とドレイン電極１６を形成し、薄膜トランジスタ１０３を得た。作製した薄膜トランジスタ１０３のチャネル長は１０μｍ、チャネル幅は５０μｍである。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０３のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０３の移動度は、１０．９ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０３を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０３の移動度は１０．６ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０３の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例２）
実施例２について説明する。図１０、１１に示すように、無機半導体層１４の面積を４０μｍ×６０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
実施例２について説明する。図１０、１１に示すように、無機半導体層１４の面積を４０μｍ×６０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０４のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０４の移動度は、１０．８ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０４を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０４の移動度は１０．７ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０４の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例３）
実施例３について説明する。図８、９に示すように、第２ゲート絶縁層１２の成膜時間を７２秒とし、膜厚を３０ｎｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
実施例３について説明する。図８、９に示すように、第２ゲート絶縁層１２の成膜時間を７２秒とし、膜厚を３０ｎｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０３のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０３の移動度は、１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０３を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０３の移動度は１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０３の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例４）
実施例４について説明する。第２ゲート絶縁層１２の成膜時間を５秒とし、膜厚を２ｎｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
実施例４について説明する。第２ゲート絶縁層１２の成膜時間を５秒とし、膜厚を２ｎｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０３のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０３の移動度は、１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０３を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０３の移動度は１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０３の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例５）
実施例５について説明する。第１ゲート絶縁層１２を形成する際のスピンコートの基板回転速度を２０００ｒｐｍ／３０秒に変更し、膜厚を０．５μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
実施例５について説明する。第１ゲート絶縁層１２を形成する際のスピンコートの基板回転速度を２０００ｒｐｍ／３０秒に変更し、膜厚を０．５μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０７のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０３の移動度は、１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０３を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０３の移動度は１０．９ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０３の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例６）
実施例６について説明する。図１２、１３に、実施例６に係る、薄膜トランジスタ１０８の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０８は、第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域と無機半導体層１４の面積を１０μｍ×２０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の５％である。作製した薄膜トランジスタ１０８のチャネル長は８μｍ、チャネル幅は１０μｍである。
実施例６について説明する。図１２、１３に、実施例６に係る、薄膜トランジスタ１０８の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０８は、第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域と無機半導体層１４の面積を１０μｍ×２０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の５％である。作製した薄膜トランジスタ１０８のチャネル長は８μｍ、チャネル幅は１０μｍである。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０８のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０８の移動度は、１１．２ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０８を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０８の移動度は１１．２ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０８の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例７）
実施例７について説明する。図１４，１５に、実施例７に係る、薄膜トランジスタ１０９の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０９は、第２ゲート絶縁層が形成された第２領域と無機半導体層１４の面積を１０μｍ×８μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の５％である。作製した薄膜トランジスタ１０９のチャネル長は８μｍ、チャネル幅は８μｍである。
実施例７について説明する。図１４，１５に、実施例７に係る、薄膜トランジスタ１０９の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０９は、第２ゲート絶縁層が形成された第２領域と無機半導体層１４の面積を１０μｍ×８μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の５％である。作製した薄膜トランジスタ１０９のチャネル長は８μｍ、チャネル幅は８μｍである。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０９のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０９の移動度は、１１．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１０９を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０９の移動度は１０．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０９の表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
（実施例８）
実施例８について説明する。図２０、２１に、実施例８に係る、画像表示装置の一画素の断面図と平面図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミド基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１、ゲート配線２１、キャパシタ配線２６を形成した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。
実施例８について説明する。図２０、２１に、実施例８に係る、画像表示装置の一画素の断面図と平面図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミド基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１、ゲート配線２１、キャパシタ配線２６を形成した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。
次に、感光性アクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行い、２３０℃で焼成し、厚さ１μｍの第１ゲート絶縁層１２を得た。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、膜厚５０ｎｍのＳｉＯｘを成膜した。
プラズマＣＶＤ装置を用いた酸化珪素膜の成膜条件を以下に示す。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚４０ｎｍのＩｎＧａＺｎＯを、室温成膜した。成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝１００ＳＣＣＭ、Ｏ２＝１ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３上に、無機半導体層１４を形成した。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを室温成膜した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ソース電極１５、ソース配線２２、ドレイン電極１６を形成した。
次に、感光性アクリル樹脂溶液を塗布し、フォトリソグラフィー法によるパターニングを行い、２２０℃で焼成して、層間絶縁層２３と層間絶縁層の開口部２４を得た。層間絶縁層２３の膜厚は３μｍとした。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。
ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、上部電極２５を形成し、薄膜トランジスタアレイ基板２００を得た。作製した薄膜トランジスタアレイ基板２００の画素サイズは１００μｍ×１００μｍ、画素数は４８０画素×６４０画素である。また、第２ゲート絶縁層が形成されている第２領域の面積は、第１領域の面積の１０％である。
ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、上部電極２５を形成し、薄膜トランジスタアレイ基板２００を得た。作製した薄膜トランジスタアレイ基板２００の画素サイズは１００μｍ×１００μｍ、画素数は４８０画素×６４０画素である。また、第２ゲート絶縁層が形成されている第２領域の面積は、第１領域の面積の１０％である。
最後に作製した薄膜トランジスタアレイ基板２００の、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタアレイの移動度は１０．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタアレイの表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
さらに、薄膜トランジスタアレイ基板２００と、対向電極３２との間に電気泳動媒体３１を挟んで画像表示装置３００を作製し、駆動を行ったところ、屈曲前後で変わらず、再現よく良好な表示を行うことができた。
（実施例９）
実施例９について説明する。図２１、２２に、実施例９に係る、圧力センサの一画素の断面図と平面図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミド基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１、ゲート配線２１を形成した。
実施例９について説明する。図２１、２２に、実施例９に係る、圧力センサの一画素の断面図と平面図を示す。絶縁基板１０として厚さ１５μｍのポリイミド基板上に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを、室温成膜した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ゲート電極１１、ゲート配線２１を形成した。
次に、感光性アクリル樹脂をスピンコート法にて塗布し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行い、２３０℃で焼成し、厚さ０．７μｍの第１ゲート絶縁層１２を得た。
次に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、膜厚５０ｎｍのＳｉＯｘを成膜した。
プラズマＣＶＤ装置を用いた酸化珪素膜の成膜条件を以下に示す。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。
＜酸化珪素膜の成膜条件＞
・反応ガス ：シラン／一酸化二窒素
・反応ガス流量 ：６５ｓｃｃｍ（シラン）、５００ｓｃｃｍ（一酸化二窒素）
・成膜圧力 ：２００Ｐａ
・高周波電力 ：５００Ｗ
・高周波電力周波数 ：１３．５６ＭＨｚ
・基板温度 ：２００℃
・成膜時間 ：１２０秒
成膜後、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ドライエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３を形成した。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚４０ｎｍのＩｎＧａＺｎＯを、室温成膜した。成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝１００ＳＣＣＭ、Ｏ２＝１ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。次に、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、第２ゲート絶縁層１３上に、無機半導体層１４を形成した。無機半導体層１４の面積は１０μｍ×２０μｍである。
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いて、膜厚８０ｎｍのＡｌＮｄを室温成膜した。ＡｌＮｄ成膜時の投入電力は１００Ｗ、ガス流量はＡｒ＝５０ＳＣＣＭ、成膜圧力は１．０Ｐａとした。フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した後に、ウェットエッチング、レジスト剥離を行い、ソース電極１５、ソース配線２２、ドレイン電極１６を形成した。
次に、感光性アクリル樹脂溶液を塗布し、フォトリソグラフィー法によるパターニングを行い、２２０℃で焼成して、層間絶縁層２３を得た。層間絶縁層２３の膜厚は３μｍとした。
次に、上部電極２５となる、Ａｇ粒子を添加した粘着剤を、スクリーン印刷法により形成し、薄膜トランジスタアレイ基板２０１を得た。上部電極２５の膜厚は５μｍとした。薄膜トランジスタアレイ基板２０１の画素サイズは２００μｍ×２００μｍ、画素数は１０画素×１０画素である。また、第２ゲート絶縁層が形成されている第２領域の面積は、第１領域の面積の２％である。
最後に作製した薄膜トランジスタアレイ基板２００の、静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタの移動度は１０．０ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、作製後と同等の良好なトランジスタ特性を示した。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタアレイの表面観察を行った結果、クラック等の発生は見られず、特に異常は認められなかった。
次に、感圧層４１として、分極処理済のポリフッ化ビニリデントリフルオロエチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ）－ＴｒＦＥ）の膜厚２０μｍのフィルムを薄膜トランジスタ２０１に貼合わせた。最後に、Ａｇペーストをスクリーン印刷法で印刷し、焼成して、膜厚３０μｍの対向電極４２を形成し、圧力センサ３０１を作製した。
最後に作製した圧力センサの駆動を行ったところ、屈曲前後で変わらず、再現よく圧力－電気信号を取得することができた。
（比較例１）
比較例１について説明する。図１６，１７に、比較例１に係る、薄膜トランジスタ１１０の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１１０は、第２ゲート絶縁層１２形成工程を省いた以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
比較例１について説明する。図１６，１７に、比較例１に係る、薄膜トランジスタ１１０の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１１０は、第２ゲート絶縁層１２形成工程を省いた以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１１０のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、オフ特性が観察されず、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は１桁未満であり、良好なトランジスタ特性が得られなかった。
（比較例２）
比較例２について説明する。図８、９に、比較例２に係る、薄膜トランジスタ１０３の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０３は、第２ゲート絶縁層１３の成膜時間を１６８秒とし、膜厚を７０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
比較例２について説明する。図８、９に、比較例２に係る、薄膜トランジスタ１０３の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１０３は、第２ゲート絶縁層１３の成膜時間を１６８秒とし、膜厚を７０ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０３のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１０３の移動度は、１０．８ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は６桁であった。
次に、作製した薄膜トランジスタ１０３を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、１万回の動的屈曲試験を行った。動的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１０３の移動度は３．８ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約３桁であり、作製後と比較すると移動度とＯＮ／ＯＦＦ比の低下が確認された。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１０３の表面観察を行ったところ、第２ゲート絶縁層１３にクラックの発生がわずかに認められた。
（比較例３）
比較例３について説明する。図１８，１９に、比較例３に係る、薄膜トランジスタ１１１の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１１１は、第２ゲート絶縁層が形成された第２領域の面積を１００μｍ×８０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の２０％である。
比較例３について説明する。図１８，１９に、比較例３に係る、薄膜トランジスタ１１１の断面構造を表す概略図を示す。薄膜トランジスタ１１１は、第２ゲート絶縁層が形成された第２領域の面積を１００μｍ×８０μｍとして形成した以外は、実施例１と同様の方法で作製した。第２ゲート絶縁層１３が形成された第２領域は第１ゲート絶縁層１２が形成された第１領域の２０％である。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１１１のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、薄膜トランジスタ１１１の移動度は、１０．６ｃｍ２／Ｖｓ、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は約６桁であり、良好なトランジスタ特性を示した。
作製した薄膜トランジスタ１１１を直径１ｍｍの金属棒に巻き付けて、静的屈曲試験を行った。静的屈曲試験を行った後の薄膜トランジスタ１１１はオン特性が観察されず、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は１桁未満であった。試験後に光学顕微鏡にて薄膜トランジスタ１１１の表面観察を行ったところ、第２ゲート絶縁層１３にクラックの発生が認められた。
（比較例４）
比較例４について説明する。第２ゲート絶縁層の成膜時間を２．５秒とし、膜厚を１ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
比較例４について説明する。第２ゲート絶縁層の成膜時間を２．５秒とし、膜厚を１ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法で作製した。
ゲート電圧を±２０Ｖとして、半導体パラメータアナライザを用いて薄膜トランジスタ１０３のＴｒａｎｓｆｅｒ特性を測定した結果、オフ特性が観察されず、ソース電極１５とドレイン電極１６との間に１０Ｖの電圧が印加されたときのＯＮ／ＯＦＦ比は１桁であり、良好なトランジスタ特性が得られなかった。
表１に、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４のそれぞれの要部寸法、測定結果を示す。
表１に示すように、実施例１～９では、静的屈曲試験の前後において良好なトランジスタ特性が得られ、かつ、クラックの発生がなかった。この結果から、第２ゲート絶縁層の膜厚を２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とし、第２領域の面積が第１領域の面積の１０％以下であると、良好なトランジスタ特性とフレキシブル性とが両立する薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタアレイが得られることを確認できた。
比較例１では、第１ゲート絶縁層１２上に第２ゲート絶縁層１３を設けることなく、プラズマを利用した真空成膜装置（ＤＣマグネトロンスパッタ装置）を用いて無機半導体層１４を形成した。このため、絶縁膜／半導体界面にキャリアトラップが生成され、良好な界面状態を構築できず、良好なトランジスタ特性が得られなかった。
比較例２では、第１ゲート絶縁層１２の上に第２ゲート絶縁層１３を形成したものの、第２ゲート絶縁層１３の膜厚が５０ｎｍを超えている。このため、静的屈曲試験の前においては良好なトランジスタ特性が得られたものの、十分なフレキシブル性を確保できずに、静的屈曲試験の後においては第２ゲート絶縁層１３にクラックが発生して、良好なトランジスタ特性が得らなかった。
比較例３では、第１ゲート絶縁層１２の上に、第２ゲート絶縁層１３を形成したものの、第２領域の面積が第１領域の面積の１０％を超えている。このため、静的屈曲試験の前においては良好なトランジスタ特性が得られたものの、十分なフレキシブル性を確保できずに、静的屈曲試験の後においては第２ゲート絶縁層１３にクラックが発生して、良好なトランジスタ特性が得らなかった。
比較例４では、第１ゲート絶縁層１２の上に、第２ゲート絶縁層１３を形成したものの、第２ゲート絶縁層１３の膜厚が２ｎｍ以下であり、第１ゲート絶縁層１２を第２ゲート絶縁層１３が十分に覆うことができず、第２ゲート絶縁層１２に対する無機半導体層１４成膜時のプラズマダメージに起因する、絶縁膜／半導体界面にキャリアトラップが生成され、良好な界面状態を構築できなかったため、良好なトランジスタ特性が得られなかった。
以上、説明したように、本発明によれば、絶縁性の基板と、絶縁性の基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成された１層以上の膜で形成されるゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成された無機半導体層と、無機半導体層上に形成されたソース・ドレイン電極とを含み、前記ゲート絶縁層は、有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層と、無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層とを有し、前記第２ゲート絶縁層は前記第１ゲート絶縁層上の一部に形成され、前記第１ゲート絶縁層は前記無機半導体と非接触であり、前記第２ゲート絶縁層は、膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、少なくとも一部が前記無機半導体層と接触することにより、良好な特性を有し、かつフレキシブル性の高い薄膜トランジスタを提供することができる。
本発明で作製した薄膜トランジスタは、電子ペーパー表示装置、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置や、圧電センサなどの各種センサに適用できる。特にフレキシブル性を活かしたフレキシブルデバイスへの適用が期待される。
１００、１０１、１０３、１０４、１０８～１１１ 薄膜トランジスタ
０ 絶縁基板
１ ゲート電極
２ 第１ゲート絶縁層
３ 第２ゲート絶縁層
４ 無機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ ゲート絶縁層
１０ 絶縁基板
１１ ゲート電極
１２ 第１ゲート絶縁層
１３ 第２ゲート絶縁層
１４ 無機半導体層
１５ ソース電極
１６ ドレイン電極
２１ ゲート配線
２２ ソース配線
２３ 層間絶縁層
２４ 層間絶縁層開口部
２５ 上部電極
３１ 電気泳動媒体
３２ 対向電極
４１ 感圧層
４２ 対向電極
０ 絶縁基板
１ ゲート電極
２ 第１ゲート絶縁層
３ 第２ゲート絶縁層
４ 無機半導体層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ ゲート絶縁層
１０ 絶縁基板
１１ ゲート電極
１２ 第１ゲート絶縁層
１３ 第２ゲート絶縁層
１４ 無機半導体層
１５ ソース電極
１６ ドレイン電極
２１ ゲート配線
２２ ソース配線
２３ 層間絶縁層
２４ 層間絶縁層開口部
２５ 上部電極
３１ 電気泳動媒体
３２ 対向電極
４１ 感圧層
４２ 対向電極
Claims (5)
- 絶縁性の基板と、前記絶縁性の基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成された１層以上の膜で形成されるゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された無機半導体層と、前記無機半導体層上に形成されたソース・ドレイン電極とを含み、
前記ゲート絶縁層は、
有機物を用いて形成された第１ゲート絶縁層と、
無機物を用いて形成された第２ゲート絶縁層とを有し、
前記第２ゲート絶縁層は前記第１ゲート絶縁層上の一部に形成され、
前記第１ゲート絶縁層は前記無機半導体と非接触であり、
前記第２ゲート絶縁層は、膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、少なくとも一部が前記無機半導体層と接触する、
薄膜トランジスタ。 - 前記第２ゲート絶縁層が形成された第２領域の面積は、
前記第１ゲート絶縁層が形成された第１領域の面積の１０％以下である、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記第２ゲート絶縁層が珪素、アルミニウムより選択された酸化物、窒化物、酸化窒化物のいずれかを含む請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記無機半導体層がインジウム、ガリウム、亜鉛、及びスズの少なくとも一種を含む酸化物である、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
- 請求項１～４記載の薄膜トランジスタを用いた可撓性のあるディスプレイ及び面状のセンサ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2021084736A JP2022178162A (ja) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた画面表示装置および面状センサ |
Applications Claiming Priority (1)
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2021
- 2021-05-19 JP JP2021084736A patent/JP2022178162A/ja active Pending
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