JP2023155745A - Thin-film transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
本開示は、半導体層を備える薄膜トランジスタ、および薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a thin film transistor including a semiconductor layer and a method for manufacturing the thin film transistor.
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。 Currently, there is an increasing demand for flexible devices in which devices such as displays and sensors are formed on flexible base materials.
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薄膜トランジスタにより駆動されている。 Generally, devices that do not require flexibility are driven by inorganic thin film transistors in which an inorganic semiconductor such as amorphous silicon or an oxide semiconductor is formed as a semiconductor layer on a glass substrate.
無機薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては、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程度の厚さで堆積されている。 As the gate insulating layer of an inorganic thin film transistor, inorganic insulating films such as silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride formed by chemical vapor deposition are generally used to maintain electrical voltage resistance. , is deposited to a thickness of about several hundred nm.
しかし、上述の無機ゲート絶縁層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薄膜トランジスタ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。 However, since the above-mentioned inorganic gate insulating layer has poor flexibility, when a flexible device is fabricated using an amorphous silicon thin film transistor formed on a resin substrate, cracks easily occur when it is bent and used. There is.
一方、有機半導体を半導体層とした有機薄膜トランジスタは、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。 On the other hand, an organic thin film transistor using an organic semiconductor as a semiconductor layer has excellent flexibility because a highly flexible organic insulating film can be used as a gate insulating layer.
しかし、有機薄膜トランジスタは、無機薄膜トランジスタ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。 However, organic thin film transistors have disadvantages such as inferior atmospheric stability and long-term reliability compared to inorganic thin film transistors. This disadvantage primarily stems from organic semiconductor materials.
そこで、有機ゲート絶縁層と、無機半導体を用いた薄膜トランジスタの作製技術が注目されている(非特許文献1)。しかし非特許文献1によると、例えばボトムゲート構造の薄膜トランジスタを作製する場合に、有機ゲート絶縁層上に、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直接成膜すると、有機ゲート絶縁層の表面がプラズマに曝され、損傷することにより、ゲート絶縁膜と半導体の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特性が得られないことが報告されている。 Therefore, a technique for manufacturing a thin film transistor using an organic gate insulating layer and an inorganic semiconductor is attracting attention (Non-Patent Document 1). However, according to Non-Patent Document 1, when manufacturing a thin film transistor with a bottom gate structure, for example, if an inorganic semiconductor is directly deposited on an organic gate insulating layer using a vacuum deposition apparatus using plasma, the organic gate insulating layer It has been reported that carrier traps are generated at the interface between the gate insulating film and the semiconductor when the surface of the TFT is exposed to plasma and damaged, making it impossible to establish a good interface state and obtaining the desired TFT characteristics. ing.
そこで、特許文献1では、ゲート絶縁層を厚膜の有機ゲート絶縁層と、薄膜の無機ゲート絶縁層の2層構造とする、ボトムゲート構造の有機/無機ハイブリッド型薄膜トランジスタを作製する技術が報告されている。厚膜の有機ゲート絶縁層がゲート絶縁層の絶縁性と耐屈曲性を高め、薄膜の無機ゲート絶縁層は、無機半導体層との良好な界面を形成し、高いトランジスタ特性を発現させる役割を担っている。ただし、有機/無機ハイブリッド型を用いた薄膜トランジスタは、無機薄膜トランジスタよりはフレキシブル性に優れるが、有機薄膜トランジスタよりは劣るため、フレキシブル性をより高める工夫が必要である。そこで、特許文献1では、ゲート絶縁層を2層構造とするだけでなく、有機/無機ハイブリッド型薄膜トランジスタにおける、有機ゲート層と無機ゲート絶縁層の面積比等を限定的なものとすることで、よりフレキシブル性を高める技術を開示している。 Therefore, Patent Document 1 reports a technology for manufacturing an organic/inorganic hybrid thin film transistor with a bottom gate structure in which the gate insulating layer has a two-layer structure of a thick organic gate insulating layer and a thin inorganic gate insulating layer. ing. The thick organic gate insulating layer improves the insulation and bending resistance of the gate insulating layer, and the thin inorganic gate insulating layer forms a good interface with the inorganic semiconductor layer and plays the role of developing high transistor characteristics. ing. However, a thin film transistor using an organic/inorganic hybrid type has better flexibility than an inorganic thin film transistor, but is inferior to an organic thin film transistor, so it is necessary to devise ways to further improve flexibility. Therefore, in Patent Document 1, not only the gate insulating layer has a two-layer structure, but also the area ratio of the organic gate layer and the inorganic gate insulating layer in the organic/inorganic hybrid thin film transistor is limited. Discloses technology that increases flexibility.
特許文献1においては、フレキシブル性に劣る無機ゲート絶縁層をパターニングして、面積を小さくすることで、薄膜トランジスタ全体のフレキシブル性を高める技術が開示されている。無機ゲート絶縁層のパターニング方法としては、酸化珪素等の無機絶縁膜を真空成膜した後、無機絶縁膜上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法でレジストパターニングを行い、その後、ドライエッチング法を用いて無機絶縁膜の不要部分を除去するという方法が一般的である。しかし、ドライエッチングを行う際に、無機ゲート絶縁層の下層となる有機ゲート絶縁層の表面も削れてしまい、有機ゲート絶縁層の表面が荒れるという課題がある。 Patent Document 1 discloses a technique for increasing the flexibility of the entire thin film transistor by patterning an inorganic gate insulating layer having poor flexibility to reduce its area. The method for patterning the inorganic gate insulating layer is to deposit an inorganic insulating film such as silicon oxide in vacuum, apply a resist on the inorganic insulating film, pattern the resist using a photolithography method, and then use a dry etching method. A common method is to remove unnecessary portions of the inorganic insulating film. However, when dry etching is performed, the surface of the organic gate insulating layer underlying the inorganic gate insulating layer is also etched, resulting in a problem that the surface of the organic gate insulating layer becomes rough.
有機絶縁膜の表面荒れが大きい場合、上層に形成されるソース・ドレイン電極の膜質が低下し、曲げに対する耐久性が低下する。具体的には、有機絶縁膜とソース・ドレイン電極の間に剥離が生じたり、断線が生じたりする。 When the surface roughness of the organic insulating film is large, the film quality of the source/drain electrode formed in the upper layer deteriorates, and the durability against bending decreases. Specifically, peeling or disconnection may occur between the organic insulating film and the source/drain electrode.
よって無機ゲート絶縁層のパターニング方法としては、ドライエッチング法を用いないことが好ましい。下地となる有機絶縁膜に損傷を与えないパターニング方法を用いることが必要である。 Therefore, it is preferable not to use dry etching as a method for patterning the inorganic gate insulating layer. It is necessary to use a patterning method that does not damage the underlying organic insulating film.
ドライエッチング法を用いない無機ゲート絶縁層のパターニング方法としては、例えば特許文献2に記載されたものがある。特許文献2には、ゲート絶縁層となる無機化合物の前駆体溶液をスピンコート法等を用いて塗布成膜した後、光照射と熱処理によりパターニングと無機化合物の生成を行うことにより、ゲート絶縁層を形成する方法が記載されている。 An example of a method for patterning an inorganic gate insulating layer that does not use dry etching is described in Patent Document 2. Patent Document 2 discloses that a gate insulating layer is formed by coating a precursor solution of an inorganic compound that will become a gate insulating layer using a spin coating method or the like, and then patterning and generating an inorganic compound by light irradiation and heat treatment. A method for forming the is described.
しかし、特許文献2では、ゲート絶縁膜の耐屈曲性について検討されておらず、改良の余地があった。 However, Patent Document 2 does not consider the bending resistance of the gate insulating film, leaving room for improvement.
以上の点を鑑み、本発明は、有機/無機ハイブリッド型薄膜トランジスタにおいて、耐屈曲性に優れ、かつ良好なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide an organic/inorganic hybrid thin film transistor having excellent bending resistance and good transistor characteristics.
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、基板上に少なくともゲート電極層と、ゲート絶縁層、半導体層と、ソース電極層と、ドレイン電極層と、を有する薄膜トランジスタであって、ゲート絶縁層は、有機材料を含む第1ゲート絶縁層と、第1ゲート絶縁層の上面内に形成される無機化合物からなる第2ゲート絶縁層とを備え、第2ゲート絶縁層の炭素濃度が0.5at%~10at%、かつ水素濃度が1at%~15at%であり、第2ゲート絶縁層の膜厚は2~60nmであることを特徴とする。 A thin film transistor for solving the above problems is a thin film transistor having an insulating substrate, at least a gate electrode layer, a gate insulating layer, a semiconductor layer, a source electrode layer, and a drain electrode layer on the substrate, The gate insulating layer includes a first gate insulating layer containing an organic material and a second gate insulating layer made of an inorganic compound formed within the upper surface of the first gate insulating layer, and the carbon concentration of the second gate insulating layer is The hydrogen concentration is 0.5 at% to 10 at%, the hydrogen concentration is 1 at% to 15 at%, and the thickness of the second gate insulating layer is 2 to 60 nm.
前記半導体層は、酸化物半導体で構成されてもよい。 The semiconductor layer may be made of an oxide semiconductor.
上記課題を解決するための薄膜トランジスタの製造方法は、可撓性基材における平坦面の一部にゲート電極層を形成する工程と、ゲート電極層を覆うように有機材料を含む第1ゲート絶縁層を形成する工程と、第1ゲート絶縁層の上面内に無機化合物からなり、炭素濃度が0.5at%~10at%、水素濃度が1at%~15at%、膜厚が2~60nmである第2ゲート絶縁層を形成する工程と、第2ゲート絶縁層の上面内に、酸化物半導体である半導体層を形成する工程と、半導体層に接続されるソース電極層を形成する工程と、半導体層に接続されるドレイン電極層を形成する工程を含み、第2ゲート絶縁層を形成する工程においては、無機化合物の前駆体溶液を塗布法により成膜して塗布表面に光照射と熱処理を行うことで第2ゲート絶縁層を形成することを特徴とする。 A method for manufacturing a thin film transistor to solve the above problems includes a step of forming a gate electrode layer on a part of a flat surface of a flexible base material, and a first gate insulating layer containing an organic material so as to cover the gate electrode layer. a second gate insulating layer, which is made of an inorganic compound and has a carbon concentration of 0.5 at% to 10 at%, a hydrogen concentration of 1 at% to 15 at%, and a film thickness of 2 to 60 nm, on the upper surface of the first gate insulating layer; a step of forming a gate insulating layer; a step of forming a semiconductor layer made of an oxide semiconductor within the upper surface of the second gate insulating layer; a step of forming a source electrode layer connected to the semiconductor layer; In the step of forming the second gate insulating layer, which includes the step of forming the drain electrode layer to be connected, a precursor solution of an inorganic compound is formed into a film by a coating method, and the coated surface is subjected to light irradiation and heat treatment. The method is characterized by forming a second gate insulating layer.
本発明は、有機/無機ハイブリッド薄膜トランジスタにおいて、曲げに対する耐久性が優れた薄膜トランジスタを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide an organic/inorganic hybrid thin film transistor having excellent durability against bending.
以下、薄膜トランジスタ、および薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態を示す。まず、薄膜トランジスタの層構造を説明し、次に、薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 An embodiment of a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor will be described below. First, the layer structure of a thin film transistor will be explained, and then a method for manufacturing the thin film transistor will be explained.
図1は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの断面構造を示す断面図である。実施形態に係る薄膜トランジスタは可撓性基板11、ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15、半導体層13、第1ゲート絶縁層21、第2ゲート絶縁層22を備える。なお、図1は、薄膜トランジスタの層構造を説明する便宜上、各種の電極に接続される配線の記載を省略している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. The thin film transistor according to the embodiment includes a
以下では、図1を視座として、薄膜トランジスタの構成要素における上面、および下面を記載する。実施形態に係る薄膜トランジスタは、可撓性基板11における平坦面の一部にゲート電極層12が形成され、ゲート電極層12を覆うように第1ゲート絶縁層21が形成され、第1ゲート絶縁層21の上面内に第2ゲート絶縁層22が形成され、第2ゲート絶縁層22の上面内に半導体層13が形成され、半導体層13、第2ゲート絶縁層22および第1ゲート絶縁層21上にソース電極層14およびドレイン電極層15が形成される。薄膜トランジスタが備えるソースとドレインとは、薄膜トランジスタを搭載した駆動回路の動作によって定まる。そのため、薄膜トランジスタにおいて、1つの電極層がソースからドレインに機能を替えてもよく、かつ他の電極層がドレインからソースに機能を替えてもよい。本実施形態において薄膜トランジスタは、ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタであるが、ボトムゲート・ボトムコンタクト型トランジスタ等でも構わない。
In the following, the upper and lower surfaces of the constituent elements of the thin film transistor will be described with reference to FIG. In the thin film transistor according to the embodiment, the
[可撓性基板]
可撓性基板11は、上面において絶縁性を有する。可撓性基板11は、透明基板でもよいし、不透明基板でもよい。可撓性基板11は、絶縁性を有したフィルムでもよいし、支持面に絶縁性を付与された金属箔でもよいし、支持面に絶縁性を付与された合金箔でもよいし、可撓性を有した薄板ガラスでもよい。
[Flexible substrate]
The
可撓性基板11を構成する材料は、有機高分子化合物、有機材料と無機材料との複合材料、金属、合金、および、無機化合物からなる群から選択される少なくとも一種である。
The material constituting the
可撓性基板11が有機高分子化合物で構成される場合、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、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、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コポリマー、ポリイミド、フッ素系ポリマー、環状ポリオレフィン系ポリマー等が挙げられる。
When the
可撓性基板11が複合材料である場合、ガラス繊維強化アクリルポリマー、あるいは、ガラス繊維強化ポリカーボネートが挙げられる。可撓性基板11に金属または合金を用いる場合には、アルミニウム、銅、鉄クロム合金、鉄ニッケル合金、あるいは、鉄ニッケルクロム合金等が挙げられる。可撓性基板11が無機化合物である場合は、酸化珪素、酸化硼素、および、酸化アルミニウムを含む無アルカリガラス、あるいは、酸化珪素、酸化ナトリウム、および、酸化カルシウムを含むアルカリガラス等が挙げられる。
When the
[電極層]
ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15は、それぞれ単層構造体でもよいし、多層構造体でもよい。ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15が多層構造体である場合、各電極層は、下層との密着性を高める最下層、および、上層との密着性を高める最上層を有することが好ましい。
[Electrode layer]
The
ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15を構成する材料は、金属でもよいし、合金でもよいし、導電性を有する金属酸化物でもよい。ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15を構成する材料は、相互に異なってもよいし、同じであってもよい。
The material constituting the
金属は、遷移金属、アルカリ金属、および、アルカリ土類金属の少なくとも一種である。遷移金属は、インジウム、アルミニウム、金、銀、白金、チタン、銅、ニッケル、タングステンからなる群から選択される少なくとも一種である。アルカリ金属は、リチウム、あるいは、セシウムである。アルカリ土類金属は、マグネシウム、および、カルシウムの少なくとも一種である。合金は、モリブデンニオブ(MoNb)、鉄クロム、アルミニウムリチウム、マグネシウム銀、アルミネオジウム合金、アルミネオジムジルコニア合金等が挙げられる。 The metal is at least one of transition metals, alkali metals, and alkaline earth metals. The transition metal is at least one selected from the group consisting of indium, aluminum, gold, silver, platinum, titanium, copper, nickel, and tungsten. The alkali metal is lithium or cesium. The alkaline earth metal is at least one of magnesium and calcium. Examples of the alloy include molybdenum niobium (MoNb), iron chromium, aluminum lithium, magnesium silver, aluminum neodymium alloy, and aluminum neodymium zirconia alloy.
金属酸化物は、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化インジウムカドミウム、酸化カドミウム錫、酸化亜鉛錫からなる群から選択されるいずれか一種である。金属酸化物は、不純物を含有してもよい。不純物を含有する金属酸化物は、錫、亜鉛、チタン、セリウム、ハフニウム、ジルコニウム、モリブデンからなる群から選択される少なくとも一種の不純物を含有する酸化インジウムである。不純物を含有する金属酸化物は、アンチモン、または、フッ素を含有する酸化錫でもよい。不純物を含有する金属酸化物は、ガリウム、アルミニウム、硼素からなる群から選択される少なくとも一種の不純物を含有する酸化亜鉛でもよい。 The metal oxide is one selected from the group consisting of indium oxide, tin oxide, zinc oxide, cadmium oxide, indium cadmium oxide, cadmium tin oxide, and zinc tin oxide. The metal oxide may contain impurities. The metal oxide containing impurities is indium oxide containing at least one kind of impurity selected from the group consisting of tin, zinc, titanium, cerium, hafnium, zirconium, and molybdenum. The impurity-containing metal oxide may be antimony or fluorine-containing tin oxide. The impurity-containing metal oxide may be zinc oxide containing at least one impurity selected from the group consisting of gallium, aluminum, and boron.
半導体層13を構成する材料が金属酸化物である場合、ソース電極層14およびドレイン電極層15は、後述する半導体層13に含有される元素と同一の元素を含有し、かつ、不純物の濃度が半導体層13よりも十分に高められた層であってもよい。
When the material constituting the
ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15に適用できる材料の範囲を広げる観点では、各電極層12、14、15の電気抵抗率は、それぞれ5.0×10-5Ω・cm以上であることが好ましい。薄膜トランジスタの消費電力を抑える観点では、各電極層12、14、15の電気抵抗率は、それぞれ1.0×10-2Ω・cm以下であることが好ましい。
From the perspective of expanding the range of materials that can be used for the
ゲート電極層12、ソース電極層14、ドレイン電極層15の電気抵抗値を抑える観点では、電極層の厚さは、それぞれ50nm以上であることが好ましい。薄膜トランジスタを構成する各層の耐屈曲性を高め、かつコストを下げる観点では、各電極層12、14、15の厚さは、それぞれ200nm以下であることが好ましい。
From the viewpoint of suppressing the electrical resistance values of the
[第1ゲート絶縁層]
第1ゲート絶縁層21を構成する材料は、有機高分子化合物または有機無機複合材料である。有機高分子化合物は、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリビニルアルコール、アクリルポリマー、エポキシポリマー、アモルファスフッ素ポリマーを含むフッ素系ポリマー、メラミンポリマー、フランポリマー、キシレンポリマー、ポリアミドイミドポリマー、シリコーンポリマー、シクロオレフィンポリマーからなる群から選択される少なくとも一種である。第1ゲート絶縁層21の耐熱性を高める観点では、有機高分子化合物は、ポリイミド、アクリルポリマー、フッ素系ポリマーからなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
[First gate insulating layer]
The material constituting the first
有機無機複合材料は、例えば、有機高分子化合物と、無機化合物から形成された粒子の混合物であってよい。ただし、無機化合物から形成された粒子は、ナノ粒子、すなわち、数nm以上数百nm以下の範囲に含まれる大きさを有した粒子である。有機無機複合材料は、有機化合物としての特性を有した原子団と、無機化合物としての特性を有した原子団とを含む分子構造を有してもよい。こうした有機無機複合材料の一例は、シルセスキオキサンである。シルセスキオキサンは、無機化合物としての特性を有する原子団であるケイ素と酸素とから形成された骨格を有し、かつ、有機化合物としての特性を有する原子団である有機基とを分子構造中に含んでいる。有機無機複合材料は、有機高分子化合物の特性と、無機化合物の特性とを兼ね備えることが可能である。そのため、例えば、有機無機複合材料は、有機高分子化合物の特性である耐屈曲性および耐衝撃性と、無機化合物の特性である耐熱性および耐久性とを兼ね備えることが可能である。 The organic-inorganic composite material may be, for example, a mixture of particles formed from an organic polymer compound and an inorganic compound. However, the particles formed from the inorganic compound are nanoparticles, that is, particles having a size ranging from several nm to several hundred nm. The organic-inorganic composite material may have a molecular structure including an atomic group having properties as an organic compound and an atomic group having properties as an inorganic compound. An example of such an organic-inorganic composite material is silsesquioxane. Silsesquioxane has a skeleton formed from silicon and oxygen, which are atomic groups that have the characteristics of an inorganic compound, and has an organic group, which is an atomic group that has the characteristics of an organic compound, in its molecular structure. Contains. Organic-inorganic composite materials can have both the characteristics of organic polymer compounds and the characteristics of inorganic compounds. Therefore, for example, an organic-inorganic composite material can have both the bending resistance and impact resistance that are the characteristics of an organic polymer compound, and the heat resistance and durability that are the characteristics of an inorganic compound.
第1ゲート絶縁層21は、単層でもよいし、多層でもよい。第1ゲート絶縁層21が多層である場合、第1ゲート絶縁層21を構成する層の材料は、それぞれ有機高分子化合物または有機無機複合材料である。
The first
ゲート電極層12とソース電極層14およびドレイン電極層15との間の絶縁性を十分に保持する観点では、第1ゲート絶縁層21の抵抗率は、1×1011Ω・cm以上であることが好ましく、1×1013Ω・cm以上であることがより好ましい。
From the viewpoint of maintaining sufficient insulation between the
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場合、第1ゲート絶縁層21の厚さは、好ましくは2500nm以下である。電流漏れの抑制、およびゲート電圧の抑制を図る場合、第1ゲート絶縁層21の厚さは、好ましくは200nm以上2500nm以下である。
When suppressing the gate voltage for driving the thin film transistor, the thickness of the first
[第2ゲート絶縁層]
第2ゲート絶縁層22を構成する材料は、長距離秩序を有しない無機化合物を含む。無機化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸窒化物および珪素酸窒炭化珪素化合物(SiCxNyOz)である珪素化合物、または、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、La、Al、およびZrの群から選択される少なくとも1種類の金属元素を含む酸化物である。また、第2ゲート絶縁層22を構成する材料は、長距離秩序を有しない無機化合物と有機化合物とを含む混合物でもよい。
[Second gate insulating layer]
The material constituting the second
第2ゲート絶縁層22は、単層膜でもよいし、多層膜でもよい。第2ゲート絶縁層22の抵抗率は、1×1011Ω以上であることが好ましく、1×1013Ω以上であることがより好ましい。
The second
無機化合物に含有される炭素は、可撓性基板11の曲げによる短距離秩序の揺らぎを緩和する。一方で、炭素の含有量が過大である場合、無機化合物の膜質が低下し、第2ゲート絶縁層22と半導体層13との界面にキャリアトラップが生成されることによる移動度の低下や、第2ゲート絶縁層22の絶縁性の低下が生じる。よって第2ゲート絶縁層22の炭素濃度には適した範囲が存在する。具体的には0.5at%以上10at%以下の範囲であることが好ましい。
Carbon contained in the inorganic compound alleviates fluctuations in short-range order due to bending of the
無機化合物に含有される水素は、無機化合物に含まれる未結合手を減らし、半導体層13と第2ゲート絶縁層22の界面状態を安定化させる。そのため、無機化合物に含有される水素は、薄膜トランジスタの移動度を高める。一方で、水素の含有量が過大である場合、第2ゲート絶縁層22の膜内水素が解離しやすく、半導体層13内に解離した水素が拡散し、ドナーとして働く。そのため、キャリア濃度が適正よりも増加し、しきい値電圧のシフトを招く。よって第2ゲート絶縁層22の水素濃度には適した範囲が存在する。具体的には1at%以上15at%以下の範囲であることが好ましい。
Hydrogen contained in the inorganic compound reduces dangling bonds contained in the inorganic compound and stabilizes the interface state between the
このように、第2ゲート絶縁層22の炭素濃度が0.5at%以上10at%以下、かつ水素濃度が1at%以上15at%以下となるように、炭素濃度と水素濃度を制御することによって、薄膜トランジスタの曲げに対する耐久性を高めることができる。
In this way, by controlling the carbon concentration and hydrogen concentration such that the carbon concentration of the second
無機化合物を島状に点在させず連続膜にするためには、第2ゲート絶縁層22の厚さは、2nm以上であることが好ましい。第2ゲート絶縁層22の可撓性基板11の曲げに対する電気的な特性の耐久性を高めるためには、60nm以下であることが好ましい。
In order to form a continuous film without scattering the inorganic compound in the form of islands, the thickness of the second
また、詳細は後述するが、第2ゲート絶縁層22のパターニングにはドライエッチング法を用いない。ドライエッチング法を用いると、第2ゲート絶縁層22の下地である第1ゲート絶縁層21の表面荒れが大きくなり、第1ゲート絶縁層21とソース電極層14およびドレイン電極層15との間に剥離が生じたり、各電極層の断線が生じたりする恐れがあるためである。従って、本実施形態における薄膜トランジスタにおいては、第2ゲート絶縁層22のパターニングにドライエッチング法を用いないため、ソース電極層14およびドレイン電極層15の密着性が向上し、可撓性基板11の曲げによる耐久性が高められる。
Further, although details will be described later, dry etching is not used for patterning the second
[半導体層13]
半導体層13を構成する材料は、酸化物半導体である。酸化物半導体は、インジウム、ガリウム、亜鉛、および錫から選択される少なくとも1種の金属元素を含む。
[Semiconductor layer 13]
The material constituting the
酸化物半導体は、1種類の金属元素から構成される一元系酸化物半導体でもよいし、2種類の金属元素から構成される二元系酸化物半導体でもよいし、三種類以上の金属元素から構成される多元系酸化物半導体でもよい。酸化物半導体は、非晶質半導体でもよいし、多数の微小な単結晶から構成される微結晶半導体でもよいし、多数の微結晶から構成される多結晶半導体でもよい。 The oxide semiconductor may be a one-component oxide semiconductor composed of one type of metal element, a binary oxide semiconductor composed of two types of metal elements, or a single-component oxide semiconductor composed of three or more types of metal elements. A multi-component oxide semiconductor may also be used. The oxide semiconductor may be an amorphous semiconductor, a microcrystalline semiconductor made up of many small single crystals, or a polycrystalline semiconductor made up of many microcrystals.
半導体層13の光透過率、および電界効果移動度(以下、移動度とも言う)を高めることが要求される場合、半導体層13は、インジウムを含むことが好ましい。
When it is required to increase the light transmittance and field effect mobility (hereinafter also referred to as mobility) of the
一元系酸化物半導体は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化スズである。二元系酸化物半導体は、例えば、酸化インジウム亜鉛、酸化インジウムガリウムである。三元系酸化物半導体は、インジウムを含む三元系酸化物半導体である。三元系酸化物半導体は、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛、酸化インジウムアルミニウム亜鉛、酸化インジウム錫亜鉛、酸化インジウムハフニウム亜鉛である。酸化物半導体は、金属酸化物を構成する金属元素の他に、他の金属元素として、例えば、チタン、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、タングステン、マグネシウムから構成される群から選択される少なくとも一種の元素を含んでもよい。 Examples of the mono-component oxide semiconductor include indium oxide, zinc oxide, gallium oxide, and tin oxide. The binary oxide semiconductor is, for example, indium zinc oxide or indium gallium oxide. The ternary oxide semiconductor is a ternary oxide semiconductor containing indium. Examples of the ternary oxide semiconductor include indium gallium zinc oxide, indium aluminum zinc oxide, indium tin zinc oxide, and indium hafnium zinc oxide. In addition to the metal elements constituting the metal oxide, the oxide semiconductor includes at least one other metal element selected from the group consisting of titanium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, cerium, tungsten, and magnesium. It may also contain one type of element.
酸化物半導体の一例は、In-M-Zn系酸化物である。In-M-Zn系酸化物は、インジウム(In)および亜鉛(Zn)を含む。In-M-Zn系酸化物は、アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、および錫からなる群から選択される少なくとも一種の金属元素(M)を含む。 An example of an oxide semiconductor is an In--M--Zn based oxide. The In-M-Zn-based oxide contains indium (In) and zinc (Zn). The In-M-Zn-based oxide contains at least one metal element (M) selected from the group consisting of aluminum, titanium, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, cerium, hafnium, and tin.
[薄膜トランジスタの製造方法]
以下に、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す。ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタの製造方法は、可撓性基板11にゲート電極層12を形成する第1工程、ゲート電極層12に第1ゲート絶縁層21を積層する第2工程、および、第1ゲート絶縁層21に第2ゲート絶縁層22を積層する第3工程、第2ゲート絶縁層22に半導体層13を積層する第4工程、および、半導体層13にソース電極層14とドレイン電極層15とを積層する第5工程を含む。
[Method for manufacturing thin film transistor]
An example of a method for manufacturing the thin film transistor of this embodiment will be shown below. The method for manufacturing a bottom-gate/top-contact transistor includes a first step of forming a
なお、ボトムゲート・ボトムコンタクト型トランジスタの製造方法では、第4工程において、第2ゲート絶縁層22にソース電極層14とドレイン電極層15とが積層される。また、第5工程において、ソース電極層14、ドレイン電極層15、および、第2ゲート絶縁層22に半導体層13が積層される。第4工程におけるソース電極層14およびドレイン電極層15の積層方法は、ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタの製造方法における第5工程のソース電極層14およびドレイン電極層15を積層する方法が用いられる。第5工程における半導体層13の積層方法は、ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタの製造方法における第4工程の半導体層13を積層する方法が用いられる。そのため、以下では、ボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタの製造方法を主に説明し、ボトムゲート・ボトムコンタクト型トランジスタの製造方法の説明は省略する。
Note that in the method for manufacturing a bottom-gate/bottom-contact type transistor, in the fourth step, the
第1工程において、ゲート電極層12は、ゲート電極層12の形状に追従したマスクを用いる成膜方法によって形成されてもよい。あるいは、ゲート電極層12は、ゲート電極層12となる電極膜を成膜した後に、エッチング法を用いて電極膜をゲート電極層12の形状に加工する方法によって形成されてもよい。
In the first step, the
ゲート電極層12の形成に用いる成膜方法は、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、導電性ペーストを用いるスピンコート法、ディップコート法、スリットダイコート法からなる群から選択される少なくとも一種であってよい。あるいは、ゲート電極層12の形成に用いる成膜方法は、例えば、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、インクジェット法からなる群から選択される少なくとも一種であってよい。
The film forming method used to form the
第1ゲート絶縁層21は、有機高分子化合物、有機無機複合材料、または、有機無機複合材料の前駆体を含む塗布液を成膜後、光・熱処理等のプロセスを経て、硬化させることによって形成される。
The first
第2工程において、第1ゲート絶縁層21は、第1ゲート絶縁層21の形状に追従したマスクを用いる塗布法によって形成されてもよい。
In the second step, the first
第1ゲート絶縁層21は、第1ゲート絶縁層21となる材料に感光性を有したポリマーを添加した溶液を、スピンコート法やキャスト法等を用いて塗布した後に、塗布膜をフォトリソグラフィー法で第1ゲート絶縁層21の形状に加工する方法によって形成してもよい。
The first
第1ゲート絶縁層21は、有機高分子化合物、有機無機複合材料、または、有機無機複合材料の前駆体を含む塗布液を、ディップコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、グラビアオフセット印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法等の印刷法を用いて印刷することで形成してもよい。
The first
第3工程において、第2ゲート絶縁層22は、第2ゲート絶縁層22となる無機化合物の前駆体溶液を塗布した塗布膜を成膜後、光・熱処理等のプロセスを経て、化学反応を促進させることによって形成される。
In the third step, the second
第2ゲート絶縁層22は、第2ゲート絶縁層22となる無機化合物の前駆体溶液を、第2ゲート絶縁層22の形状に追従したマスクを用いて、スピンコート法やキャスト法を用いて所望の形状に塗布した後に、光・熱処理等のプロセスを経て、化学反応を促進させることによって形成してもよい。この方法で第2ゲート絶縁層22を形成する場合、ドライエッチング法で第2ゲート絶縁層22をパターニングして形成する場合と比較して第1ゲート絶縁層21の表面が荒れることを抑制できるため、ソース電極層14およびドレイン電極層15の密着性が向上し、可撓性基板11の曲げによる耐久性が高められる。また、無機化合物の成膜においては、一般的な真空成膜法で成膜するよりも上記の方法で成膜する方が膜中のH濃度およびC濃度を制御しやすい。そのため、第2ゲート絶縁層22の炭素濃度が0.5at%以上10at%以下、かつ水素濃度が1at%以上15at%以下となるように制御して、薄膜トランジスタの曲げに対する耐久性を高めることも容易となる。
The second
第2ゲート絶縁層22は、第2ゲート絶縁層22となる無機化合物の前駆体溶液をスピンコート法やキャスト法等を用いて塗布成膜した後に、レーザーを用いた光照射法を利用して、第2ゲート絶縁層22の形状に加工する方法によって形成されてもよい。
The second
第2ゲート絶縁層22は、第2ゲート絶縁層22となる無機化合物の前駆体溶液を、ディップコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、グラビアオフセット印刷法、フレキソ印刷法、インクジェット法等の印刷法を用いて所望の形状に印刷した後、光・熱処理等のプロセスを経て、化学反応を促進させることによって形成してもよい。
The second
第4工程において、半導体層13は、半導体層13の形状に追従したマスクを用いる成膜方法によって形成されてもよい。あるいは、半導体層13は、半導体層13となる半導体膜を形成した後に、エッチング法を用いて半導体膜を半導体層13の形状に加工する方法によって形成されてもよい。
In the fourth step, the
半導体層13は、スパッタ法、CVD法、ALD法、または、ゾルゲル法によって形成される。スパッタ法は、可撓性基板11に直流電圧を印加したDCスパッタ法、あるいは、成膜空間に高周波を印加したRFスパッタ法を含む。不純物の添加法は、例えば、プラズマ処理法、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などであってよい。あるいは、半導体層13の形成に用いる成膜方法は、例えば、無機化合物の前駆体を含む塗布液を用いるスピンコート法、ディップコート法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、インクジェット法からなる群から選択される少なくとも一種の塗布法であってよい。
The
第5工程において、ソース電極層14およびドレイン電極層15は、電極層の形状に追従したマスクを用いる成膜方法によって形成されてもよい。あるいは、ソース電極層14およびドレイン電極層15は、ソース電極層14およびドレイン電極層15となる電極膜を成膜した後に、エッチング法を用いて電極膜をソース電極層14およびドレイン電極層15の形状に加工する方法によって形成されてもよい。
In the fifth step, the
ソース電極層14およびドレイン電極層15の形成に用いる成膜方法は、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、導電性ペーストを用いるスピンコート法、ディップコート法、スリットダイコート法からなる群から選択される少なくとも一種である。あるいは、ソース電極層14およびドレイン電極層15の形成に用いる成膜方法は、例えば、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、インクジェット法からなる群から選択される少なくとも一種であってよい。
The film forming methods used to form the
[実施例1]
実施例1の薄膜トランジスタとして図1に示したボトムゲート・トップコンタクト型トランジスタを形成した。
[Example 1]
As the thin film transistor of Example 1, a bottom gate/top contact type transistor shown in FIG. 1 was formed.
実施例1の薄膜トランジスタは、可撓性基板11に、20μmの厚さを有したポリイミドフィルムを用いた。実施例1の薄膜トランジスタは、ゲート電極層12にアルミニウム合金膜であるアルミニウムネオジウム膜を用いた。ゲート電極層12は、可撓性基板11にアルミニウム合金膜を、下記成膜条件によるDCマグネトロンスパッタ法によって成膜後、アルミニウム合金膜に積層された感光性ポリレジスト膜からレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてアルミニウム合金膜をウエットエッチングした後、レジストマスクを剥離することによって得られた。ゲート電極層12の厚さは、80nmであった。
In the thin film transistor of Example 1, a polyimide film having a thickness of 20 μm was used for the
<ゲート電極層12の成膜条件>
・ターゲット組成比 :Al(at%):Nd(at%)=98:2
・スパッタガス :アルゴン
・スパッタガス流量 :100sccm
・成膜圧力 :1.0Pa
・ターゲット電力 :200W
・基材温度 :23℃
<Film formation conditions for
・Target composition ratio: Al (at%): Nd (at%) = 98:2
・Sputter gas: Argon ・Sputter gas flow rate: 100sccm
・Film forming pressure: 1.0Pa
・Target power: 200W
・Base material temperature: 23℃
実施例1の薄膜トランジスタは、第1ゲート絶縁層21に厚さ0.6μmのアクリル樹脂膜を用いた。感光性アクリル樹脂を含む溶液を、スピンコート法を用いて塗布後、フォトマスクを用いた感光性塗工膜の露光、および現像を経て、現像後の塗工膜を230℃で焼成することによって、第1ゲート絶縁層21を得た。膜厚の確認には、触針式段差計(Dektak 6M、ブルカージャパン(株)製)を用いた。
In the thin film transistor of Example 1, an acrylic resin film with a thickness of 0.6 μm was used for the first
実施例1の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22に厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。第2ゲート絶縁層22は、Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で180℃に熱したホットプレート上で90分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力100W)を行うことによって、第2ゲート絶縁層22を得た。膜厚の測定には、触針式段差計(Dektak XT、ブルカージャパン(株)製)を用いた。
In the thin film transistor of Example 1, a silicon oxide film with a thickness of 60 nm was used for the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は1.0at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.5at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
実施例1の薄膜トランジスタは、半導体層13に、30nmの厚さを有した酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO)膜を用いた。半導体層13は、下記成膜条件によるDCマグネトロンスパッタ法によってInGaZnO膜を成膜後、InGaZnO膜に積層された感光性ポリレジスト膜からレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてInGaZnO膜をウエットエッチングした後、レジストマスクを剥離することによって得られた。
In the thin film transistor of Example 1, an indium gallium zinc oxide (InGaZnO) film having a thickness of 30 nm was used for the
<半導体層13の成膜条件>
・ターゲット組成比 :In:Ga:Zn:O=1:1:1:4
・スパッタガス :アルゴン/酸素
・アルゴン流量 :100sccm
・酸素流量 :0.1sccm
・成膜圧力 :1.0Pa
・ターゲット電力 :300W
・ターゲット周波数 :13.56MHz
・基板温度 :23℃
<Film formation conditions for
・Target composition ratio: In:Ga:Zn:O=1:1:1:4
・Sputter gas: Argon/oxygen ・Argon flow rate: 100sccm
・Oxygen flow rate: 0.1sccm
・Film forming pressure: 1.0Pa
・Target power: 300W
・Target frequency: 13.56MHz
・Substrate temperature: 23℃
実施例1の薄膜トランジスタは、ソース電極層14およびドレイン電極層15にアルミニウム合金膜であるACX膜を用いた。下記成膜条件によるDCマグネトロンスパッタ法によってACX膜を成膜後、ACX膜に積層された感光性ポリレジスト膜からレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いてACX膜をウエットエッチングした後、レジストマスクを剥離することによって得られた。ソース電極層14およびドレイン電極層15の膜厚は、80nmであった。
In the thin film transistor of Example 1, an ACX film, which is an aluminum alloy film, was used for the
<ソース電極層14およびドレイン電極層15の成膜条件>
・ターゲット組成比 :
Al(at%):B(at%):Ni(at%)=96.4:0.4:3.2
・スパッタガス :アルゴン
・スパッタガス流量 :100sccm
・成膜圧力 :1.0Pa
・ターゲット電力 :200W
・基材温度 :23℃
<Film formation conditions for
・Target composition ratio:
Al (at%): B (at%): Ni (at%) = 96.4:0.4:3.2
・Sputter gas: Argon ・Sputter gas flow rate: 100sccm
・Film forming pressure: 1.0Pa
・Target power: 200W
・Base material temperature: 23℃
[実施例2]
実施例2の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 2]
The thin film transistor of Example 2 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例2の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で180℃に熱したホットプレート上で120分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は1.2at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.6at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例3]
実施例3の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 3]
The thin film transistor of Example 3 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例3の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n) (ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で180℃に熱したホットプレート上で60分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は3.7at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.5at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例4]
実施例4の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 4]
The thin film transistor of Example 4 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例4の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で150℃に熱したホットプレート上で60分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力100W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は9.8at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は1.3at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例5]
実施例5の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 5]
The thin film transistor of Example 5 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例5の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で180℃に熱したホットプレート上で90分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(5秒、投入電力70W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は11.7at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は3.4at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例6]
実施例6の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 6]
The thin film transistor of Example 6 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例6の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で150℃に熱したホットプレート上で90分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は14.0at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は8.9at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例7]
実施例7の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 7]
The thin film transistor of Example 7 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例7の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を10%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で160℃に熱したホットプレート上で50分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(5秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は14.9at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は9.8at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例8]
実施例8の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 8]
The thin film transistor of Example 8 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例8の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのLaZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、ランタンアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、ランタンとジルコニウムとの原子数比が3:7となるように加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgのランタン/ジルコニウム混合溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、LaZrO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は5.2at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は1.9at%であった。
A LaZrO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例9]
実施例9の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 9]
The thin film transistor of Example 9 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例9の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのLaZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、ランタンアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、ランタンとジルコニウムとの原子数比が3:7となるように加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgのランタン/ジルコニウム混合溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、200℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、LaZrOを形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は7.6at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は7.0at%であった。
[実施例10]
実施例10の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
LaZrO was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[Example 10]
The thin film transistor of Example 10 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例10の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのHfZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、ハフニウムアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、ハフニウムとジルコニウムとの原子数比が3:7となるように加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgの混合溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を、所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプル20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、LaZrO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は8.1at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は4.8at%であった。
A LaZrO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例11]
実施例11の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 11]
The thin film transistor of Example 11 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例11の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのAlZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、アルミニウムアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、アルミニウムとジルコニウムとの原子数比が3:7となるように加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgの混合溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、AlZrO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は8.0at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は5.1at%であった。
An AlZrO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例12]
実施例12の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 12]
The thin film transistor of Example 12 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例12の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのSmZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、サマリウムアセチルアセトナートおよびジルコニウムブトキシドを、サマリウムとジルコニウムとの原子数比が3:7となるように加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgの混合溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、SmZrO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は7.9at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は4.9at%であった。
A SmZrO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例13]
実施例13の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 13]
The thin film transistor of Example 13 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例13の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのHfO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、ハフニウムアセチルアセトナートを加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgの溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、HfO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は6.2at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は4.1at%であった。
An HfO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例14]
実施例14の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 14]
The thin film transistor of Example 14 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
実施例14の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmのZrO膜を用いた。2-メトキシエタノールに、ジルコニウムアセチルアセトナートを加え、110℃、30分加熱攪拌した。次いで、得られた溶液を耐圧容器に移し、160℃まで昇温し、1時間保持した後、常温に戻すことにより、0.1mol/kgの溶液を調製し、スピンコート法で塗布した。スピンコ―ト後、150℃に熱したホットプレート上で加熱後、185nmと254nmにピークを持つ照射光を所望の形状に10分間照射しその後、2-メトキシエタノールにサンプルを20分間浸漬し不要な部分を溶解させ取り除いた。その後、220℃で1時間焼成した。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、ZrO膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は6.9at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は3.9at%であった。
A ZrO film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[実施例15]
実施例15の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22として、厚さ2nmの酸化珪素膜を用いた以外は全て実施例7の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 15]
The thin film transistor of Example 15 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 7 except that a 2 nm thick silicon oxide film was used as the second
[実施例16]
実施例16の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22として、厚さ30nmの酸化珪素膜を用いた以外は全て実施例7の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 16]
The thin film transistor of Example 16 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 7 except that a 30 nm thick silicon oxide film was used as the second
[比較例1]
比較例1の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 1]
The thin film transistor of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例1の第2ゲート絶縁層22には、平行平板式プラズマCVD法により成膜された、厚さ30nmの酸化珪素膜を用いた。成膜条件を以下に示す。
<酸化珪素膜の成膜条件>
・基材温度 :200℃
・反応ガス :シラン/一酸化二窒素
・反応ガス流量 :50sccm(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
For the second
<Film formation conditions for silicon oxide film>
・Base material temperature: 200℃
・Reaction gas: Silane/Dinitrogen monoxide ・Reaction gas flow rate: 50sccm (Silane), 500sccm (Dinitrogen monoxide)
・Film forming pressure: 200Pa
・High frequency power: 500W ・High frequency power frequency: 13.56MHz
第2ゲート絶縁層22のパターニングには、ドライエッチング法を用いた。酸化珪素膜に積層された感光性ポリレジスト膜からレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて酸化珪素膜をドライエッチングした後、レジストマスクを剥離することによって得られた。ドライエッチングの条件を以下に示す。
A dry etching method was used for patterning the second
<第2ゲート絶縁層22のエッチング条件>
・反応ガス :四フッ化メタン
・反応ガス流量 :30sccm
・成膜圧力 :10Pa
・高周波電力 :300W
・エッチング時間 :20秒
<Etching conditions for second
・Reaction gas: Tetrafluoromethane ・Reaction gas flow rate: 30sccm
・Film forming pressure: 10Pa
・High frequency power: 300W
・Etching time: 20 seconds
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は8.2at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.1at%未満(検出限界以下)であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[比較例2]
比較例2の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 2]
The thin film transistor of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例2の第2ゲート絶縁層22には、平行平板式プラズマCVD法により成膜された、厚さ30nmの窒化珪素膜を用いた。成膜条件を以下に示す。
・基材温度 :200℃
・反応ガス :シラン/アンモニア/水素/窒素
・反応ガス流量 :10sccm(シラン)、60sccm(アンモニア)
2000sccm(水素)、2000sccm(窒素)
・成膜圧力 :300Pa
・高周波電力 :500W
・高周波電力周波数 :13.56MHz
For the second
・Base material temperature: 200℃
・Reactive gas: silane/ammonia/hydrogen/nitrogen ・Reactive gas flow rate: 10 sccm (silane), 60 sccm (ammonia)
2000sccm (hydrogen), 2000sccm (nitrogen)
・Film forming pressure: 300Pa
・High frequency power: 500W
・High frequency power frequency: 13.56MHz
第2ゲート絶縁層22のパターニングには、ドライエッチング法を用いた。酸化珪素膜に積層された感光性ポリレジスト膜からレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて窒化珪素膜をドライエッチングした後、レジストマスクを剥離することによって得られた。ドライエッチングの条件を以下に示す。
A dry etching method was used for patterning the second
<第2ゲート絶縁層22のエッチング条件>
・反応ガス :四フッ化メタン
・反応ガス流量 :30sccm
・成膜圧力 :10Pa
・高周波電力 :300W
・エッチング時間 :50秒
<Etching conditions for second
・Reaction gas: Tetrafluoromethane ・Reaction gas flow rate: 30sccm
・Film forming pressure: 10Pa
・High frequency power: 300W
・Etching time: 50 seconds
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は11at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.1at%未満(検出限界以下)であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[比較例3]
比較例3の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 3]
The thin film transistor of Comparative Example 3 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例3の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane ((H2Si-NH)n) (ペルヒドロポリシラザン)を15%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で160℃に熱したホットプレート上で90分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力100W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は3.1at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は0.4at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[比較例4]
比較例4の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 4]
The thin film transistor of Comparative Example 4 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例4の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を15%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で160℃に熱したホットプレート上で60分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(10秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は18.0at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は7.2at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[比較例5]
比較例5の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 5]
The thin film transistor of Comparative Example 5 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例5の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を15%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、70℃、相対湿度60%の環境化で150℃に熱したホットプレート上で60分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(7秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22と同様の作製方法の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は13.0at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は11.8at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same manufacturing conditions as the second
[比較例6]
比較例6の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の作製方法以外は全て実施例1の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative example 6]
The thin film transistor of Comparative Example 6 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 1 except for the method of manufacturing the second
比較例6の第2ゲート絶縁層22には、厚さ60nmの酸化珪素膜を用いた。Perhydropolysilazane((H2Si-NH)n、ペルヒドロポリシラザン)を15%、ジ-n-ブチルエーテルに希釈した溶液をフレキソ印刷法でパターン形成後、150℃に熱したホットプレート上で5分乾燥した。その後、80℃、相対湿度75%の環境化で150℃に熱したホットプレート上で40分乾燥した。その後、真空チャンバー内にサンプルを導入し酸素プラズマ処理(7秒、投入電力50W)を行った。
For the second
水素濃度を測定するための基板に上記第2ゲート絶縁層22の作製方法と同様の条件で、酸化珪素膜を形成し、水素前方散乱分析法(Hydrogen Forward Scattering Spectrometry:HFS)により、水素濃度を測定した結果、水素濃度は13.2at%であった。次に、上記基板を用いて、ラザフォード後方散乱法(Rutherford Backscattering Spectrometry:RBS)により、炭素濃度を測定した結果、炭素濃度は12.1at%であった。
A silicon oxide film was formed on the substrate for measuring the hydrogen concentration under the same conditions as the method for manufacturing the second
[比較例7]
比較例7の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22として、厚さ70nmの酸化珪素膜を用いた以外は全て実施例7の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Comparative Example 7]
The thin film transistor of Comparative Example 7 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 7 except that a 70 nm thick silicon oxide film was used as the second
[実施例8]
実施例8の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22として、厚さ1nmの酸化珪素膜を用いた以外は全て実施例7の薄膜トランジスタと同様に作製した。
[Example 8]
The thin film transistor of Example 8 was manufactured in the same manner as the thin film transistor of Example 7 except that a 1 nm thick silicon oxide film was used as the second
[評価]
<屈曲試験前のTFT特性評価>
実施例1~10、および比較例1~8の薄膜トランジスタについて、半導体パラメータアナライザ(B1500A:アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いてTFT特性の評価を行った。
[evaluation]
<TFT characteristic evaluation before bending test>
The TFT characteristics of the thin film transistors of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8 were evaluated using a semiconductor parameter analyzer (B1500A: manufactured by Agilent Technologies, Inc.).
まず、ソース電極層14の電圧を0V、ソース-ドレイン電圧を10Vに設定し、ゲート電圧とドレイン電流との関係である伝達特性を得た。ソース-ドレイン電圧は、ソース電極層14とドレイン電極層15との間の電圧である。ゲート電圧は、ソース電極層14とゲート電極層12との間の電圧である。ドレイン電流は、ドレイン電極層15に流れる電流である。この際、ゲート電極層12の電圧を-20Vから+20Vまで変化させることによって、ゲート電圧を変化させた。
First, the voltage of the
次に、ゲート電圧とドレイン電流との伝達特性を用い、ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化である相互コンダクタンス(A/V)を算出した。そして、飽和領域の相互コンダクタンスとソース-ドレイン電圧との関係式に、第1ゲート絶縁層21の比誘電率と厚さ、第2ゲート絶縁層22の比誘電率と厚さ、チャンネル長、チャンネル幅、ソース-ドレイン電圧を適用し、しきい値電圧と移動度を算出した。
Next, using the transfer characteristics between gate voltage and drain current, mutual conductance (A/V), which is the change in drain current with respect to change in gate voltage, was calculated. Then, the relative permittivity and thickness of the first
<屈曲試験後のTFT特性評価>
次に、薄膜トランジスタの静的屈曲試験を行った。半径が1mmである金属棒に可撓性基板11を巻き付けて静的屈曲試験を行った。静的屈曲試験後、上述したように、ゲート電圧とドレイン電流との関係である伝達特性を得、静的屈曲試験前後の移動度としきい値電圧を算出した。
<TFT characteristic evaluation after bending test>
Next, a static bending test of the thin film transistor was conducted. A static bending test was conducted by wrapping the
<動的屈曲試験後のTFT特性評価>
次に、耐久試験システムDLDMLH-FS(ユアサコーポレーション製)を用いて、試験規格IEC62715-6-1に準拠した方法で、曲率半径1mm、10万回の動的屈曲試験を行った。動的屈曲試験後、上述したように、ゲート電圧とドレイン電流との関係である伝達特性を得、しきい値電圧と移動度を算出した。そして、動的屈曲試験前の移動度に対する、動的屈曲試験前の移動度と動的屈曲試験後の移動度の差分値の割合を、動的屈曲試験前後の移動度の減少率として算出した。動的屈曲試験前のしきい値電圧に対する、動的屈曲試験後のしきい値電圧の変化量を、動的屈曲試験前後しきい値電圧の変化量として算出した。
<TFT characteristics evaluation after dynamic bending test>
Next, using a durability test system DLDMLH-FS (manufactured by Yuasa Corporation), a dynamic bending test was conducted 100,000 times with a radius of curvature of 1 mm in accordance with the test standard IEC62715-6-1. After the dynamic bending test, as described above, the transfer characteristic, which is the relationship between gate voltage and drain current, was obtained, and the threshold voltage and mobility were calculated. Then, the ratio of the difference between the mobility before the dynamic bending test and the mobility after the dynamic bending test was calculated as the rate of decrease in mobility before and after the dynamic bending test. . The amount of change in threshold voltage after the dynamic bending test with respect to the threshold voltage before the dynamic bending test was calculated as the amount of change in threshold voltage before and after the dynamic bending test.
表1に、実施例1~16、および比較例1~8における第2ゲート絶縁層22の構成と成膜方法、屈曲試験前のTFT特性、静的屈曲試験後のTFT特性および動的屈曲試験後のTFT特性を示す。
Table 1 shows the structure and film formation method of the second
まず、実施例1~16の薄膜トランジスタと比較例1、2の薄膜トランジスタとを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタと比較例1、2の薄膜トランジスタにおける屈曲試験前の移動度は、いずれも11.1~14.2cm2/Vsであることが認められた。しかし、実施例1~10の薄膜トランジスタにおいては、静的屈曲試験後にソース電極層14およびドレイン電極層15の異常はなく、静的試験後移動度が11.1~14.2cm2/Vs以上であるのに対し、比較例1、2の薄膜トランジスタにおいては、静的屈曲試験後に、第1ゲート絶縁層21上のソース電極層14およびドレイン電極層15の剥離と断線が顕微鏡観察にて確認され、さらに、TFT特性が測定できない(通電できない)状態であることが認められた。これにより、第2ゲート絶縁層22のパターニング形成方法としてドライエッチング法を用いると、薄膜トランジスタの耐屈曲性が低下することが示された。これは、ドライエッチング法を用いることにより、第1ゲート絶縁層21の表面荒れが生じてソース電極層14およびドレイン電極層15の膜質が低下し、その結果、第1ゲート絶縁層21の密着性が低下するためであると考えられる。
First, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and the thin film transistors of Comparative Examples 1 and 2 will be compared. The mobilities before the bending test of the thin film transistors of Examples 1 to 16 and the thin film transistors of Comparative Examples 1 and 2 were all found to be 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs. However, in the thin film transistors of Examples 1 to 10, there was no abnormality in the
次に、実施例1~16と比較例3の薄膜トランジスタを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタは屈曲試験前の移動度は11.1~14.2cm2/Vsであり、比較例3の薄膜トランジスタは、屈曲試験前の移動度が12.5cm2/Vsであった。しかし、動的屈曲試験後については、実施例1~16の薄膜トランジスタは動的屈曲試験後移動度が11.0~14.2cm2/Vsであり、移動度減少率が-2~2%であるのに対し、比較例3の薄膜トランジスタは試験後移動度が6.0cm2/Vsであり、移動度減少率が52%であった。比較例3の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の炭素濃度が低いため、第2ゲート絶縁層22の柔軟性が低下し、薄膜トランジスタを繰り返し屈曲させた際に半導体層13と第2ゲート絶縁層22の界面の密着性低下や、第2ゲート絶縁層22の微小クラック発生が起こりやすくなり、動的屈曲試験後の移動度が低下しやすくなる。そのため、比較例3の薄膜トランジスタは、実施例1~16の薄膜トランジスタよりも耐屈曲性に劣ることが認められた。また、実施例1~16の結果から、炭素濃度が0.5at%以上の場合には、動的屈曲試験後に耐えうる高い屈曲耐性が得られることが認められた。
Next, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and Comparative Example 3 will be compared. The thin film transistors of Examples 1 to 16 had a mobility of 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs before the bending test, and the thin film transistor of Comparative Example 3 had a mobility of 12.5 cm 2 /Vs before the bending test. Ta. However, after the dynamic bending test, the thin film transistors of Examples 1 to 16 had a mobility of 11.0 to 14.2 cm 2 /Vs, and a mobility decrease rate of -2 to 2%. On the other hand, the thin film transistor of Comparative Example 3 had a mobility of 6.0 cm 2 /Vs after the test, and a mobility reduction rate of 52%. In the thin film transistor of Comparative Example 3, since the carbon concentration of the second
次に、実施例1~16と比較例4の薄膜トランジスタを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタは屈曲試験前の移動度は11.1~14.2cm2/Vsであり、しきい値電圧は0.5~1.3Vであった。比較例4の薄膜トランジスタは、屈曲試験前の移動度が14.0cm2/Vs、しきい値電圧が0.5Vであった。しかし、動的屈曲試験後のしきい値電圧については、実施例1~16の薄膜トランジスタは動的屈曲試験後のしきい値電圧が0.5~1.3Vであり、動的屈曲試験前後のしきい値電圧の変化量は-0.1~0.2Vであるのに対し、比較例4の薄膜トランジスタは動的屈曲試験後のしきい値電圧は-6.0Vであり、動的屈曲試験前後のしきい値電圧の変化量は-6.5Vであった。比較例4の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の水素濃度が高いため、薄膜トランジスタを繰り返し屈曲させた際に、半導体層13に第2ゲート絶縁層22から水素が拡散する。拡散した水素はドナーとして働くため、半導体層13のキャリア濃度が適正よりも増加する。そのため、比較例4の薄膜トランジスタの動的屈曲試験後のしきい値電圧は、負にシフトする。上記より、比較例4の薄膜トランジスタは、実施例1~16の薄膜トランジスタよりも耐屈曲性に劣ることが認められた。また実施例1~16の結果から、水素濃度は1at%以上15at%以下ならば、動的屈曲試験後も試験前と変わらない優れたTFT特性を有することが認められた。
Next, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and Comparative Example 4 will be compared. The thin film transistors of Examples 1 to 16 had mobilities of 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs and threshold voltages of 0.5 to 1.3V before the bending test. The thin film transistor of Comparative Example 4 had a mobility of 14.0 cm 2 /Vs and a threshold voltage of 0.5 V before the bending test. However, regarding the threshold voltage after the dynamic bending test, the thin film transistors of Examples 1 to 16 have a threshold voltage of 0.5 to 1.3V after the dynamic bending test, and The amount of change in threshold voltage is -0.1 to 0.2V, whereas the threshold voltage of the thin film transistor of Comparative Example 4 after the dynamic bending test was -6.0V; The amount of change in threshold voltage before and after was -6.5V. In the thin film transistor of Comparative Example 4, since the hydrogen concentration in the second
次に、実施例1~16と比較例5、6の薄膜トランジスタを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタは屈曲試験前の移動度は11.1~14.2cm2/Vsであるが、比較例5、6の薄膜トランジスタは、屈曲試験前の移動度が6.0~7.4cm2/Vsであった。比較例5、6の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の炭素濃度が高いため、第2ゲート絶縁層22の膜質が低下し、半導体層13と第2ゲート絶縁層22の界面の電子伝導性が低下し、試験前の移動度が低下する。そのため、比較例5、6の薄膜トランジスタは実施例1~16の薄膜トランジスタよりも初期のTFT特性が劣ることが認められた。また、実施例1~16の結果から、炭素濃度が10at%以下の場合には、高い初期特性が得られることが認められた。
Next, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and Comparative Examples 5 and 6 will be compared. The thin film transistors of Examples 1 to 16 have mobilities of 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs before the bending test, while the thin film transistors of Comparative Examples 5 and 6 have mobilities of 6.0 to 7 before the bending test. .4 cm 2 /Vs. In the thin film transistors of Comparative Examples 5 and 6, the second
次に実施例1~16と比較例7の薄膜トランジスタを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタは屈曲試験前の移動度は11.1~14.2cm2/Vsであり、比較例7の薄膜トランジスタは、屈曲試験前の移動度が13.3cm2/Vsであった。しかし、動的屈曲試験後については、実施例1~16の薄膜トランジスタは動的屈曲試験後移動度が11.0~14.2cm2/Vsであり、移動度減少率が-2~2%であるのに対し、比較例7の薄膜トランジスタは試験後移動度が5.5m2/Vsであり、移動度減少率が59%であった。比較例7の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の膜厚が厚いため、第2ゲート絶縁層22の柔軟性が低下し、薄膜トランジスタを繰り返し屈曲させた際に半導体層13と第2ゲート絶縁層22の界面の密着性低下や、第2ゲート絶縁層22の微小クラック発生が起こりやすくなり、動的屈曲試験後の移動度が低下しやすくなる。そのため、比較例7の薄膜トランジスタは、実施例1~16の薄膜トランジスタよりも耐屈曲性に劣ることが認められた。また、実施例1~16の結果から、膜厚が60nm以下の場合には、動的屈曲試験後に耐えうる高い屈曲耐性が得られることが認められた。
Next, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and Comparative Example 7 will be compared. The thin film transistors of Examples 1 to 16 had a mobility of 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs before the bending test, and the thin film transistor of Comparative Example 7 had a mobility of 13.3 cm 2 /Vs before the bending test. Ta. However, after the dynamic bending test, the thin film transistors of Examples 1 to 16 had a mobility of 11.0 to 14.2 cm 2 /Vs, and a mobility decrease rate of -2 to 2%. On the other hand, the thin film transistor of Comparative Example 7 had a mobility of 5.5 m 2 /Vs after the test, and a mobility decrease rate of 59%. In the thin film transistor of Comparative Example 7, since the second
次に、実施例1~16と比較例8の薄膜トランジスタを比較する。実施例1~16の薄膜トランジスタは屈曲試験前の移動度は11.1~14.2cm2/Vsであるが、比較例8の薄膜トランジスタは、屈曲試験前の移動度が5.8cm2/Vsであった。比較例8の薄膜トランジスタは、第2ゲート絶縁層22の膜厚が薄く、平滑さに劣る膜となる(アイランド状の膜となる)。そのため第2ゲート絶縁層22の膜質が低下し、半導体層13と第2ゲート絶縁層22の界面の電子伝導性が低下するため、試験前の移動度が低下する。そのため、比較例8の薄膜トランジスタは実施例1~16の薄膜トランジスタよりも初期のTFT特性が劣ることが認められた。また、実施例1~16の結果から、膜厚が2nm以上の場合には、高い初期特性が得られることが認められた。
Next, the thin film transistors of Examples 1 to 16 and Comparative Example 8 will be compared. The thin film transistors of Examples 1 to 16 had a mobility of 11.1 to 14.2 cm 2 /Vs before the bending test, while the thin film transistor of Comparative Example 8 had a mobility of 5.8 cm 2 /Vs before the bending test. there were. In the thin film transistor of Comparative Example 8, the second
以上、説明したように、本発明によれば、絶縁性の基板と、基板上に少なくともゲート電極と、ゲート絶縁層、半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、を有する薄膜トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は、少なくとも2層以上の膜で形成され、有機材料を含む第1ゲート絶縁層と、塗布方法によって形成された無機化合物からなる第2ゲート絶縁層からなり、第1ゲート絶縁層は第2ゲート絶縁層から露出した領域を有することを特徴薄膜トランジスタにおいて、可撓性基板の曲げに対して、高い電気的耐久性を有する薄膜トランジスタを提供することができる。また、従来の有機/無機ハイブリッド薄膜トランジスタの作製工程と比較し、工程数を大幅に減少させることが可能となるため、低コスト化が可能となる。 As described above, according to the present invention, there is provided a thin film transistor having an insulating substrate, at least a gate electrode, a gate insulating layer, a semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on the substrate, The gate insulating layer is formed of at least two or more layers, and includes a first gate insulating layer containing an organic material and a second gate insulating layer made of an inorganic compound formed by a coating method. In a thin film transistor characterized by having a region exposed from the second gate insulating layer, it is possible to provide a thin film transistor having high electrical durability against bending of the flexible substrate. Furthermore, compared to the manufacturing process of conventional organic/inorganic hybrid thin film transistors, it is possible to significantly reduce the number of steps, thereby making it possible to reduce costs.
本発明による、可撓性基板の曲げに対して高い電気的耐久性を有する薄膜トランジスタは、フレキシブルな表示装置や圧力センサ等の各種センサに用いることができる。 The thin film transistor according to the present invention, which has high electrical durability against bending of a flexible substrate, can be used in flexible display devices and various sensors such as pressure sensors.
11…可撓性基板
12…ゲート電極層
13…半導体層
14…ソース電極層
15…ドレイン電極層
21…第1ゲート絶縁層
22…第2ゲート絶縁層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ゲート絶縁層は、
有機材料を含む第1ゲート絶縁層と、
前記第1ゲート絶縁層の上面内に形成される無機化合物からなる第2ゲート絶縁層とを備え、
前記第2ゲート絶縁層の炭素濃度が0.5at%~10at%、かつ水素濃度が1at%~15at%であり、
前記第2ゲート絶縁層の膜厚は2~60nmであることを特徴とする、薄膜トランジスタ。 A thin film transistor comprising an insulating substrate, and at least a gate electrode layer, a gate insulating layer, a semiconductor layer, a source electrode layer, and a drain electrode layer on the substrate,
The gate insulating layer is
a first gate insulating layer containing an organic material;
a second gate insulating layer made of an inorganic compound formed within the upper surface of the first gate insulating layer,
The second gate insulating layer has a carbon concentration of 0.5 at% to 10 at%, and a hydrogen concentration of 1 at% to 15 at%,
A thin film transistor, wherein the second gate insulating layer has a thickness of 2 to 60 nm.
前記ゲート電極層を覆うように有機材料を含む第1ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記第1ゲート絶縁層の上面内に無機化合物からなる第2ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記第2ゲート絶縁層の上面内に、酸化物半導体である半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に接続されるソース電極層を形成する工程と、
前記半導体層に接続されるドレイン電極層を形成する工程を含み、
前記第2ゲート絶縁層を形成する工程において、無機化合物の前駆体溶液を塗布法により成膜し、塗布表面に光照射と熱処理を行い、無機化合物を生成させることにより、炭素濃度が0.5atom%~10atom%であり、水素濃度が1atom%~15atom%であり、かつ膜厚が2~60nmである前記第2ゲート絶縁層を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 forming a gate electrode layer on a part of the flat surface of the flexible base material;
forming a first gate insulating layer containing an organic material so as to cover the gate electrode layer;
forming a second gate insulating layer made of an inorganic compound within the upper surface of the first gate insulating layer;
forming a semiconductor layer made of an oxide semiconductor within the upper surface of the second gate insulating layer;
forming a source electrode layer connected to the semiconductor layer;
comprising a step of forming a drain electrode layer connected to the semiconductor layer,
In the step of forming the second gate insulating layer, a precursor solution of an inorganic compound is formed into a film by a coating method, and the coated surface is irradiated with light and heat treated to generate an inorganic compound, so that the carbon concentration is reduced to 0.5 atoms. % to 10 atom %, a hydrogen concentration of 1 atom % to 15 atom %, and a film thickness of 2 to 60 nm.
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