JP3515507B2 - トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トランジスタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機半導体材料等をチャネル生成
層とするトランジスタ（以下ＦＥＴと略記）を、印刷等
の廉価なプロセスによって樹脂基板上に形成することに
より、軽量・薄型かつ廉価な液晶ディスプレイ、有機Ｅ
Ｌディスプレイや電子回路等を実現しようとする研究が
活発化している。

【０００３】例えば、バオらは、ポリエチレンテレフタ
レート板にインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）ゲート電極
が形成された基板上に低温焼成のポリイミドからなる絶
縁層、レジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェ
ン）からなるπ共役系高分子半導体チャネル層、導電性
インクからなるソース・ドレイン電極層を順次スクリー
ン印刷することによってＦＥＴを形成している（Z. Ba
o, Y. Feng, A. Dodabalapur, V. R. Raju, and A. J.
Lovinger, Chem. Mater. 9, 1299 (1997)）。

【０００４】しかし、印刷等の湿式プロセスによって、
良好な絶縁性を保ったゲート絶縁層を形成するために
は、ゲート絶縁層の膜厚を少なくとも１００ｎｍ、典型
的には２００−５００ｎｍと厚くする必要があるため、
ゲート電圧が数１０−１００Ｖと大きくなってしまうと
いう問題点があった。実際、バオらが報告している素子
では、ソース−ドレイン間電流のオン−オフ比を大きく
するために、２０Ｖ程度のゲート電圧を要している。

【０００５】ここで、ゲート電圧が大きくなる最大の要
因は、ゲート絶縁層の比誘電率が小さいことである。ゲ
ート絶縁層厚が大きい場合、チャネル生成半導体層のゲ
ート絶縁層界面のチャネル領域に十分なキャリア数を誘
起するために大きなゲート電圧を必要とする。上述のバ
オらの素子ではポリイミドゲート絶縁層の比誘電率は３
程度と小さかった。

【０００６】ゲート電圧を低電圧にするために、ガルニ
エらは、シアノエチルプルラン（比誘電率１８．５）、
ポリビニルアルコール（比誘電率７．８）等の比較的比
誘電率が大きい絶縁性ポリマーをゲート絶縁層に用いた
ＦＥＴを報告している（特許第２９８４３７０号公
報）。しかし、これらの材料を用いたところでもゲート
電圧の低減に十分有効とは言えない。実際、ガルニエら
によって報告されているＦＥＴの電流−電圧特性では２
０Ｖ程度のゲート電圧を要している。これら高分子材料
の比誘電率が必ずしも十分に大きいとは言えないこと
が、大きなゲート電圧を要する最大の要因として挙げら
れる。

【０００７】また、ディミトラコポウラスらは、ジルコ
ニウム酸チタン酸バリウムをスパッタ法で製膜すること
により、比誘電率１７．３のゲート絶縁層を形成し、ゲ
ート電圧が５Ｖ程度のＦＥＴを作成している（C. D. Di
mitrakopoulos, S. Purushothaman, J. Kymissis, A. C
allegari, and J. M. Shaw, Science, 283, 822 (199
9)）。しかし、この方法では、絶縁層の形成にスパッタ
装置を用いるため、プロセスコストが大きくなり、廉価
なＦＥＴ製造には適さない。しかも、スパッタリングプ
ロセスが柔軟な樹脂基板に与えるダメージと、それによ
る素子特性の低下については何ら言及されていない。

【０００８】さらにまた、ディミトラコポウラスらは、
アルコラートの加水分解を利用したゾル−ゲル法によっ
てチタン酸バリウムストロンチウム膜を製膜することに
より、比誘電率１６のゲート絶縁層を形成し、ゲート電
圧が５Ｖ程度のＦＥＴを作成している（C. D. Dimitrak
opoulos, I. Kymissis, S. Purushothaman, D. A. Neum
ayer, P. R. Duncombe, and R. B. Laibowitz, Advance
d Materials, 11, 1372 (1999)）。 一般的に、ゾル−
ゲル法で高誘電率の複合酸化物薄膜を形成するためには
５００−６００℃以上の高温アニールによって薄膜を結
晶化させて誘電率を増大させることが必要であるが、デ
ィミトラコポウラスらはアニール温度を下げるために、
誘電率の増大を犠牲にし、４００℃まで下げることで比
誘電率１６のチタン酸バリウムストロンチウム膜のゲー
ト絶縁層を得ている。しかし、この方法であっても４０
０℃のアニールが必要であるため、耐熱温度の低い廉価
な樹脂基板上にＦＥＴを作成することは困難であるとい
う問題があった。汎用の樹脂基板上にＦＥＴを作成する
場合、工程中の基板温度は高くとも４００℃未満、好ま
しくは３００℃以下、より好ましくは２００℃以下にす
る必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、有機
ＦＥＴを廉価なプロセスで作成する場合、ゲート絶縁層
の膜厚が大きくなるためゲート電圧を低電圧化するため
に高誘電率のゲート絶縁層材料を用いる必要があるが、
印刷等の湿式プロセスや樹脂基板に適合可能な低温プロ
セスで製膜可能な高誘電率のゲート絶縁層材料が無いと
いう問題点があった。

【００１０】本発明は、印刷等の湿式プロセスあるいは
樹脂基板に適合可能な低温プロセスで製膜可能で、か
つ、膜の平坦性、絶縁性に優れた高誘電率ゲート絶縁層
膜を簡易に提供することを目的とし、したがってゲート
電圧が低電圧化された廉価なＦＥＴを提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のトランジスタ
は、互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン
電極と、前記ソース電極およびドレイン電極間に介在す
るチャネル生成半導体層と、前記チャネル生成半導体層
にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを備え
るトランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は、膜厚が
５０〜１０００ｎｍであり、有機又は無機のアモルファ
ス絶縁物と、この絶縁性アモルファス材料中に分散した
粒径５〜１００ｎｍの高誘電率無機化合物粒子とを備え
たことを特徴とする。

【００１２】前記高誘電率無機化合物粒子は、以下の
（１）〜（３）から選ばれる少なくとも一種の無機化合
物を使用することができる。

【００１３】（１）Ｍ1ＴｉＯ3（但し、Ｍ1はＢａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂ，Ｃａ，Ｍｇ、Ｂｉ、およびＲｎから選ばれる
少なくとも一種の元素を含有する）、（２）Ｍ2ＺｒＯ3
（但し、Ｍ2はＢａ，Ｐｂ，ＳｒおよびＣａから選ばれ
る少なくとも一種の元素を含有する）、（４）二酸化チ
タン、五酸化二タンタルおよび三酸化二イットリウムか
ら選ばれる少なくとも一種の金属酸化物。

【００１４】また、前記チャネル生成半導体層は、アセ
ン分子材料、金属フタロシアニン、フラーレンＣ₆₀、チ
オフェンオリゴマー、レジオレギュラ・ポリ（３−アル
キルチオフェン）、および一般式Ａ_２Ａ'_n-1Ｍ_nＸ_3n+1
（ｎは１以上の整数、 Ａはアルキルアンモニウム陽イ
オン、Ａ'はメチルアンモニウム陽イオン、ＭはＧｅ、
Ｓｎ、Ｐｂからなるグループから選択した元素、Ｘは
Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌからなるグループから選択したハロゲ
ン）で示される有機−無機層状ペロブスカイト化合物の
群から選ばれる少なくとも一種を使用することができ
る。

【００１５】本発明のトランジスタの製造方法は、互い
に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極間に介在するチャネ
ル生成半導体層と、前記チャネル生成半導体層上にゲー
ト絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを備えるトラ
ンジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁膜は、前
記基板表面に前記ゲート電極または前記チャネル生成半
導体層を形成する工程後、前記ゲート電極または前記チ
ャネル生成半導体層を形成した前記基板表面に、無機ア
モルファス絶縁物の前駆体を溶媒中に溶解した溶液へ、
粒径５〜１００ｎｍの高誘電率無機化合物粒子を分散し
た分散液を塗布する工程と、前記無機アモルファス絶縁
物の前駆体を４００℃未満の熱処理により、前記無機ア
モルファス絶縁物と、この無機アモルファス絶縁物中に
分散した高誘電率無機化合物粒子とからなる前記ゲート
絶縁層を形成する工程とにより、膜厚が５０〜１０００
ｎｍに成膜することを特徴とする。

【００１６】本発明のトランジスタの製造方法は、互い
に分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極間に介在するチャネ
ル生成半導体層と、前記チャネル生成半導体層上にゲー
ト絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを備えるトラ
ンジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁膜は、前
記基板表面に前記ゲート電極または前記チャネル生成半
導体層を形成する工程後、前記ゲート電極または前記チ
ャネル生成半導体層を形成した前記基板表面に、有機ア
モルファス絶縁物を溶媒中に溶解した溶液へ、粒径５〜
１００ｎｍの高誘電率無機化合物粒子を分散させた分散
液を塗布する工程と、前記溶媒を揮発させて前記ゲート
絶縁層を形成する工程とにより、膜厚が５０〜１０００
ｎｍに成膜することを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１８】図１乃至図４は、本発明のトランジスタの
概略断面図であり、図面を参照して本発明のトランジス
タ構造および、その製造方法について説明する。

【００１９】図１乃至図４に示すように、本発明のトラ
ンジスタは、互いに分離して設けられたソース電極４及
びドレイン電極５と、ソース電極４およびドレイン電極
５間に介在するチャネル生成半導体層６と、チャネル生
成半導体層６上にゲート絶縁膜３を介して設けられたゲ
ート電極２とを有する構造をしており、さらにこのトラ
ンジスタが基板１上に搭載されている。

【００２０】そして、ソース電極４およびドレイン電極
５の間に電圧を印加した状態で、ゲート電極２にゲート
電圧を印加すると、チャネル生成半導体層６にチャネル
領域が生成され、このチャネル生成領域中を電子あるい
は正孔が通過し、ソース電極４およびドレイン電極５の
間に電流が流れる。

【００２１】例えば図１に示すトランジスタは、基板１
上にゲート電極２を形成する工程、ゲート電極２を覆う
ように基板１上にゲート絶縁層３を形成する工程、ゲー
ト絶縁層３表面にソース電極４およびドレイン電極５を
分離して形成する工程、さらにゲート絶縁層３、ソース
電極４およびドレイン電極５上にチャネル生成半導体層
６が形成する工程とにより製造される。

【００２２】また図２に示すトランジスタは、基板１上
にゲート電極２を形成する工程、ゲート電極２を覆うよ
うにゲート絶縁膜３を形成する工程、ゲート絶縁層３上
にチャネル生成半導体層６を形成する工程、チャネル生
成半導体層６表面にソース電極４およびドレイン電極５
を分離して形成する工程とにより製造される。

【００２３】図３に示すトランジスタは、基板１上にソ
ース電極４およびドレイン電極５を分離して形成する工
程、ソース電極４およびドレイン電極５を覆うように基
板１表面にチャネル生成半導体層６を形成する工程、チ
ャネル生成半導体層６上にゲート絶縁層３を形成する工
程、さらにゲート絶縁層３上にゲート電極２を形成する
工程とにより製造される。

【００２４】図４に示すトランジスタは、基板１表面に
チャネル生成半導体層６を形成する工程、チャネル生成
半導体層６上に、ゲート絶縁層３と、ゲート絶縁層３を
挟んでソース電極４およびドレイン電極５とを形成する
工程、さらにゲート絶縁層３上にゲート電極２を形成す
る工程とにより製造される。

【００２５】以下、ゲート絶縁層３、チャネル生成半導
体層６、電極層（ゲート電極２、ソース電極４およびド
レイン電極５）など、各構成およびその成膜方法を詳細
に説明する。

【００２６】１−１）ゲート絶縁層３ 本発明は、ゲート絶縁層として有機あるいは無機アモル
ファス絶縁物３−２中に高誘電率無機化合物粒子３−１
を分散させた複合材料を使用する点で特徴的である。

【００２７】このように、無機又は有機アモルファス絶
縁物で高誘電率無機化合物粒子を固定することで、高温
処理を施さずに高誘電率のゲート絶縁層３を形成するこ
とができる。

【００２８】また、無機または有機アモルファス絶縁物
は、単結晶材料に比べ簡便に製造することが可能であ
り、またアモルファス材料は結晶粒界がないため、多結
晶材料に比べ、材料中の欠陥などが少なく、高絶縁性を
付与することが可能になる。さらにアモルファス材料は
多結晶材料に比べ平滑な平面を有するため、ソース電極
４からドレイン電極５への電子またはホール（以下、キ
ャリアと記す）の伝導路となるゲート絶縁層３とチャネ
ル生成半導体層との界面におけるキャリアの失活を低減
することが可能になる。

【００２９】このゲート絶縁層３は、前記複合材料から
なる単層として用いても良いし、前記複合材料から形成
される複数の層を積層して用いても良いし、アモルファ
ス絶縁物のみからなる層と前記複合材料からなる層とを
積層して用いても良い。例えば、アモルファス絶縁物の
みからなる層は、その表面平滑性は複合材料よりも高く
なることから、チャネル生成半導体層６と隣接する面に
アモルファス絶縁物のみからなる層を形成し、この層上
に複合材料からなる層を積層することで、ゲート絶縁層
３とチャネル生成半導体層との界面におけるキャリアの
失活をより低減することが可能になる。

【００３０】本発明に係る複合材料からなるゲート絶縁
層３は、通常５０〜１０００ｎｍ程度の膜厚とすること
が望ましい。膜厚が５０ｎｍより小さいと均一な膜厚の
ゲート絶縁層を形成することが困難になる。膜厚が１０
００ｎｍよりも大きいと、ソース電極４−ドレイン電極
５間の電流制御を行うためのゲート電圧を大きくしなけ
ればならない。なお、ここに述べた絶縁層の膜厚とは、
ゲート電極とチャネル生成半導体層との間の距離を指
す。

【００３１】本発明に係る高誘電率無機化合物粒子は、
比誘電率が１０以上の材料、さらには２０以上の比誘電
率の材料を使用することが望ましい。比誘電率が１０よ
りも小さいと、ゲート絶縁層の比誘電率が小さくなるた
めゲート電圧を大きくしなければならない。また、ゲー
ト絶縁層の絶縁性を保つために絶縁性あるいは半導電性
材料あるいは半導体材料を使用することが好ましい。

【００３２】高誘電率無機化合物粒子の形状としては、
特に制限されず、球状、平板状、針状、不定形などいず
れであっても良い。また、長径と短径の平均値を高誘電
率無機化合物の粒径とした時、平均粒径が５００ｎｍ以
下のものを使用することが望ましく、さらには平均粒径
が１００ｎｍ以下のものを使用することがより望まし
い。平均粒径が５００ｎｍよりも大きいと、ゲート絶縁
層３中の高誘電率化合物粒子の分散が均一にならず、そ
の結果ゲート絶縁層３の誘電率が均一にならなくなった
り、ゲート絶縁層３の表面平滑性が損なわれる恐れがあ
る。この粒子の平均粒径は、小さければ小さいほどゲー
ト絶縁膜３の平滑性や、誘電率の均一性は向上するが、
平均粒径が５ｎｍよりも小さいと高誘電率無機化合物粒
子の誘電率が低下する恐れがある。したがって、平均粒
径が５ｎｍ以上の高誘電率無機化合物粒子を使用するこ
とが望ましい。なお、ここで述べた粒径とはゲート絶縁
層３を形成するのに用いる高誘電率無機化合物粒子の粒
径であり、ゲート絶縁層３を成膜した状態で、例えば凝
集した結果、凝集粒子が上述した粒径の範囲を超える分
には特に問題は生じない。

【００３３】また、例えば平板状、あるいは針状の高誘
電率無機化合物粒子を使用する場合等においては、平均
板厚、あるいは平均直径が５００ｎｍ以下の粒子を用い
ても良い。ただしこの場合、粒子の板厚方向、あるいは
直径方向が膜厚方向に配向させる必要がある。

【００３４】上述した高誘電率無機化合物粒子に使用さ
れる具体的な材料としては、例えばＭ1ＴｉＯ₃（但し、
Ｍ1はＢａ，Ｓｒ、Ｐｂ，ＣａおよびＭｇから選ばれる
少なくとも一種の元素を含有する）、Ｍ2ＺｒＯ₃（但
し、Ｍ2はＢａ、Ｐｂ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少
なくとも一種の元素を含有する）などのペロブスカイト
型の無機化合物またはこれらの固溶体、より具体的には
チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ストロンチ
ウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸カルシ
ウム、チタン酸マグネシウム、ジルコニウム酸チタン酸
バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸
鉛、ジルコニウム酸バリウム、ジルコニウム酸ストロン
チウム、ジルコニウム酸カルシウムが挙げられる。他に
も、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン、チタン酸鉛ラ
ンタン、チタン酸ビスマス、チタン酸ランタン、フッ化
バリウムマグネシウム等の複合酸化物の微粒子や、二酸
化チタン、五酸化二タンタル、三酸化二イットリウム等
の金属酸化物の微粒子が挙げられる。これらの微粒子は
１種類のみを用いてもよいし、複数種類を組み合わせて
用いてもよい。

【００３５】また、前述した材料で、平均粒径５００ｎ
ｍ以下の無機微粒子として、例えば、以下の市販品を利
用することもできる。

【００３６】チタン酸バリウム（商品名ＢＴ−０１、平
均粒径１００ｎｍ；商品名ＢＴ−０２、平均粒径２００
ｎｍ；商品名ＢＴ−０３、平均粒径３００ｎｍ；商品名
ＢＴ−０４、平均粒径４００ｎｍ；商品名ＢＴ−０５、
平均粒径５００ｎｍ、いずれも堺化学工業社製）、チタ
ン酸ストロンチウム（商品名ＳＴ−０３、堺化学工業社
製、平均粒径３００ｎｍ）、チタン酸バリウムストロン
チウム（堺化学工業社製、平均粒径３００ｎｍ）、ジル
コニウム酸チタン酸バリウム（商品名ＢＴＺ−０１−９
０１０およびＢＴＺ−０１−８０２０、平均粒径１００
ｎｍ；商品名ＢＴＺ−０５−９０１０およびＢＴＺ−０
５−８０２０、平均粒径５００ｎｍ、いずれも堺化学工
業社製）、ジルコニウム酸チタン酸鉛（堺化学工業社
製、平均粒径２００−５００ｎｍ）、ジルコニウム酸ス
トロンチウム（商品名ＳＺ−０３、堺化学工業社製、平
均粒径３００ｎｍ）、チタン酸カルシウム（商品名ＣＴ
−０３、堺化学工業社製、平均粒径３００ｎｍ）、ジル
コニウム酸カルシウム（商品名ＣＺ−０３、堺化学工業
社製、平均粒径３００ｎｍ）、二酸化チタン（真空冶金
社製、平均粒径３０ｎｍ）、二酸化チタン（シーアイ化
成社製、平均粒径３０ｎｍ）、二酸化チタン（商品名Ｓ
Ｔ−０１およびＳＴ−３１、平均粒径７ｎｍ；商品名Ｓ
Ｔ−２１、平均粒径２０ｎｍ；商品名ＳＴ−４１、平均
粒径５０ｎｍ、いずれも石原産業社製）、三酸化二イッ
トリウム（シーアイ化成社製、平均粒径２０ｎｍ）、チ
タン酸ジルコン酸化合物（商品名ＺＴＯ−５３４７、平
均粒径１００ｎｍ、堺化学工業社製）、五酸化タンタル
（商品名ＴＡＯ０１ＰＡ、平均粒径５００ｎｍ、高純度
化学社製）。

【００３７】また、これらの微粒子はそのまま使用して
よいし、さらに粉砕して使用してもよい。粉砕する場合
には、例えばアイガーミル（アイガージャパン社製）の
ような粉砕機を使用することができる。

【００３８】本発明に係るアモルファス絶縁物は、絶縁
性材料からなるアモルファス材料であれば、有機材料、
無機材料のいずれでも使用することができる。

【００３９】このアモルファス絶縁物は、前述の高誘電
率無機化合物粒子を固定するためのバインダーとしての
機能を持つ。また、ゲート絶縁層３として機能させるた
めに、絶縁性材料を使用する。

【００４０】このバインダーとして機能する材料をアモ
ルファス材料としたのは、ゲート絶縁層３の絶縁性を高
めるためであり、例えば多結晶材料をバインダーとして
使用すると、結晶粒界などに欠陥が集まりやすく、ゲー
ト絶縁層の絶縁性が低下するためである。

【００４１】また、このバインダーとして多結晶材料を
使用すると、ゲート絶縁層表面には結晶サイズに応じた
微細な凹凸が形成されてしまう。そのため例えばゲート
絶縁層３とチャネル生成半導体層６との界面を流れるキ
ャリアの流路に凹凸が形成されることになり、この界面
におけるキャリアが失活してしまう。これに対し、アモ
ルファス材料は結晶に起因する凹凸が無く、平滑な表面
層となるためキャリアの流路における失活を低減するこ
とが可能になる。

【００４２】アモルファス絶縁物の具体的な材料とし
て、例えば無機材料を挙げると、シリカ、窒化ケイ素の
ほか、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化チタン、
酸化アルミニウムを含む金属酸化物を概ね構成成分とす
るアモルファス材料、チタン酸バリウムストロンチウ
ム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタ
ン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸カルシウム、チ
タン酸マグネシウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウ
ム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジルコニウム酸チタン
酸鉛ランタン、ジルコニウム酸鉛、ジルコニウム酸スト
ロンチウム、ジルコニウム酸カルシウム、フッ化バリウ
ムマグネシウム、チタン酸ビスマスを含む複合酸化物を
概ね構成成分とするアモルファス材料が挙げられる。

【００４３】有機材料からなるアモルファス絶縁物とし
ては、低分子材料、高分子材料、オリゴマー材料のいず
れであってもよい。また混合膜の比誘電率をより効果的
に増加させるために、高誘電率の有機高分子またはオリ
ゴマー材料を用いることもできる。

【００４４】高誘電率の有機高分子またはオリゴマー材
料としては、例えば、シアノエチルセルロース（比誘電
率１６）、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース
（比誘電率１８）、シアノエチルヒドロキシプロピルセ
ルロース（比誘電率１４）、シアノエチルジヒドロキシ
プロピルセルロース（比誘電率２３）、シアノエチルア
ミロース（比誘電率１７）、シアノエチルスターチ（比
誘電率１７）、シアノエチルジヒドロキシプロピルスタ
ーチ（比誘電率１８）、シアノエチルプルラン（比誘電
率１８）、シアノエチルグリシドールプルラン（比誘電
率２０）、シアノエチルポリビニルアルコール（比誘電
率２０）、シアノエチルポリヒドロキシメチレン（比誘
電率１０）、シアノエチルシュクロース（比誘電率２
５）、シアノエチルソルビトール（比誘電率４０）等の
シアノエチル基含有高分子またはオリゴマー、ポリフッ
化ビニリデン（比誘電率１１）、フッ化ビニリデン−ト
リフルオロエチレン共重合体（５５/４５：比誘電率１
８、７５/２５：比誘電率１０）等のビニリデン系高分
子が挙げられる。

【００４５】これらの材料については例えば以下の市販
品を利用することも出来る：シアノエチルヒドロキシエ
チルセルロース（商品名シアノレジンＣＲ−Ｅ、信越化
学製）、シアノエチルプルラン（商品名シアノレジンＣ
Ｒ−Ｓ、信越化学製）、シアノエチルポリビニルアルコ
ール（商品名シアノレジンＣＲ−Ｖ、信越化学製）、シ
アノエチルシュクロース（商品名シアノレジンＣＲ−
Ｕ、信越化学製）。これらは単独で使用してもよいし、
複数種類を混合して使用してもよい。

【００４６】さらに、有機材料からなるアモルファス絶
縁物として、絶縁性にすぐれたポリイミドを用いてもよ
い。とくに低温焼成可能なポリイミドを用いることが好
ましい。例えば、商品名ＳＥ−１１８０（日産化学
製）、商品名ＡＬ３０４６（ＪＳＲ製）を用いることが
できる。また本発明にかかわる有機アモルファス絶縁物
として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等
を使用してもよい。

【００４７】アモルファス絶縁物として無機化合物を使
用すると、熱的あるいは化学的な安定性の高いアモルフ
ァス絶縁物が形成されるという利点があるため、ソース
電極４とドレイン電極５との間に比較的大きな電流を流
す場合や、高温環境下で使用される薄膜トランジスタに
適する。

【００４８】アモルファス絶縁物として有機化合物を使
用すると、ゲート絶縁層３に可撓性が付与されるため、
例えば基板１に樹脂などの可撓性材料を使用すること
で、可撓性に優れたトランジスタを作製するのに適して
いる。

【００４９】１−２）ゲート絶縁層３の形成工程 次に、このゲート絶縁層３の形成工程について詳細に説
明する。

【００５０】まず、有機材料からなるアモルファス絶縁
物を使用する場合は、前述したような有機材料を適当な
溶媒に溶解し、この溶液に前述したような高誘電率無機
化合物を投入・攪拌して分散し分散液を作る。この分散
液を例えばゲート電極２が形成された基板１上（図１あ
るいは図２の場合）、あるいはチャネル生成半導体層６
上（図３の場合）に塗布した後、必要に応じ減圧環境下
あるいは不活性ガス雰囲気下で、溶媒成分を揮発させる
ことで有機材料からなるアモルファス絶縁物中に高誘電
率無機化合物粒子を分散させたゲート絶縁膜３を成膜す
ることができる。

【００５１】溶媒成分を揮発させるために、分散液を加
熱することも可能であるが、例えば基板１に樹脂基板を
使用する場合においては、この基板に使用する樹脂の耐
熱温度以下、具体的には少なくとも４００℃未満、通常
の樹脂基板を使用するのであれば２００℃以下の熱処理
とすることが好ましい。

【００５２】なお、有機アモルファス絶縁物として特に
架橋可能なポリマーを用いる場合、予め分散液に架橋剤
を混入させておき、ゲート絶縁膜３を成膜した後、光照
射等の手段によってポリマーを架橋してもよい。これに
よって熱的、機械的耐性や溶剤耐性に優れたゲート絶縁
膜３を得ることができる。

【００５３】また、有機アモルファス絶縁物としてポリ
マーを用いる場合、分散液中に前駆体であるモノマーま
たはプレポリマーの状態で溶解させておき、さらに重合
開始剤を混入させておくことにより、ゲート絶縁膜３を
成膜した後、光照射等の手段によってポリマーに重合し
てもよい。

【００５４】次に、無機材料からなるアモルファス絶縁
物を用いたゲート絶縁膜３の成膜方法について説明す
る。

【００５５】無機材料からなるアモルファス絶縁物を用
いてゲート絶縁膜３を成膜する場合は、無機材料の前駆
体を出発原料として使用し、この前駆体を適当な溶媒に
溶解した溶液に、高誘電率無機化合物粒子を分散させた
分散液を準備する。この分散液を前述したように、基板
１上あるいはチャネル生成半導体層表面に塗布した後、
以下に示すように前駆体成分を所定の無機材料へと合成
することで、無機材料からなるアモルファス絶縁物中に
高誘電率無機化合物を分散させたゲート絶縁膜３を成膜
することができる。

【００５６】無機材料としてシリカを採用したアモルフ
ァス絶縁物を使用する場合、前駆物質としては、例えば
ポリシラザンあるいはポリシルセスキオキサンが挙げら
れる。これらの材料系に関しては、例えば以下の市販品
を利用することができる。

【００５７】ポリ（1,1-ジメチルシラザン）テロマー
（ＰＳＮ−２Ｍ０１、チッソ社製）、ポリ（1,1-ジメチ
ルシラザン）架橋体（ＰＳＮ−２Ｍ０２、チッソ社
製）、ポリ（1,２-ジメチルシラザン）（ＰＮＳ−２Ｍ
１１、チッソ社製）、ポリ（２−クロロエチル）シルセ
スキオキサン（ＳＳＴ−ＢＣＥ１、チッソ社製）、ポリ
（２−ブロモエチル）シルセスキオキサン（ＳＳＴ−Ｂ
ＢＥ１、チッソ社製）。またa-クロロエチルシルセスキ
オキサンのメトキシプロピルアルコール溶液（商品名Se
ramic SI、チッソ社製）を利用することも出来る。

【００５８】これらのシリカ前駆体の溶解液中に高誘電
率無機化合物粒子を分散させた分散液を塗布し、大気中
あるいは大気中で水蒸気供給下において２００℃前後あ
るいはそれ以下の温度で焼成することによりアモルファ
スシリカをバインダーとしたゲート絶縁膜３を得ること
ができる。また、ベータ-クロロエチルシルセスキオキ
サンのメトキシプロピルアルコール溶液のＵＶ硬化型Ge
lest Seramic SI（チッソ社製）を用いれば、深ＵＶ線
照射のみによってアモルファスシリカ膜を得ることがで
きる。この場合、パターニングが必要であれば容易にパ
ターニングすることができる。

【００５９】無機材料として窒化珪素を採用したアモル
ファス絶縁物を使用する場合、前駆物質としては、例え
ばポリシラザンが挙げられる。

【００６０】ポリシラザンとしては、例えば以下の市販
品を利用することができる。

【００６１】ポリ（1,1-ジメチルシラザン）テロマー
（ＰＳＮ−２Ｍ０１、チッソ社製）、ポリ（1,1-ジメチ
ルシラザン）架橋体（ＰＳＮ−２Ｍ０２、チッソ社
製）、ポリ（1,２-ジメチルシラザン）（ＰＮＳ−２Ｍ
１１、チッソ社製）。

【００６２】これらのポリシラザンを溶解した溶液を用
いた分散液を塗布し、窒素ガス雰囲気中において２００
℃以下で焼成することによりアモルファス窒化ケイ素膜
をバインダーとしたゲート絶縁膜３を成膜することがで
きる。

【００６３】また、シリカ、酸化タンタル、酸化イット
リウム、酸化チタン、酸化アルミニウムを含む金属酸化
物を概ね構成成分とするアモルファス材料、チタン酸バ
リウムストロンチウム、チタン酸ストロンチウム、チタ
ン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタ
ン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、ジルコニウム
酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、ジル
コニウム酸チタン酸鉛ランタン、ジルコニウム酸鉛、ジ
ルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸カルシウ
ム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマスを
含む複合酸化物を概ね構成成分とするアモルファス材料
は、含有される金属元素のアルコキシドを含む前駆体を
溶解した溶液を用いた分散液を塗布し、この溶液を加水
分解すると共に、４００℃未満、好ましくは２００℃以
下のプリベークによって有機物成分のみを飛散させるこ
とにこれらのアモルファス材料をバインダーとしたゲー
ト絶縁膜３を成膜することができる。また金属アルコキ
シドポリマーを利用してもよい。

【００６４】これらアルコキシドを含む前駆体は、例え
ば以下の市販品を利用できる。

【００６５】商品名Si-05S、PS-05S、BPS-05S、BS-05
S、Ti-03-S 、Al-03-P、Ta-10-P、Y-03、PLZT-20、PLZT
-10、PZT-20、PZT-10、PT-25、PT-10、ST-06、BT-06、B
ST-06-P、MT-05、PZ-20、SZ-10-3、LN-03、LT-03、SYM-
SI05、SYM-TA05、SYM-TI05（以上、高純度化学社製）、
商品名Seramic BST（チッソ社製） 無機材料の前駆体を出発原料として使用し、これをアモ
ルファス無機材料化するための加熱温度は、いずれも４
００℃未満好ましくは２００℃以下と例示したが、これ
は基板１として樹脂基板を採用し得る温度域である。

【００６６】この加熱温度をより高温とすることで、無
機アモルファス絶縁物の誘電率をより高めることが可能
であり、基板１として耐熱性の高い無機材料を使用した
ときには、膜のアモルファス性を損なわない範囲で、よ
り高温の加熱処理を行うことが好ましい。

【００６７】一方、加熱温度が４００℃未満、さらには
２００℃以下であると、無機アモルファス絶縁物の誘電
率は大きな値にならない恐れがある。しかしながら、ゲ
ート絶縁膜３の誘電率は、高誘電率無機化合物粒子によ
って十分に高めることが可能なため、ゲート絶縁膜３全
体としては、十分な高誘電率を付与することができる。

【００６８】高誘電率無機化合物微粒子を溶液中で均一
に分散させるために、界面活性剤、シランカップリング
剤等の表面改質剤を添加することが好ましい。界面活性
剤としてはイオン性、非イオン性の種々のものを利用す
ることができる。シランカップリング剤としてはビニル
系、アミノ系、エポキシ系、クロル系等、種々のものを
利用することができ、例えば商品名サイラエース（チッ
ソ社製）を用いることもできる。

【００６９】別のゲート絶縁層３の形成方法として、高
誘電率無機化合物微粒子をゲート電極２が形成された基
板１上、あるいはチャネル生成半導体層６上に散布、塗
布あるいは溶液からの付着等の方法によって付着させた
後に、有機材料からなるアモルファス絶縁物を溶解した
溶液、あるいは無機アモルファス絶縁物の前駆体を溶解
した溶液を塗布し、前述したようにしてこの塗布された
溶液からアモルファス材料を成膜すればよい。

【００７０】高誘電率無機化合物粒子を基板上に付着さ
せる方法としては、高誘電率無機化合物粒子を分散させ
た分散液を塗布したり、あるいはインクジェットノズル
やプリンタヘッドから分散液を射出させて基板上に付着
させた後、液体成分を揮発させる方法がある。

【００７１】さらには、高誘電率無機化合物粒子のみを
ノズルから射出させて基板上に付着させる方法を用いる
こともできる。この方法を可能とする装置としては、例
えば真空冶金社製ジェットプリンティングシステムが挙
げられる。

【００７２】他にも、溶液中で高誘電率無機化合物粒子
を帯電させ、絶縁性のキャリア液中に分散させ電気泳動
によって基板１上に付着させた後、キャリア液を揮発さ
せる方法を利用することもできる。この方法は、例え
ば、図１あるいは図２のトランジスタの製造方法で述べ
たように、ゲート電極を形成した後にゲート絶縁層を形
成する場合に採用でき、ゲート電極２を一方の電極とす
ることにより、ゲート電極上に微粒子を付着させること
ができる。

【００７３】さらにまた、ゲート電極を形成した後にゲ
ート絶縁層を形成する場合、高誘電率無機化合物粒子を
分散させた分散液中でのセルフアセンブリを利用して付
着させた後に、液体成分を揮発させることもできる。例
えば、微粒子表面がスルホニウム基を有する分子で修飾
された微粒子を液中に分散させた分散液に、金をゲート
電極２とする基板を浸すことにより、ゲート電極２上に
微粒子を付着させることができ。

【００７４】このようにして得られるゲート絶縁膜３の
組成比は体積比で、高誘電率無機化合物粒子：無機アモ
ルファス絶縁物＝１：５〜５：１の範囲内とすることが
望ましい。例えば高誘電率無機化合物粒子の量がこの範
囲よりも少ないと、ゲート絶縁膜３の誘電率を十分に高
めることができなくなり、高誘電率無機化合物粒子の量
がこの範囲よりも多くなると、高誘電率無機化合物粒子
を固定することができなくなったり、ゲート絶縁膜３表
面が平滑化されなくなる恐れがある。

【００７５】また、高誘電率無機化合物粒子や、アモル
ファス絶縁物の材料選択や、組成比を調整し、ゲート絶
縁膜３の比誘電率を８以上とすることが好ましい。

【００７６】２）電極層（ゲート電極２、ソース電極
４、ドレイン電極５）およびその形成工程 本発明に係わるゲート電極２、ソース電極４、ドレイン
電極５の各電極層材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎ
ｉ、Ｎｄやそれらの金属を用いた合金等、公知のあらゆ
る金属材料およびその合金を用いることができる。

【００７７】これらの電極の形成工程は、スパッタ法や
蒸着法など通常の膜形成方法で膜厚１０ｎｍ〜５００ｎ
ｍ程度に成膜することが出来る。これらの材料は基板温
度４００℃未満の成膜条件で成膜することができる。低
温で成膜できる材料を選択し、基板温度２００℃以下の
成膜条件で成膜することがより好ましい。

【００７８】また、銀インクおよびグラファイトインク
のような導電性粒子を含むポリマー混合物を電極層材料
に用いても良く、この場合には塗布によって膜厚５０ｎ
ｍ〜１０００ｎｍ程度の電極層を成膜することが出来
る。さらに、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレン−
ジオキシチオフェン）またはポリピロールのような可溶
性導電性ポリマーを電極層材料に用いることもでき、こ
の場合にも塗布によって膜厚５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程
度の電極層を成膜することが出来る。例えばポリアニリ
ンエメラルディン塩基にカンファースルホン酸を添加す
る公知の技術によって、ｍックレゾール等の溶媒に可溶
な導電性ポリアニリンエメラルディン塩を得ることがで
き、これを塗布することができる。

【００７９】以上に挙げた電極材料は単独で用いてもよ
いし、複数種類のものを組み合わせて用いてもよい。

【００８０】３）チャネル生成半導体層６およびその形
成工程 本発明に係わるチャネル生成半導体層６は、有機半導体
材料、有機−無機ハイブリッド系半導体材料のほか、無
機半導体材料も使用することができる。

【００８１】チャネル生成半導体層の形成工程は、蒸
着、塗布、溶液からの付着等、種々の薄膜形成方法を用
いることができるが、基板温度４００℃未満の工程で形
成できることが好ましく、印刷、スピンコート、スプレ
ー等を含む塗布工程および基板温度４００℃未満の工程
で形成できることがより好ましい。これらの基板温度は
３００℃、２００℃と低いければ、より好ましいことは
言うまでもない。

【００８２】このような方法で、膜厚１０ｎｍ〜１００
０ｎｍ程度のチャネル生成半導体層６を形成すればよ
い。なお、ここで述べたチャネル生成半導体層６の膜厚
とは、例えば図１に示すトランジスタにおいてはゲート
絶縁層３からの厚さ、図２〜図４に示すトランジスタに
おいてはソース電極４あるいはドレイン電極５と、ゲー
ト絶縁層３との間の距離を指す。

【００８３】有機半導体材料としては有機低分子、有機
高分子、有機オリゴマーのいずれであってもよい。有機
半導体材料は近年、種々のものが開発されており、その
いずれをも用いることが出来る。例えば、アントラセ
ン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンまたはそれら
の置換誘導体を含むアセン分子材料、ナフタレンテトラ
カルボン酸二無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイ
ミドまたはそれらの置換誘導体、無水フタロシアニン、
金属フタロシアニンまたはそれらの置換誘導体、フラー
レンＣ_６０、オリゴ重合度が４以上８以下のチオフェン
オリゴマーまたはそれらの置換誘導体、４個以上１２個
以下の炭素を含むアルキル置換基を有するレジオレギュ
ラ・ポリ（３−アルキルチオフェン）などが挙げられ
る。これらの材料はいずれも基板温度４００℃未満の工
程で形成することができる。

【００８４】また有機−無機ハイブリッド系半導体とし
ては例えば、Ａをアルキルアンモニウム陽イオン、Ａ'
をメチルアンモニウム陽イオン、ＭをＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ
からなるグループから選択した元素、ＸをＩ、Ｂｒ、Ｃ
ｌからなるグループから選択したハロゲンとして一般式
がＡ_２Ａ'_n-1Ｍ_nＸ_3n+1（ｎは１以上の整数）で表され
る有機−無機層状ペロブスカイト化合物が挙げられる。
これらの材料はいずれも基板温度２００℃未満の工程で
形成することができる。

【００８５】また無機半導体材料としては例えば、平均
粒径２ｎｍ以下のセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）粒子
を塗布し、基板温度３５０℃以下の焼成によって得られ
たＣｄＳｅ薄膜を挙げることができる。

【００８６】しかしここに挙げた一連の有機半導体、有
機−無機ハイブリッド系半導体および無機半導体のチャ
ンネル生成半導体層を形成する材料はあくまで一部の例
に過ぎず、本発明の効果はこれらの材料系を用いた場合
のみに限定されるものではないことは言うまでもない。

【００８７】さらに、素子表面にパッシベーション層を
形成し、使用雰囲気に存在する水蒸気などから素子を保
護することもできる。

【００８８】パッシベーション層としては、種々の絶縁
性無機材料および絶縁性有機材料を用いることができ
る。例えば、窒素ドライ雰囲気下でＵＶ硬化樹脂によっ
てパッシベーション層を形成することが考えられる。ま
た有機材料としてポリイミド、パリレン、アンドープポ
リアニリン等の高分子が挙げられる。無機材料としては
シリカ、窒化ケイ素、フッ化マグネシウム、酸化インジ
ウム等が挙げられる。しかし、これらの材料に限定され
るものではない。

【００８９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００９０】＜ゲート絶縁膜の評価＞ 実施例１ アモルファス絶縁物が有機材料であるシアノエチルプル
ランで、このアモルファス絶縁物中に高誘電率無機化合
物粒子としてチタン酸バリウム粒子を分散させた絶縁膜
を以下のように作製した。

【００９１】シアノエチルプルラン（商品名シアノレジ
ンCR-S、信越化学社製）１重量部と、溶媒としてのＮ，
Ｎ−ジメチルホルムアミド（和光純薬社製）１０重量部
と、平均粒径１００ｎｍのチタン酸バリウム粒子（商品
名ＢＴ−０１、堺化学工業社製）４重量部と、界面活性
剤としてのポリビニルピロリドン（和光純薬社製）０．
３重量部からなる混合物を調整し、この混合物を粉砕機
に投入し１２０時間粉砕処理を行うことで、シアノエチ
ルブランをＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解させる
と共に、チタン酸バリウム粒子をこの溶液中に分散させ
た分散液とした。なお、チタン酸バリウム粒子は粉砕さ
れて平均粒径が５０ｎｍとなった。

【００９２】得られた分散液を、アルミニウム電極をあ
らかじめ蒸着したガラス基板上にスピンコートし、ホッ
トプレート上１２０℃で２４時間乾燥して薄膜化した。
タリステップで測定した膜厚は５００ｎｍであった。得
られた薄膜表面にアルミニウム電極を蒸着し、ＬＣＲメ
ータで誘電率を測定した。比誘電率は６０（１ｋＨｚ）
であった。また、この薄膜の抵抗率を四点法で測定した
ところ、１０^１０Ωｍと高い絶縁性を示した。

【００９３】なお、この薄膜の断面を分析し、断面に露
出されたチタン酸バリウム粒子の面積とシアノエチルブ
ランの面積との比率から算出した結果、チタン酸バリウ
ム：シアノエチルブランの体積比は１：１であった。

【００９４】また、薄膜中のチタン酸バリウム粒子の比
誘電率は、薄膜の比誘電率およびチタン酸バリウムとシ
アノエチルブランの体積比とから算出した結果、２００
であった。

【００９５】実施例２ アモルファス絶縁物として実施例１と同様にシアノエチ
ルプルランを用い、このアモルファス絶縁物中に高誘電
率無機化合物粒子として二酸化チタン粒子を分散させた
絶縁膜を以下のように作製した。

【００９６】シアノエチルプルラン１重量部、Ｎ，Ｎ−
ジメチルホルムアミド１０重量部、二酸化チタン粒子
（真空冶金社製、平均粒径３０ｎｍ）３重量部、および
界面活性剤としてのポリビニルピロリドン（和光純薬社
製）０．４重量部からなる混合物を調整し、この混合物
を攪拌機によって１０時間攪拌し、シアノエチルブラン
をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解させると共に、
二酸化チタン粒子をこの溶液中に分散させた分散液とし
た。なお、二酸化チタン粒子の粉砕処理は特に行わなか
った。分散液中の二酸化チタンの平均粒径は３０ｎｍで
あった。

【００９７】得られた分散液を、実施例１と同様の方法
で薄膜化し、得られた薄膜を評価したところ、膜厚５０
０ｎｍ、比誘電率２７（１ｋＨｚ）、抵抗率１０^１０Ω
ｍ、二酸化チタン：シアノエチルブランの体積比１：１
であり、また薄膜中の二酸化チタン粒子の比誘電率は４
０であった。

【００９８】実施例３ 高誘電体無機化合物粒子としてチタン酸バリウムストロ
ンチウム粒子（堺化学工業社製、平均粒径３００ｎ
ｍ）、有機アモルファス絶縁物としてポリメタクリル酸
メチル（三菱レイヨン社製）、溶媒としてシクロヘキサ
ノン（和光純薬）を用いたこと、混合比率をチタン酸バ
リウムストロンチウム６重量部、ポリメタクリル酸メチ
ル１重量部、シクロヘキサノン１０重量部としたこと、
ホットプレートによる加熱を８０℃、１０時間としたこ
とを除き、実施例１と同様にして薄膜を形成した。な
お、粉砕され、薄膜中に分散されるチタン酸バリウムス
トロンチウム粒子の平均粒径は５０ｎｍであった。

【００９９】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚５００ｎｍ、比誘電率３０（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１０Ωｍ、チタン酸バリウムストロン
チウム：ポリメタクリル酸メチルの体積比は３：２であ
り、また薄膜中のチタン酸バリウムストロンチウム粒子
の比誘電率は１５０であった。

【０１００】実施例４ 高誘電率無機化合物粒子としてジルコニウム酸チタン酸
バリウム粒子（商品名ＢＴＺ−０１−８０２０、平均粒
径１００ｎｍ、堺化学工業社製）２重量部、有機アモル
ファス絶縁物としてポリフッ化ビニリデン（アルドリッ
チ社製）１重量部、溶媒としてジメチルアセトアミド
（和光純薬社製）８重量部を使用したこと、ホットプレ
ートによる加熱を８０℃、１０時間としたことを除き、
実施例１と同様にして薄膜を形成した。なお、粉砕さ
れ、薄膜中に分散されるジルコニウム酸チタン酸バリウ
ム粒子の平均粒径は４０ｎｍであった。

【０１０１】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚６００ｎｍ、比誘電率２３（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１０Ωｍ、ジルコニウム酸チタン酸バ
リウム：ポリフッ化ビニリデンの体積比１：２であり、
また薄膜中のジルコニウム酸チタン酸バリウム粒子の比
誘電率は１２０であった。

【０１０２】実施例５ 高誘電率無機化合物粒子としてチタン酸バリウム粒子
（商品名ＢＴ−０１、堺化学工業社製、平均粒径１００
ｎｍ）、無機アモルファス絶縁物であるシリカの前駆体
としてベータ−クロロエチルシルセスキオキサン（メト
キシプロピルアルコール溶液、商品名Seramic SI、チ
ッソ社製）、溶媒としてメトキシプロピルアルコールを
混合した混合液を調整した。混合比率はチタン酸バリウ
ム４重量部、ベータ−クロロエチルシルセスキオキサン
１重量部、メトキシプロピルアルコール１０重量部とし
た。この混合液を粉砕機に投入し１２０時間粉砕処理を
行うことで、高誘電率無機化合物粒子の粉砕を行うと共
にこの粒子を均一に分散させ、分散液を得た。なお、粉
砕され、薄膜中に分散されるチタン酸バリウム粒子の平
均粒径は５０ｎｍであった。

【０１０３】この分散液を、アルミニウム電極をあらか
じめ蒸着したガラス基板上にスピンコートし、２時間真
空乾燥した後、ホットプレート上２００℃で１時間加熱
することで、ベータ−クロロエチルシルセスキオキサン
の脱離反応と加水分解反応とによりアモルファスシリカ
化した薄膜を成膜した。

【０１０４】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚４００ｎｍ、比誘電率３０（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１０Ωｍ、チタン酸バリウム： アモ
ルファスシリカの体積比は１：１であり、また薄膜中の
チタン酸バリウム粒子の比誘電率は２００であった。

【０１０５】実施例６ 高誘電率無機化合物粒子としてのチタン酸バリウムスト
ロンチウム粒子（堺化学工業社製、平均粒径３００ｎ
ｍ）２重量部と、無機アモルファス絶縁物であるシリカ
の前駆体としてのポリ（１，２−ジメチルシラザン）
（ＰＮＳ−２Ｍ１１、チッソ社製）１重量部と、溶媒と
してのキシレン（和光純薬社製）１０重量部を混合した
混合液を調整し、この混合液を粉砕機に投入し１２０時
間粉砕処理を行うことで、高誘電率無機化合物粒子の粉
砕を行うと共にこの粒子を均一に分散させ、分散液を得
た。なお、粉砕され、薄膜中に分散されるチタン酸バリ
ウム粒子の平均粒径は５０ｎｍであった。

【０１０６】この分散液を、アルミニウム電極をあらか
じめ蒸着したガラス基板上にスピンコートし、１時間真
空乾燥した後、大気中で水蒸気を供給しながらホットプ
レート上１５０℃で１時間加熱することで、ポリ（１，
２−ジメチルシラザン）を加水分解してアモルファスシ
リカ化した薄膜を成膜した。

【０１０７】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚４００ｎｍ、比誘電率２５（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１０Ωｍ、チタン酸バリウムストロン
チウム： アモルファスシリカの体積比１：１であり、
また薄膜中のチタン酸バリウムストロンチウム粒子の比
誘電率は１５０であった。

【０１０８】実施例７ 高誘電率無機化合物粒子としてジルコニウム酸チタン酸
鉛粒子（Ｚｒ：Ｔｉ＝０．２：０．８、堺化学工業製、
平均粒径２００ｎｍ）５重量部、有機アモルファス絶縁
物としてのポリイミドが溶媒に溶解した可溶性ポリイミ
ド溶液（JSR社製、商品名AL３０４６）２５重量部を使
用したこと、ホットプレートでの加熱を１８０℃、１０
分間としたことを除き、実施例１と同様にして薄膜を成
膜した。なお、粉砕され、薄膜中に分散されるジルコニ
ウム酸チタン酸鉛粒子の平均粒径は４０ｎｍであった。

【０１０９】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚４００ｎｍ、比誘電率２０（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１１Ωｍ、ジルコニウム酸チタン酸
鉛：ポリイミドの体積比は１：１であり、また薄膜中の
ジルコニウム酸チタン酸鉛粒子の比誘電率は１２０であ
った。

【０１１０】実施例８ 高誘電率無機化合物粒子としてチタン酸ストロンチウム
粒子（商品名ＳＴ−０３、堺化学工業製、平均粒径３０
０ｎｍ）４重量部、有機アモルファス絶縁物としてポリ
ビニルアルコール（アルドリッチ社製）１重量部、溶媒
として水１０重量部、光架橋剤として重クロム酸アンモ
ニウム０．０２重量部を混合した混合液を調整し、この
混合液を粉砕機に投入し１２０時間粉砕処理を行うこと
で、高誘電率無機化合物粒子の粉砕を行うと共にこの粒
子を均一に分散させ、分散液を得た。なお、粉砕され、
薄膜中に分散されるチタン酸ストロンチウムの平均粒径
は５０ｎｍであった。

【０１１１】この分散液を、アルミニウム電極をあらか
じめ蒸着したガラス基板上にスピンコートし、ＵＶ光を
照射することによってポリビニルアルコールが架橋した
薄膜を成膜した。

【０１１２】実施例１と同様にして得られた薄膜を評価
したところ、膜厚４００ｎｍ、比誘電率２５（１ｋＨ
ｚ）、抵抗率１０^１１Ωｍ、チタン酸ストロンチウム：
ポリビニルアルコールの体積比は１：１であり、また薄
膜中のチタン酸ストロンチウム粒子の比誘電率は８０で
あった。

【０１１３】実施例９〜１８ 高誘電率無機化合物粒子として、表１に示す組成の粒子
を用いたことを除き、実施例１と同様にして薄膜を作製
した。

【０１１４】さらに、実施例１と同様にして得られた薄
膜の特性を評価した。その結果を表１に併記する。

【０１１５】なお、表１中、「粒径」は粉砕などの処理
の済んだ状態の平均粒径を、「粒子率」は、薄膜中の高
誘電率無機化合物の体積分率を示す。

【表１】 ＜トランジスタ＞ 実施例１９ 本実施例では、図１に示すようなトランジスタを作製し
た。

【０１１６】ポリイミド製の樹脂基板１表面に４ｍｍ×
１ｍｍのアルミニウム矩形電極をメタルマスクを介して
膜厚８０ｎｍ蒸着し、ゲート電極２を形成した。蒸着の
際の真空度は１０^-６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^-3Ｐ
ａ）、基板温度は特に制御せず、室温とした。

【０１１７】このゲート電極２上に、実施例１と同様に
薄膜を成膜した。すなわち、樹脂基板１上にゲート電極
２を覆うように、シアノエチルプルラン中にチタン酸バ
リウム粒子を分散させた膜厚５００ｎｍ、比誘電率６０
のゲート絶縁層３を形成した。なお、このゲート絶縁層
は特にパターニングしなかった。

【０１１８】次に、ゲート電極２位置にあわせてゲート
絶縁３上にメタルマスクを配置した後、ゲート絶縁膜３
表面に金を膜厚４０ｎｍ蒸着した。すなわち、ゲート絶
縁層３上のゲート電極２の両端に相当する領域にメタル
マスクによって分離して設けられたソース電極４および
ドレイン電極５を形成した。蒸着の際の真空度は１０
^-６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^-3Ｐａ）、基板温度は特
に制御せず、室温とした。ソース電極、ドレイン電極の
形状は１ｍｍ×２ｍｍの矩形であり、１ｍｍの辺が５０
μｍ間隔で配置されている。すなわちソース電極−ドレ
イン電極間のチャネル長は５０μｍ、チャネル幅は１ｍ
ｍである。ゲート電極２とソース電極４−ドレイン電極
５は各々の長辺方向が交差するように配置した。

【０１１９】さらにゲート絶縁膜３、ソース電極４およ
びドレイン電極５上にペンタセンを膜厚２００ｎｍ蒸着
してチャネル生成半導体層を作成した。なおペンタセン
はあらかじめ昇華精製したものを使用し、１０^-６Ｔｏ
ｒｒ（１．３３×１０^-3Ｐａ）の真空中、基板温度９０
℃で蒸着を行った。このペンタセン蒸着膜は特にパター
ニングしなかった。

【０１２０】ＦＥＴ特性の測定 得られたトランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性を、半導
体パラメーターアナライザー（ＨＰ４１４５Ｂ）で測定
した。測定はトランジスタを真空度１０^−５Ｔｏｒｒ
（１．３３×１０^-3Ｐａ）の真空中に配置して行った。
図５は各ゲート電圧におけるソース・ドレイン間電流−
ソース・ドレイン間電圧特性図である。この薄膜トラン
ジスタはソース・ドレイン間電流のオン−オフ比１０^５
をゲート電圧５Ｖで達成した。

【０１２１】実施例２０〜２４ チャネル生成半導体層として、銅フタロシアニン蒸着膜
（実施例２０）、フラーレンＣ_６０蒸着膜（実施例２
１）、α−ヘキサチオフェン蒸着膜（実施例２２）、レ
ジオレギュラ・ポリ（３−ヘキシルチオフェン）スピン
コート膜（実施例２３）、（Ｃ_６Ｈ_５Ｃ_２Ｈ_４ＮＨ_３）
_２ＳｎＩ_４スピンコート膜（実施例２４）を使用したこ
とを除き、実施例１９と同様にしてトランジスタを作製
し、得られたトランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性を測
定した。

【０１２２】その結果ソース・ドレイン間電流のオン−
オフ比１０^３を達成した時のゲート電圧の絶対値はそれ
ぞれ、５Ｖ（実施例２０）、５Ｖ（実施例２１）、５Ｖ
（実施例２２）、５Ｖ（実施例２３）、４Ｖ（実施例２
４）であった。

【０１２３】比較例 比較のため、高誘電率無機化合物粒子を用いず、シアノ
エチルプルランのみからなるゲート絶縁層を形成したト
ランジスタを作成した。トランジスタの構成は、ゲート
絶縁層が膜厚５００ｎｍのシアノエチルプルラン膜であ
ること以外は実施例１９と同様である。

【０１２４】このトランジスタのＦＥＴ電流−電圧特性
を、実施例１９と同様に測定した。その結果を図６に示
す。

【０１２５】このトランジスタはソース・ドレイン間電
流のオン−オフ比１０^５を得るためにゲート電圧２０Ｖ
を要した。

【０１２６】

【発明の効果】本発明によれば、高温処理を施さずにゲ
ート電圧が低電圧化されたトランジスタを作製できるた
め、例えば樹脂基板を用いたトランジスタを提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のトランジスタの第１の例を示す断面
図。

【図２】 本発明のトランジスタの第２の例を示す断面
図。

【図３】 本発明のトランジスタの第３の例を示す断面
図。

【図４】 本発明のトランジスタの第４の例を示す断面
図。

【図５】 実施例１９のトランジスタのＦＥＴ特性図。

【図６】 比較例のトランジスタのＦＥＴ特性図。

【符号の説明】

１…基板 ２…ゲート電極 ３…ゲート絶縁層 ３−１…高誘電率無機化合物粒子 ３−２…アモルファス絶縁物 ４…ソース電極 ５…ドレイン電極 ６…チャネル生成半導体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−221313（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−313343（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−243717（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−161933（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−18534（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−270712（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/312 H01L 21/314 H01L 21/336 H01L 29/786 H01L 51/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに分離して設けられたソース電極及び
   ドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極間
   に介在するチャネル生成半導体層と、前記チャネル生成
   半導体層にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
   とを備えるトランジスタにおいて、 前記ゲート絶縁膜は、膜厚が５０〜１０００ｎｍであ
   り、有機又は無機のアモルファス絶縁物と、この絶縁性
   アモルファス材料中に分散した粒径５〜１００ｎｍの高
   誘電率無機化合物粒子とを備えたことを特徴とするトラ
   ンジスタ。
2. 【請求項２】請求項１記載のトランジスタが、樹脂基板
   上に形成されたことを特徴とするトランジスタ。
3. 【請求項３】前記高誘電率無機化合物粒子は、以下の
   （１）〜（３）から選ばれる少なくとも一種の無機化合
   物であることを特徴とする請求項１記載のトランジス
   タ。 （１）Ｍ1ＴｉＯ3（但し、Ｍ1はＢａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｃ
   ａ，Ｍｇ、Ｂｉ、およびＲｎから選ばれる少なくとも一
   種の元素を含有する） （２）Ｍ2ＺｒＯ3（但し、Ｍ2はＢａ，Ｐｂ，Ｓｒおよ
   びＣａから選ばれる少なくとも一種の元素を含有する） （３）二酸化チタン、五酸化二タンタルおよび三酸化二
   イットリウムから選ばれる少なくとも一種の金属酸化物
4. 【請求項４】前記チャネル生成半導体層は、アセン分子
   材料、金属フタロシアニン、フラーレンＣ60、チオフェ
   ンオリゴマー、レジオレギュラ・ポリ（３−アルキルチ
   オフェン）、および一般式Ａ２Ａ'n-1ＭnＸ3n+1（ｎは
   １以上の整数、 Ａはアルキルアンモニウム陽イオン、
   Ａ'はメチルアンモニウム陽イオン、ＭはＧｅ、Ｓｎ、
   Ｐｂからなるグループから選択した元素、ＸはＩ、Ｂ
   ｒ、Ｃｌからなるグループから選択したハロゲン）で示
   される有機−無機層状ペロブスカイト化合物の群から選
   ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１
   記載のトランジスタ。
5. 【請求項５】互いに分離して設けられたソース電極及び
   ドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極間
   に介在するチャネル生成半導体層と、前記チャネル生成
   半導体層にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
   とを備えるトランジスタの製造方法において、 前記ゲート絶縁膜は、前記基板表面に前記ゲート電極ま
   たは前記チャネル生成半導体層を形成する工程後、前記
   ゲート電極または前記チャネル生成半導体層を形成した
   前記基板表面に、無機アモルファス絶縁物の前駆体を溶
   媒中に溶解した溶液へ、粒径５〜１００ｎｍの高誘電率
   無機化合物粒子を分散した分散液を塗布する工程と、前
   記無機アモルファス絶縁物の前駆体を４００℃未満の熱
   処理により、前記無機アモルファス絶縁物と、この無機
   アモルファス絶縁物中に分散した高誘電率無機化合物粒
   子とからなる前記ゲート絶縁層を形成する工程とによ
   り、膜厚が５０〜１０００ｎｍに成膜することを特徴と
   するトランジスタの製造方法。
6. 【請求項６】互いに分離して設けられたソース電極及び
   ドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極間
   に介在するチャネル生成半導体層と、前記チャネル生成
   半導体層にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極
   とを備えるトランジスタの製造方法において、 前記ゲート絶縁膜は、前記基板表面に前記ゲート電極ま
   たは前記チャネル生成半導体層を形成する工程後、前記
   ゲート電極または前記チャネル生成半導体層を形成した
   前記基板表面に、有機アモルファス絶縁物を溶媒中に溶
   解した溶液へ、粒径５〜１００ｎｍの高誘電率無機化合
   物粒子を分散させた分散液を塗布する工程と、前記溶媒
   を揮発させて前記ゲート絶縁層を形成する工程とによ
   り、膜厚が５０〜１０００ｎｍに成膜することを特徴と
   するトランジスタの製造方法。