特開 2023-155745 薄膜トランジスタ、および薄膜トランジスタの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155745

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】薄膜トランジスタ、および薄膜トランジスタの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/786 20060101AFI20231016BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20231016BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20231016BHJP

   H01L 21/312 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 617T

H01L29/78 618B

H01L29/78 617U

H01L29/78 617V

H01L21/316 G

H01L21/312 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065254

(22)【出願日】2022-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】弁理士法人小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今村 ちひろ

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 学

【テーマコード（参考）】

5F058

5F110

【Ｆターム（参考）】

5F058AD02

5F058AD03

5F058AD04

5F058AD08

5F058AD10

5F058AF04

5F058AH01

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5F058BB07

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5F110HK21

5F110HK32

5F110HK33

5F110HK42

5F110QQ04

5F110QQ05

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】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、薄膜トランジスタ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁性の基板と、前記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、
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。

【請求項2】

前記半導体層は、酸化物半導体で構成されることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。

【請求項3】

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、
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特許第６９５８６０３号公報

【特許文献2】国際公開第２０１８／０７４６０７号

【非特許文献】

【0015】

【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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

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。

【0017】

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。

【課題を解決するための手段】

【0018】

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。

【0019】

前記半導体層は、酸化物半導体で構成されてもよい。

【0020】

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。

【発明の効果】

【0021】

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。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】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。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

［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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

［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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

［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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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、１×１０^１１Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０^１３Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。

【0041】

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。

【0042】

［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（ＳｉＣ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ）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。

【0043】

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、１×１０^１１Ω以上であることが好ましく、１×１０^１３Ω以上であることがより好ましい。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

［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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

［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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【実施例0070】

［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。

【0071】

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。

【0072】

＜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℃

【0073】

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。

【0074】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

＜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℃

【0078】

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。

【0079】

＜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℃

【0080】

［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。

【0081】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0082】

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。

【0083】

［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。

【0084】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0085】

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。

【0086】

［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。

【0087】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0088】

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。

【0089】

［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。

【0090】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0091】

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。

【0092】

［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。

【0093】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0094】

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。

【0095】

［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。

【0096】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0097】

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。

【0098】

［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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

［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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

［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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

［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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

［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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

［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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

［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。

【0119】

［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。

【0120】

［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。

【0121】

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

【0122】

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。

【0123】

＜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

【0124】

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。

【0125】

［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。

【0126】

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

【0127】

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。

【0128】

＜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

【0129】

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。

【0130】

［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。

【0131】

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 （（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0132】

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。

【0133】

［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。

【0134】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0135】

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。

【0136】

［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。

【0137】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0138】

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。

【0139】

［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。

【0140】

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（（Ｈ_２Ｓｉ－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。

【0141】

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。

【0142】

［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。

【0143】

［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。

【0144】

［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。

【0145】

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。

【0146】

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。

【0147】

＜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。

【0148】

＜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。

【0149】

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。

【0150】

【表1】

【0151】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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。

【0152】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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１２．５ｃｍ^２／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１１．０～１４．２ｃｍ^２／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６．０ｃｍ^２／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。

【0153】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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１４．０ｃｍ^２／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。

【0154】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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６．０～７．４ｃｍ^２／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。

【0155】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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１３．３ｃｍ^２／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１１．０～１４．２ｃｍ^２／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５．５ｍ^２／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。

【0156】

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１１．１～１４．２ｃｍ^２／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５．８ｃｍ^２／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。

【0157】

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。

【産業上の利用可能性】

【0158】

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。

【符号の説明】

【0159】

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

【図1】