(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に、官能基（Ｒ）、金属酸化物系（Ｍｅ）、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が結合した構造の高誘電率絶縁物質で形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極と
を備える液晶表示素子用薄膜トランジスタであって、
前記高誘電率絶縁物質は、シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合からなり、４個のシリコン（Ｓｉ）と４個の金属酸化物系（Ｍｅ）が、８個の頂点にそれぞれ配置されてラダー型の単位構造を形成することを特徴とする液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記官能基は、有機基、無機高分子、有機／無機ハイブリッド高分子、単独有機高分子及び複合有機高分子のうちのいずれか一つで構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記金属酸化物系は、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、ニオブ酸タンタル酸ストロンチウムビスマス、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＳｉＯ4、ＨｆＳｉＯ4、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｒＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＢａＯ及びＴｉＯ2のうちのいずれか一つで構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜と前記ソース／ドレイン電極との間に形成された半導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記半導体層は、シリコン層から形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記半導体層は、ＬＣＰＢＣ（Liquid Crystalline Polyfluorene Block Copolymer）、ペンタセン及びポリチオフェンから選ばれるいずれか一つの有機半導体層から形成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示素子用薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子用薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術の急速な進歩による各種電子装置の低電圧化・低電力化並びに電子機器の小型化・薄型化・軽量化に伴って、新しい環境に適合する電子表示装置として平板パネル型表示装置に対する要求が急激に増大してきた。これに応じて、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）、有機ＥＬ表示装置（ＯＥＬＤ）などの平板パネル型表示装置が開発されており、なかでも、小型化・軽量化・薄型化が容易で、且つ、低い消費電力及び駆動電圧の特性から、液晶表示装置が特に注目されている。
【０００３】
液晶表示装置は、共通電極、カラーフィルタ、ブラックマトリクスなどが形成されている上部透明絶縁基板と、スイッチング素子、画素電極などが形成されている下部透明絶縁基板との間に異方性誘電率を持つ液晶物質を注入してなるもので、画素電極と共通電極に相異なる電位を印加することによって液晶物質に形成される電界の強度を調整して液晶物質の分子配列を変更させ、これによって、透明絶縁基板に透過される光の量を調節することによって所望の画像を表現する。
【０００４】
このような液晶表示装置は、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）素子をスイッチング素子とする薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ  ＬＣＤ）が主流になっている。
【０００５】
有機薄膜トランジスタ（Organic Thin Film Transistor；ＯＴＦＴ）は、通常、基板、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース／ドレイン電極及び半導体層を備えて構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、高い電荷移動度などの電気的特性に優れた薄膜トランジスタを製造するには、高誘電率絶縁物質でゲート絶縁層を形成することが要求されている。しかしながら、高誘電率絶縁物質でゲート絶縁層を形成すると、薄膜トランジスタの漏れ電流も増加する傾向があり、薄膜トランジスタの性能低下を招くという問題につながる。
【０００７】
本発明は上記目的を達成するためのもので、その目的は、高い電荷移動度を得るために高誘電率絶縁物質でゲート絶縁層を形成しながらも、同時に薄膜トランジスタの漏れ電流の減少が図られるゲート絶縁層を備える液晶表示素子用薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る液晶表示素子用薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に、官能基（functional group）、金属酸化物系（Metal oxide：Ｍｅ）、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が結合した構造の高誘電率絶縁物質で形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたソース電極及びドレイン電極とを備え、前記高誘電率絶縁物質が、シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合からなり、４個のシリコン（Ｓｉ）と４個の金属酸化物系（Ｍｅ）が、８個の頂点にそれぞれ配置されてラダー型の単位構造を形成することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記官能基は、有機基（organic group）、無機高分子、有機／無機ハイブリッド（Hybrid）高分子、単独有機高分子及び複合有機高分子のうちのいずれか一つで構成される。
【００１０】
好ましくは、前記金属酸化物系は、チタン酸バリウムストロンチウム（Barium strontium titanate）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Barium zirconate titanate）、チタン酸ジルコン酸鉛（Lead zirconate titanate）、チタン酸鉛ランタン（Lead lanthanum titanate）、チタン酸ストロンチウム（Strontium titanate）、チタン酸バリウム（Barium titanate）、フッ化バリウムマグネシウム（Barium magnesium fluoride）、チタン酸ビスマス（Bismuth titanate）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（Strontium bismuth tantalate）、ニオブ酸タンタル酸ストロンチウムビスマス（Strontium bismuth tanalate niobate）、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＳｉＯ4、ＨｆＳｉＯ4、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｒＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＢａＯ及びＴｉＯ2のいずれか一つで構成される。
【００１１】
好ましくは、液晶表示素子用薄膜トランジスタは、前記ゲート絶縁膜と前記ソース／ドレイン電極との間に形成された半導体層をさらに備え、前記半導体層は、シリコン層から形成されるか、または、ＬＣＰＢＣ（Liquid Crystalline Polyfluorene Block Copolymer）、ペンタセン（Pentacene）及びポリチオフェン（Polythiophene）から選ばれるいずれか一つの有機半導体層から形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の液晶表示素子用薄膜トランジスタによれば、官能基（functional group：Ｒ）、金属酸化物系（Metal oxide：Ｍｅ）、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が結合した構造の高誘電率絶縁物質（high dielectric constant insulator）でゲート絶縁膜を形成するため、高い電荷移動度を得ながら、同時に薄膜トランジスタの漏れ電流を減少させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による液晶表示素子用薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明による液晶表示素子用薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明による液晶表示素子用薄膜トランジスタは、透明絶縁基板１０上に形成されたゲート電極１１と、ゲート電極１１の上部に、高誘電率絶縁物質から形成されたゲート絶縁膜１２と、ゲート絶縁膜１２の上部に、ｎ型不純物が高濃度でドーピングされている不純物非晶質シリコンの物質及びドーピングされていない非晶質シリコン物質から形成された半導体層１３と、ゲート電極１１と対応する領域において半導体層１３を露出させるように互いに隔たって形成されたソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂとを備える。なお、ソース電極１６ａ及びドレイン電極１６ｂの上部には保護膜１８が形成されており、この保護膜１８には、ドレイン電極１６ｂを露出させるコンタクトホールが形成されており、このコンタクトホールを通じてドレイン電極１６ｂに連結される画素電極１９が形成されている。
【００１７】
上記のような構造を持つ本発明による液晶表示素子用薄膜トランジスタは、高い電荷移動度を得ると同時に薄膜トランジスタの漏れ電流を減少させるために、官能基（functional group：Ｒ）、金属酸化物系（Metal oxide：Ｍｅ）、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が結合した構造の高誘電率絶縁物質（high dielectric constant insulator）でゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
このように官能基（Ｒ）、金属酸化物系（Ｍｅ）、シリコン（Ｓｉ）及び酸素（Ｏ）が結合した構造の高誘電率絶縁物質は、誘電率が８以上である。
【００１９】
官能基（Ｒ）は、有機基（organic group）、無機高分子（例えば、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリシラン等）、有機／無機ハイブリッド（Hybrid）高分子、単独有機高分子（例えば、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリエステル）または複合有機高分子（例えば、コポリマー）のいずれか一つで構成され、金属酸化物系（Ｍｅ）は、チタン酸バリウムストロンチウム（Barium strontium titanate）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Barium zirconate titanate）、チタン酸ジルコン酸鉛（Lead zirconate titanate）、チタン酸鉛ランタン（Lead lanthanum titanate）、チタン酸ストロンチウム（Strontium titanate）、チタン酸バリウム（Barium titanate）、フッ化バリウムマグネシウム（Barium magnesium fluoride）、チタン酸ビスマス（Bismuth titanate）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（Strontium bismuth tantalate）、ニオブ酸タンタル酸ストロンチウムビスマス（Strontium bismuth tanalate niobate）、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＳｉＯ4、ＨｆＳｉＯ4、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＳｒＯ、Ｌａ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＢａＯ及びＴｉＯ2のいずれか一つで構成される。
【００２０】
ここで、上記高誘電率絶縁物質は、シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合が、下記一般式（１）のように２次元的構造で結合したラダー（ladder）型の単位構造からなるか、または、下記一般式（２）のように３次元的構造で結合したケージ（cage）型の単位構造からなることができる。
【００２１】
【化１】
0005612046.tif 000002
【００２２】
【化２】
0005612046.tif 000003
【００２３】
したがって、一般式（１）で表されるラダー（ladder）型の単位構造は、４個のシリコン（Ｓｉ）と４個の金属酸化物系（Ｍｅ）が各頂点に配置されてシリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合を形成し、一般式（２）で表されるケージ（cage）型の単位構造は、４個のシリコン（Ｓｉ）と４個の金属酸化物系（Ｍｅ）が各頂点に配置されてシリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合を形成する。
【００２４】
ここでは、当該ケージ型の単位構造が、４個のシリコン（Ｓｉ）と４個の金属酸化物系（Ｍｅ）が各頂点、すなわち、８個の頂点に配置されて六面体のケージ型単位構造を形成するとしたが、シリコン（Ｓｉ）及び金属酸化物系（Ｍｅ）が９〜１８個の頂点に配置されて多面体のケージ型単位構造を形成してもよい。
【００２５】
そして、金属酸化物系（Ｍｅ）の個数を増加させると、誘電率をより増加させることができる。
【００２６】
また、ラダー型及びケージ型の単位構造は、シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）の単位結合のみが示されているが、シリコン（Ｓｉ）−酸素（Ｏ）−シリコン（Ｓｉ）、金属酸化物系（Ｍｅ）−酸素（Ｏ）−金属酸化物系（Ｍｅ）にしてもよい。
【００２７】
一方、ここでは、このような高誘電率絶縁物質を、シリコン層で形成された半導体層１３を備える液晶表示素子用薄膜トランジスタに適用しているが、該高誘電率絶縁物質を、有機半導体層を備える有機薄膜トランジスタに適用してもよい。
【００２８】
この場合、有機半導体層は、ＬＣＰＢＣ（Liquid Crystalline Polyfluorene Block Copolymer）、ペンタセン（Pentacene）及びポリチオフェン（polythiophene）のうちのいずれか一つで形成する。
【符号の説明】
【００２９】
１０  透明絶縁基板、１１  ゲート電極、１２  ゲート絶縁膜、１３  半導体層、１６ａ  ソース電極、１６ｂ  ドレイン電極、１８  保護膜、１９  画素電極。
【図１】
0005612046.tif 000004