(57)【要約】【課題】表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子を提供すること。【解決手段】熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有する半導体素子であって、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が１３０〜１５０℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が７０〜８０°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする半導体素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有する半導体素子であって、
前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が１３０〜１５０℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が７０〜８０°であり、
前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記有機ゲート絶縁膜の表面粗さが２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記有機ゲート絶縁膜の誘電率が１．５〜３．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に係り、さらに詳しくは、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を用いた有機ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）に関する研究が盛んに行われている。このような薄膜トランジスタは、たとえば、基板の表面に、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極および半導体層を形成することで構成される。
【０００３】
このような薄膜トランジスタにおいて、たとえば、特許文献１では、ゲート絶縁層を、ＳｉＯ２層と、０．３〜１０ｎｍのフッ素ポリマー層との２つの層で形成することにより、ゲート絶縁層の接触角を高め、これにより、薄膜トランジスタの特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、この特許文献１の方法では、ＳｉＯ２層と、フッ素ポリマー層との２つの層で形成するものであるため、製造工程が煩雑になるという問題に加え、ゲート絶縁層の平坦性の制御が難しく、そのため、得られる薄膜トランジスタは、リーク電流特性に劣るものとなってしまうという問題があった。
【０００４】
また、特許文献２では、同様に薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層の表面を２〜５種の表面処理剤を用いて表面処理をすることにより、同様にゲート絶縁層の接触角を高め、これにより、薄膜トランジスタの特性を向上させる試みがなされている。しかしながら、この特許文献１の方法では、表面処理工程が必要となるため、製造工程が煩雑となってしまうという問題に加え、ゲート絶縁層上に半導体層を形成した際に、半導体層の形成性に劣り、そのため、得られる薄膜トランジスタは、移動度およびリーク電流特性に劣るものとなってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９４１０７号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／２９５５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子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】
【０００７】
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意研究した結果、ゲート絶縁層を、熱架橋性樹脂組成物からなり、硬化温度が１３０〜１５０℃である塗布型有機ゲート絶縁膜で構成し、かつ、該有機ゲート絶縁膜の表面の接触角を７０〜８０°の範囲に制御することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有する半導体素子であって、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が１３０〜１５０℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が７０〜８０°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする半導体素子が提供される。
【０００９】
好ましくは、前記有機ゲート絶縁膜の表面粗さが２ｎｍ以下である。
好ましくは、前記有機ゲート絶縁膜の誘電率が１．５〜３．０である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するゲート絶縁膜を備え、移動度が高く、リーク電流の小さい半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの一例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性の一例を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの製造方法を示す図である。
【図６】図６は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタの他の例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る半導体素子としての薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の半導体素子は、熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有し、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が１３０〜１５０℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が７０〜８０°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されていることを特徴とする。
以下においては、まず、本発明で用いる熱架橋性樹脂組成物について説明する。
【００１３】
（熱架橋性樹脂組成物）
本発明で用いる熱架橋性樹脂組成物としては、１３０〜１５０℃で架橋可能であり、かつ、塗布型有機ゲート絶縁膜とした場合における、その表面の接触角が７０〜８０°の範囲となるような樹脂組成物であればよく特に限定されないが、たとえば、樹脂（Ａ）と、架橋剤（Ｂ）とを含有する樹脂組成物を用いることができる。
【００１４】
（樹脂（Ａ））
樹脂（Ａ）としては、特に限定されないが、環状オレフィン重合体（Ａ１）、アクリル樹脂（Ａ２）、カルド樹脂（Ａ３）、ポリシロキサン（Ａ４）またはポリイミド（Ａ５）などが挙げられる。
これらの樹脂（Ａ）は、それぞれ単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。
【００１５】
なお、本発明で用いる環状オレフィン重合体（Ａ１）は、単量体を開環重合させた開環重合体であってもよいし、あるいは、上述した単量体を付加重合させた付加重合体であってもよい。
【００１６】
上記環状オレフィン重合体（Ａ１）の合成方法は、単量体を用いて特開平１１−５２５７４ 号公報、特願２００１−１７４８７２号公報、国際公開ＷＯ９９／０３９０３号公報、国際公開ＷＯ０１／７９３２５号公報などに記載された脂環式オレフィン樹脂の製造方法に準じて、開環重合して得られる重合体の主鎖の炭素−炭素二重結合を水素化し、更に必要に応じて加水分解やグラフト変性することにより得られる。
【００１７】
また、本発明で使用するアクリル樹脂（Ａ２）は、特に限定されないが、アクリル基を有するカルボン酸、アクリル基を有するカルボン酸無水物、またはエポキシ基含有アクリレート化合物から選ばれる少なくとも１つを必須成分とする単独重合体または共重合体が好ましい。
【００１８】
上記アクリル樹脂（Ａ２）を製造する際における単量体の重合方法は、常法に従えばよく、例えば、懸濁重合法，乳化重合法，溶液重合法等が採用される。
【００１９】
本発明で用いるカルド樹脂（Ａ３）は、カルド構造、すなわち、環状構造を構成している４級炭素原子に二つの環状構造が結合した骨格構造、を有する樹脂である。カルド構造の一般的なものはフルオレン環にベンゼン環が結合したものである。
環状構造を構成している４級炭素原子に二つの環状構造が結合した骨格構造の具体例としては、フルオレン骨格、ビスフェノールフルオレン骨格、ビスアミノフェニルフルオレン骨格、エポキシ基を有するフルオレン骨格、アクリル基を有するフルオレン骨格等が挙げられる。
本発明で用いるカルド樹脂（Ａ３）は、このカルド構造を有する骨格がそれに結合している官能基間の反応等により重合して形成される。カルド樹脂（Ａ３）は、主鎖と嵩高い側鎖が一つの元素で繋がれた構造（カルド構造）をもち、主鎖に対してほぼ垂直方向に環状構造を有している。
【００２０】
上記カルド樹脂（Ａ３）を製造する際における、単量体の重合方法は、常法に従えばよく、例えば、開環重合法や付加重合法等が採用される。
【００２１】
本発明で用いるポリシロキサン（Ａ４）としては、特に限定されないが、好ましくは下記式（１）で表されるオルガノシランの１種または２種以上を混合、反応させることによって得られる重合体が挙げられる。
（Ｒ１）ｍ−Ｓｉ−（ＯＲ２）４−ｍ    （１）
(上記式（１）中、Ｒ１は水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、または炭素数６〜１５のアリール基であり、複数のＲ１はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。Ｒ２は水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアシル基、または炭素数６〜１５のアリール基であり、複数のＲ２はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。)
【００２２】
本発明で用いるポリシロキサン（Ａ４）は、オルガノシランを加水分解および部分縮合させることにより得られる。加水分解および部分縮合には一般的な方法を用いることができる。例えば、混合物に溶媒、水、必要に応じて触媒を添加し、加熱攪拌する。攪拌中、必要に応じて蒸留によって加水分解副生物（メタノールなどのアルコール）や縮合副生物（水）を留去してもよい。
【００２３】
本発明で用いるポリイミド（Ａ５）は、テトラカルボン酸無水物とジアミンを反応させて得たポリイミド前駆体を熱処理することで得ることができる。
【００２４】
本発明で用いるポリイミド（Ａ５）は公知の方法によって合成される。すなわち、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを選択的に組み合わせ、これらをＮ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホロトリアミド、γ−ブチロラクトン、シクロペンタノン等の極性溶媒中で反応させる等、公知の方法によって合成される。
【００２５】
（架橋剤（Ｂ））
本発明で用いる架橋剤（Ｂ）は、１３０〜１５０℃に加熱することにより、架橋剤分子間に架橋構造を形成するものや、樹脂（Ａ）と反応して樹脂分子間に架橋構造を形成するものであり、具体的には、２以上の反応性基を有する化合物が挙げられる。このような反応性基としては、例えば、アミノ基、カルボキシ基、水酸基、エポキシ基、イソシアネート基等が挙げられる。
【００２６】
（界面調整剤（Ｃ））
また、本発明で用いる樹脂組成物は、樹脂（Ａ）および架橋剤（Ｂ）に加えて、界面調整剤（Ｃ）を含有していてもよい。
【００２７】
界面調整剤（Ｃ）としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類；ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアリールエーテル類；ポリオキシエチレンジラウレート、ポリオキシエチレンジステアレート等のポリオキシエチレンジアルキルエステル類等のノニオン系界面活性剤；フッ素系界面活性剤；メタクリル酸共重合体系界面活性剤；アクリル酸共重合体系界面活性剤；ハロゲン変性シリコーンオイル、ポリエステル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アラルキル変性シリコーンオイルおよび反応性基変性シリコーンオイルなどの変性シリコーンオイル；等が挙げられる。
【００２８】
（その他の配合剤）
さらに、本発明で用いる樹脂組成物には、上記各成分に加えて、溶剤が含有されていてもよい。溶剤としては、特に限定されず、樹脂組成物の溶剤として公知のものでよい。なお、樹脂組成物に溶剤を含有させる場合には、溶剤は、通常、樹脂膜形成後に除去されることとなる。  
【００２９】
本発明で用いる樹脂組成物の調製方法は、特に限定されず、樹脂組成物を構成する各成分を公知の方法により混合すればよい。
混合の方法は特に限定されないが、樹脂組成物を構成する各成分を溶剤に溶解または分散して得られる溶液または分散液を混合するのが好ましい。これにより、樹脂組成物は、溶液または分散液の形態で得られる。
【００３０】
（半導体素子）
次いで、本発明の半導体素子について、説明する。本発明の半導体素子は、上述した熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜と、半導体層とを有し、前記有機ゲート絶縁膜の硬化温度が１３０〜１５０℃であり、かつ、前記有機ゲート絶縁膜表面の接触角が７０〜８０°であり、前記半導体層が、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されてなるものである。図１に、本発明の半導体素子の一例としての薄膜トランジスタ１の断面図を示す。図１に示すように、本発明の半導体素子の一例としての薄膜トランジスタ１は、基板２上に、ゲート電極３、上述した熱架橋性樹脂組成物からなる塗布型有機ゲート絶縁膜４、半導体層５、ソース電極６およびドレイン電極７を有する、ボトムゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタである。なお、図１においては、単一の薄膜トランジスタ１を示したが、基板２上に複数の薄膜トランジスタ１が形成されているような構成（たとえば、アクティブマトリックス基板など）であってもよい。また、図１に示す薄膜トランジスタ１は、本発明の半導体素子の一例であり、以下においては、図１に示す薄膜トランジスタ１を例示して説明を行なうが、本発明の半導体素子は、図１に示す薄膜トランジスタ１に何ら限定されるものではない。
【００３１】
基板２としては、特に限定されず、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、脂環式オレフィンポリマーなどの柔軟性のあるプラスチックからなるフレキシブル基板、石英、ソーダガラス、無機アルカリガラスなどのガラス基板、シリコンウェハなどのシリコン基板などを挙げることができる。
【００３２】
ゲート電極３は、導電性材料で形成されている。導電性材料としては、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が挙げられる。またドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体など）が挙げられる。これらのなかでも、クロムおよびモリブデンが好ましく、クロムがより好ましい。ゲート電極３は、たとえば、上述した導電性材料を、スパッタリング法などにより基板２上に形成し、次いで、エッチング処理を行なうことにより、基板２上に所定パターンで形成される。
【００３３】
ゲート絶縁膜４は、上述した熱架橋性樹脂組成物から構成されるものであり、所定パターンでゲート電極３を形成した基板２上に、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布し、１３０〜１５０℃で硬化することにより形成される。熱架橋性樹脂組成物を塗布する方法としては、例えば、スプレー法、スピンコート法、ロールコート法、ダイコート法、ドクターブレード法、回転塗布法、バー塗布法、スクリーン印刷法等の各種の方法を採用することができる。また、硬化時間は、通常、０．５〜３００分間、好ましくは１〜１５０分間、より好ましくは１〜６０分間である。ゲート絶縁膜４の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１００〜４００ｎｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１００〜２００ｎｍである。
【００３４】
また、本発明において、ゲート絶縁膜４の表面の接触角は７０〜８０°の範囲である。接触角を上記の範囲に調整する方法としては、例えば、ゲート絶縁膜４を構成する、樹脂（Ａ）、架橋剤（Ｂ）、界面調整剤（Ｃ）等の各成分の極性基の比率（例えば、アルキル基、フェニル基等の疎水基の炭素原子の比率、ヒドロキシル基、カルボキシ基等の親水基の比率等）を適宜調整してゲート絶縁膜４の極性を制御する方法；ゲート絶縁膜４を形成するための塗膜形成時の乾燥過程の温度、時間等を調整して、塗膜表面からの溶剤の蒸発を均一化することで、表面張力変化を小さくして、得られるゲート絶縁膜４の表面を平滑化する方法；等がある。これらの方法により、表面の接触角を所望の範囲に調整することができる。
【００３５】
ゲート絶縁膜４を、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布して、１３０〜１５０℃で硬化することにより形成するとともに、その表面の接触角を７０〜８０°の範囲とすることにより、ゲート絶縁膜４の積層性、具体的には、ゲート絶縁膜４の上に形成する半導体層５や、ソース電極６およびドレイン電極７との積層性を良好なものとすることができ、これにより、半導体素子の各種電気特性を良好なものとすることができる。また、本発明においては、ゲート絶縁膜４を、上述した熱架橋性樹脂組成物で構成するため、ゲート絶縁膜４を、ゲート絶縁膜４を表面平坦性に優れ、しかも、誘電率の低いものとすることができる。具体的には、ゲート絶縁膜４の表面粗さ（算術平均粗さＲa）を、好ましくは２ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以下とすることができる。また、ゲート絶縁膜４の誘電率を、好ましくは１．５〜３．０の範囲、より好ましくは２．０〜２．５の範囲とすることができる。そして、これにより、得られる薄膜トランジスタ１（半導体素子）を移動度が高く、リーク電流の小さいものとすることができる。
【００３６】
半導体層５は、有機半導体または無機酸化物半導体で形成されている。有機半導体としては、ｐチャネル型として、ペンタセン、ナフタセン、チフェンオリゴマー、ペリレン、α−セキシフェニル及びその誘導体、ナフタレン、アントラセン、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、金属含有／非含有フタロシアニン及びその誘導体などの低分子半導体、あるいはチオフェンやフルオレンをベースとしたポリアルキルチオフェン、ポリアルキルフルオレンやその誘導体などの高分子半導体などが挙げられる。無機酸化物半導体としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）などが挙げられる。半導体層５は、上述した有機半導体または無機酸化物半導体を、塗布法やＣＶＤ法などにより、ゲート絶縁膜４上に形成し、次いで、所定のパターン形状となるようにパターンニングすることにより、形成される。
【００３７】
ソース電極６およびドレイン電極７は、導電性材料で形成されている。導電性材料としては、上述のゲート電極３と同様のものを用いることができる。ソース電極６およびドレイン電極７は、たとえば、上述した導電性材料を、スパッタリング法などにより半導体層５上に形成し、次いで、エッチング処理を行なうことにより、半導体層５上に所定パターンで形成される。
【００３８】
なお、上記においては、半導体素子の一例として、図１に示すようなボトムゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタ１を例示したが、図２に示すようなボトムゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１ａや、図３に示すようなトップゲートトップコンタクト型の薄膜トランジスタ１ｂにおいても、上記と同様にして得ることができる。
【００３９】
本発明の半導体素子は、ゲート絶縁膜として、上述した熱架橋性樹脂組成物を塗布し、１３０〜１５０℃で硬化することにより形成してなり、かつ、その表面の接触角が７０〜８０°の範囲にあるものを備えるため、該ゲート絶縁膜を、表面平坦性に優れ、誘電率が低く、優れた積層性を有するものとすることができる。そして、本発明の半導体素子は、このようなゲート絶縁膜を備えるため、移動度が高く、リーク電流の小さいものであり、たとえば、薄膜トランジスタとして好適に用いることができる。
【実施例】
【００４０】
以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。各例中の部および％は、特に断りのない限り、重量基準である。
なお、各特性の定義および評価方法は、以下のとおりである。
【００４１】
＜接触角＞
熱架橋性樹脂組成物をシリコンウェハ上にスピンコートした後、ホットプレートを用いて９０℃で２分間プリベークして、３００ｎｍ厚の樹脂膜を形成した。次いで、空気中において１３０℃で１時間加熱することにより、樹脂膜が形成されシリコンウェハからなる試験用試料を得た。そして、得られた試験用試料を用いて、接触角の測定を行なった。具体的には、樹脂膜表面に超純水を滴下し、形成した液滴のなす角度を測定し、これを接触角θとした。測定は、２３℃、湿度５５％の環境下で行い、水滴が接地してから３００ミリ秒後の角度を接触角とした。
【００４２】
＜表面平坦性＞
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、試験用試料の表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて観察することで、表面粗さ（算術平均粗さＲa）の測定を行なった。
【００４３】
＜誘電率＞
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、ＪＩＳ Ｃ６４８１に準じて、１０ＫＨｚ（室温）で、樹脂膜の誘電率を測定した。誘電率は低いほど好ましい。
【００４４】
＜積層性＞
上記接触角の評価と同様にして、試験用試料を得て、得られた試験用試料を用いて、積層性の評価を行った。具体的には、樹脂膜上に、蒸着もしくは塗布の方法により半導体層を形成し、形成した半導体層を目視にて観察し、以下の基準にて積層性に評価を行った。
○：半導体塗布後弾き無
×：半導体塗布後弾き有
【００４５】
＜移動度＞
得られた薄膜トランジスタの電気特性を大気下・暗室中にてＡｇｉｌｅｎｔ社製 半導体パラメーターアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ社製、４１５６Ｃ）を用いて評価した結果、ｐ型のトランジスタ素子としての特性を示した。そして、ドレイン電圧（Ｖｄ＝−２０Ｖ） を固定し、ゲート電圧（Ｖｇ）を＋１０Ｖ〜−２０Ｖまで変化させることによって、伝達特性の評価を行った。ここで、図４に、有機薄膜トランジスタのドレイン電流―ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性を示す。図４に示すように、有機薄膜トランジスタは飽和領域を有し、本実施例では、この飽和領域から電界効果移動度を求めた。なお、実施例３においては、ドレイン電圧をＶｄ＝１０Ｖに固定し、ゲート電圧を−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させることによって、移動度の測定を行なった。
また、薄膜トランジスタの電界効果移動度の算出には、以下の式を用いた。
Ｉｄ＝μＣｉｎＷ（Ｖｇ−Ｖｔｈ）２／２Ｌ
（ただし、Ｃｉｎはゲート絶縁膜の単位面積あたりの静電容量、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｖｇはゲート電圧、Ｉｄはドレイン電流、μは移動度、Ｖｔｈはチャネルが形成し始めるゲートの閾値電圧である。）
【００４６】
＜リーク電流＞
薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極の間に２０Ｖの電圧を印加し、ゲート電極に印加する電圧を＋１０Ｖ〜−２０Ｖに変化させて、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流を、マニュアルプローバーおよび半導体パラメータアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ社製、４１５６Ｃ）を用いて測定することで、リーク電流の測定を行なった。なお、測定は、大気・暗室中にて行なった。なお、実施例３においては、ソース電極とドレイン電極の間に２０Ｖの電圧を印加し、ゲート電極に印加する電圧を−２０Ｖ〜＋２０Ｖに変化させることによって、リーク電流の測定を行なった。
【００４７】
《実施例１》
＜熱架橋性樹脂組成物の調製＞
樹脂（Ａ）として、プロトン性極性基を有する環状オレフィン単量体単位７０モル％、およびプロトン性極性基以外の極性基を有する環状オレフィン単量体単位３０モル％を含有してなる環状オレフィン重合体（Ｍｗ：６０００）１００部、溶剤として、エチレングリコールジメチルエーテル６９０部、架橋剤（Ｂ）として、エポキシ化ブタンテトラカルボン酸テトラキス（３−シクロヘキセニルメチル）修飾ε−カプロラクトン４０部、界面活性剤（Ｃ）として、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン（４３％）ポリ（オキシエチレン）アルキルエーテル（５７％）０．７５部、酸化防止剤として、ペンタエリスリトールテトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］１．５部を混合し、溶解させた後、孔径０．４５μｍのポリテトラフルオロエチレン製フィルターでろ過して熱架橋性樹脂組成物を調製した。
【００４８】
＜薄膜トランジスタの作製＞
（１）前処理
ガラス基板を純水中で超音波洗浄し、エアーブロー乾燥後、１００℃で１時間ベーキングした。
（２）ゲート電極の形成
上記のように前処理したガラス基板（基板２）の上にゲート電極３を形成した（図５（Ａ））。具体的には、このゲート電極３は、ガラス基板上に真空蒸着法によりアルミニウム層を形成し、このアルミニウム層をパターニングすることにより形成した。
（３）ゲート絶縁膜の形成
次いで、ゲート電極３が形成されたガラス基板２をスピンコータに設置し、当該ガラス基板２上に上記で調製した熱架橋性樹脂組成物を所定量滴下し、このガラス基板２を約２０００ｒｐｍの回転速度で約６０秒間回転することにより、塗膜を形成した。その後、この膜が形成されたガラス基板２をホットプレートで１５０℃の温度で約６０分間ベーキングして、ゲート絶縁膜４を得た（図５（Ｂ））。
（４）半導体活性層の形成
ゲート絶縁膜４の形成後、真空蒸着法により、ペンタセンからなる半導体活性層５を形成した。真空蒸着法において、ペンタセンの堆積速度を約０．０３〜０．０４ｎｍ／秒とし、膜厚が約５０ｎｍとなるよう堆積時間を調整した。また、真空蒸着の際には、所定の形状の開口部を有するマスクを用いて、半導体活性層５を所定の形状に形成した（図５（Ｃ））。
（５） ソース電極およびドレイン電極の形成        
次いで、ゲート絶縁膜４とガラス基板２の上に真空蒸着法によって金を堆積し、この金層をパターニングすることにより、ソース電極６およびドレイン電極７を形成し、薄膜トランジスタを得た（図５（Ｄ））。これらの電極６，７の厚さは、約５０ｎｍであった。
なお、ソース電極６およびドレイン電極７は、ゲート絶縁膜４とガラス基板２の上に所定のパターンを有するフォトレジスト層を形成し、その上から真空蒸着法により金を堆積し、リフトオフ法によって形成しても良い。
【００４９】
そして、上記にて得られた熱架橋性樹脂組成物を用いて、樹脂膜の接触角、表面平坦性、誘電率および積層性の各評価、並びに、薄膜トランジスタを用いて、移動度およびリーク電流の各評価を行った。結果を表１に示す。
【００５０】
《実施例２》
熱架橋性樹脂組成物を調製する際に、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン（４３％）ポリ（オキシエチレン）アルキルエーテル（５７％）をアラキル変性ポリメチルアルキルシロキサンに変更した以外は、実施例１と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００５１】
《実施例３》
薄膜トランジスタを製造する際に、ペンタセンからなる半導体層の代わりに、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）からなる半導体層を形成した以外は、実施例１と同様にして、熱架橋性樹脂組成物を得た。そして、得られた熱架橋性樹脂組成物を用いて、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）からなる半導体層を有する無機酸化物半導体薄膜トランジスタは以下の手順で作製した。なお、図６に、本実施例で作製した無機酸化物半導体薄膜トランジスタを示す。
【００５２】
＜無機酸化物半導体薄膜トランジスタの作製＞
（１）半導体活性層の形成
酸化物半導体ターゲットにＩｎＧａＺｎＯ4を用い、アルゴンガス下で、スパッタリング法により、基板２上に約３０ｎｍの膜厚のＩＧＺＯからなる半導体活性層５を形成した。なお、基板温度は室温とした。
【００５３】
（２）ソース電極およびドレイン電極の形成 
次いで、半導体活性層５および基板２の上にスパッタリング法により、アルミニウムを積層し、このアルミニウム層をパターニングすることにより、ソース電極６およびドレイン電極７を形成した。これらの電極６，７の厚さは、約３０ｎｍであった。
【００５４】
（３）ゲート絶縁膜の形成
次いで、ソース電極６およびドレイン電極７が形成された基板２をスピンコータに設置し、当該基板２上に実施例１で調製した熱架橋性樹脂組成物を所定量滴下し、この基板２を約２０００ｒｐｍの回転速度で約６０秒間回転することにより、塗膜を形成した。その後、この膜が形成された基板２をホットプレートで１３０℃の温度で約６０分間ベーキングして、ゲート絶縁膜４を得た。
【００５５】
（４）ゲート電極の形成
次いで、ゲート絶縁膜４の上にスパッタリング法により、アルミニウムを積層し、このアルミニウム層をパターニングすることにより、ゲート電極３を形成した。ゲート電極３の厚さは、約３０ｎｍであった。
【００５６】
これら(１)〜（４）の手順により、チャネル幅Ｗ＝１３０μｍ、チャネル長Ｌ＝８０μｍの図６に示すようなトップゲート・トップコンタクト型の無機酸化物半導体薄膜トランジスタを得た。そして、得られた熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを用いて、実施例１同様に評価を行った。結果を表１に示す。また、図７に、無機酸化物半導体薄膜トランジスタのドレイン電流―ゲート電圧（Ｉｄ−Ｖｇ）特性を示す。なお、図７中、「１．Ｅ−ｘ」は、１．０×１０−ｘを意味する。
【００５７】
《比較例１》
熱架橋性樹脂組成物の代わりに、ＳｉＯ２を用いてゲート絶縁膜を形成した以外は、実施例１と同様にして、薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。なお、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁膜は、ゲート電極の形成されたガラス基板上に、ＣＶＤ法により形成した。また、比較例１においては、接触角、表面平坦性、誘電率および積層性の各評価は、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ２膜が形成されシリコンウェハからなる試験用試料を得て、得られたＳｉＯ２膜試験用試料を用いて行なった。
【００５８】
《比較例２》
熱架橋性樹脂組成物を調製する際に、プロトン性極性基を有する環状オレフィン単量体単位２モル％、および極性基を持たない環状オレフィン単量体単位９８モル％を含有してなる環状オレフィン重合体（Ｍｗ：６０００）を用いた以外は、実施例１と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００５９】
《比較例３》
ゲート絶縁膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして、熱架橋性樹脂組成物および薄膜トランジスタを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2012174801.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、ゲート絶縁膜を、熱架橋性樹脂組成物を用いて形成し、硬化温度１３０〜１５０℃および表面接触角７０〜８０°の範囲内とした実施例１〜３においては、いずれも、得られるゲート絶縁膜の表面平坦性、誘電率および積層性に優れ、また、半導体素子とした場合における、移動度およびリーク電流に優れるものであった。
【００６２】
一方、ゲート絶縁膜を、ＳｉＯ２で形成した比較例１においては、表面接触角が４９°と小さく、得られるゲート絶縁膜は、表面平坦性および誘電率に劣る結果となった。さらに、比較例１の半導体素子は、リーク電流が大きく、また、オン／オフ比が小さ過ぎて、移動度を測定することができなかった。
また、ゲート絶縁膜を、熱架橋性樹脂組成物を用いて形成したものの、表面接触角本発明の範囲外である比較例２においては、得られるゲート絶縁膜は、積層性に劣り、そのため、半導体層を良好に積層することができず、移動度およびリーク電流の測定ができるような薄膜トランジスタを得ることができなかった。
さらに、ゲート絶縁膜を形成しなかった比較例３においては、得られた半導体素子は、リーク電流が大きく、また、オン／オフ比が小さ過ぎて、移動度を測定することができなかった。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ…薄膜トランジスタ
２…基板
３…ゲート電極
４…ゲート絶縁膜
５…半導体層
６…ソース電極
７…ドレイン電極
【図１】
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【図２】
2012174801.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012174801.tif 000008
【図６】
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【図７】
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