(57)【要約】  本願発明は、成形・加工性に優れた薄膜トランジスタ、特に、基板に可塑性を有するプラスチック、活性層に有機半導体を用い、封止層ならびにゲート絶縁層には塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜を用いた薄膜トランジスタ素子およびその製造方法を提供するものである。  本願発明によれば、活性層が有機半導体で構成される電界効果型トランジスタにあって、可塑性を有するプラスチック基板上に、塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜で構成される封止層、ゲート電極、塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜で構成されるゲート絶縁層、ゲートおよびドレイン電極、半導体活性層によって構成される薄膜トランジスタが提供される。高品質なＳｉＯ２薄膜は、ケイ素化合物を原料とし、その溶液を塗布薄膜化したものを酸素雰囲気下光照射することにより得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層が有機半導体により構成される薄膜トランジスタにおいて、可塑性を有するプラスチック基板上に酸化シリコン薄膜を含む薄膜層により形成される封止層、ゲート電極、酸化シリコン薄膜を含む薄膜層により形成されるゲート絶縁層、ソース及びドレイン電極並びに半導体活性層により構成されることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
上記封止層及び上記ゲート絶縁層を形成する酸化シリコン薄膜は、塗設により形成されることを特徴とする上記請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
上記ゲート絶縁層を形成する酸化シリコン薄膜の表面粗さは、ＲＭＳ値において０．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の封止層及びゲート絶縁層を形成する酸化シリコン薄膜は、シラザン結合（Ｓｉ-Ｎ）又はシロキサン結合（Ｓｉ-Ｏ）のうち、少なくとも一つを分子内に１個以上有するケイ素化合物を原料とし、該原料を溶液化した後、塗布薄膜化し、酸素を含む雰囲気下において光照射を行うことにより、酸化シリコンに転化させることにより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。
【請求項５】
請求項４に記載の塗設用ケイ素化合物原料は、下記一般式（１）又は（２）で表される構成単位から成る材料の中の少なくとも一つから構成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【化１】
2006019157.tif 000004
【化２】
2006019157.tif 000005
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ4、Ｒ5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシルアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基からなる群れより選ばれる置換基を表す。）
【請求項６】
請求項５に記載の塗設用ケイ素化合物原料は、シクロテトラシラザン、オリゴシラザン、ポリシラザン、アルキルシロキサンの中の少なくとも一つから選択されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載の照射する光は、紫外光であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
上記光照射時又は照射後の酸化シリコン薄膜を１５０℃以下の温度により焼成することを特徴とする請求項４記載の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】
本願発明は、成形・加工性に優れた薄膜トランジスタ素子に関するもので、特に活性層に有機半導体材料を用いたフレキシブルトランジスタ素子およびその作製技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックなどの可塑性を有する基板上に薄膜トランジスタを形成することは、電子ペーパーなどのフレキシブル電子デバイスを実現させるためにきわめて重要な技術となっている。特に低温で印刷などの簡便プロセスで作製する製造技術は、製品の著しい低コスト化を呼び起こすものとして、大きな注目を浴びている。こうした目的のためには、印刷などの塗布法で作製することができる有機半導体を活性層に用いる有機薄膜トランジスタに、現在大きな期待が寄せられている。【０００３】
こうした有機薄膜トランジスタにおいても、その性能の信頼性を発現させるためには、ＳｉＯ２薄膜などの無機化合物薄膜を絶縁層に用いることが良いと見込まれている。【０００４】
ＳｉＯ２薄膜は、その高い絶縁性、耐電圧、封止性や、機械的強度、耐摩耗性、耐薬品性、耐熱性、耐擦傷性、光透過性などの点から、様々な機能性フィルムや電子デバイス用薄膜などに応用されている。特に、近年可塑性を有するプラスチックフィルムを用いた様々な機能材が提案されるようになってきているが、この機能付与に際して、ＳｉＯ２薄膜を用いることが種々考案されている。例えば、フィルムの耐傷性の付与、反射防止機能、耐薬品性付与などがあげられる。【０００５】
ＳｉＯ２薄膜を作製させる代表的な方法としては、シリコンを熱酸化して表面をＳｉＯ２薄膜とする方法がある。電子デバイス用の薄膜としては、最も多用されている技術であるが、この場合基板がシリコンに限定されるため、シリコン基板を用いない場合には適応できず、汎用技術とはならないという問題点がある。その他のＳｉＯ２薄膜を形成させる一般的な方法としては、スパッタ法やCVD法に代表される真空工程を利用した方法があげられる。しかし、こうした真空プロセスを利用する方法では、厚膜化すると表面平滑性が必ずしも十分高くは得られず、その表面粗さに基づく絶縁性の低下などが問題とされてきた。また、真空プロセスを用いた場合、生産コストが著しく向上してしまう、大面積適応が必ずしも容易ではないといった問題点を有してきた。【０００６】
これらの問題点を克服するために、溶液塗布法による、ＳｉＯ２薄膜の作製も種々検討されてきている。塗布によりＳｉＯ２薄膜を作製する方法としては、ゾルゲル法がよく知られている。しかし、ゾルゲル法を用いた場合、高品質薄膜を作製するには、４００℃以上の高温で焼成しなければならず、また作製した膜も十分緻密な膜が得られがたく、表面平滑性も十分には確保できないといった問題点が生じていた。【０００７】
こうした中、シラザン化合物などのケイ素化合物を原料として、その加水分解によりＳｉＯ２を作製すると緻密で高品質なＳｉＯ２薄膜を作製することができることが報告されている。ケイ素化合物を原料としてＳｉＯ２薄膜を形成させる方法は、これまでにも種々検討されてきた。しかし、ケイ素化合物薄膜を通常の加水分解反応でＳｉＯ２薄膜に転化させる場合、４００℃以上の高温で焼成する工程が含まれるため、プラスチック基板上に対しては作製することができないという問題点を有している。【０００８】
ケイ素化合物の転化反応を用いる方法は、膜質の高いＳｉＯ２薄膜が得られるため、塗布法によるＳｉＯ２薄膜の形成技術として有望であるとの見通しから、低温での転化反応を可能にし、プラスチック基板にも適応できるようにする技術が種々検討されている。シラザン化合物を原料として用いて、その加水分解によりＳｉＯ２を作製する方法において、加工温度を下げるために、アミン、酸、白金、パラジウム、アルミニウムなどの触媒を原料に添加して用いる方法が報告されている（下記特許文献１、２、3、４、５、６参照）。しかし、このように触媒を添加してしまうと、添加した触媒をＳｉＯ２薄膜を形成させた後除去することが容易ではなく、残存してしまう場合が多い。こうして、薄膜中に残存してしまうと、これらは不純物として働き、高い絶縁性を要する電子素子用薄膜として機能させる場合、その絶縁性が低下してしまうという問題点を有している。【０００９】
原料に触媒等を添加することなく低温で反応させる方法としては、アミン、酸、白金、パラジウム、アルミニウムなどの触媒を含む水溶液に、シラザン化合物薄膜を浸漬して反応を起こさせる方法が報告されている（下記特許文献７参照）。しかし、この場合も含触媒溶液に浸漬して反応を進行させるため、触媒が転化したＳｉＯ２薄膜中に吸着するなどして取り込まれてしまい、結果的には絶縁性などが低下してしまう原因となっていた。【００１０】
また一方で、原料に用いるシラザン化合物に、反応性を向上させるためにアルキル基などを置換させたり、含炭素成分を混入させたりすることが提案されている（下記特許文献８、９参照）。しかし、炭素成分が原料に含まれていると、その炭素成分を除去するのに、高温処理などが必要となり、低温での薄膜作製が困難になるという問題点を有している。また、有機成分を残した状態で電子機能材料として使用した場合、緻密性が低下するために絶縁性や耐電圧が低下するといった問題点を有していた。【００１１】
シラザン化合物を加水分解反応でＳｉＯ２に転化させるためには、適度な湿度を有する環境下で焼成を行うことが必須となっているが、水分がある環境下で薄膜を作製すると、電子素子に適応させる場合には、素子に水分が吸着してしまい、素子の絶縁性を低下させる要因となるという問題点を有していた。こうした吸着水を除去するためには、やはり高温での焼成もしくは真空雰囲気下での加熱処理などが必要になり、結局は高温処理を施すか、もしくは真空環境下での工程を用いなければならず、工程が複雑化、高コスト化するという問題点を有してきた。
【特許文献１】特開平６−２９９１１８号公報
【特許文献２】特開平６−３０６３２９号公報
【特許文献３】特開平７−１９６９８６号公報
【特許文献４】特開平９−３１３３３号公報
【特許文献５】特開平９−１５７５４４号公報
【特許文献６】特開平１１−１０５１８７号公報
【特許文献７】特開平７−２２３８６７号公報
【特許文献８】特開平６−７３３４０号公報
【特許文献９】特開平７−２９２３２１号公報
【特許文献１０】特開昭５９−２０７８１２号公報
【特許文献１１】特開昭６０−１４５９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明は、成形・加工性に優れた薄膜トランジスタ、特に、基板に可塑性を有するプラスチック、活性層に有機半導体を用い、封止層及びゲート絶縁層には塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜を用いた薄膜トランジスタ素子並びにその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者らは、成形・加工性に優れた薄膜トランジスタを塗設により作製し、なおかつ高度な信頼性を有するトランジスタ素子とするためには、絶縁層を信頼性の高い高品質ＳｉＯ２薄膜で形成させる必要があるとの予測のもとに、種々高純度なＳｉＯ２薄膜を低温でかつ塗布法で作製する方法を鋭意検討してきた。その中で、高純度なＳｉＯ２薄膜を低温でかつ塗布法で作製するためには、高い純度を有する原料に、添加物等を加えることなく、転化反応を起こさせることが必要であり、このためには加水分解反応以外の反応を適応すれば可能との予測のもと、様々な転化反応を鋭意検討してきた結果、本願発明を成すにいたった。【００１４】
即ち、本願発明によれば、活性層が有機半導体で構成される電界効果型トランジスタにあって、可塑性を有するプラスチック基板上に、少なくとも一層の塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜を含む薄膜で構成される封止層、ゲート電極、少なくとも一層の塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜を含む薄膜で構成されるゲート絶縁層、ゲートおよびドレイン電極、半導体活性層によって構成されることを特徴とする薄膜トランジスタが提供される。高品質なＳｉＯ２薄膜は、絶縁層としての性能に優れるばかりでなく、ガスバリア性や耐透湿性にも優れることから、封止層としての性能にも大きな特徴を発揮する。【００１５】
また、本願発明によれば、上記薄膜トランジスタにおいて、封止層ならびにゲート絶縁層を構成するＳｉＯ２薄膜が、シクロシラザン、オリゴシラザン、ポリシラザンに代表される一般式（１）で表されるシラザン構造もしくはアルキルシロキサン、アルコキシシラン化合物に代表される一般式（２）で表されるシロキサン構造を含有するケイ素化合物を原料とし、その溶液を塗布薄膜化したものを酸素を含む雰囲気で紫外線照射することでＳｉＯ２に転化させることによって形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ素子の製造方法が提供される。
【化１】
2006019157.tif 000002
【化２】
2006019157.tif 000003
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ4、Ｒ5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシルアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基からなる群れより選ばれる置換基を表す。）【００１６】
シラザン化合物を転化して作製したＳｉＯ２薄膜は、原料薄膜との構造ひずみが小さいことから、反応における薄膜の収縮や膨張が少ないために、転化反応によっても構造欠陥等ができにくく、緻密なＳｉＯ２薄膜が形成されることが知られている。【００１７】
酸素を含む雰囲気に紫外線を照射することによって酸素分子の分解が起こりオゾンもしくは原子状酸素が生成されることは知られている。【００１８】
シラザン構造により構成されるシラザン化合物にオゾンもしくは原子状酸素を反応させると、下記反応式（３）および（４）に基づいて、ＳｉＯ２とアンモニアと酸素が発生する。
２（−ＳｉＨ２―ＮＨ−）＋２Ｏ３→２（−ＳｉＯ２−）＋２ＮＨ３＋Ｏ２    （３）
（−ＳｉＨ２―ＮＨ−）  ＋  ２Ｏ  →  （−ＳｉＯ２−）  ＋  ＮＨ３    （４）
この反応は、反応を起こさせるために特に高温にすることを要しないし、また触媒を用いることなく反応を進行させることが可能なため、室温近傍の温度で、なおかつ添加物等を用いることなくＳｉＯ２を作製することができるものである。また、反応のために供給される物質は酸素で、反応後の排出物質がアンモニアと酸素と、いずれも気体であることから、薄膜中に不純物が残存してしまう可能性がほとんどなく、高純度なＳｉＯ２を作製することができる。反応に水を使用しないために、残留吸着水などに基づく絶縁性劣化をも妨げることができる。また、本願発明の場合、活性オゾンもしくは原子状酸素の反応性が著しく高いため、ＳｉＮ結合がほぼ完全になくなるまで反応を進行させることができ、高純度なＳｉＯ２薄膜を作製することができる。【００１９】
シロキサン構造により構成されるケイ素化合物にオゾンもしくは原子状酸素を反応させると下記反応式（５）および（６）に基づいて、ＳｉＯ２と二酸化炭素と水が発生する。
３（−Ｓｉ（ＣＨ３）２―Ｏ−）  ＋  ８Ｏ３  →  ３（−ＳｉＯ２−）  ＋  ６ＣＯ２＋  ９Ｈ２Ｏ        （５）
（−Ｓｉ（ＣＨ３）２―Ｏ−）  ＋  ８Ｏ  →  （−ＳｉＯ２−）  ＋  ２ＣＯ２＋  ３Ｈ２Ｏ        （６）
この反応は、反応を起こさせるために特に高温にすることを要しないし、また触媒を用いることなく反応を進行させることが可能なため、室温近傍の温度でなおかつ添加物等を用いることなくＳｉＯ２を作製することができるものである。アルキルシロキサンを転化してＳｉＯ２を作製する反応においては反応後の排出物として微量の水が生成されるので１００℃以上の加熱処理を併せて行うことによって高純度なＳｉＯ２薄膜を作製することができる。【００２０】
また、本願発明によれば、上記ケイ素化合物に反応させるオゾン及び原子状酸素が、酸素に紫外線を照射することで得られる方法が提供される。この方法によれば、反応に際しても不純物が混入する可能性を排除した工程が実現できることから、薄膜中に不純物が混入する可能性がほとんどなく、高純度なＳｉＯ２を作製することができる。【００２１】
また、本願発明によれば、ＳｉＯ２薄膜の形成方法において、紫外線照射時、もしくは照射後の酸化シリコン薄膜を１５０℃以下の温度で焼成することを特徴とするＳｉＯ２薄膜の形成方法が提供される。【００２２】
また、本願発明によれば、上記薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層を構成するＳｉＯ２薄膜の表面粗さが、ＲＭＳ値で０．５ｎｍ以下であることを特徴とする薄膜トランジスタが提供される。【００２３】
また、本願発明の典型的な例を示すと、図１に示すような、基板１０上に、封止層２０、ゲート電極３０、ゲート絶縁層４０、ソース又はドレイン５０、半導体層６０を有する薄膜トランジスタにおいて、封止層２０ならびにゲート絶縁層４０が、塗設により形成されるＳｉＯ２薄膜により構成されることを特徴とする電界効果型トランジスタが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本願発明の薄膜トランジスタは、可塑性のあるプラスチック基板上に塗設により作製できるものであることから、製造しやすいとともに、フィルム素子化、大面積素子化、フレキシブル素子化を可能とさせる。また、安定性の高い金属酸化物で、封止ならびに絶縁層を構成していることから、素子の安定性ならびに長寿命化をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本願発明における薄膜トランジスタの一例の模式的断面図。
【図２】本願発明の実施例１において作製した絶縁膜の赤外吸収スペクトル。
【図３】本願発明の実施例２において作製した絶縁膜のＸＰＳパターン。      （Ａ）ＳｉＯ２へ転化反応後の薄膜ＸＰＳパターン。構成元素であるＳｉの２ｐ軌道と２ｓ軌道ならびにＯの１ｓ軌道からのピークが現れている。      （Ｂ）転化反応前の薄膜のＸＰＳパターン。構成元素であるＳｉの２ｐ軌道と２ｓ軌道ならびにＮの１ｓ軌道からのピークが現れている。
【図４】本願発明の実施例１０において作製した薄膜トランジスタの出力特性。
【図５】本願発明の参考例１におけるシリコン熱酸化膜のＸＰＳパターン。
【図６】本願発明の参考例１において作製した薄膜トランジスタの出力特性。
【符号の説明】
【００２６】
１０  本願発明の実施例における基板
２０  本願発明の実施例における封止層
３０  本願発明の実施例におけるゲート電極
４０  本願発明の実施例におけるゲート絶縁層
５０  本願発明の実施例におけるドレイン及びソース電極
６０  本願発明の実施例のおける半導体活性層
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本願発明を詳細に説明する。【００２８】
本願発明において用いられる薄膜トランジスタの封止層２０ならびにゲート絶縁層４０は、塗布プロセスで形成されたＳｉＯ２薄膜により形成される。そのＳｉＯ２薄膜はシクロシラザン、オリゴシラザン、ポリシラザンに代表されるシラザン構造もしくはアルキルシロキサン、アルコキシシラン化合物に代表されるシロキサン構造を含むケイ素化合物の塗布薄膜を転化することにより得られるが、ここで出発原料として用いるケイ素化合物は、前記一般式（１）および（２）で示される化合物を用いる。この際、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ4、Ｒ5は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシルアルキル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルカルボニルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基からなる群れより選ばれる置換基で構成される。ケイ素化合物の分子鎖は、鎖状、環状、架橋状などの構造のいずれであっても構わない。また、これらの混合物であることも可能である。ケイ素化合物の分子量は、特に規定されずいかなる分子量のものでも構わない。一般に用いられるのは、分子量が１００から１００，０００であるが、より好適に用いられるのは、分子量が２００から１０、０００である。また、分子量分布は特に規定されずいかなるものを用いても構わない。上記の一般に用いられる分子量の範囲内のものが、いかなる分散で存在していても構わない。【００２９】
本願発明において用いられる薄膜トランジスタの封止層２０ならびにゲート絶縁層４０は、シラザン構造もしくはシロキサン構造を含むケイ素化合物を原料として、それを塗設することにより、素薄膜を形成させ、それを転化することでＳｉＯ２薄膜として形成させるものであるが、このときのケイ素化合物薄膜を塗設する方法は、特に限定されない。一般に用いられる方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレイコート法、インクジェット法、転写法などがあげられるが、これらを発展させた活版印刷、孔版印刷、オフセット印刷、グラビア印刷などの一般印刷法を用いることもできる。また、マイクロコンタクトプリンティング、マイクロモルディングなどのソフトリソグラフィーと呼ばれる印刷法などを適応することもできる。【００３０】
本願発明において用いられるケイ素化合物薄膜は、塗布法により形成されるが、この際使用する溶媒は、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化芳香族炭化水素、エーテル類、アミン類などを用いることができる。一般に好適に用いられるのは、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、エチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、塩化メチル、ピリジンなどがあげられる。この際溶媒は高度に精製したものが望ましく、また十分脱水処理を施しておくことが望ましい。【００３１】
本願発明において用いられるケイ素化合物薄膜の１回に塗布される厚さは、５ｎｍ以上１０μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２μｍ以下である。【００３２】
本願発明において用いられるケイ素化合物薄膜は、塗布製膜後溶媒を除去する工程を経るが、この際、薄膜を加温して溶媒除去する。この時の、加温する温度雰囲気などは、用いる溶媒により適宜異なってくるが、一般に加温温度は１５０℃以下が望ましく、また加温する際のケイ素化合物薄膜を設置する雰囲気は、大気圧雰囲気下で行うのが望ましい。また、このときの加熱溶媒除去に要する時間は特に限定されない。一般には、１分以上１８０分以内であるが、好適には５分から６０分である。【００３３】
本願発明においては、ケイ素化合物薄膜をＳｉＯ２薄膜に転化させる際の雰囲気制御が可能となるものを用いることが望ましい。【００３４】
本願発明においては、ケイ素化合物薄膜をＳｉＯ２薄膜に転化させるのに酸素を含むガスを紫外光照射することによって得られるオゾンおよび原子状酸素を用いる。【００３５】
本願発明においては、ケイ素化合物薄膜をＳｉＯ２薄膜に転化させるのに酸素を含む雰囲気において紫外光を照射するのだが、この際照射する紫外光の波長は特に限定されない。一般的に用いられるのは、１００ｎｍから４５０ｎｍである。こうした波長の光は、重水素ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、水銀ランプなどのほか、エキシマレーザーなどにより得ることができる。【００３６】
本願発明において用いられる薄膜トランジスタの封止層２０ならびにゲート絶縁層４０は、シラザン構造もしくはシロキサン構造を含むケイ素化合物を原料として、それを塗設することにより、素薄膜を形成させ、それを転化することでＳｉＯ２薄膜として形成させるものであるが、このときのケイ素化合物薄膜をＳｉＯ２薄膜に転化させる際のプロセス温度は、一般には０℃以上２００℃以下、好ましくは１０℃以上１５０℃以下である。また、このときの転化反応に要する時間は特に限定されない。一般には、１分以上７２０分以内であるが、好適には５分から１２０分である。【００３７】
本願発明においては、薄膜化したケイ素化合物をＳｉＯ２に転化させ、ＳｉＯ２薄膜を得るが、この際、転化反応は、１回に限らない。ケイ素化合物薄膜の塗布とそのＳｉＯ２への転化反応を複数回繰り返すことで、最終的なＳｉＯ２薄膜を得ても構わない。このときの厚さは、特に限定されない。一般的に用いられうる厚さは５ｎｍ以上５０μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２μｍ以下である。【００３８】
本願発明において用いられる薄膜トランジスタの構造は、その一例として図１に現されるボトムコンタクト構造が挙げられるが、そのソースおよびドレイン電極の配置、半導体層の配置は特に限定されるものではなく、ソースおよびドレイン電極が半導体層の上に形成されるトップコンタクト型の構造を用いても良い。【００３９】
本願発明に用いられるＳｉＯ２ゲート絶縁層４０の厚さは、１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。この際、絶縁層４０は単一層で構成されていても構わないが、複数層積層して構成させても構わない。この際、複数層を構成する薄膜には少なくとも１層のＳｉＯ２薄膜が含まれていれば良く、その他の層は異なる材料の薄膜層でもかまわない。【００４０】
本願発明に用いられるＳｉＯ２ゲート絶縁層４０の表面粗さはＲＭＳ値（二乗平均平方根値）で０．５ｎｍ以下である。これ以上大きくなってしまうと、薄膜トランジスタを作製した際、チャネル領域において構造欠陥を発生させる要因となってしまい、薄膜トランジスタにおける移動度や閾値電圧などの性能を著しく低下させてしまうことになる。絶縁層４０の表面は、その上に形成するソースおよびドレイン電極５０や半導体層６０を形成させやすくするために、自己組織化膜などを用いて表面修飾して使用することも可能である。ここでのＲＭＳ（Ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ）値とは、二乗平均粗さ値で、基準長さｌにおける断面プロファイルｆ（ｘ）の算術平均値ｍに対する偏差の２乗値の平均に対する平方根として得られる。【００４１】
本願発明に用いられるＳｉＯ２封止層２０の厚さは、５ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。この際、封止層２０は単一層で構成されても構わないが、複数層積層して構成させても構わない。この際、複数層を構成する薄膜には少なくとも１層のＳｉＯ２薄膜が含まれていれば良く、その他の層は異なる材料の薄膜層でもかまわない。【００４２】
本願発明に用いられるＳｉＯ２封止層２０は、基板１０の上でかつゲート電極３０ならびゲート絶縁層４０の下に形成されているが、封止効果を高めるために、基板１０の反対面にさらに封止層を形成させても構わない。この際の厚さは、５ｎｍ以上５０００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。またこの場合も、封止層２０は単一層で構成されても構わないが、複数層積層して構成させても構わない。この際、複数層を構成する薄膜には少なくとも１層のＳｉＯ２薄膜が含まれていれば良く、その他の層は異なる材料の薄膜層でもかまわない。【００４３】
本願発明において使用される基板１０は特に限定されず、いかなる物を用いても良い。一般に好適に用いられる物は、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（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィドなどの柔軟性のあるプラスチック基板であるが、ガラス、金属、セラミックス基板などを用いても構わない。この際、素子の安定化、長寿命化や、その上に形成する封止薄膜の加工性の向上を図るため、複数の材料の混合もしくは積層で構成されたり、あるいは表面処理を施しておくことも可能である。【００４４】
本願発明において使用される電極３０および５０の材料は金、銀、銅、白金、パラジウム、アルミニウム、インジウムなどの金属が用いられることが多いが、これに限定されるものではない。その作製法は特に限定されず、いかなる方法を用いても良い。一般に用いられる方法は、真空蒸着やスパッタリング法などの真空製造プロセスであるが、メッキ配線、活版印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷なの溶液から塗布されるあるいは付着される湿式製造プロセスなども適応される。この場合には、銀ペースト、金ペーストなどの金属微粒子ペースト、カーボンペーストなどの他、チオフェン系導電性高分子（ＰＥＤＯＴ）やポリアニリン及びそれらの誘導体などの有機材料も用いることができる。また、素子の安定化、長寿命化、高電荷注入効率化などを図るため、複数の材料の混合もしくは積層で構成されたり、あるいは表面処理を施しておくことも可能である。【００４５】
本願発明における薄膜トランジスタは、半導体層６０に有機半導体材料が用いられる。その組成は、特に限定されず、単一物質で構成されても構わないし、また複数の物質の混合によって構成されても構わない。さらに、数種の物質の層状構造によって構成されることもできる。これまでに優れた特性を示す有機半導体材料としては、以下のようなものが知られている。
アントラセン、テトラセン、ペンタセンまたはその末端が置換されたこれらの誘導体。α−セクシチオフェン、ペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）およびその末端が置換された誘導体。ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ）およびその末端が置換された誘導体。銅フタロシアニン及びその末端がフッ素などで置換された誘導体。銅フタロシアニンの銅が、ニッケル、酸化チタン、フッ素化アルミニウム等で置換された誘導体及びそれぞれの末端がフッ素などで置換された誘導体。フラーレン、ルブレン、コロネン、アントラジチオフェンおよびそれらの末端が置換された誘導体。ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリアリルアミンおよびこれらの末端もしくは側鎖が置換された誘導体のポリマー。【００４６】
本願発明に用いられる半導体層６０の作製法は、特に限定されず、いかなる方法を用いても良い。一般に、真空蒸着などの気相成長法が用いられることが多いが、簡便で低コストでの作成という点からは、溶液から塗設する方法を用いるのが望ましい。一般に用いられる方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレイコート法、インクジェット法、転写法などがあげられるが、これらを発展させた活版印刷、孔版印刷、オフセット印刷、グラビア印刷などの一般印刷法を用いることもできる。また、マイクロコンタクトプリンティング、マイクロモルディングなどのソフトリソグラフィーと呼ばれる印刷法などを適応することもできる。
【実施例１】
【００４７】
以下に、本願発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本願発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００４８】
オクタメチルシクロテトラシラザンを、濃度約２７．４ｗｔ％となるようにジブチルエーテルに溶解し、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、２インチのシリコンウェハーを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を３０分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。その後、フッ酸原液を超純水で１００倍に希釈した水溶液を入れたテフロン（登録商標）（登録商標）容器に基板を入れ３０秒間振とうさせた。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたテフロン（登録商標）製シリンジを用いて原料液を約１．０ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに７００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素と窒素が８：２の比率の混合ガスを導入した。導入した混合ガスの圧力は０．２５ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（キセノンエキシマランプ）を照射した。照射時間は１２０分とした。反応容器内の温度は室温（２６℃）である。反応後、得られた薄膜の赤外吸収スペクトルを図２に示す。３０００ｃｍ-１付近に見られる原料のＣ-Ｈ結合に由来する吸収帯は消失し、薄膜がＳｉＯ２に転化したことを示すＳｉ-Ｏ結合に由来する吸収帯が１０８０ｃｍ-１および４６０ｃｍ-１に出現した。これらにより、原料のオクタメチルシクロテトラシラザンが、完全にＳｉＯ２に転化したことを確認した。
【実施例２】
【００４９】
ポリ（ペルヒドロシラザン）を、濃度約２０ｗｔ％となるようにジブチルエーテルに溶解し、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、２インチのシリコンウェハーを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたガラスシリンジを用いて原料液を約１ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を１００℃に加熱したホットプレート上に静置し５分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約１５０℃）で１時間加熱処理を行った。このようにして作製した、薄膜のＸＰＳパターンを図３（Ａ）に示す。参照データーとして、ポリ（ペルヒドロシラザン）薄膜のＸＰＳパターンを図３（Ｂ）に示す。原料の薄膜に現れていた、Ｎの１ｓ軌道からのピークが、転化後の薄膜においては完全に消滅していることから、原料のポリ（ペルヒドロシラザン）薄膜は、完全に高純度ＳｉＯ２薄膜に転化されていることがわかる。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、約１８０ｎｍであった。この薄膜の耐電圧は約５ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１３Ωｃｍ、比誘電率は約４．０、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．１５ｎｍであった。
【実施例３】
【００５０】
ハネウェル社製メチルシロキサン（商品名３１２Ｂ）を、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、２インチのシリコンウェハーを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を３０分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。その後、フッ酸原液を超純水で１００倍に希釈した水溶液を入れたテフロン（登録商標）容器に基板を入れ３０秒間振とうさせた。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたテフロン（登録商標）製シリンジを用いて原料液を約１．０ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに５０００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、メチルシロキサンの均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素と窒素が８：２の比率の混合ガスを導入した。導入した混合ガスの圧力は０．２５ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（キセノンエキシマランプ）を照射した。照射時間は６０分とした。反応容器内の温度は室温（２６℃）である。反応後、得られた薄膜の赤外吸収スペクトルより、３０００ｃｍ-１付近に見られる原料のＣ-Ｈ結合に由来する吸収帯は消失し、薄膜がＳｉＯ２に転化したことを示すＳｉ-Ｏ結合に由来する吸収帯が１０８０ｃｍ-１および４６０ｃｍ-１に出現した。これらにより、原料のメチルシロキサンが、館損にＳｉＯ２に転化したことを確認した。
【実施例４】
【００５１】
市販のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを基板として用いた。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約５０℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜（封止層）の厚さは、約２５０ｎｍであった。その上にパターン化された下部電極として金を厚さ５０ｎｍに真空蒸着した。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約５０℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、約２５０ｎｍであった。この薄膜の耐電圧は約５ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１３Ωｃｍ、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．３２ｎｍであった。
【実施例５】
【００５２】
ポリ（ペルヒドロシラザン）を、濃度約２０ｗｔ％となるようにジブチルエーテルに溶解し、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、透明ガラス基板上にスパッタ法によりクロム金属をコートしたものを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を３０分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。その後、フッ酸原液を超純水で１０倍に希釈した水溶液を入れたテフロン（登録商標）容器に基板を入れ３０秒間振とうさせた。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたガラスシリンジを用いて原料液を約０．５ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２０００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約３００分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、１時間加熱処理を行った。得られたＳｉＯ２薄膜の厚さは、約２００ｎｍであった。この薄膜の抵抗率は１０１2Ωｃｍ、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．１９ｎｍであった。
【実施例６】
【００５３】
ポリ（ペルヒドロシラザン）を、濃度約６．７ｗｔ％となるようにジブチルエーテルに溶解し、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、２インチのシリコンウェハーを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を３０分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。その後、フッ酸原液を超純水で１００倍に希釈した水溶液を入れたテフロン（登録商標）容器に基板を入れ３０秒間振とうさせた。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたテフロン（登録商標）製シリンジを用いて原料液を約１．０ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに５０００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器に導入した後、酸窒素ガスを毎分３．０リットルの流量で流した。導入したガスの圧力は０．２５ＭＰａであった。酸素ガスを流した状態で紫外線ランプ（キセノンエキシマランプ）を照射した。照射時間は１４０分とした。反応容器内の温度は室温（２６℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、約５５ｎｍであった。この薄膜の耐電圧は約８ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１３Ωｃｍであった。
【実施例７】
【００５４】
ポリ（ペルヒドロシラザン）を、濃度約２０ｗｔ％となるようにジブチルエーテルに溶解し、塗布薄膜作製の原料溶液とした。ＳｉＯ２薄膜を作製する基板には、２インチのシリコンウェハーを用いた。基板の洗浄は、以下の方法で行った。基板を、フルウチ化学製液晶基板洗浄液セミコクリーン５６の原液を入れたステンレス容器に入れ、超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水を入れたステンレス容器に入れて超音波洗浄を１５分間行った。その後、超純水で流水洗浄し、エアーガンで水の除去を行った。このようにして洗浄した基板を、スピンコーターに設置しＰＴＦＥ製ディスポフィルター（孔径０．２ミクロン）を取り付けたガラスシリンジを用いて原料液を約１．０ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の第１層目の均一膜を得た。回転終了後、基板を９０℃に加熱したホットプレート上に静置し５分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。次に、作製した薄膜のついた基板を、再びスピンコーターに設置しガラスシリンジを用いて原料液を約１．０ｃｃ基板上に展開させ、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の第２層を形成させた。回転終了後、基板を９０℃に加熱したホットプレート上に静置し３分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入し、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射して、転化反応を行った。反応時間は約６０分、反応容器内の温度は２４℃である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約１００℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、トータルで約４５０ｎｍであった。この薄膜の耐電圧は約４ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１２Ωｃｍ、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．２２ｎｍであった。
【実施例８】
【００５５】
市販のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを基板として用いた。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約５０℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜（封止層）の厚さは、約２５０ｎｍであった。その上にパターン化された下部電極として金を厚さ５０ｎｍに真空蒸着した。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のクロロホルム溶液（濃度約０．２７ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ展開させた。その後、直ちに２０００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ＰＭＭＡの均一膜（厚さ約１０ｎｍ）を得た。さらに、作製した薄膜のついた基板上に、ポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）をガラスシリンジを用いて約１．０ｃｃ展開させ、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の第２層を形成させた。回転終了後、基板を９０℃に加熱したホットプレート上に静置し３分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入し、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射して、転化反応を行った。反応時間は約６０分、反応容器内の温度は２４℃である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約１００℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、トータルで約２００ｎｍで、下部電極上に作製した複層膜はトータルとしては２１０ｎｍとなった。この薄膜の耐電圧は約４ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１２Ωｃｍ、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．２５ｎｍであった。
【実施例９】
【００５６】
市販のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを基板として用いた。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ基板上に展開させた。その後、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の均一膜を得た。回転終了後、基板を５０℃に加熱したホットプレート上に静置し１０分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入した。このときの導入した酸素ガスの圧力は０．０１−０．０３ＭＰａであった。その後、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射した。照射時間は約６０分とした。反応容器内の温度は室温（２４℃）である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約５０℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜（封止層）の厚さは、約２５０ｎｍであった。その上にパターン化された下部電極として金を厚さ５０ｎｍに真空蒸着した。この基板をスピンコーター上に設置し、上からポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のエタノール溶液（濃度約０．５１ｗｔ％）を、ガラスシリンジを用いて約１ｃｃ展開させた。その後、直ちに６０００ｒｐｍの速度で１０秒間回転させ、その後６０℃で３時間加熱焼成をする事で、ＰＶＡの均一膜（厚さ約１０ｎｍ）を得た。さらに、作製した薄膜のついた基板上に、ポリ（ペルヒドロシラザン）のジブチルエーテル溶液（濃度約２０ｗｔ％）をガラスシリンジを用いて約１．０ｃｃ展開させ、直ちに２５００ｒｐｍの速度で６０秒間回転させる事で、ポリ（ペルヒドロシラザン）の第２層を形成させた。回転終了後、基板を９０℃に加熱したホットプレート上に静置し３分間加熱した後、直ちに反応容器に導入した。反応容器には酸素ガスを導入し、紫外線ランプ（水銀ランプ）を照射して、転化反応を行った。反応時間は約６０分、反応容器内の温度は２４℃である。反応後、薄膜が作製された基板を、そのまま常圧オーブンに導入し、一定温度（約１００℃）で１時間加熱処理を行った。得られた、ＳｉＯ２薄膜の厚さは、トータルで約２００ｎｍで、下部電極上に作製した複層膜はトータルとしては２１０ｎｍとなった。この薄膜の耐電圧は約４ＭＶ/ｃｍ２、抵抗率は１０１０Ωｃｍ、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．２８ｎｍであった。
【実施例１０】
【００５７】
実施例２にて作製したＳｉＯ２薄膜付基板を、グローブボックス中（Ｈ２Ｏ濃度１０ｐｐｍ以下）にて、ヘキサメチルジシラザンのクロロフォルム溶液（０．２５ｖｏｌ％）の入った溶液の中に入れ密封した。このときは溶液には浸さないようにした。この密閉容器を５０℃に１５分間加熱し、ＳｉＯ２薄膜をヘキサメチルジシラザン溶液の蒸気にさらすことで、ＳｉＯ２薄膜上をシラザン処理を施した。シラザン処理を施した基板は、クロロフォルムで洗浄した。次に、この上から半導体活性層としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、市販品を購入し、それを昇華精製を５回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約３０℃に調整し、真空度を２×１０−６Ｔｏｒｒにまで減圧した。その後毎分２ｎｍの速度で５０ｎｍの厚さに真空蒸着を行った。その後、図１に示すように、ソースおよびドレイン電極６０として、金を幅１００μｍ、厚さ０．０５μｍのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、２０μｍである。このようにして作製した素子において、ゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。このようにして測定した、薄膜トランジスタの出力特性を図４に示す。ここから得られた電界効果移動度は、０．３６ｃｍ２/Ｖｓであった。
【実施例１１】
【００５８】
実施例２にて作製したＳｉＯ２薄膜付基板を、グローブボックス中（Ｈ２Ｏ濃度１０ｐｐｍ以下）にて、ヘキサメチルジシラザンのクロロフォルム溶液（０．２５ｖｏｌ％）の入った溶液の中に入れ密封した。このときは溶液には浸さないようにした。この密閉容器を５０℃に１５分間加熱し、ＳｉＯ２薄膜をヘキサメチルジシラザン溶液の蒸気にさらすことで、ＳｉＯ２薄膜上をシラザン処理を施した。シラザン処理を施した基板は、クロロフォルムで洗浄した。次に、この上からソースおよびドレイン電極６０として、金を幅１００μｍ、厚さ０．０５μｍのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、２０μｍである。次に、半導体活性層としてポリ(３−ヘキシルチオフェン)の薄膜をキャスト法で作製した。ポリ(３−ヘキシルチオフェン)は、市販品を購入し、それを液体クロマトグラフで抽出精製をしたものを用いた。このポリ(３−ヘキシルチオフェン)を脱水トルエンに溶解し、試料原液とした。このときの濃度は、約０．１ｗｔ％である。このポリ(３−ヘキシルチオフェン)溶液を、ソースとドレイン間に約０．１ｍｌ滴下し活性層薄膜とした。このようにして作製した薄膜トランジスタは、ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタとして動作する。その後、このようにして作製した素子を、真空プローバー中にて約１×１０−２Ｐａの真空で約１時間脱気した後、トランジスタの出力特性の測定を行った。このようにして作製した薄膜トランジスタの電界効果移動度は、約１×１０−３ｃｍ２/Ｖｓであった。
【参考例１】
【００５９】
対比実験として、ケイ素化合物転化ＳｉＯ２絶縁膜の代わりに、シリコンウェハー上にシリコンの熱酸化膜を絶縁膜とした場合の性能について、上記実施例と同様の検討を行った。図５に、シリコン熱酸化膜の、ＸＰＳパターンを示す。図２（Ａ）に示すポリシラザン転化ＳｉＯ２薄膜と、ほとんど同じパターンとなっており、ポリシラザン転化ＳｉＯ２薄膜がシリコン熱酸化膜とほぼ同等品質のＳｉＯ２薄膜となっていることを表している。このＳｉＯ２薄膜の厚さは、約３００ｎｍ、耐電圧は約８ＭＶ/ｃｍ、抵抗率は１０１５Ωｃｍ、比誘電率は約３．９、表面粗さは、ＲＭＳ値で約０．１４ｎｍであった。
【００６０】
上記で作製したシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ２薄膜）を、グローブボックス中（Ｈ２Ｏ濃度  １０ｐｐｍ以下）にて、ヘキサメチルジシラザンのクロロフォルム溶液（０．２５ｖｏｌ％）の入った溶液の中に入れ密封した。このときは溶液には浸さないようにした。この密閉容器を５０℃に１５分間加熱し、ＳｉＯ２薄膜をヘキサメチルジシラザン溶液の蒸気にさらすことで、ＳｉＯ２薄膜上をシラザン処理を施した。シラザン処理を施した基板は、クロロフォルムで洗浄した。次に、この上から半導体活性層としてペンタセンの薄膜を真空蒸着法で作製した。ペンタセンは、市販品を購入し、それを昇華精製を５回繰り返して精製したものを用いた。真空蒸着条件は、基板を蒸着用ボートの上方に固定し、基板温度を約３０℃に調整し、真空度を２×１０−６Ｔｏｒｒにまで減圧した。その後毎分２ｎｍの速度で３０ｎｍの厚さに真空蒸着を行った。その後、図１に示すように、ソースおよびドレイン電極６０として、金を幅１００μｍ、厚さ０．０５μｍのサイズとなるようニッケル製のマスクを利用して真空蒸着した。この時のソース−ドレイン間の間隔は、２０μｍである。このようにして作製した素子において、ゲート電極からゲートバイアスを印加した時に、ソースとドレイン間に流れる電流を測定した。このようにして測定した、薄膜トランジスタの出力特性を図６に示す。ここから得られた電界効果移動度は、０．３０ｃｍ２/Ｖｓであった。したがって、ペンタセン薄膜トランジスタの性能は、ポリシラザン転化ＳｉＯ２薄膜とシリコン熱酸化膜とでほぼ同等であることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本願発明の薄膜トランジスタは、可塑性のあるプラスチック基板上に塗設により作製できるものであることから、製造しやすいとともに、フィルム素子化、大面積素子化、フレキシブル素子化を可能とさせる。このため、耐衝撃性に優れた携帯電子機器の部品となる電子回路を低コストで大量に生産できるようにする。また、安定性の高い金属酸化物で、封止ならびに絶縁層を構成していることから、素子の安定性ならびに長寿命化をもたらす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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