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公開番号2025127437
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024221267
出願日2024-12-18
発明の名称半導体素子、その製造方法、それを用いた回路、無線通信装置、薄膜トランジスタアレイおよびセンサ
出願人東レ株式会社
代理人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250825BHJP()
要約【課題】良好な連続動作安定性に加え、高い加工安定性および耐薬性の絶縁層を備えた半導体素子を提供すること。
【解決手段】少なくとも、基板と、第1電極と、第2電極と、前記第1電極および第2電極の両方に接する半導体層と、前記半導体層に接する絶縁層と、前記半導体層に対して前記絶縁層とは反対側で前記絶縁層と接する第3電極と、を備えた半導体素子であって、
前記絶縁層が、下記(a)および(b)を含有することを特徴とする、半導体素子。
(a)チタン化合物粒子
(b)下記(b1)、(b2)および(b3)の構造を有するポリマー
(b1)アルケニル基、アクリル基またはメタクリル基の付加反応構造
(b2)1,2-ジヒドロキシエチル基、1,2-ジヒドロキシエチレン基、1,3-ジヒドロキシプロピル基、1,3-ジヒドロキシプロピレン基
(b3)カルボキシル基、スルホ基、チオール基、フェノール性水酸基またはそれらの誘導体を少なくとも二つ含む有機基。ただし、前記誘導体が、前記カルボキシル基、スルホ基、チオール基およびフェノール性水酸基のうちの二つによる環状縮合構造である場合は、(b3)は当該環状縮合構造を少なくとも一つ有する有機基である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および第２電極の両方に接する半導体層と、前記半導体層に接する絶縁層と、前記半導体層に対して前記絶縁層とは反対側で前記絶縁層と接する第３電極と、を備えた半導体素子であって、
前記絶縁層が、下記（ａ）および（ｂ）；
（ａ）チタン化合物粒子
（ｂ）下記（ｂ１）、（ｂ２）および（ｂ３）の構造を有するポリマー
（ｂ１）アルケニル基、アクリル基またはメタクリル基の付加反応構造
（ｂ２）１，２－ジヒドロキシエチル基、１，２－ジヒドロキシエチレン基、１，３－ジヒドロキシプロピル基または１，３－ジヒドロキシプロピレン基
（ｂ３）カルボキシル基、スルホ基、チオール基、フェノール性水酸基またはそれらの誘導体を少なくとも二つ含む有機基；ただし、前記誘導体が、前記カルボキシル基、スルホ基、チオール基およびフェノール性水酸基のうちの二つによる環状縮合構造である場合は、（ｂ３）は当該環状縮合構造を少なくとも一つ有する有機基である
を含有することを特徴とする、半導体素子。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記（ｂ）ポリマーが、ポリシロキサンである、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記ポリシロキサンが、少なくとも、一般式（１）、一般式（２）および一般式（３）で表される構造単位を有する、請求項２に記載の半導体素子。
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31
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（一般式（１）、一般式（２）および一般式（３）において、Ａ
１
は、アルケニル基、アクリル基またはメタクリル基の付加反応構造を含む有機基を表す。Ａ
２
は、１，２－ジヒドロキシエチル基、１，２－ジヒドロキシエチレン基、１，３－ジヒドロキシプロピル基および１，３－ジヒドロキシプロピレン基からなる群より選ばれる少なくとも一つの構造を有する有機基を表す。Ａ
３
は、カルボキシル基、スルホ基、チオール基、フェノール性水酸基またはそれらの誘導体を少なくとも二つ含む有機基を表す。ただし、前記誘導体が、前記カルボキシル基、スルホ基、チオール基およびフェノール性水酸基のうちの二つによる環状縮合構造である場合は、Ａ
３
は当該環状縮合構造を少なくとも一つ有する有機基を表す。Ｒ
１
、Ｒ
３
およびＲ
５
は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基またはアルケニル基を表す。Ｒ
２
、Ｒ
４
およびＲ
６
は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基またはシリル基を表す。ｍ、ｎおよびｏは、それぞれ独立に、０または１を表す。）
【請求項４】
前記（ａ）チタン化合物粒子が、無機チタン化合物粒子である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記無機チタン化合物粒子が、チタン酸化合物粒子である、請求項４に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記（ａ）チタン化合物粒子の含有量が、前記（ａ）チタン化合物粒子と前記（ｂ）ポリマーの合計を１００重量％とするとき６０重量％以上である、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項７】
前記半導体層が、ナノカーボンを含む、請求項１に記載の半導体素子。
【請求項８】
前記ナノカーボンが、カーボンナノチューブである、請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
以下の（工程１）～（工程３）を含む、請求項１～８のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
（工程１）基板上に導電性パターンを形成する工程
（工程２）少なくとも、チタン化合物粒子、ならびに（ｂ）ポリマーまたはその前駆体を含む溶液を、前記導電性パターンが形成された基板上に塗布および乾燥し、コーティング膜を得た後、該コーティング膜を硬化して、絶縁層を形成する工程
（工程３）前記絶縁層上に導電性パターンを形成する工程。
【請求項１０】
以下の（工程１’）～（工程３’）を含む、請求項１～８のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
（工程１’）基板上に導電性パターンを形成する工程
（工程２’）少なくとも、チタン化合物粒子、ならびに（ｂ）ポリマーまたはその前駆体を含む溶液を、前記導電性パターンが形成された基板上に塗布および乾燥し、コーティング膜を得た後、該コーティング膜にフォトマスクを介して活性化学線を照射し、現像して、前記導電性パターン上または基板上に開口部を有するパターンを形成して、開口部を有する絶縁層を形成する工程
（工程３’）前記絶縁層上に導電性パターンを形成する工程。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、その製造方法、それを用いた回路、無線通信装置、薄膜トランジスタアレイおよびセンサに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、低コスト、大面積、フレキシブル、ベンダブルな電子デバイスの実現を目指して、インクジェット技術やスクリーン印刷などの塗布技術が適用できる、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）やグラフェン、有機半導体、酸化物半導体等の半導体材料を用いた電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）が盛んに検討されている。電子デバイスとしては、例えば、ディスプレイ、ＲＦＩＤ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術を用いた無線通信装置、センサなどが挙げられ、それらのＩＣチップ内の論理回路やセンサ部などにＦＥＴが使用される。
【０００３】
そのＦＥＴの構成部材の１つである絶縁層は、ゲート絶縁層として機能する場合、オン電流、オフ電流、しきい値電圧やサブスレッショルドスイングなどのトランジスタ特性に関係する重要な部材として知られる。また、ＦＥＴを組み合わせて回路として用いる場合、ＦＥＴを連続動作させた際の動作安定性が重要な項目として挙げられる。ＦＥＴを連続動作させた際の動作が不安定な場合、誤った信号処理がされてしまい、回路として正しく機能しなくなる。ＦＥＴの動作安定性は絶縁層内部や絶縁層／半導体層界面のキャリアトラップなどに大きく影響されるため、絶縁層は重要な役割を担う。
【０００４】
一方、上述のようにＦＥＴを組み合わせて回路を形成する場合、絶縁層の上部と下部に存在する電極を導通させるために、絶縁層にコンタクトホールを設ける必要がある。このようなホールパターンを設ける方法として、フォトリソグラフィーによりパターン形成可能な感光性樹脂組成物を絶縁層として用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。またＦＥＴを形成する工程において、絶縁層上に半導体層や電極を塗布形成する場合、絶縁層は半導体層や電極に用いられる溶媒や、半導体層や電極を加工する際に使用される薬液などへの耐性が必要であり、絶縁層には高い耐薬性が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１９／０６５５６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、無機粒子が結合したポリマーを含有した樹脂組成物を絶縁層として用いることで、半導体素子のトランジスタ特性を良化し、さらにパターン加工された絶縁層を形成できることが開示されている。しかしながら、半導体素子を連続動作させた際の動作安定性に関する開示は無かった。また、絶縁層にホールパターンを形成する工程における下部電極上での絶縁層の剥がれといった絶縁層の加工安定性や、半導体層や電極の形成工程に対する絶縁層の耐薬性について、さらなる改善の余地があった。
【０００７】
そこで本発明は、良好な連続動作安定性に加え、高い加工安定性および耐薬性の絶縁層を備えた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】
【０００８】
すなわち本発明は、以下の構成をとる。
［１］少なくとも、基板と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および第２電極の両方に接する半導体層と、前記半導体層に接する絶縁層と、前記半導体層に対して前記絶縁層とは反対側で前記絶縁層と接する第３電極と、を備えた半導体素子であって、
前記絶縁層が、下記（ａ）および（ｂ）；
（ａ）チタン化合物粒子
（ｂ）下記（ｂ１）、（ｂ２）および（ｂ３）の構造を有するポリマー
（ｂ１）アルケニル基、アクリル基またはメタクリル基の付加反応構造
（ｂ２）１，２－ジヒドロキシエチル基、１，２－ジヒドロキシエチレン基、１，３－ジヒドロキシプロピル基または１，３－ジヒドロキシプロピレン基
（ｂ３）カルボキシル基、スルホ基、チオール基、フェノール性水酸基またはそれらの誘導体を少なくとも二つ含む有機基；ただし、前記誘導体が、前記カルボキシル基、スルホ基、チオール基およびフェノール性水酸基のうちの二つによる環状縮合構造である場合は、（ｂ３）は当該環状縮合構造を少なくとも一つ有する有機基である
を含有することを特徴とする、半導体素子。
［２］前記（ｂ）ポリマーが、ポリシロキサンである、［１］に記載の半導体素子。
［３］前記ポリシロキサンが、少なくとも、一般式（１）、一般式（２）および一般式（３）で表される構造単位を有する、［２］に記載の半導体素子。
【０００９】
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【００１０】
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（【００１１】以降は省略されています）

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