JP2007294723A

JP2007294723A - 有機薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP2007294723A
Application number: JP2006121823A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Okada; 真和岡田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2006-04-26
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】簡単な工程で高性能な薄膜トランジスタを製造する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】有機半導体層と、有機半導体層内のチャネル領域に対向するように形成されたゲート電極と、チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法において、有機半導体層は、ソース電極及びドレイン電極を覆うように有機半導体からなる層を設ける工程と、チャネル領域に相当する有機半導体からなる層上に保護層を設ける工程と、有機半導体からなる層に、活性エネルギー線を照射することにより有機半導体を除去する工程、を経て形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。

情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また、さらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。

一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。

ここでＴＦＴは、通常、ガラス支持体上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を支持体上に順次形成していくことで製造される。このＴＦＴを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフィ法工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。

近年、従来のＴＦＴのデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴの研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。この有機ＴＦＴは低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂支持体を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている（非特許文献２参照）。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。

このような、ディスプレイに用いるＴＦＴは、画面輝度の均一性を確保するためＯｎ電流とＯｆｆ電流の比が十分に高くなければならない。そのためには、各ＴＦＴの有機半導体層は、他のＴＦＴの有機半導体層と分離し、アイランド化（孤立化）する必要がある。

従来のシリコン半導体を用いたＴＦＴの場合は、フォトグラフィー法により半導体層のアイランド化（孤立化）を達成していたが、フォトグラフィー法は工程数が多く、また多くの薬液を使用することから有機半導体材料を用いる場合には適用が困難だった。

このような課題を改善する方法として、有機半導体層に直接紫外線光や、レーザー光等のエネルギー線を照射することにより有機半導体を除去し、有機半導体層をアイランド化（孤立化）する有機ＴＦＴの製造方法が開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平１０−１９０００１号公報ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー）ＳＩＤ‘０２Ｄｉｇｅｓｔｐ５７特開２００４−１７９４７８号公報特表２００５−１７５１５７号公報

しかしながら、特許文献２、特許文献３に開示されている方法では、有機半導体層がむき出しの状態で有機半導体を除去する工程に晒されることから、除去された有機半導体材料が残った有機半導体層に再付着し、有機ＴＦＴの特性が劣化するという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な工程で高性能な有機ＴＦＴを製造する有機ＴＦＴの製造方法を提供することを課題とする。

１．
有機半導体層と、該有機半導体層を保護する保護層と、前記有機半導体層内のチャネル領域に対向する位置に設けられたゲート電極と、前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記保護層は以下の工程において使用される活性エネルギー線に対し不活性な化合物からなり、かつ前記有機半導体層は以下の工程を経て形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。

ｉ）前記チャネル領域を含み且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆うように有機半導体からなる層を設ける工程、
ii）前記チャネル領域に相当する前記有機半導体からなる層上に前記保護層を設ける工程、
iii）活性エネルギー線を照射することにより前記保護層が設けられていない部分の有機半導体からなる層を除去する工程。

２．
前記活性エネルギー線はプラズマであることを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

３．
前記プラズマの照射は大気圧近傍の雰囲気下で行われることを特徴とする２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

４．
有機半導体層と、該有機半導体層を保護する保護層と、前記有機半導体層内のチャネル領域に対向する位置に設けられたゲート電極と、前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記有機半導体層は以下の工程を経て形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。

ｉ）前記チャネル領域を含み且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆うように有機半導体からなる層を設ける工程と、
ii）前記有機半導体からなる層上に保護層を設ける工程、
iii）前記保護層にレジスト層を設ける工程、
iv）前記チャネル領域に相当する前記有機半導体からなる層上のレジスト層をマスクするフォトマスクを用いて、前記レジスト層に活性エネルギー線を照射する工程、
ｖ）前記活性エネルギー線が照射されたレジスト層と前記保護層と前記有機半導体を溶解ないし膨潤させる液体を適用し、前記チャネル領域に相当する部分以外のレジスト層と保護層と有機半導体からなる層を除去する工程。

５．
前記活性エネルギー線は紫外線であることを特徴とする４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

本発明によれば、簡単な工程で、高性能な薄膜トランジスタを製造する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。

以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の有機薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す。）は、支持体１上に有機半導体層２に接したソース電極３とドレイン電極４を有し、その上にゲート絶縁層５を介してゲート電極６を有するトップゲート型と、支持体１上にまずゲート電極７を有し、ゲート絶縁層８を介して有機半導体層２と接するソース電極３とドレイン電極４を有するボトムゲート型に大別される。トップゲート型とボトムゲート型の具体的な素子の層構成の１例を図１、図２に示す。

図１は本発明に係わるトップゲート型有機薄膜トランジスタ（以下トップゲート型ＴＦＴと記す。）の層構成の一例を説明する説明図である。

支持体１上に有機半導体層２と有機半導体層２に接合するソース電極３及びドレイン電極４が形成されている。ソース電極３とドレイン電極４に接合するように有機半導体層２が形成されている部分がチャネル領域である。有機半導体層２は保護層の機能を兼ねる保護層５で覆われている。ゲート絶縁層５上には、遮光層の機能を兼ねるゲート電極７が設けられている。

図２は本発明に係わるボトムゲート型有機薄膜トランジスタ（以下ボトムゲート型ＴＦＴと記す。）の層構成の第１の実施形態を説明する説明図である。

支持体１上にゲート電極７が設けられ、上層のゲート絶縁層８上にはソース電極３とドレイン電極４が形成されている。ソース電極３とドレイン電極４に接合するように有機半導体層２が形成され（チャネル領域）、有機半導体層２は保護層５で覆われている。保護層５上には、遮光層６が設けられている。

図３は、本発明に係わる有機薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）の製造工程の第１の実施形態を説明する工程フロー図である。

本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程Ｓ１〜Ｓ５を説明する。
Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
Ｓ２・・・・・保護層５を形成する工程
Ｓ３・・・・・保護層５を乾燥させる工程
Ｓ４・・・・・有機半導体を除去する工程
Ｓ５・・・・・焼成工程
以下、各工程について図４を用いて順に説明する。

図４は本発明に係わるボトムゲート型ＴＦＴの製造方法の一例を説明する説明図である。

図４（ａ）〜図４（ｄ）は、支持体１上に形成されたＴＦＴのチャネル領域の断面図である。

導電性薄膜が形成された支持体１上に感光性レジストを塗布後、ゲート電極７のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して、ゲート電極パターンのレジスト層を形成する。本発明において、支持体１は特に材料を限定されない。例えばガラスやフレキシブルな樹脂製シートを用いることができる。導電性薄膜は、例えば、蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ法等の方法を用いて、支持体１上に導電性薄膜としてＡｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｇなどの低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持支持体１への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明電極を用いることもできる。

次に、支持体１をエッチングを行った後、ゲート電極７上のレジスト層を除去し、ゲート絶縁層８をＣＶＤ法等の方法を用いて形成する。次に、インクジェット法などによりソース電極３とドレイン電極４を形成し、図４（ａ）のような状態にする。なお、ここまでの工程は、図５には図示していない。また、ここまで説明した工程は一例であり、本発明はこれらの工程に限定されるものではない。

Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
次に、図４（ｂ）に示すよう支持体１上に既知の塗布方法、例えば真空蒸着法に代表される物理的真空成膜法や、インクジェット法やスクリーン印刷方に代表される塗布により、有機半導体からなる層２Ａを形成する。本発明では、後で行うＳ４：有機半導体を除去する工程において有機半導体層２以外の有機半導体を除去するので、本工程では本来の目的であるソース電極３及びドレイン電極４の間のチャネル領域以外を含めて有機半導体からなる層２Ａを形成しても良い。例えば、図４（ｂ）に示すように全面に有機半導体からなる層２Ａを形成しても良いし、ある程度パターンニングして有機半導体からなる層２Ａを形成しても良い。

有機半導体材料はその材料については問わない。有機高分子材料はもちろんのこと、最近、低分子材料であるペンタセンも、加熱した溶媒に溶かし塗布されているが、それらについても同様であり、有機半導体材料は低分子材料でも高分子材料でも構わない。

塗布できる材料の代表例としては、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）などのポリチオフェン類、チオフェンの６量体を基本に側鎖を有するオリゴチオフェンなどの芳香族オリゴマー類、ペンタセンに置換基を持たせ溶解性を高めたペンタセン類、フルオレンとバイチオフェンとの共重合体（Ｆ８Ｔ２）、ポリチエニレンビニレンまたはフタロシアニンなどのいかなる可溶性の半導体でも使用できる。特にペンタセン類には６、１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、６、１３−ビストリエチルシリルエチニルペンタセンを含むシリルエチニルペンタセンがある。これは特許文献として、米国特許６，６９０，０２９号明細書、非特許文献として、Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．誌２００５年１２７号４９８６頁−４９８７頁に開示されている半導体材料であり、ペンタセンに２つの置換基を設け、分子間の相互作用を制御し、高移動度を実現している材料である。

例えば、有機半導体からなる層２Ａを形成する前処理として、ＯＴＳ処理と呼ばれるオクタデシルトリクロロシランをトルエンに０．１ｍｏｌ／Ｌ溶かした溶液に浸漬する処理を行った後、半導体材料として、例えばポリ（３−ヘキシルチオフェン）をジクロロベンゼンに０．３質量％の濃度で溶かした溶液を用いて、スピンコート法により有機半導体からなる層２Ａを形成する。有機半導体層２の成膜方法はインクジェット法だけでなく、スピンコート法、マイクロコンタクトプリント法を用いることも可能であり、成膜方法を問わない。

Ｓ２・・・・・保護層５を形成する工程
図４（ｃ）に示すように、保護層５を形成する。

保護層５は、例えばインクジェット法やスピンコート法で形成する。保護層５としては、ポリイミド系、アクリル系、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＭＭＡ等の材料を用いることができる。

Ｓ３・・・・・保護層５を乾燥させる工程
保護層５に含まれる溶媒成分を、所定の温度で支持体１を加熱することにより乾燥させる。

Ｓ４・・・・・有機半導体を除去する工程
図４（ｄ）は活性エネルギー線の一種であるプラズマや赤外線を照射して有機半導体の不要部分を除去する例である。例えば、図４（ｃ）の基材２３ａを図４（ｄ）の矢印で示すようにプラズマや赤外線を照射し、図４（ｄ）のように有機半導体層２の不要部分を除去する。一方、保護層５は活性エネルギー線の一種であるプラズマや赤外線に対し不活性な化合物で形成されているので、図４（ｄ）のように保護層５と有機半導体層２が残る。

このように、プラズマや赤外線を照射して有機半導体層２の不要部分を除去すれば、現像工程が不要なので有機半導体層２に与えるダメージが少なく、性能の良い有機ＴＦＴを作製できる。プラズマを照射する場合は、大気圧近傍の雰囲気下に支持体１を晒すことにより、有機半導体層２の不要部分を除去することが好ましい。大気圧近傍の圧力でプラズマを発生する大気圧プラズマ処理装置を用いれば、真空装置が不要であり、設備の安全性、コストの面から有利である。大気圧プラズマ処理装置、及び大気圧プラズマによって不要部分を除去するエッチング処理について後に詳しく説明する。

なお、活性エネルギー線とは例えば、紫外線、可視光線、赤外線のような光線（電磁波）、Ｘ線のような電磁波、電子線、プラズマ、イオンビーム、中性子線およびα線のような粒子線等が挙げられる。

Ｓ５・・・・・焼成工程
Ｓ４の有機半導体を除去する工程を終えた保護層５を加熱し、焼成する。

次に、大気圧プラズマによるエッチング処理について図６を用いて説明する。

大気圧プラズマ処理によるエッチングとは、大気圧もしくは大気圧近傍の圧力下で放電を開始し、プラズマ中に導入された反応性ガスを励起し、基板上の堆積物を除去する方法である。ここで、大気圧もしくはその近傍の圧力とは２０ｋＰａ〜１１０ｋＰａ程度であり、本発明に記載の良好な効果を得るためには、９３ｋＰａ〜１０４ｋＰａが好ましい。

図５は大気圧プラズマ処理装置の構造を説明する説明図である。

プラズマ処理装置２０は、平板状の下部電極２１、下部電極２１の上方に所要間隔に接地された上部電極２２と、上部電極２２間のガス流路２５から構成され、第１電源２７から上部電極２２に第１高周波電圧を、第２電源２６から下部電極２１に第２高周波電圧を印加するようになっている。

下部電極２１は、図示せぬ駆動部材により図６の矢印方向に駆動し、下部電極２１上に基材２３ａを搭載して平行に往復移動可能になっている。基材２３ａは図４（ｃ）に示すＳ２：保護層５を形成する工程を終えた状態の基材である。

また、ガス供給装置２４からガスを上記の上部電極２２間におけるガス流路２５を通して上記の下部電極２１と上部電極２２との間に導くようになっている。

上部電極２２に第１電源２７から第１高周波電圧を、下部電極２１に第２電源２６から第２高周波電圧を印加し、下部電極２１と上部電極２２との間にガス供給装置２４から充填されているガスを励起する。ガスを励起するとプラズマが発生し、プラズマが基材２３ａの表面に接触すると表面に露出した有機半導体層２を除去することができる。下部電極２１に往復移動させてプラズマが基材２３ａ表面全体にムラ無く接触するようにして、不要な有機半導体層２を完全に除去する。図４（ｄ）は不要な有機半導体層２を完全に除去した状態の基材２３ｂを示している。

下部電極２１と上部電極２２との間隔は、基材２３ａの厚みや、下部電極２１及び上部電極２２に印加させる上記の高周波電圧の大きさを考慮して決定する。均一な放電を維持するという観点からは０．５〜２０ｍｍの範囲にすることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ±０．５ｍｍになるようにする。

また、上記の下部電極２１や上部電極２２に印加させる高周波電圧は、大気圧若しくはその近傍の圧力条件において下部電極２１と上部電極２２との間におけるガスを励起させてプラズマを発生させるため、周波数が１００ｋＨｚ以上の高周波電圧で、１Ｗ／ｃｍ²以上の電力を供給させることが好ましい。

下部電極２１と上部電極２２との間に充填するガスは、放電ガスと反応ガスとの混合ガスである。ここで、放電ガスとはヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスが挙げられるが、生産コストが放電ガスのコストに依存することからアルゴンが好適である。また、反応ガスとしては酸素、水素が挙げられるが、エッチング性能の点から酸素が好適である。

次に、本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造工程の第２の実施形態を説明する。

図６は、本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造工程の第２の実施形態を説明する工程フロー図である。なお、図３で説明した製造工程と同じ工程については説明を省略し、異なる点を中心に説明する。

本発明に係る有機ＴＦＴの製造方法の第２の実施形態として、次の工程Ｓ１〜Ｓ５を説明する。
Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
Ｓ２Ａ・・・・保護材料からなる層を形成する工程
Ｓ３・・・・・保護材料からなる層を乾燥させる工程
Ｓ４Ａ・・・・レジスト層１８を形成する工程
Ｓ４Ｂ・・・・保護層５と有機半導体を除去する工程
Ｓ５・・・・・焼成工程
以下、各工程について図７を用いて順に説明する。

図７は本発明に係わるボトムゲート型ＴＦＴの製造方法の第２の実施形態を説明する説明図である。

図７（ａ）〜図４（ｄ）は、支持体１上に形成されたＴＦＴのチャネル領域の断面図である。

Ｓ１：有機半導体からなる層２Ａを形成する工程までの工程は、図４で説明した工程と全く同じであり説明を省略する。

Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
次に、図７（ａ）に示すよう支持体１上に既知の塗布方法、例えば真空蒸着法に代表される物理的真空成膜法や、インクジェット法やスクリーン印刷方に代表される塗布により、有機半導体からなる層２Ａを形成する。本発明では、後で行うＳ４：有機半導体を除去する工程において有機半導体層２以外の有機半導体を除去するので、本工程では本来の目的であるソース電極３及びドレイン電極４の間のチャネル領域以外を含めて有機半導体からなる層２Ａを形成しても良い。例えば、図７（ａ）に示すように全面に有機半導体からなる層２Ａを形成しても良いし、ある程度パターンニングして有機半導体からなる層２Ａを形成しても良い。

Ｓ２Ａ・・・・保護材料からなる層を形成する工程
図７（ｂ）に示すように、保護材料からなる層を形成する。

保護材料からなる層５Ａは、例えばインクジェット法やスピンコート法で形成する。保護材料としては、ポリイミド系、アクリル系、ＰＶＰ、ＰＶＡ、ＰＭＭＡ等の材料を用いることができる。

Ｓ３・・・・・保護材料からなる層を乾燥させる工程
保護材料からなる層に含まれる溶媒成分を、所定の温度で支持体１を加熱することにより乾燥させる。

Ｓ４Ａ・・・・レジスト層１８を形成する工程
レジスト層１８を、例えばインクジェット法やスピンコート法を用いて保護材料からなる層５Ａの上に形成する。

保護材料として、例えば、クラレ製ポバールＰＶＡ−１２４Ｃを用いて、膜厚１０〜５０ｎｍ程度のＰＶＡ層を形成した後、レジスト層１８の材料として、例えばＪＳＲ製ＰＣ４０３のような感光性材料を塗布し、感光性アクリル層を保護材料からなる層５Ａの上に形成する。

Ｓ４Ｂ・・・・保護材料と有機半導体を除去する工程
図７（ｃ）は、保護材料からなる層５Ａの上に形成されたレジスト層１８に、フォトマスク１９を介して矢印で示す活性エネルギー線の一種である紫外線を照射している状態を示している。フォトマスク１９は、チャネル領域に相当する有機半導体層２上のレジスト層１８に、活性エネルギー線の一種である紫外線が照射しないようにマスクするマスク部１９ａを有している。

フォトマスク１９を介して活性エネルギー線の一種である紫外線を所定の量照射した後、現像処理を行い紫外線が照射したレジストとともに保護材料と有機半導体を除去する。保護材料として、例えば水溶性のＰＶＡを用いると、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に浸漬して現像処理を行うことにより、マスク部１９ａでマスクされなかった部分の保護材料と有機半導体を同時に除去することができる。

Ｓ５・・・・・焼成工程
Ｓ４Ｂの工程で形成された保護層５を加熱し、焼成する。

図８は本発明に係わるトップゲート型ＴＦＴの製造方法を説明する説明図である。トップゲート型ＴＦＴの製造方法とボトムゲート型ＴＦＴの製造工程はほとんど同じであり、異なる点だけを説明する。

図８（ａ）〜図８（ｆ）は、支持体１上に形成されたＴＦＴのチャネル領域の断面図である。

導電性薄膜が形成された支持体１上に感光性レジストを塗布後、ソース電極３とドレイン電極４のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して、各電極パターンのレジスト層を形成する。次に、支持体１をエッチングを行った後、各電極上のレジスト層を除去し、図８（ａ）のように、ソース電極３とドレイン電極４を形成する。なお、ここまで説明した工程は一例であり、本発明はこれらの工程に限定されるものではない。

Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
次に、図８（ｂ）に示すよう支持体１上に既知の塗布方法、例えば真空蒸着法に代表される物理的真空成膜法や、インクジェット法やスクリーン印刷方に代表される塗布により、有機半導体からなる層２Ａを形成する。

Ｓ２Ａ・・・・保護材料からなる層を形成する工程
図８（ｃ）に示すように、保護材料からなる層５Ａを形成する。

Ｓ３・・・・・保護材料からなる層を乾燥させる工程
保護材料からなる層５Ａに含まれる溶媒成分を、所定の温度で支持体１を加熱することにより乾燥させる。

Ｓ４Ｂ・・・・保護材料と有機半導体を除去する工程
図８（ｄ）のように、フォトマスク１９を介して活性エネルギー線の一種である紫外線を所定の量照射した後、現像処理及び焼成処理を行うことにより、保護材料と有機半導体の遮蔽されなかった部分を除去し図８（ｅ）の状態にする。

なお、ここまでの工程は図４で説明した第１の実施形態の製造方法を適用しても良い。

トップゲート型ＴＦＴでは、次に図８（ｆ）のようにゲート電極７を保護層５上に形成する。ゲート電極７の材料として、例えば銀ペースト、金ペーストなどを用いて、付加的パターニング法により形成する。付加的パターニング法は、例えばインクジェット法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等である。

以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
本実施例は図３、図４を用いて説明した第１の実施形態の製造方法を適用した実施例である。

本実施例では、支持体１にはＡｌ膜を表面に１３０ｎｍ形成した住友ベークライト製ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）基板を用いた。本実施例は、支持体１上に１０×１０の計１００のボトムゲート型ＴＦＴを形成した実施例である。

〔ＴＦＴの作製〕
支持体１に通常のフォトリソグラフ工程により、パターニング処理を行い、ゲート電極パターンを形成した。次に、ゲート電極７が形成された支持体１上に、大気圧プラズマＣＶＤ法にてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を液体原料として３００ｎｍのＳｉＯ₂膜を成膜した。

その後、スパッタ法にて錫ドープ酸化インジウム膜（ＩＴＯ）１００ｎｍを全面に形成した後、通常のフォトリソグラフ工程にてパターニング処理を行いソース電極３、ドレイン電極４およびソースバスラインを形成した。トランジスタを構成するチャネル領域分のゲート長は１０μｍ、ゲート幅は１００μｍとした。

以降の工程は、図３で説明したＳ１〜Ｓ５の工程で作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。

Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
支持体１上に形成されたソース電極３及びドレイン電極４間のチャネルを覆うように、下記化合物Ａのクロロホルム溶液をピエゾ方式のインクジェット法を用いて吐出し、窒素ガス中５０℃の雰囲気で３分乾燥した。その後、２００℃で１０分熱処理を行うことにより、有機半導体層２として厚み５０ｎｍのペンタセン薄膜を形成した。

Ｓ２・・・・・保護層５を形成する工程
保護層５の材料として、Ｊ水溶性ポリマーであるポリビニルアルコール（クラレ社製、ＰＶＡ−１２４ＣＣ）の２％水溶液を用い、インクジェット法を用いて幅３０μｍ、長さ１２０μｍで上記チャネル領域分を完全に覆うように吐出した。なお、保護層５の厚みは約２００ｎｍであった。

Ｓ３・・・・・保護層５を乾燥させる工程
保護層５に含まれる溶媒成分を、８０℃で５分乾燥の条件で乾燥した。

Ｓ４・・・・・有機半導体を除去する工程
保護層５形成後に赤外線を全面に照射することにより、保護層５が形成されていない領域のペンタセン薄膜を除去した。

Ｓ５・・・・・焼成工程
１００℃で６０分間、焼成した。

本実施例では、工程Ｓ５の後、絶縁性薄膜を形成し、塗布型ＩＴＯで画素電極を形成してＴＦＴを完成させる。

〔実験結果〕
本実験では支持体１上のＴＦＴ１００個のうち、２４個のＴＦＴをランダムに選び、それぞれについて性能を評価した。評価項目は、移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比（ＴＦＴがＯＮ時のソースードレイン間の電流値／ＴＦＴがＯＦＦ時のソースードレイン間の電流値）平均値である。

実験結果は、移動度＝０．２８、ＯＮ／ＯＦＦ電流比＝１０５００００であり、ＴＦＴとして十分な性能を有することが確認できた。

このように、本発明の実施例１では、有機半導体を除去する工程において赤外線を全面に照射して有機半導体を除去するので、簡単な工程で、高性能なＴＦＴを製造できる。
［実施例２］
本実施例は図３、図４、図５を用いて説明した第１の実施形態の製造方法を適用した実施例である。

本実施例では、実施例１と同じ支持体１を用いて、工程Ｓ１までは実施例１と同様の処理を行っているので、工程Ｓ２以降について説明する。

Ｓ２・・・・・保護層５を形成する工程
保護層５の材料として、ＪＳＲ社製感光性アクリレート材料であるオプトマーＰＣ−４０３をスピンコート法を用いて、回転数１５００ｒｐｍ、１０秒の条件でコートし保護層５を形成した。なお、保護層５の厚みは約２μｍであった。

Ｓ３・・・・・保護層５を乾燥させる工程
保護層５に含まれる溶媒成分を、９０℃で２分乾燥の条件で乾燥した。

Ｓ４・・・・・有機半導体を除去する工程
保護層５形成後、図６に示す大気圧プラズマ処理装置に放電ガスとしてアルゴン、反応ガスとして酸素を導入し、出力３Ｗ／ｃｍ²の大気圧プラズマ雰囲気に基板を晒すことにより保護層５に保護されていない有機半導体を除去した。

Ｓ５・・・・・焼成工程
１００℃で６０分間、焼成した。

実験結果は、移動度＝０．１９、ＯＮ／ＯＦＦ電流比＝１２００００であり、ＴＦＴとして十分な性能を有することが確認できた。

このように、本発明の実施例２では、有機半導体を除去する工程においてプラズマを全面に照射して有機半導体を除去するので、簡単な工程で、高性能なＴＦＴを製造できる。
［実施例３］
本実施例は図６、図７を用いて説明した第２の実施形態の製造方法を適用した実施例である。

本実施例では、実施例１と同じ支持体１を用いて、実施例１と同様の処理でドレイン電極４、ソース電極３を形成しているので、工程Ｓ１以降について説明する。

Ｓ１・・・・・有機半導体からなる層２Ａを形成する工程
ソース・ドレイン電極まで形成した基板のチャネルを形成する部分を覆うように６，１，１３ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセンの０．５％トルエン溶液をピエゾ方式のインクジェット法を用いて吐出する。本実施例では、半導体層は支持体１表面の全面ではなく、チャネル領域分を中心に部分的に形成されるように、パターニングされている。次に、窒素ガス中６０℃の雰囲気で３分乾燥し、有機半導体からなる層２Ａを形成した。

Ｓ２Ａ・・・・保護材料からなる層５Ａを形成する工程
保護材料として、Ｊクラレ製ポリビニルアルコールＰＶＡ−１２４Ｃの２％水溶液をスピンコート法を用いて、２０００ｒｐｍで塗布した。

Ｓ３・・・・・保護材料からなる層５Ａを乾燥させる工程
保護材料に含まれる溶媒成分を、８０℃で５分乾燥の条件で乾燥した。

Ｓ４Ａ・・・・レジスト層１８を形成する工程
ＪＳＲ社製感光性アクリレート材料であるオプトマーＰＣ−４０３をスピンコート法にて回転数１５００ｒｐｍ、１０秒の条件でコートした。なお、レジスト層１８と保護層５を合わせた厚みは約２μｍであった。

Ｓ４Ｂ・・・・保護材料と有機半導体を除去する工程
フォトマスク１９を介して約１５ｍＷ／ｃｍ²（＠３６５ｎｍ）の紫外線を１０秒間全面に照射する。フォトマスク１９はチャネル領域など残すべき部分を遮光するパターンになっている。紫外線照射の後、０．２質量部の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液に９０秒浸漬して現像処理を行うと、保護層５と有機半導体層２を同時に除去することができる。

Ｓ５・・・・・焼成工程
１００℃で６０分間、焼成した。

実験結果は、移動度＝０．０８、ＯＮ／ＯＦＦ電流比＝８８０００であり、ＴＦＴとして十分な性能を有することが確認できた。

このように、本発明の実施例３では、保護材料と有機半導体を除去する工程において紫外線をパターンニングして照射後、現像することにより、保護材料と有機半導体を同時に除去するので、簡単な工程で、高性能なＴＦＴを製造できる。

以上このように、本発明によれば、簡単な工程で高性能な薄膜トランジスタを製造する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。

本発明に係わるトップゲート型有機薄膜トランジスタの層構成の一例を説明する説明図である。本発明に係わるボトムゲート型有機薄膜トランジスタの層構成の一例を説明する説明図である。本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造工程の第１の実施形態を説明する工程フロー図である。本発明に係わるボトムゲート型ＴＦＴの製造方法の第１の実施形態を説明する説明図である。大気圧プラズマ処理装置の構造を説明する説明図である。本発明に係わる有機薄膜トランジスタの製造工程の第２の実施形態を説明する工程フロー図である。本発明に係わるボトムゲート型ＴＦＴの製造方法の第２の実施形態を説明する説明図である。本発明に係わるトップゲート型ＴＦＴの製造方法を説明する説明図である。

符号の説明

１支持体
２有機半導体層
３ソース電極
４ドレイン電極
５保護層
６遮光層
７ゲート電極
８ゲート絶縁層

Claims

有機半導体層と、該有機半導体層を保護する保護層と、前記有機半導体層内のチャネル領域に対向する位置に設けられたゲート電極と、前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記保護層は以下の工程において使用される活性エネルギー線に対し不活性な化合物からなり、かつ前記有機半導体層は以下の工程を経て形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
ｉ）前記チャネル領域を含み且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆うように有機半導体からなる層を設ける工程、
ii）前記チャネル領域に相当する前記有機半導体からなる層上に前記保護層を設ける工程、
iii）活性エネルギー線を照射することにより前記保護層が設けられていない部分の有機半導体からなる層を除去する工程。
前記活性エネルギー線はプラズマであることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記プラズマの照射は大気圧近傍の雰囲気下で行われることを特徴とする請求項２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
有機半導体層と、該有機半導体層を保護する保護層と、前記有機半導体層内のチャネル領域に対向する位置に設けられたゲート電極と、前記チャネル領域を挟むソース電極及びドレイン電極とを具備してなる有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記有機半導体層は以下の工程を経て形成されることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
ｉ）前記チャネル領域を含み且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆うように有機半導体からなる層を設ける工程と、
ii）前記有機半導体からなる層上に保護層を設ける工程、
iii）前記保護層にレジスト層を設ける工程、
iv）前記チャネル領域に相当する前記有機半導体からなる層上のレジスト層をマスクするフォトマスクを用いて、前記レジスト層に活性エネルギー線を照射する工程、
ｖ）前記活性エネルギー線が照射されたレジスト層と前記保護層と前記有機半導体を溶解ないし膨潤させる液体を適用し、前記チャネル領域に相当する部分以外のレジスト層と保護層と有機半導体からなる層を除去する工程。
前記活性エネルギー線は紫外線であることを特徴とする請求項４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。