(57)【要約】  少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を基板の上に所望のパターンで塗布する工程と、所望のパターンで塗布した有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させる工程と、有機半導体溶液に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
2008132878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を基板の上に所望のパターンで塗布する工程と、
所望のパターンで塗布した前記有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させる工程と、
前記有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程と、
をこの順で行うことを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
【請求項２】
前記有機半導体溶液を基板の上に所望のパターンで塗布する工程の前に、
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の有機半導体層の成膜方法。
【請求項３】
前記沸点の低い溶媒の溶解度は、前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒以外の溶媒の溶解度以上であることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の有機半導体層の成膜方法。
【請求項４】
前記沸点の低い溶媒の沸点は、前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒以外の溶媒の沸点に対して４０℃以上低いことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の有機半導体層の成膜方法。
【請求項５】
前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒の割合は、１０％以上、６５％以下であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載の有機半導体層の成膜方法。
【請求項６】
基板の上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の最上層にほぼ同心円状に配置した前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
請求の範囲第１項に記載の有機半導体層の成膜方法を用いて前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する部分に前記有機半導体を成膜し有機半導体層を形成する工程と、
をこの順に行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記基板の最上層に突起部を形成する工程を含み、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を設けたことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記有機半導体はシリルエチニルペンタセン類であることを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載の有機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】
本発明は、有機半導体層の成膜方法、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタの半導体層を形成する方法としては、真空蒸着、スパッタリングなどのドライ法が代表的な手法として知られている。これらの成膜方法は、膜厚の制御性に優れているが、製造工程では高温、高真空を必要とするため、高コストプロセスとなる。【０００３】
これに対して、溶媒に溶かした有機半導体材料を用い、インクジェット法やスピンコート法などの塗布法により半導体層を形成する方法がある。これらの方法を用いると簡単な工程で製造できるが、有機半導体材料の溶液を基板上に配置する際に配置精度が求められる一方で、溶液の乾燥後における膜形状の精度向上や安定化が求められる。【０００４】
このような課題を解決するため、有機半導体材料溶液の液滴を基板上に配置し、有機半導体材料の固形分濃度と、液滴の乾燥速度のうち少なくとも一方をパラメータとして、液滴の乾燥膜の形状を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
また、基板上に有機半導体材料の溶液を供給した後、溶媒の一部を蒸発させ、基板表面に有機半導体材料を析出させた後、残留した溶液を除去して有機半導体薄膜を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８２７５号公報
【特許文献２】特開２００６−１８７７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法では、例えば低沸点の溶媒を有機半導体材料溶液に用いると塗布後の溶媒の揮発が速く、有機半導体材料の結晶を十分に成長させることができない。一方、高沸点の溶媒を用いると溶媒の揮発が遅くなるので比較的大きな結晶に成長させることができるが、溶媒が揮発するまでの間に有機半導体材料溶液の液滴が基板上を移動してしまうという問題がある。そのため、特許文献１の方法では、基板上の所望の位置に大きな結晶の結晶薄膜を成膜することが難しい。【０００７】
また、特許文献２の方法では、溶媒の蒸発を促進するため、基板を加熱する必要があり、有機半導体材料が酸化し劣化するおそれがあった。そのため、不活性ガスの雰囲気下で作業を行うなどの対策が必要であり、そのための設備を用意する必要があった。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成する有機半導体層の成膜方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１．
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を基板の上に所望のパターンで塗布する工程と、
所望のパターンで塗布した前記有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させる工程と、
前記有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程と、
をこの順で行うことを特徴とする有機半導体層の成膜方法。【００１０】
２．
前記有機半導体溶液を基板の上に所望のパターンで塗布する工程の前に、
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行うことを特徴とする１に記載の有機半導体層の成膜方法。【００１１】
３．
前記沸点の低い溶媒の溶解度は、前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒以外の溶媒の溶解度以上であることを特徴とする１または２に記載の有機半導体層の成膜方法。
４．
前記沸点の低い溶媒の沸点は、前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒以外の溶媒の沸点に対して４０℃以上低いことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載の有機半導体層の成膜方法。
５．
前記有機半導体溶液に含まれる前記沸点の低い溶媒の割合は、１０％以上、６５％以下であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載の有機半導体層の成膜方法。【００１２】
６．
基板の上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の最上層にほぼ同心円状に配置した前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
１に記載の有機半導体層の成膜方法を用いて前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する部分に前記有機半導体を成膜し有機半導体層を形成する工程と、
をこの順に行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。【００１３】
７．
前記基板の最上層に突起部を形成する工程を含み、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を設けたことを特徴とする６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。【００１４】
８．
前記有機半導体はシリルエチニルペンタセン類であることを特徴とする６または７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた溶液を基板に滴下するので、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係わる有機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。
【図２】本発明に係わる有機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３】本発明に係わる有機ＴＦＴの製造方法の第３の実施形態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  基板
２  ゲート電極
７  ゲート絶縁層
８  ソース電極
９  ドレイン電極
１０  有機半導体層
４２  有機半導体溶液
４２ａ  結晶
５０  突起部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。【００１９】
図１は本発明に係わる有機薄膜トランジスタ（以下有機ＴＦＴと記す。）の製造方法の第１の実施形態を説明する説明図である。図１を用いて、基板１上にゲート電極２を設け、更にゲート絶縁層７の上にソース電極８とドレイン電極９を設け有機半導体層１０を形成するボトムゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。【００２０】
図１（１−ｂ）〜図１（８−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図１（１−ａ）〜図１（８−ａ）は基板１を図１（１−ｂ）〜図１（８−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。【００２１】
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〜Ｓ４を説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【００２２】
工程Ｓ４では以下の工程から成る有機半導体層の成膜方法を用いて、有機半導体の結晶薄膜を成膜し有機半導体層１０を形成する。【００２３】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【００２４】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【００２５】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【００２６】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【００２７】
以下、各工程について順に説明する。【００２８】
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【００２９】
図１（１−ａ）、図１（１−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。本発明において、基板１は特に材料を限定されない。例えばフレキシブルな樹脂製シートやガラスなどを用いることができる。ゲート電極２には各種金属薄膜を利用できる。例えばＡｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ等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、支持基板への密着性向上、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。製造方法は、ゲート電極２を目的の形状にパターンニングすることのできる製造方法であれば良い。例えば、マスク蒸着法、フォトリソグラフィー法、各種印刷法が利用できる。【００３０】
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【００３１】
図１（２−ａ）、図１（２−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。【００３２】
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスやインクジェット法など塗布法で形成する。ゲート絶縁層７としては、特に材料を限定されず種々の絶縁膜を用いることができる。無機材料では酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等の無機酸化物、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物が利用できる。有機材料ではポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等が利用できる。【００３３】
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【００３４】
図１（３−ａ）、図１（３−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７の上にほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。ゲート絶縁層７は本発明の最上層である。【００３５】
ソース電極８、ドレイン電極９には有機半導体層１０とのコンタクトがよい材料を用いる。例えばペンタセンに対してはＡｕ、ＩＴＯ等を利用することが好ましい。これらの材料を真空蒸着やスパッタリング等の方法で製膜した後、フォトリソグラフィー法で目的の形状にパターンニングする。あるいは、各種印刷法により直接ソース電極８、ドレイン電極９のパターンを形成してもよい。【００３６】
このようにほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成すると、後の有機半導体層１０を形成する工程で同心円の中心付近に有機半導体溶液を滴下することにより、チャネル部に有機半導体の大きな結晶を配置することができる。すなわち、同心円の中心付近に有機半導体溶液を滴下すると図１（４−ｂ）のようにソース電極８、ドレイン電極９を覆うが、図１（４−ａ）のように周辺の方が有機半導体溶液の量が少ないためソース電極８の周辺から溶媒が蒸発し、中心に向かって結晶が成長する。このためソース電極８とドレイン電極９が対向するチャネル部付近では結晶が大きく成長し、導電率など電気的特性の優れた有機半導体層１０を形成することができる。【００３７】
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。【００３８】
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【００３９】
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。【００４０】
最初に、本発明の有機半導体層の成膜方法に用いる有機半導体溶液４２について説明する。【００４１】
有機半導体溶液４２に用いる有機半導体材料は溶媒に溶解または分散させるものであれば用いることができるが、塗布後に分子が分子間相互作用により規則正しく配列し結晶となるものが適している。【００４２】
一般に高分子材料は分子量、骨格が大きいため、全ての分子を規則正しく配列するのは難しい。一方、低分子材料やオリゴマーは、溶媒に溶解または分散させてから成膜する場合、溶媒中の移動が容易なことから、分子間相互作用により分子同士が結びつき大きな結晶を形成することができる。したがって、本発明に用いる有機半導体材料は低分子材料もしくはオリゴマーが好ましい。【００４３】
塗布できる材料の代表例としては、ペンタセンに置換基を付け、ペンタセン誘導体として溶解性を高めたペンタセン類や、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、フェニレン環を有するオリゴフェニレンなどを用いることができる。なかでもシリルエチニルペンタセン類は特に溶解度が高いので、本発明で用いる有機半導体溶液４２の有機半導体材料に適している。【００４４】
有機半導体溶液４２に用いる溶媒には、沸点の異なる少なくとも２種類の溶媒を混合したものを用いる。本発明に用いる少なくとも１種類の溶媒は、有機半導体溶液４２を塗布後、すぐにほとんど全てが揮発する揮発速度の速い、低沸点の溶媒を選択する。有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒以外の溶媒は、低沸点の溶媒より揮発速度の遅い、沸点の高い溶媒であり以下では高沸点の溶媒と呼ぶ。【００４５】
低沸点の溶媒が揮発した後、有機半導体溶液４２中に残って有機半導体材料を結晶化に適した過飽和状態になるような割合で混合し、結晶が大きく成長するまでの間に徐々に揮発するような揮発速度の遅い溶媒を高沸点の溶媒に選択する。【００４６】
このような高沸点の溶媒として用いる溶媒の最適な沸点は、基板上に塗布した有機半導体溶液４２の液滴サイズに依存する。すなわち、液滴サイズが小さいほど、液滴体積に対する表面積の割合が大きくなり揮発速度が速くなるので、より沸点の高い溶媒を用いる必要がある。【００４７】
例えば、高沸点の溶媒の沸点が低すぎると結晶の成長速度に対して高沸点の溶媒の揮発速度が速すぎ、結晶が成長する間なく、溶媒が揮発してしまう。そのため後に残された有機半導体材料はアモルファスに近い薄膜となってしまい電気的特性の優れた有機半導体層１０が得られない。結晶の成長に適した揮発速度を持つ溶媒は、例えば沸点が１７０℃以上の溶媒から選択することができる。【００４８】
一方、低沸点の溶媒は滴下直後にほとんど全てが揮発し、高沸点の溶媒が残るように、低沸点の溶媒の沸点は高沸点溶媒に対して十分低い必要がある。例えば、低沸点の溶媒の沸点は高沸点の溶媒の沸点に対して４０℃以上低いことが好ましい。４０℃以下の差では低沸点の溶媒の揮発に時間を要し、液滴の位置がずれるなどの問題が生じてしまう。【００４９】
溶媒としては例えば芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、ハロゲン化炭化水素類、フェノール類から選択することができる。少なくとも２種類の溶媒を混合するので、２種類の溶媒は混合しやすい必要があり、同類や混合しやすいグループから選択するのが好ましい。【００５０】
例えば、高沸点の溶媒としてｍ−ジクロロベンゼン（沸点：１７３℃、溶解度：３％程度）やヘキシルベンゼン（沸点：２２６℃、溶解度１．５％程度）を用いることができる。また、低沸点の溶媒として例えばトルエン（沸点：１１０．６℃、溶解度：２％程度）を用いることができる。【００５１】
さらに、低沸点の溶媒には、高沸点の溶媒として用いる溶媒の溶解度以上の溶解度を持つ溶媒を用いることが望ましい。このことにより、低沸点の溶媒の量を少なくすることができ、塗布までの間に溶媒の揮発による溶液濃度の変化、ノズルなどの詰まりを抑えることができる。【００５２】
さらに、有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒の割合は、約１０％以上、約６５％以下であることが望ましい。低沸点の溶媒の割合が約６５％以上になると、例えば溶液調合時や、タンクへの充填時に低沸点の溶媒が揮発するため溶液濃度が変わってしまうおそれがある。また、インクジェット法などを用いた場合はノズルの先端で低沸点の溶媒が揮発し、有機半導体溶液４２の濃度が高くなってノズルが詰まってしまう問題が発生する。【００５３】
このような問題を避けるため、低沸点の溶媒には、高沸点溶媒として用いる溶媒の溶解度以上の溶解度を持つ溶媒を用いることが望ましい。このことにより、低沸点の溶媒の量を少なくすることができ、塗布までの間に溶媒の揮発による溶液濃度の変化、ノズルなどの詰まりを抑えることができる。【００５４】
一方、低沸点の溶媒の割合が約１０％以下では、低沸点の溶媒が揮発した後に過飽和状態を作れない場合がある。低沸点の溶媒が揮発した後に有機半導体溶液４２を過飽和状態にするためには、低沸点の溶媒に極めて溶解度の高い溶媒を用いる必要があるが、このような溶媒が存在しない場合もある。【００５５】
例えば、高沸点の溶媒としてヘキシルベンゼン（沸点：２２６℃、溶解度１．５％程度）を、低沸点の溶媒として例えばトルエン（沸点：１１０．６℃、溶解度：２％程度）を用いると低沸点の溶媒の溶解度が高沸点の溶媒の溶解度より高く、好ましい。【００５６】
以下、本発明の有機半導体層の成膜方法における４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４について説明する。【００５７】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【００５８】
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。溶液の温度を上げるとより多くの有機半導体材料が溶媒に溶解するので、次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、溶液の温度が低下して有機半導体溶液４２を容易に過飽和状態にすることができる。【００５９】
なお、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。【００６０】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【００６１】
図１（４−ａ）、図１（４−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ  Ｉｎｋ  Ｊｅｔ）法などを用いることができる。【００６２】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【００６３】
図１（５−ａ）、図１（５−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので、液滴の周辺から結晶化が始まって薄膜が形成され、塗布された位置から移動することを防止できる。【００６４】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【００６５】
図１（６−ａ）、図１（６−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きい周辺部から結晶４２ａの成長が始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図１（７−ａ）、図１（７−ｂ）のように結晶４２ａは中心に向かって成長し、図１（８−ａ）、図１（８−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。【００６６】
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。【００６７】
ボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第１の実施形態の工程は以上である。【００６８】
次にボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第２の実施形態の工程を説明する。【００６９】
図２は本発明に係わる有機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。【００７０】
第２の実施形態ではゲート絶縁層７の上に突起部５０を設け、突起部５０を覆うようにドレイン電極９を設けている。その他の工程は第１の実施形態と同様であり、同じ工程には同番号を付し説明を省略する。【００７１】
図２（１−ｂ）〜図２（８−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図２（１−ａ）〜図２（８−ａ）は基板１を図２（１−ｂ）〜図２（８−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。【００７２】
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〜Ｓ４を説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【００７３】
工程Ｓ４では以下の工程から成る有機半導体層の成膜方法を用いて、有機半導体の結晶薄膜を成膜し有機半導体層１０を形成する。【００７４】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【００７５】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【００７６】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【００７７】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【００７８】
以下、各工程について順に説明する。【００７９】
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【００８０】
図２（１−ａ）、図２（１−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。基板１の材料、ゲート電極２に用いる材料は第１の実施形態で説明した材料と同じ材料を用いることができる。また、製造方法も、第１の実施形態と同じ方法を適用できる。【００８１】
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【００８２】
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示すように、厚みｔ１のゲート絶縁層７を形成する。【００８３】
ゲート絶縁層７は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。ゲート絶縁層７に用いる材料は第１の実施形態で説明した材料と同じ材料を用いることができる。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。【００８４】
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７の上に厚みｔ２の突起
部５０を形成する。ゲート絶縁層７は本発明の最上層である。【００８５】
突起部５０は、ゲート絶縁層７と同様に、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。ゲート絶縁層７に用いる材料はゲート絶縁層７で説明した材料と同じ材料を用いることができる。したがって、突起部５０をゲート絶縁層７と同じ材料を用いて同じ製造方法で形成すると工程を簡略にできる。【００８６】
図２（２−ａ）、図２（２−ｂ）は丸形のドレイン電極９の中心付近に厚みｔ２の突起部５０を形成した例である。【００８７】
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【００８８】
図２（３−ｂ）に示すように、ほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。【００８９】
ソース電極８、ドレイン電極９を、第１の実施形態で説明した材料と製造方法を用いて形成する。図２（３−ａ）のようにドレイン電極９は突起部５０を覆うように形成されるので、ドレイン電極９の中心部が突起している。【００９０】
このようにドレイン電極９の中心部を突起させると、後の有機半導体層１０を形成する工程でドレイン電極９の中心付近に有機半導体溶液を滴下することにより、突起部分から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体のより大きな結晶を配置することができる。【００９１】
すなわち、ドレイン電極９の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下すると図２（４−ｂ）のように有機半導体溶液４２がソース電極８、ドレイン電極９を覆う。しかしながら、図２（４−ａ）のように突起しているドレイン電極９の中心部を覆う有機半導体溶液４２の量は少ないのでドレイン電極９の中心部から溶媒が蒸発し、周辺に向かって結晶が成長する。そのためソース電極８とドレイン電極９が対向するチャネル部付近では結晶が第１の実施形態より大きく成長し、導電率など電気的特性の優れた有機半導体層１０を形成することができる。【００９２】
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。【００９３】
また、本実施形態では円形のドレイン電極９を突起部５０を覆うように形成した例を説明したが、ドレイン電極９またはソース電極８を突起部５０の周囲を囲うドーナッツ状に形成しても良い。あるいは、工程Ｓ３のソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程の後に工程Ｓ２．５の突起部５０を形成する工程を行って、円形のドレイン電極９またはドレイン電極９の中心部に突起部５０を形成しても良い。【００９４】
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【００９５】
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。【００９６】
第１の実施形態で説明した有機半導体溶液４２と同じ有機半導体溶液４２を用いることができる。【００９７】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【００９８】
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。【００９９】
なお、第１の実施形態と同様に、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。【０１００】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１０１】
図２（４−ａ）、図２（４−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ  Ｉｎｋ  Ｊｅｔ）法などを用いることができる。【０１０２】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１０３】
図２（５−ａ）、図２（５−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので析出が開始され、塗布された位置から移動することを防止できる。【０１０４】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０１０５】
図２（６−ａ）、図２（６−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きいドレイン電極９の中心部から結晶の成長４２ａが始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図２（７−ａ）、図２（７−ｂ）のように結晶４２ａは周辺に向かって成長し、図２（８−ａ）、図２（８−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。【０１０６】
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。【０１０７】
ボトムゲート型有機ＴＦＴを作製する第２の実施形態の工程は以上である。【０１０８】
次にトップゲート型の有機ＴＦＴを作製する工程について説明する。【０１０９】
図３は、本発明に係わる有機ＴＦＴの製造方法の第３の実施形態を説明する説明図である。図３を用いて、基板１上にソース電極８とドレイン電極９を設け、有機半導体層１０を形成し、更にゲート絶縁層７の上にゲート電極２を設けトップゲート型の有機ＴＦＴを形成する場合の製造方法について順を追って説明する。【０１１０】
図３（１−ｂ）〜図３（９−ｂ）は、基板１を上面から見た平面図であり、図３（１−ａ）〜図３（９−ａ）は基板１を図３（１−ｂ）〜図３（９−ｂ）の断面Ａ−Ａ’で切断した断面図である。【０１１１】
トップゲート型の有機ＴＦＴと図１、図２で説明したボトムゲート型の有機ＴＦＴの製造方法の違いはおもに工程順が異なる点であり、同じ工程には同じ工程番号を付し説明を省略する。【０１１２】
本発明に係るトップゲート型の有機ＴＦＴの製造方法の一例として、次の工程を説明する。本実施形態では基板１の上に突起部５０を形成した後ソース電極８、ドレイン電極９を形成して、ドレイン電極９の中心部に突起を設ける例を説明する。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０１１３】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０１１４】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１１５】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１１６】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【０１１７】
以下、各工程について順に説明する。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。【０１１８】
図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）に示すように、基板１の上に厚みｔ３の突起部５０を形成する。基板１は本発明の最上層である。基板１は第１の実施形態と同じ材料が利用できる。【０１１９】
突起部５０は、ボトムゲート方式の場合と同様に、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスまたはインクジェット法などの塗布法で形成する。【０１２０】
図３（１−ａ）、図３（１−ｂ）は丸形のドレイン電極９の中心付近に厚みｔ３の突起部５０を形成した例である。このようにすると、第２の実施形態と同様に、後の工程Ｓ４で有機半導体溶液４２をドレイン電極９の中心付近に滴下すると、ドレイン電極９の中心部から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体の大きな結晶を配置することができる。【０１２１】
なお、工程Ｓ２．５は必須ではなく省略することもできる。その場合、後の工程Ｓ４で有機半導体溶液４２をドレイン電極９の中心付近に滴下すると、第１の実施形態のように周辺部から結晶化が始まりチャネル部に有機半導体の比較的大きな結晶を配置することができる。【０１２２】
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【０１２３】
図３（２−ｂ）に示すように、ほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成する。【０１２４】
ソース電極８、ドレイン電極９を、第１の実施形態で説明した材料と製造方法を用いて形成する。図３（３−ａ）のようにドレイン電極９は突起部５０を覆うように形成され、ドレイン電極９の中心が突起している。【０１２５】
このようにドレイン電極９の中心を突起させると、第２の実施形態と同様の効果が得られる。【０１２６】
なお、本実施形態では円形のドレイン電極９と同心円状にソース電極８を配置しているが、この例に限定されるものではない。例えば、円形のソース電極８と同心円状にドレイン電極９を配置しても良い。【０１２７】
また、本実施形態では円形のドレイン電極９を突起部５０を覆うように形成した例を説明したが、ドレイン電極９またはソース電極８を突起部５０の周囲を囲うドーナッツ状に形成しても良い。あるいは、工程Ｓ３のソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程の後に工程Ｓ２．５の突起部５０を形成する工程を行って、円形のドレイン電極９またはドレイン電極９の中心部に突起部５０を形成しても良い。【０１２８】
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０１２９】
本発明では４つの工程、Ｓ４−１、Ｓ４−２、Ｓ４−３、Ｓ４−４から成る有機半導体層の成膜方法を用いて有機半導体層１０を形成する。【０１３０】
第１の実施形態で説明した有機半導体溶液４２と同じ有機半導体溶液４２を用いることができる。【０１３１】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０１３２】
有機半導体溶液４２を加熱し、溶液の温度を所定の温度にする。【０１３３】
なお、第１の実施形態と同様に、本工程を行わなくても次の工程Ｓ４−２で有機半導体溶液４２を塗布したとき、有機半導体溶液４２を過飽和状態にできるのであれば本工程を省略しても良い。【０１３４】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１３５】
図３（３−ａ）、図３（３−ｂ）に示すように、基板１上に形成されたドレイン電極９の中心部に有機半導体溶液４２を塗布する。塗布法は例えばインクジェット法、ディスペンサ法、ＳＩＪ（Ｓｕｐｅｒ  Ｉｎｋ  Ｊｅｔ）法などを用いることができる。【０１３６】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１３７】
図３（４−ａ）、図３（４−ｂ）に示すように、有機半導体溶液４２を塗布後すぐに低沸点の溶媒は揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態になっている。このように、塗布された有機半導体溶液４２はすぐに過飽和状態になるので粘度が高く、塗布された位置から移動することを防止できる。【０１３８】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０１３９】
図３（５−ａ）、図３（５−ｂ）に示す４２ａの部分は有機半導体材料の結晶である。このように、空気と触れる面積が大きいドレイン電極９の中心部から結晶４２ａの成長が始まる。高沸点の溶媒は結晶４２ａの成長とともに徐々に揮発し、有機半導体材料は残った高沸点の溶媒に対して過飽和状態が維持される。図３（６−ａ）、図３（６−ｂ）のように結晶４２ａは周辺に向かって成長し、図３（７−ａ）、図３（７−ｂ）のような有機半導体の結晶薄膜から成る有機半導体層１０が形成される。【０１４０】
結晶薄膜形成後、残存している溶媒を完全に揮発させる。【０１４１】
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【０１４２】
図３（８−ａ）、図３（８−ｂ）に示すように、ゲート絶縁層７を形成する。【０１４３】
ゲート絶縁層７の製造方法および材料は第１の実施形態と同様である。【０１４４】
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【０１４５】
図３（９−ａ）、図３（９−ｂ）に示すように、基板１上にゲート電極２を形成する。【０１４６】
ゲート電極２の製造方法および材料は第１の実施形態と同様である。【０１４７】
トップゲート型有機ＴＦＴを作製する工程は以上である。
【実施例】
【０１４８】
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。【０１４９】
実施例１〜４では、基板１上に１０×１０の計１００の有機ＴＦＴを作製して効果を確認した。【０１５０】
［実施例１］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ４の工程でボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、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・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【０１５１】
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【０１５２】
大気圧プラズマＣＶＤ法によりテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を液体材料として３００ｎｍのＳｉＯ2膜を形成し、ゲート絶縁層７とした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【０１５３】
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０１５４】
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を２：１の割合で混合し、混合した溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。【０１５５】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０１５６】
本実施例では省略した。【０１５７】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１５８】
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサー法を用いて１ｎｌ滴下した。【０１５９】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１６０】
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時にドーナッツ状の約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、ドーナッツ状に形成された薄膜層の内側では有機半導体溶液４２はｍ−ジクロロベンゼンの約３．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。【０１６１】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０１６２】
滴下された液滴の周辺部より結晶成長が開始し、結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持し、ドレイン電極９とソース電極８の間を覆うように厚み約１２０ｎｍの大きな結晶薄膜を形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。【０１６３】
［比較例１］
比較例１では本発明の効果を確認するため、工程Ｓ４において、有機半導体溶液４２には、高沸点の溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。【０１６４】
それ以外の工程は実施例１と全く同一の条件で作製したので説明を省略し、工程Ｓ４から説明する。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０１６５】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０１６６】
本実施例では省略した。【０１６７】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１６８】
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサ法を用いて１ｎｌ滴下した。【０１６９】
Ｓ４−３Ｂ・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１７０】
比較例１の有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒を揮発させ実施例１のように有機半導体材料を過飽和状態にすることを試みた。塗布後、有機半導体溶液４２に含まれる高沸点の溶媒であるｍ−ジクロロベンゼンが徐々に揮発し始めたが、この段階では溶液は飽和状態ではないので半導体の析出、結晶化は起こらず、液滴は小さくなっていった。同時に、液滴は基板上を移動してしまい約１分後に所定の位置から移動した。移動した位置でさらに溶媒の揮発が進み約５分後に過飽和状態になった。【０１７１】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０１７２】
滴下された有機半導体溶液４２の液滴の周辺部から結晶成長が始まった。結晶は中央部に向けて成長し、放射状の結晶が形成できた。【０１７３】
〔実験結果１〕
実施例１で作製した有機ＴＦＴと、比較例１で作製した有機ＴＦＴについて移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。【０１７４】
実施例１で作成した有機ＴＦＴは移動度０．１１ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は６桁の値であった。【０１７５】
比較例１で作成した有機ＴＦＴは、形成された有機半導体薄膜が所定の位置からずれているため有機ＴＦＴとして機能しなかった。【０１７６】
このように、実施例１で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は有機ＴＦＴとして高い性能を有することが確認できた。一方、比較例１で作成した有機ＴＦＴは機能しなかった。【０１７７】
［実施例２］
〔有機ＴＦＴの作製〕
本発明の実施例２について説明する。本実施例では有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料と溶媒は実施例１と同じとし、有機半導体材料の溶媒に対する濃度を１．５質量％に変更した。また、工程Ｓ４−１の有機半導体溶液４２を加熱する工程で有機半導体溶液４２を４０℃に加熱し、テーブル温度を３５℃に設定した。【０１７８】
それ以外の工程は実施例１と全く同一の条件で作製したので説明を省略する。【０１７９】
〔実験結果２〕
実施例２で作製した有機ＴＦＴについて移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。【０１８０】
実施例２で作成した有機ＴＦＴは移動度０．２０ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は７桁の値であった。【０１８１】
このように、実施例２で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は実施例１で作成した有機ＴＦＴより高い性能を有することが確認できた。【０１８２】
［実施例３］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図２で説明したＳ１〜Ｓ４の工程で突起部５０を設けたボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、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・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【０１８３】
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【０１８４】
インクジェット法によりアクリル系ポリマーを基板１の全面に５００ｎｍの厚みで塗布後、乾燥させてゲート絶縁層７とした。
Ｓ２．５・・・突起部５０を形成する工程。【０１８５】
インクジェット法により、ゲート絶縁層７の後の工程でドレイン電極９が設けられる中心付近に、アクリル系ポリマーを５００ｎｍの厚みで塗布し、突起部５０を形成した。その後、焼成させて突起部５０とゲート絶縁層７を一体にした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【０１８６】
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約３０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０１８７】
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を２：１の割合で混合し、混合した溶媒に１．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はｍ−ジクロロベンゼンである。【０１８８】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０１８９】
本実施例では省略した。【０１９０】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０１９１】
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をディスペンサー法を用いて１ｎｌ滴下した。【０１９２】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０１９３】
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時に約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、有機半導体溶液４２はｍ−ジクロロベンゼンの約３．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。【０１９４】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０１９５】
ドレイン電極９の突起した部分から結晶成長が開始した。結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持しながら周辺に向けて結晶が成長した。その結果、ドレイン電極９とソース電極８の間を覆うように厚み約１２０ｎｍの大きな結晶薄膜を形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。【０１９６】
〔実験結果３〕
実施例３で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。【０１９７】
実施例１で作成した有機ＴＦＴは移動度０．２４ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は７桁の値であった。【０１９８】
このように、実施例３で作製した突起部５０を設けた有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は、実施例１で作成した有機ＴＦＴより高い性能を有することが確認できた。【０１９９】
［実施例４］
〔有機ＴＦＴの作製〕
図１で説明したＳ１〜Ｓ４の工程でインクジェット法を用いてボトムゲート型有機ＴＦＴを作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、実施例１と共通する点は説明を省略する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極２を形成する工程。【０２００】
基板１は、１５０ｍｍ×１７０ｍｍの大きさのガラス基板を用いた。この基板１の上にスパッタ法にてＣｒの薄膜を１２５ｎｍ形成し、フォトリソグラフィー法を用いてパターニングを行ってゲート電極２を形成した。
Ｓ２・・・・・ゲート絶縁層７を形成する工程。【０２０１】
インクジェット法によりアクリル系ポリマーを基板１の全面に５００ｎｍの厚みで塗布後、乾燥させてゲート絶縁層７とした。
Ｓ３・・・・・ソース電極８、ドレイン電極９を形成する工程。【０２０２】
基板全体を洗浄後、ポジレジスト薄膜を約１μｍ形成し、ソース・ドレイン電極パターンを反転させたフォトマスクを用いて露光し、現像を行った。このようにして、ソース電極８、ドレイン電極９を設けたい箇所のみレジストを除去し、電極を設けたくない箇所にはレジストを残るようにした。続いて、Ａｕをスパッタにより約５０ｎｍ成膜し、レジストを除去し、ソース電極８、ドレイン電極９をリフトオフにより形成した。
Ｓ４・・・・・有機半導体層１０を形成する工程。【０２０３】
有機半導体溶液４２には、低沸点の溶媒と高沸点の溶媒を１：１の割合で混合し、混合した溶媒に２．０質量％の濃度で有機半導体材料を溶かした溶液を用いた。有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料は６，１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、低沸点の溶媒はトルエン、高沸点の溶媒はヘキシルベンゼンである。【０２０４】
Ｓ４−１・・・有機半導体溶液４２を加熱する工程。【０２０５】
本実施例では省略した。【０２０６】
Ｓ４−２・・・有機半導体溶液４２を基板の上に所望のパターンで塗布する工程。【０２０７】
基板１上に形成されたドレイン電極９の中央部に有機半導体溶液４２をピエゾ方式のインクジェット法を用いて１４ｐｌ滴下した。【０２０８】
Ｓ４−３・・・所望のパターンで塗布した有機半導体溶液４２に含まれる低沸点の溶媒を揮発させ有機半導体材料を過飽和状態にする工程。【０２０９】
塗布後、約２０秒経過後にはトルエンが揮発し同時に約１０ｎｍのアモルファスに近い膜が形成された。トルエン揮発後、有機半導体溶液４２はヘキシルベンゼンの約４．０％の溶液となり、有機半導体材料は過飽和状態になった。【０２１０】
Ｓ４−４・・・有機半導体溶液４２に含まれる有機半導体材料の結晶を成長させ結晶薄膜を形成する工程。【０２１１】
滴下された液滴の周辺部より結晶成長が開始し、結晶成長と共に溶媒が揮発し過飽和状態を維持し、厚み約１００ｎｍの大きな結晶薄膜が形成できた。結晶薄膜形成後、残存溶媒を完全に揮発させた。【０２１２】
〔実験結果４〕
実施例４で作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比を測定した。【０２１３】
その結果、実施例４で作成した有機ＴＦＴは移動度０．１０ｃｍ2／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ電流比は６桁の値であった。【０２１４】
このように、実施例４でインクジェット法を用いて作製した有機ＴＦＴの移動度とＯＮ／ＯＦＦ電流比は実施例１で作成した有機ＴＦＴと同等の性能を有することが確認できた。【０２１５】
以上このように、本発明によれば、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成する有機半導体層の成膜方法、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
【図１】
2008132878.tif 000003
【図２】
2008132878.tif 000004
【図３】
2008132878.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成21年9月18日(2009.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の最上層に同心円状に前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する部分に塗布する工程と、
前記塗布された有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させ、前記有機半導体溶液を過飽和状態にする工程と、
前記過飽和状態にされた有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ、前記有機半導体層としての結晶薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行う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。
【請求項３】
前記ソース電極と前記ドレイン電極とが形成する同心円の中心に前記有機半導体溶液を滴下することによって前記有機半導体溶液を塗布することを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体はシリルエチニルペンタセン類であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
１．
基板の上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の最上層に同心円状に前記ソース電極と前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた有機半導体溶液を前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する部分に塗布する工程と、
前記塗布された有機半導体溶液に含まれる沸点の低い溶媒を揮発させ、前記有機半導体溶液を過飽和状態にする工程と、
前記過飽和状態にされた有機半導体溶液に含まれる前記有機半導体材料の結晶を成長させ、前記有機半導体層としての結晶薄膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
２．
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記有機半導体溶液を加熱する工程を行うことを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
３．
前記ソース電極と前記ドレイン電極とが形成する同心円の中心に前記有機半導体溶液を滴下することによって前記有機半導体溶液を塗布することを特徴とする１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
４．
前記有機半導体溶液を塗布する工程の前に、
前記ソース電極または前記ドレイン電極の何れか一方の中心部に突起部を形成する工程を含むことを特徴とする１から３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
５．
前記有機半導体はシリルエチニルペンタセン類であることを特徴とする１から４の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも２種類の沸点の異なる溶媒を混合した溶媒に、前記溶媒に含まれる沸点の高い溶媒の量に対し過飽和状態になるような割合で有機半導体材料を溶解または分散させた溶液を基板に滴下するので、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
このようにほぼ同心円状にソース電極８、ドレイン電極９を形成すると、後の有機半導体層１０を形成する工程で同心円の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下することにより、チャネル部に有機半導体の大きな結晶を配置することができる。すなわち、同心円の中心付近に有機半導体溶液４２を滴下すると図１（４−ｂ）のようにソース電極８、ドレイン電極９を覆うが、図１（４−ａ）のように周辺の方が有機半導体溶液４２の量が少ないためソース電極８の周辺から溶媒が蒸発し、中心に向かって結晶が成長する。このためソース電極８とドレイン電極９が対向するチャネル部付近では結晶が大きく成長し、導電率など電気的特性の優れた有機半導体層１０を形成することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１５】
以上このように、本発明によれば、所望の位置に大きな結晶の有機半導体薄膜を簡単な工程と設備で形成することができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
【国際調査報告】
2008132878.tif 000006
2008132878.tif 000007
2008132878.tif 000008
2008132878.tif 000009