(57)【要約】【課題】電極表面の絶縁層の薄膜化が可能で、且つ歩留まりの高い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】有機薄膜トランジスタの製造方法においては、基板上に第１電極を形成し、第１電極の表面に絶縁層を形成し、絶縁層を覆う様に有機機能層を形成し、有機機能層上又は上記絶縁層上に第２電極及び第３電極を形成する。また、上記絶縁層の形成は、第１電極の表面を酸化して行う第１電極酸化層の形成と、第１電極酸化層への紫外線の照射とを含む。上記紫外線は、例えば１８５ｎｍと２５４ｎｍの二つの波長をもつ紫外線であっても良い。更に、上記第１電極は、例えばアルミニウムから製造することも可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１電極を形成し、
前記第１電極の表面に絶縁層を形成し、
前記絶縁層を覆う様に有機機能層を形成し、
前記有機機能層上又は前記絶縁層上に第２電極及び第３電極を形成する
有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記絶縁層の形成は、
前記第１電極の表面を酸化して行う第１電極酸化層の形成と、
前記第１電極酸化層への紫外線の照射と
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】
前記紫外線は、１８５ｎｍの波長と２５４ｎｍの波長を含む
ことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記第１電極はアルミニウムからなる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層の形成は、
前記第１電極酸化層に紫外線を照射した後、前記第１電極酸化層上に自己組織化単分子層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項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】
この発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体層に有機材料を使用した有機薄膜トランジスタは、低温で形成できると言う特徴があるため、ガラスなど硬質な基板だけでなく、ＰＥＴやＰＥＮ等の樹脂基板上にも形成することができる。また、その形成方法も印刷など安価な手法が利用できるので、曲がるディスプレイや体にフィットする皮膚感覚のセンサーなど、種々のフレキシブルデバイスを低コストで実現することが期待されている。
【０００３】
有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を低電圧で動作させるには、そのゲート絶縁層を高誘電率に、且つ出来るだけ薄く形成する必要がある。この為の技術として、ゲート電極の表面にプラズマを照射して酸化又は洗浄を行い、更にプラズマの照射されたゲート電極表面に自己組織化単分子層（ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成してゲート絶縁層を生成する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９６７８４号公報
【非特許文献１】Hagen Klauk et al., Nature Vol 445, 2007, p. 745.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術のように、ゲート電極の形成された基板にプラズマを照射すると、基板の表面が荒れてしまう。これは、樹脂製の基板を構成する炭素原子が酸素プラズマによって酸化され、二酸化炭素となって蒸発してしまい、エッチングされてしまう事に起因すると考えられる。また、蒸発した基板の一部はゲート電極上に再付着するおそれがある。ゲート電極上の、蒸発した基板の一部が付着した部分には一般的にＯＨ基が存在しない為、上述のＳＡＭが形成されにくい。従って、この様な部分は形成されるゲート絶縁層の欠陥となってしまう。
【０００６】
また、プラズマによるゲート電極の酸化を行う際、プラズマの不均一性に起因してゲート電極の酸化も不均一となってしまい、場合によってはゲート絶縁層にピンホールを生じてしまう事もある。
【０００７】
更に、この様なプラズマ処理は真空状態において行われるが、例えば真空チャンバーの真空引き時、大気開放時、又はプラズマ処理時にパーティクルが発生し、このパーティクルがゲート電極表面に付着してゲート絶縁層にピンホール等の欠陥を生じる場合もある。
【０００８】
これらの事情から、プラズマを用いた場合には電極表面の絶縁層の絶縁性を確保する為に、絶縁層を厚くせざるを得ない、と言う問題があった。本発明は、この様な点に鑑みなされたものであり、電極表面の絶縁層の薄膜化が可能で、且つ歩留まりの高い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法においては、基板上に第１電極を形成し、第１電極の表面に絶縁層を形成し、この絶縁層を覆う様に有機機能層を形成し、有機機能層上又は絶縁層上に第２電極及び第３電極を形成する。また、上記絶縁層の形成は、第１電極の表面を酸化して行う第１電極酸化層の形成と、第１電極酸化層への紫外線の照射とを含む。紫外線は洗浄効果を有する為、蒸発して第１電極上に再付着した基板の一部や大気解放時に第１電極上に付着した空気中の汚れ等を好適に除去することが可能である。また、これらの汚れを除去した結果、局所的に酸化膜が薄くなってしまった場合にも、紫外線による酸化効果によってある程度酸化膜の厚みを補償することが可能である。更に、第１電極が不均一に酸化されてしまった場合においても、この酸化効果によって酸化不足の部分も好適に酸化することが可能である。従って、この様な方法によれば絶縁層を薄膜化しても歩留まりの高い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することが可能となる。
【００１０】
上記紫外線は、例えば低圧水銀灯から発生することができる。低圧水銀灯は、１８５ｎｍと２５４ｎｍの二つの波長をもつ紫外線光を発生することが可能である。これらの波長の紫外線は、それぞれが後述するメカニズムによって好適に電極の酸化、電極及び基板の洗浄に寄与する。
【００１１】
また、上記第１電極は、例えばアルミニウムから製造することも可能である。この場合、第１電極酸化層を形成する際に、紫外線の照射によって第１電極の表面に酸化アルミニウムを形成されるが、酸化アルミニウムは誘電率が高く、薄膜化に有利である。更に、上記絶縁層の形成は、第１電極酸化層に紫外線を照射した後、第１電極層上に自己組織化単分子層を形成する工程を含むことも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁層の薄膜化が可能で、且つ歩留まりの高い有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する事が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの構成を示す側断面図である。
【図２】ｎ−オクタデシルホスホン酸の構造を示す図である。
【図３】同実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法の効果を説明する為の概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの構成を示す側断面図である。
【図６】同有機薄膜トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの構成を示す側断面図である。
【図８】同有機薄膜トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法を詳細に説明する。
【００１５】
［１．第１の実施形態］
［１−１．第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの構成を示す側断面図である。本発明の第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極（第１電極）２と、ゲート電極２を覆う様に形成されたゲート絶縁層３と、ゲート絶縁層３を覆う様に形成された半導体層（有機機能層）４と、この半導体層４上に形成されたソース電極（第２電極）５及びドレイン電極（第３電極）６を有する。
【００１６】
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、ゲート電極２が半導体層４よりも下に位置する、いわゆるボトムゲート型の構造を有し、ソース電極５及びドレイン電極６が半導体層４よりも上に位置する、いわゆるトップコンタクト型の構造を有する。更に、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、フローティングゲートを有しない、いわゆるシングルゲート型の構造を有する。尚、半導体層４よりも上の構造は適宜変更可能である。
【００１７】
本実施形態においては基板１の材料としてＰＥＴを採用している。この他、基板１として、例えばＰＥＮ、ポリイミド、ガラス、酸化膜を形成したシリコン基板など、用途と目的に応じて任意に選択可能である。また、本実施形態においてはゲート電極２の材料としてアルミニウムを採用している。この他、ゲート電極２としては、安定な酸化膜を形成できる金属であれば他の金属でも採用可能であり、例えばジリコニウム、チタン、タンタル、亜鉛、銅、カルシウム等の希土類金属、アルカリ土類金属、遷移金属や、これらの金属を含んだ合金等を利用することが可能である。
【００１８】
本実施形態において、ゲート絶縁層３は、ゲート電極２を酸化してなるゲート電極酸化層３１と、このゲート電極酸化層３１上に形成された自己組織化単分子層３２からなる。尚、本実施形態においてはゲート電極２の材料としてアルミニウムを採用している為、ゲート電極酸化層３１は酸化アルミニウムからなる。また、自己組織化単分子層３２の材料として、本実施形態においては図２に示すｎ−オクタデシルホスホン酸（Ｃ１８Ｈ３９Ｏ３Ｐ）を採用している。この他、自己組織化単分子層３２は、例えばｎ−ヘキサデシルホスホン酸（Ｃ１６Ｈ３５Ｏ３Ｐ）、ｎ−ブタデシルホスホン酸（Ｃ１４Ｈ３１Ｏ３Ｐ）、ｎ−ドデシルホスホン酸（Ｃ１２Ｈ２７Ｏ３Ｐ）、ｎ−オクチルホスホン酸（Ｃ８Ｈ１９Ｏ３Ｐ）等であっても良い。また、自己組織化単分子層３２は、半導体層４を形成する為に表面エネルギーを下げる事と、ゲート絶縁層３の物理的な膜厚を厚くしてリーク電流を低減することを主目的として形成される。従って、上記材料以外でも表面エネルギーを下げる事が可能であり、かつ絶縁性をしめすものであれば採用可能である。また、必要でない場合、例えばゲート電極酸化層３１の絶縁性が充分である場合には、この自己組織化単分子層３２を省略しても良い場合がある。
【００１９】
また、本実施形態においては、半導体層４の材料としてジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）を採用している。しかし、例えばペンタセン（Ｃ２２Ｈ１４）やアントラセン（Ｃ１４Ｈ１０）、ルブレン（Ｃ４２Ｈ２８）、ポリアセチレン等、半導体としての性質を有する有機物であれば、半導体層４として採用可能である。尚、半導体層４の材料としては、ゲート電極２の材料として採用される金属との関係において、最適な材料を選択することも考えられる。更に、本実施形態においてはソース電極５及びドレイン電極６として金（Ａｕ）を採用している。しかし、これらの電極に、他の金属や合金等を採用することも可能であり、更に、導電性高分子や銀インク等の導電性のインクを採用することも可能である。
【００２０】
［１−２．第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法］
次に、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法においては、まず基板１上にゲート電極２を形成し（ステップＳ１）、Ｏ２プラズマの照射によってゲート電極２表面にゲート電極酸化膜３１を形成し（ステップＳ２）、ゲート電極酸化膜３１に紫外線を照射し（ステップＳ３）、ゲート電極酸化膜３１を覆う様に更に半導体層（有機機能層）４を形成し（ステップＳ４）、有機機能層４上にソース電極５及びドレイン電極６を形成する（ステップＳ６）。
【００２１】
ステップＳ１においては、基板１上にゲート電極２を形成する。ゲート電極２の形成としては種々の方法が適用可能であり、例えばマスクを用いてスパッタや蒸着を行ってもよいし、フォトリソグラフィーとエッチングを組み合わせて行っても良い。
【００２２】
ステップＳ２においては、ゲート電極２にＯ２プラズマを照射し、ゲート電極酸化膜３１を生成する。本実施形態においては、ＵＬＶＡＣ社製のＲＨ−３０３０Ｐを使用した。先ず、真空チャンバー内にゲート電極２の形成された基板１を設置して真空状態を生成し、その後、酸素ガスを２００ｓｃｃｍ流し、圧力が６Ｐａとなるように排気量を調整した。続いて、ダイレクトプラズマモードにて平行平板上の上部電極に対して５００Ｗの高周波を印加して酸化プラズマを発生させた。尚、酸素プラズマの照射時間は３分とした。
【００２３】
尚、本実施形態においてはゲート電極酸化膜３をプラズマの照射によって生成しているが、例えば陽極酸化や、薬液等による酸化を採用することも可能である。この様な方法を用いた場合、例えば酸化剤等に含まれる有機物質等によって生成されるゲート電極酸化層３の表面が汚染されてしまう場合もあるが、これら有機物質等はステップＳ３における紫外線の照射によって、好適に除去することが可能である。
【００２４】
ステップＳ３においては、ゲート電極酸化層３１の表面に紫外線光を照射し、ゲート電極酸化層３１の表面を洗浄する。本実施形態においては、ゲート電極酸化層３１に照射する紫外線として、低圧水銀ランプから照射された紫外線を使用する。低圧水銀ランプからは１８５ｎｍと２５４ｎｍの二つの波長をもつ紫外線光が生じる。１８５ｎｍの波長を有する紫外線光は、大気中の酸素を分解してオゾン（Ｏ３）を発生させ、これによって上記ゲート電極２の酸化を行う。２５４ｎｍの波長を有する紫外線光はこのオゾンを分解して酸素ラジカルを生成させ、これによって上記ゲート電極２の酸化を更に進行させる。
【００２５】
また、図４（ａ）に示す通り、２５４ｎｍの波長を有する紫外線光はゲート電極２及び基板１に直接到達し、これらの表面に存在する有機物を分解することによって、洗浄を行う。ここで言う有機物には、例えば蒸発してゲート電極上に再付着した基板の一部や大気解放時にゲート電極上に付着した空気中の汚れ等が含まれる。また、図４（ｂ）に示す通り、これらの汚れを除去した結果、局所的に酸化膜が薄くなってしまった場合にも、紫外線による酸化効果によってある程度酸化膜の厚みを補償することが可能である。尚、紫外線によって酸化された部分を、図４（ｂ）中においては３１１に示す。更に、ゲート電極が不均一に酸化されてしまった場合においても、この酸化効果によって酸化不足の部分も好適に酸化することが可能である。
【００２６】
本実施形態においては、３００Ｗの低圧水銀灯（例えば江藤電機(株)製 KOL-300）を用いており、この低圧水銀灯から１ｃｍ程度離れた場所に基板１を設置し、ゲート電極２に１分間紫外線光を照射する。尚、低圧水銀灯の種類、低圧水銀灯と基板１との距離、紫外線光の照射時間等は一例として示したのみに過ぎず、これら条件は適宜調整可能である。
【００２７】
ステップＳ４においては、ゲート電極酸化層３１上に自己組織化単分子層３２を形成する。本実施形態においては、上記ゲート電極酸化層３１の形成された基板１を、ｎ−オクタデシルホスホン酸の２−プロパノール溶液（５ｍｍｏｌ／Ｌ）に、常温下にて３０分間浸漬する。尚、溶液や浸漬時間等は適宜調整可能であり、例えばゲート電極酸化層３１の形成された基板１を一昼夜又は数日間ｎ−オクタデシルホスホン酸の溶液に浸漬しておくことも可能である。尚、この様なプロセスは全て１００℃以下の低温において行われる。
【００２８】
尚、自己組織化単分子層３２の形成は、必ずしも２−プロパノール溶液への浸漬によって行う必要は無く、異なる方法によっても実現可能である。例えば、気相成長法によって自己組織化単分子層３２を生成することも可能である。
【００２９】
ｎ−オクタデシルホスホン酸の分子端部にはＯＨ基が存在し、このＯＨ基と、ＡｌＯｘ表面を覆っているＯＨ基が脱水縮合することによって、自己組織化単分子層３２とゲート電極酸化層３１とが結合する。また、ｎ−オクタデシルホスホン酸はＡｌＯｘ表面に一分子のみ結合して、２−４ｎｍの厚さを有する自己組織化単分子層３２を形成する。
【００３０】
次に、上記溶液から基板１を取り出し、例えば２−プロパノール（Ｃ３Ｈ８Ｏ）によるリンスを行う。次に、例えば１００℃〜１２０℃程度の温度で５〜３０分程度ベイクを行い、残留溶媒を除去する。本実施形態においては、１００℃の温度で１０分間ベイクを行う。
【００３１】
ステップＳ５においては、半導体層４を形成する。本実施形態においては、マスクを用い、基板１上にＤＮＴＴを蒸着した。尚、半導体４の形成方法としては種々の方法が適用可能であり、例えば半導体溶液のスピン塗布等、既知の方法を使用することが可能である。更に、パターニングについても既知の方法を使用することが可能であり、例えば印刷や、フォトリソグラフィーとエッチングの組合せを用いる事等が考えられる。
【００３２】
ステップＳ６においては、ソース電極５及びドレイン電極６を作成する。ソース電極５及びドレイン電極６の作成にも公知の方法が採用可能であり、例えばフォトリソグラフィーとエッチングの組合せ、導電性高分子のペースト、銀インク等、導電性インクの印刷法による塗布等が考えられる。
【００３３】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明する。第１の実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、いわゆるトップコンタクト型の構造を有していたが、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、図５に示す通り、ソース電極５及びドレイン電極６が半導体層４よりも下に位置する、いわゆるボトムコンタクト型の構造を有する。尚、各部分の材料等は第１の実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、第１の実施形態とほぼ同様であるが、図６に示す通り、ステップＳ４において自己組織化単分子層３２を形成した後、ステップＳ７においてソース電極５及びドレイン電極６を形成し、その後でステップＳ８において半導体層４を形成する点において異なる。第１の実施形態においては半導体層４を形成した後でソース電極５及びドレイン電極を形成する為、例えばソース電極５及びドレイン電極６の形成にエッチング等を用いた場合に半導体層４にダメージを与える恐れがあった。本実施形態においてはソース電極５及びドレイン電極６を形成した後で半導体層４を形成する為、この様な問題を生じず、ソース電極５及びドレイン電極６の形成方法の自由度が上がる。
【００３５】
本実施形態に係る有機薄膜トランジスタでは、ソース電極５及びドレイン電極６の形成に、エッチングなどの微細プロセスを利用することが可能である。両電極間の間隔を短くすると、同じ駆動電圧でもソース−ドレイン間に流れる電流が増加し、より高特性のトランジスタとすることができる。
【００３６】
［３．第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明する。上記第１及び第２の実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいては、フローティングゲートを有しない、いわゆるシングルゲート型の構造を採用していたが、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、図７に示す通りダブルゲート型の構造を採用しており、ゲート電極２の上に、ゲート絶縁層３を介してフローティングゲート１２が形成されている。従って、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタは、メモリ素子として使用することが可能である。またフローティングゲート電極に電荷を溜めることによってトランジスタの閾値を制御することも可能である。尚、図７においては第１の実施形態と同様にトップコンタクト型の構造を採用しているが、第２の実施形態と同様にボトムコンタクト型の構造を採用することも可能である。
【００３７】
フローティングゲート１２には種々の材料が適用可能であるが、例えばゲート電極２と同様の材料を適用することが考えられる。従って、本実施形態においてはフローティングゲート１２の材料としてアルミを適用する。フローティングゲート１２の表面には、フローティングゲート絶縁層１３が形成される。フローティングゲート絶縁層１３は、フローティングゲート１２表面に紫外線を照射して形成されるフローティングゲート酸化層１３１と、自己組織化単分子層１３２からなる。尚、本実施形態に係る自己組織化単分子層１３２は、自己組織化単分子層３２と同様の材料から形成することが可能である。
【００３８】
次に、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法について説明する。図８は、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は第１の実施形態とほぼ同様であるが、本実施形態に係る有機薄膜トランジスタはダブルゲート構造を採用している為、ステップＳ４において自己組織化単分子層３２を形成した後、ステップＳ９においてフローティングゲート１２を形成し、更にステップＳ１０においてＯ２プラズマを照射してフローティングゲート絶縁層１３１を形成し、ステップＳ１１において紫外線の照射によるフローティングゲート絶縁層１３１の更なる酸化及び洗浄を行い、ステップＳ１２において自己組織化単分子層１３２を形成する。
【００３９】
ステップＳ３においてはゲート電極酸化層３１表面に紫外線を照射し、更なる酸化及び洗浄を行う。従ってゲート電極酸化層３１の表面の不純物は除去される。従って、ステップＳ４において、自己組織化単分子層３２はゲート電極酸化層３１上に好適に形成される。ステップＳ１１における紫外線照射の条件は適宜調整可能であるが、本実施形態においてはステップＳ３と同様の方法を採用している。ステップＳ１２においては自己組織化単分子膜１３２を形成するが、この工程もステップＳ４とほぼ同様に行う事が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１…基板、  ２…ゲート配線、  ４…半導体層（有機機能層）、  ５…ソース電極、  ６…ドレイン電極、  １２…フローティングゲート、  １３…フローティングゲート絶縁層、  ３１…ゲート電極酸化層、  ３２，１３２…自己組織化単分子層、  １３１…フローティングゲート酸化層。
【図１】
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【図２】
2014127690.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014127690.tif 000009
【図８】
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