(57)【要約】【課題】有機半導体膜を有するトップコンタクト型の有機半導体素子の製造において、印刷を利用する高い生産性で、かつ、有機半導体膜の不良を生じることなく微細な配線パターンを形成する。【解決手段】有機半導体膜の上を通過し、かつ、線間および線幅の少なくとも一方が２０μｍを超える大きな配線パターンを、印刷等を用いて形成し、有機半導体膜上の配線パターンを、スポット径が２μｍ以下の連続波の電磁ビームによる、ビーム径以下のピッチでの複数回の走査で加工することにより、この課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、有機半導体材料からなる有機半導体膜を形成し、
少なくとも一部が前記有機半導体膜の上に位置するように、導電材料からなる、線幅および線間の少なくとも一方が２０μｍ以上のパターンを形成し、
さらに、前記有機半導体膜上のパターンを、スポット径が２μｍ以下の連続波の電磁ビームによって、前記有機半導体膜の表面における前記電磁ビームの径以下の走査間隔で、複数回、走査することにより、前記有機半導体膜上のパターンの一部を除去することを特徴とする有機半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体膜の表面における電磁ビームのエネルギ密度が２００００ｍＪ／ｃｍ2以下である請求項１に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体膜の表面における前記電磁ビームの走査速度が０．２ｍ／ｓｅｃ以上である請求項１または２に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記電磁ビームが、開口率が０．２以上のレンズで集光されたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体膜の厚さが、前記電磁ビームの焦点深度の５％以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体膜上のパターンの除去量が、２０μｍ未満である請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記有機半導体膜となる有機半導体材料が低分子量の有機半導体材料である請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記有機半導体膜の表面における前記電磁ビームの走査間隔が、前記有機半導体膜の表面における電磁ビームの径の９０％以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記パターンの厚さが１〜１００ｎｍである請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記電磁ビームが、前記有機半導体膜の表面に焦点を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記パターンを印刷によって形成する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の有機半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタなどの有機半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性インク、半導体インクおよび絶縁性インク等を用いて、グラビアオフセット印刷やインクジェット等の印刷技術を利用して電子回路やデバイス等の半導体素子を作製する、いわゆる印刷エレクトロニクス（プリンテッドエレクトロニクス）が知られている。
【０００３】
従来から利用されているフォトリソグラフィによる半導体素子の製造は、全面に配線パターン等を形成する材料層やフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層をパターンニングした後に、エッチングによって不要な部分を除去することで行われる。そのため、金等の高価な材料が無駄になり、材料費が高くなってしまう。
これに対し、印刷を利用する印刷エレクトロニクスでは、配線等を必要な部分にのみ形成するので、材料費が無駄にならず、環境調和性も高い。また、印刷は、生産性が高く、大面積への応用も容易である上に、材料費以外の生産コストの点でも有利である。
このような利点を利用して、特に、印刷エレクトロニクスを利用する回路や薄層トランジスタ（ＴＦＴ）の開発が盛んになってきた。
【０００４】
一方で、フォトリソグラフィは、微細なパターンの形成が可能である。例えば、線間や線幅が２０ｎｍといった最小単位を有するパターンの形成が開発されている。
これ対して、印刷エレクトロニクスで形成できるのは、太陽電池の櫛形配線などの１００μｍ程度のパターンが通常である。また、新しい技術でも、スマートフォンのタッチパネルの外周部に形成される電極に対応する、５０μｍ程度のパターンが試されている程度である。さらに、最近では、グラビアオフセット印刷を利用した、微細パターンの形成が可能な印刷エレクトロニクスも発表されているが、これでも、１０μｍ程度である。
【０００５】
一方で、フォトリフォグラフィ以外に微細なパターンが形成可能な技術として、レーザビームによって配線を切断する方法が知られている。
例えば、特許文献１〜３には、絶縁層等の上に配線パターンを形成して、パルス波（パルス駆動）のレーザビームによって配線パターンを切断することにより、ＴＦＴのソース電極およびドレイン電極等を形成することが記載されている。
ＴＦＴ等の半導体素子において、ソース電極とドレイン電極との間が長いと、電子やホール等のキャリアの移動に時間がかかり、半導体素子の応答速度が遅くなる。そのため、半導体素子の性能を高めるためには、ソース電極とドレイン電極との間の間隔を短くする必要がある。レーザビームを用いる加工であれば、このような微細な加工にも、好適に対応できる。
【０００６】
従って、印刷エレクトロニクスによる半導体素子の製造に、レーザビームによる加工を組み合わせることにより、間隔の狭いソース電極とドレイン電極を有するＴＦＴなど、微細なパターンを有する半導体素子を、安価に高い生産性で製造可能になる可能性が有る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０９２６６号公報
【特許文献２】特表２００９−５０８３２１号公報
【特許文献３】特開２０１２−５４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、有機半導体材料からなる有機半導体膜（有機半導体層）は、有機半導体材料をトルエン等の溶剤に溶解した塗料を用いて形成できる。
そのため、有機半導体膜は、印刷エレクトロニクスへの応用が容易であり、印刷エレクトロニクスでは、有機半導体材料を利用する開発が盛んに行われている。
【０００９】
ここで、本発明者の検討によれば、有機半導体膜を形成する半導体素子の製造において、前述のレーザビームによる配線パターンの加工は、特許文献１〜３に示されるような、ソース電極とドレイン電極の上に有機半導体層を形成する、いわゆるボトムコンタクト型の半導体素子の製造には、好適に利用可能である。
しかしながら、有機半導体膜の上にソース電極とドレイン電極とを有する、いわゆるトップコンタクト型の半導体素子の製造に、レーザビームによる配線パターンの加工を利用すると、往々にして、有機半導体膜の不良や電極間の絶縁性の不良など、様々な不都合が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、トップコンタクト型の有機半導体素子の製造において、印刷エレクトロニクスの技術とレーザビームによる加工とを利用することにより、不良を生じることなく、高い生産性で、ソース電極とドレイン電極との間隔が小さいＴＦＴなど、微細なパターンを有する有機半導体素子を製造できる有機半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明の有機半導体素子の製造方法は、基板の上に、有機半導体材料からなる有機半導体膜を形成し、少なくとも一部が有機半導体膜の上に位置するように、導電材料からなる、線幅および線間の少なくとも一方が２０μｍ以上のパターンを形成し、さらに、有機半導体膜上のパターンを、スポット径が２μｍ以下の連続波の電磁ビームによって、有機半導体膜の表面における電磁ビームの径以下の走査間隔で、複数回、走査することにより、有機半導体膜上のパターンの一部を除去することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供する。
【００１２】
このような本発明の有機半導体素子の製造方法において、有機半導体膜の表面における電磁ビームのエネルギ密度が２００００ｍＪ／ｃｍ2以下であるのが好ましい。
また、有機半導体膜の表面における電磁ビームの走査速度が０．２ｍ／ｓｅｃ以上であるのが好ましい。
また、電磁ビームが、開口率が０．２以上のレンズで集光されたものであるのが好ましい。
また、有機半導体膜の厚さが、電磁ビームの焦点深度の５％以上であるのが好ましい。
また、有機半導体膜上のパターンの除去量が、２０μｍ未満であるのが好ましい。
また、有機半導体膜となる有機半導体材料が低分子量の有機半導体材料であるのが好ましい。
また、有機半導体膜の表面における電磁ビームの走査間隔が、有機半導体膜の表面における電磁ビームの径の９０％以下であるのが好ましい。
また、パターンの厚さが１〜１００ｎｍであるのが好ましい。
また、電磁ビームが、有機半導体膜の表面に焦点を有するのが好ましい。
さらに、パターンを印刷によって形成するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
このような本発明によれば、有機半導体材料による有機半導体膜を有する有機半導体素子の製造において、印刷技術等を利用して、配線パターンなどの２０μｍ以上の大きなパターンを形成して、その後、レーザビーム等の電磁ビームによって、この大きなパターンの一部を除去して、ソース電極とドレイン電極との間隙などの微細なパターンを、有機半導体膜の損傷や変質、不要なパターンの残存等を防止しつつ、形成できる。
そのため、本発明の有機半導体素子の製造方法によれば、不良の発生を抑制し、かつ、高い生産性で、微細なパターンが形成された有機半導体素子を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を説明するための概念図である。
【図２】（Ｄ）および（Ｅ）は、本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を説明するための概念図である。
【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の有機半導体素子の製造方法の一例を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１および図２に、本発明の半導体素子の製造方法の一例を概念的に示す。
本発明の半導体素子の製造方法（以下、単に『本発明の製造方法』とも言う）は、基板の表面に印刷等の方法によって、有機半導体膜、および、導電材料からなり、少なくとも一部が有機半導体膜の上に位置するパターンを形成し、この有機半導体膜の上のパターンの一部を、電磁ビームで、複数回、走査して、除去する。
【００１６】
図１および図２に示すように、本例では、基板１０として、Ｓｉ（シリコン）基板１２の表面に絶縁体層１４としての熱酸化膜が形成されてなる基板１０を用い、この基板１０の表面に有機半導体膜（有機半導体層）１８を形成した後、有機半導体膜１８の上を通過する配線パターン２０を形成し、有機半導体膜１８上の配線パターン２０をレーザビームＬで、複数回、走査して、この配線パターン２０を切断する。
【００１７】
前述のように、図示例において、基板１０は、Ｓｉ基板１２の上に、絶縁体層１４としての熱酸化膜を形成してなるものである。
本発明の製造方法において、基板は、このような基板１０以外にも、絶縁体層が形成されたシリコン以外の金属、絶縁体層を形成されていないシリコン等の金属、セラミック、ガラス、プラスチックなど、各種の材料からなる板状物（シート状物／フィルム）が利用可能である。また、これらの板状物を支持体として、その表面にゲート電極が形成され、支持体およびゲート電極を覆って、絶縁体層が形成された物を基板としてもよい。
【００１８】
すなわち、本発明においては、有機半導体膜の上にソース電極およびドレイン電極を形成してなる、いわゆるトップコンタクト型の半導体素子の製造工程において、その表面に、有機半導体膜を形成され、その後、配線等の導電材料からなるパターンを形成される各種の物が、基板として利用可能である。
【００１９】
図１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、本発明の製造方法は、このような基板１０の表面（絶縁体層１４の表面）に、有機半導体膜１８を形成する。
【００２０】
有機半導体膜１８は、公知の有機半導体からなる膜である。
本発明の製造方法において、有機半導体膜１８を形成する有機半導体材料は、有機半導体素子の製造において、有機半導体膜として利用される公知の有機半導体材料が、各種、利用可能である。
具体的には、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳペンタセン）、テトラメチルペンタセン、パーフルオロペンタセン等のペンタセン類やアントラセン等のアセン類、ＴＥＳ-ＡＤＴ、ｄｉＦ−ＴＥＳ-ＡＤＴ等のアントラジチオフェン類、ＤＰｈ-ＢＴＢＴ、Ｃｎ−ＢＴＢＴ等のベンゾチエノベンゾチオフェン類、Ｃｎ−ＤＮＴＴ等のジナフトチエノチオフェン類、ペリキサンテノキサンテン等のジオキサアンタントレン類、ルブレン類、Ｃ６０、ＰＣＢＭ等のフラーレン類、銅フタロシアニン、フッ素化銅フタロシアニン等のフタロシアニン類、Ｐ３ＲＴ、ＰＱＴ、Ｐ３ＨＴ、ＰＱＴ等のポリチオフェン類、ＰＢＴＴＴ等のポリチエノチオフェン類等が例示される。
【００２１】
本発明の製造方法では、低分子量の有機半導体材料を用いるのが好ましい。
本発明の製造方法に、低分子量の有機半導体材料を用いることにより、分子間の相互作用が強く、移動度などの半導体特性の点で好ましい。
【００２２】
また、高い移動度が得られる等の点で、有機半導体膜１８は、多結晶あるいは単結晶の結晶性であるのが好ましい。
【００２３】
有機半導体膜１８は、公知の方法で形成すればよい。
具体的には、有機半導体材料を溶剤に溶解してなる塗料を用いる塗布法や、グラビア印刷、オフセット印刷、孔版印刷、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、転写印刷、インクジェットなど、前述の印刷エレクトロニクス（プリンテッドエレクトロニクス）で利用されている各種の印刷技術等が例示される。なお、形成するパターンに応じた開口を有する開口マスクを通して、例えば真空蒸着等の成膜手段によって、被着物にパターンを形成する方法も、孔版印刷の一種と考えられる。
【００２４】
有機半導体膜１８の厚さは、有機半導体膜１８の形状や大きさ、製造する有機半導体素子の種類や大きさ等に応じて、適宜決定すればよい。
ここで、本発明の製造方法においては、有機半導体膜１８の厚さは、配線パターン２０を除去するレーザビームＬの焦点深度の５％以上とするのが好ましい。この点に関しては、後に詳述する。
【００２５】
本発明の製造方法において、有機半導体膜１８を形成したら、次いで、図１（Ｃ）に示すように、導電材料からなる配線パターン２０を形成する。
本発明において、この配線パターン２０は、少なくとも一部が、先に形成した有機半導体膜１８の上に位置するパターンを有するものである。図１および図２に示される例においては、有機半導体膜１８の上を横切るように、基板１０（絶縁体層１４）の上に形成される。
【００２６】
なお、本発明においては、導電材料からなるパターンとしては、図示例の配線パターン以外にも、電極パターン、抵抗パターン、有機半導体パターン、コンデンサパターン等、有機半導体膜１８の上に少なくとも一部が形成されるものであれば、各種の導電材料からなる各種のパターンが利用可能である。
また、本発明の製造方法は、導電材料のみならず、絶縁性材料を用いた絶縁体パターンを有機半導体膜１８の上に形成する有機半導体素子の製造にも、利用可能である。
【００２７】
本発明の製造方法において、このような配線パターン２０（パターン）は、有機半導体素子に形成されるパターンの中でも、微細さを要求されない、大きな（粗い）パターンである。
具体的には、線幅および線間の少なくとも一方が、２０μｍ以上のパターンである。好ましくは、線幅および線間の少なくとも一方が、３０μｍ以上のパターンである。
【００２８】
従って、このような配線パターン２０の形成には、先に有機半導体膜１８の形成の際に例示した、グラビア印刷、オフセット印刷、孔版印刷、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、転写印刷、インクジェットなど、前述の印刷エレクトロニクスで利用されている各種の印刷技術が好適に利用される。
印刷によって配線パターン２０を形成することにより、高い生産性で、材料の無駄なく、低コストに、大面積にも好適に対応して、配線パターン２０を形成できる。
なお、本発明の製造方法において、配線パターンは印刷で形成するのに限定はされず、蒸着等の公知の各種の形成方法が利用可能である。
【００２９】
配線パターン２０の形成材料は、金、銀および銅など、必要な導電性が確保できる導電材料であれば、公知の各種の材料が利用可能である。
【００３０】
また、配線パターン２０の厚さは、形成する配線パターンの線幅や線間、製造する有機半導体素子の種類や大きさ等に応じて、適宜決定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、配線パターン２０の厚さは、１〜１００ｎｍが好ましく、特に、５〜３０ｎｍが好ましい。
配線パターンの厚さを、この厚さとすることにより、後述するスポット径が２μｍ以下のレーザビームＬでの確実な加工が可能である、パターンエッジの形状が綺麗になる等の点で好ましい。
【００３１】
このようにして配線パターン２０を形成したら、次いで、図２（Ｄ）に示すように、光学系２４から照射したレーザビームＬによって、有機半導体膜１８の上に形成された配線パターン２０の一部を除去して、図２（Ｅ）に示すように、間隙２０ａを形成し、有機半導体膜１８の上にソース電極２０ｂおよびドレイン電極２０ｃを形成して、トップコンタクト型の半導体素子（ＴＦＴ（薄膜トランジスタ））２６を製造する。
なお、この半導体素子２６においてはシリコン基板１２が、ゲート電極となる。
【００３２】
なお、本発明において、光学系２４は、スポット径が２μｍ以下のレーザビームＬを照射できるものであれば、レーザビームＬの光源、光源がレーザビームＬを集光するためのレンズ、レーザビームＬの光路を調整するためのミラー等を組み合わせて構成された、公知のレーザビームの照射装置が、各種、利用可能である。
【００３３】
前述のように、有機半導体素子の性能を高めるためには、ソース電極とドレイン電極との間を狭くする必要が有る。しかしながら、印刷では、例えば、この間隙を５μｍにしてソース電極とドレイン電極とを形成するなど、このような微細な加工は困難である。
これに対し、特許文献１〜３に示されるように、まず、配線パターン（電極となる金属層）を形成して、レーザビームを用いて配線パターンを加工することにより、ソース電極とドレイン電極との間の狭い間隙を形成できる。例えば、Applied Physics Express 2 (2009) 126502には、波長４０５ｎｍの半導体レーザと開口率（ＮＡ）が０．５のレンズを用いるレーザ加工装置（パスルテック社製  ＮＥＯ１０００）を使用して、４０ｎｍの加工ができることが示されている。
【００３４】
ここで、本発明の製造方法では、スポット径が２μｍ以下の連続波のレーザビームＬを用い、有機半導体膜１８の表面（有機半導体膜１８と配線パターン２０との界面）において、この位置におけるレーザビームのビーム径以下の走査間隔で、配線パターン２０の加工位置を、複数回、走査することにより、レーザビームＬによって配線パターン２０を除去して、間隙２０ａを形成する。
なお、レーザビームＬの焦点では、ビームスポットの光強度分布は一様では無いので、本発明においては、１／（ｅ2）の強さでスポット径を定義する。すなわち、本発明においては、レーザビームの波長をλ、レンズの開口率をＮＡとすると、
スポット径＝（０．８２×λ）／ＮＡ
となる。
また、レーザビームＬの走査間隔とは、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの中心の間隔である。すなわち、本発明においては、有機半導体膜１８の表面において、レーザビームＬを重複させて、レーザビームＬでの走査を行う。
【００３５】
図示例においては、一例として、図２（Ｄ）および（Ｅ）に示すように、有機半導体膜１８上で矢印ｙ方向に延在する配線パターン２０に対して、図２（Ｄ）に破線で示すように、レーザビームＬをｙ方向と直交するｘ方向に走査する。１回の走査が終わったら、有機半導体膜１８上におけるビーム径以下の所定の走査間隔だけ、基板１０と光学系２４とをｙ方向に相対的に移動して、再度、レーザビームＬをｘ方向に走査する。このレーザビームＬの走査を、間隙２０ａの大きさに応じて、繰り返す。
これにより、配線パターン２０上をレーザビームＬによって二次元的に走査して、走査した位置の配線パターン２０を除去して、間隙２０ａを形成する。
【００３６】
本発明の製造方法は、印刷技術等を利用して大きな配線パターン２０を形成した後、このような、スポット径が２μｍ以下の小さい連続波のレーザビームＬによる、レーザビームＬを重複させた複数回の走査によって配線パターン２０を除去する。
これにより、レーザビームＬで有機半導体膜１８を破損することなく、かつ、配線パターン２０の除去を確実に行って、高い生産性で、微細な加工が行われた半導体素子２６を、高い歩留りで製造できる。
【００３７】
前述の特許文献１〜３に示されるようなレーザビームによる配線パターンの間隙の形成では、形成する間隙に応じたビーム径のレーザビームによって、加工を行うのが、最も効率的である。例えば、配線パターンに５μｍの間隙を形成するためには、配線パターンと下層との界面におけるビーム径が５μｍとなるレーザビームを用い、１回の走査で配線パターンに間隙を形成するのが、最も効率的である。
また、レーザビームの力を効率良く使って加工を行うためには、レーザビームの焦点を、加工する配線パターンと下層との界面に位置して加工を行うのが好ましい。
加えて、このようなレーザビームを用いる加工は、特許文献１〜３にも示されるように、大きな出力が得られるパルス波のレーザビームで行うのが通常である。
【００３８】
ところが、このようなレーザビームによる加工を、トップコンタクト型の有機半導体素子の製造に利用すると、有機半導体膜を損傷してしまい、適正に作動する有機半導体素子を製造することが出来ない場合が多い。
【００３９】
前述のように、レーザビームのスポット径は、『スポット径＝（０．８２×λ）／ＮＡ』である。他方、レーザビームの焦点深度は、『焦点深度＝（λ／ＮＡ2）』である。すなわち、スポット径が大きいレーザビームは、焦点深度も深い。
レーザビームの焦点深度以内では、レーザビームの光強度は強い。特に、焦点を中心とする１０％程度の領域は、光強度が強い。
一方で、有機半導体素子２６においては、通常、有機半導体膜１８の厚さは５〜５００ｎｍ程度であり、配線パターン２０の厚さは１０〜１００ｎｍ程度である。
【００４０】
そのため、ソース電極２０ｂおよびドレイン電極２０ｃとなる配線パターン２０の下に有機半導体膜１８を有するトップコンタクト型の有機半導体素子２６の製造において、加工する間隙２０ａに対応するスポット径を有する焦点深度の深いレーザビームで間隙２０ａの加工を行うと、配線パターン２０のみならず、有機半導体膜１８も除去してしまう。
また、パルス波のレーザビームで走査を行うと、連続的な加工を行うことができず、除去すべき配線パターン２０が残ってしまう。パルス幅を狭くして連続波に近いレーザビームにすることで、この不都合は回避できるが、各パルスでの照射時には、出力のピークが生じるため、やはり、有機半導体膜１８も除去してしまう。
配線パターン２０と共に、有機半導体膜１８が除去されれば、当然、有機半導体素子は作動しなくなり、不良品となってしまう。逆に、除去すべき配線パターン２０が残れば、有機半導体素子がショートしてしまう。
【００４１】
これに対して、本発明の製造方法では、スポット径が２μｍ以下の連続波のレーザビームＬ、すなわち焦点深度の浅い連続波のレーザビームＬを用いて、複数回の走査によって、配線パターン２０を除去して、間隙２０ａを形成する。
そのため、レーザビームＬによる加工効率は低下するものの、電荷が主に通過する絶縁体層１４との界面近傍の有機半導体膜１８を残して、配線パターン２０を除去して、適正に作動する有機半導体素子２６を製造できる。加えて、スポット径が２μｍ以下のレーザビームＬによれば、より微細な加工も可能である。
また、スポット径が小さいレーザビームＬであっても、ｙ方向の走査間隔を、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの径以下として、有機半導体膜１８の表面でレーザビームＬを重複して走査を行うので、間隙２０ａとなる位置で、確実に配線パターン２０を除去でき、ショート等の不都合が生じることも無い。
さらに、前述のように、大きな配線パターン２０は、印刷等の生産性の高い方法で形成できるので、このような微細な加工を施した有機半導体素子２６を、高い生産性で製造することができる。
【００４２】
本発明の製造方法において、レーザビームＬのスポット径は、２μｍ以下であればよいが、１．３μｍ以下がより好ましく、特に、０．７μｍ以下が好ましい。加えて、後述する有機半導体膜１８の厚さに対応する焦点深度に応じたスポット径であるのが好ましい。
レーザビームＬのスポット径を上記範囲とすることにより、より確実に有機半導体膜１８の損傷を防止できる、より微細な配線パターン２０の加工が可能になる等の点で好ましい。
【００４３】
本発明の製造方法において、レーザビームＬは、アブレーション、昇華、蒸発等によって配線パターン２０を除去できる連続波のものが、各種、利用可能である。
具体的には、半導体レーザによる４０５ｎｍのレーザビーム、同６５０ｎｍのレーザビーム、同７８０ｎｍのレーザビーム等が例示される。
また、本発明の製造方法では、これらのレーザビーム以外にも、ＬＥＤなどの光源からの光を、ピンホールと光学レンズとによって、小さく集光した電磁ビーム等も利用可能である。しかしながら、エネルギ密度を高められる等の点で、レーザビームが好ましく利用される。
【００４４】
レーザビームＬは、開口率（ＮＡ）が０．２以上のレンズ（組レンズを含む）で集光されるのが好ましい。すなわち、光学系２４は、開口率が０．２以上のレンズで、レーザビームＬを集光するのが好ましい。中でも、レーザビームＬは、開口率が０．３以上のレンズで集光されるのが、より好ましく、開口率が０．４以上のレンズで集光されるのが、さらに好ましく、開口率が０．５以上のレンズで集光されるのが、よりさらに好ましく、開口率が０．７５以上のレンズで集光されるのが特に好ましい。
開口率が０．２以上のレンズでレーザビームＬを集光することにより、配線パターン２０の除去に好適なスポット径および焦点深度を有するレーザビームＬでの加工が可能になる、下層の有機半導体膜１８の損傷を防止して、細かいパターンを形成できる等の点で好ましい。
【００４５】
レーザビームＬは、有機半導体膜１８の表面におけるエネルギ密度が２００００ｍＪ／ｃｍ2以下であるのが好ましく、特に、５０００ｍＪ／ｃｍ2以下、中でも２０００ｍＪ／ｃｍ2以下であるのが好ましい。
有機半導体膜１８の表面におけるエネルギ密度が２００００ｍＪ／ｃｍ2以下とすることにより、有機半導体膜１８を除去してしまうことを、より好適に防止できる等の点で好ましい。
【００４６】
なお、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬのエネルギ密度は、アブレーション等による配線パターン２０の除去が可能であるエネルギ密度以上であればよい。
ここで本発明者の検討によれば、確実な配線パターン２０の除去を可能にするためには、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬのエネルギ密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2以上が好ましく、２００ｍＪ／ｃｍ2以上が、より好ましい。
【００４７】
レーザビームＬの焦点の位置は、レーザビームＬによって配線パターン２０を除去できる位置に設定すればよいが、有機半導体膜１８の表面から焦点深度の半分の範囲に設定するのが好ましく、特に、有機半導体膜１８の表面とレーザビームＬの焦点とが一致するのが好ましい。
レーザビームＬの焦点を、この位置に設定することにより、レーザビームＬのパワーを効率良く使って配線パターン２０を除去できる等の点で好ましい。
【００４８】
ここで、本発明の製造方法においては、有機半導体膜１８の厚さを、レーザビームＬの焦点深度の５％以上とするのが好ましい。
【００４９】
本発明において、レーザビームＬのスポット径は『１／ｅ2』で定義した『（０．８２×λ）／ＮＡ』である。レーザビームＬは、このスポット径の中でも光強度には分布が有り、特に、光強度が強いのは、この中心の１０％程度の領域である。例えば、開口率０．８５のレンズで集光された波長４０５ｎｍのレーザビームＬであれば、スポット径は３９１ｎｍであり、特に光強度が強いのは、中心の径が約３９ｎｍの領域である。
同様に、レーザビームＬの焦点深度以内は、レーザビームの光強度は強いが、やはり焦点深度内でも光強度には分布が有り、特に、焦点を中心とする１０％程度の領域は、光強度が強い。上記と同様のレーザビームＬであれば、焦点深度は５６１ｎｍで、特に光強度が強いのは、焦点を中心とする約５６ｎｍの領域である。
【００５０】
ここで、前述のように、効率のよい配線パターン２０の除去を行うためには、有機半導体膜１８の表面とレーザビームＬの焦点とが一致するのが好ましい。
この際において、図３（Ａ）に概念的に示すように、レーザビームＬの焦点を中心とする焦点深度１０％の高強度領域Ｌｄが、有機半導体膜１８を包含すると、有機半導体膜１８の厚さ方向の全域に光強度が強いレーザビームＬが照射されて、変質や破壊が生じてしまう可能性が有る。
例えば、前述の例であれば、レーザビームＬの焦点を中心とする焦点深度１０％の高強度領域Ｌｄは約５６ｎｍであるので、有機半導体膜１８の厚さが２８ｎｍ以下の場合には、有機半導体膜１８の厚さ方向の全域が、光強度が強いレーザビームＬに曝されて、変質や破壊が生じる可能性が有る。
【００５１】
これに対して、有機半導体膜１８の厚さを、レーザビームＬの焦点深度の５％以上とすることにより、図３（Ｂ）に概念的に示すように、有機半導体膜１８の上部（レーザビームＬの進行方向の上流側）は高強度領域Ｌｄに曝されて変質等を生じる可能性が有るが、下方の絶縁体層１４との界面近傍には、光強度が強いレーザビームには曝されず、変質や破壊は生じない。
例えば、前述の例であれば、有機半導体膜１８の厚さを２８ｎｍ超、例えば３０ｎｍにすれば、下方の絶縁体層１４との界面近傍の２ｎｍの領域は、光強度が強いレーザビームには曝されず、変質や破壊は生じない。
【００５２】
有機半導体素子２６において、ソース電極２０ｂとドレイン電極２０ｃとの間で電荷が通るのは、有機半導体膜１８の絶縁体層１４との界面近傍が大部分である。従って、この部分に変質や破壊が生じなければ、有機半導体素子２６は、適正に動作する。
すなわち、有機半導体膜１８の厚さをレーザビームＬの焦点深度の５％以上とすることにより、絶縁体層１４との界面近傍における有機半導体膜１８の変質や破壊を防止して、より安定して、適正に動作する有機半導体素子２６を製造することができる。
言い換えれば、本発明の製造方法においては、有機半導体膜１８の厚さに応じて、焦点深度の５％が有機半導体膜１８の厚さ以下に対応するスポット径のレーザビームＬを用いて、配線パターン２０の除去を行うのが好ましい。
【００５３】
例えば、開口率が０．８５のレンズで集光された波長４０５ｎｍのレーザビームＬであれば、スポット径の１０％は３９ｎｍで、焦点深度の５％は２８ｎｍであるので、有機半導体膜１８の厚さは、好ましくは３０ｎｍ以上で、より好ましくは４５ｎｍ以上で、特に好ましくは６０ｎｍ以上である。
また、開口率が０．６５のレンズで集光された波長６５０ｎｍのレーザビームＬであれば、スポット径の１０％は８２ｎｍで、焦点深度の５％は７７ｎｍであるので、有機半導体膜１８の厚さは、好ましくは８０ｎｍ以上で、より好ましくは１２０ｎｍ以上で、特に好ましくは１６０ｎｍ以上である。
さらに、開口率が０．５５のレンズで集光された波長７８０ｎｍのレーザビームＬであれば、スポット径の１０％は１１６ｎｍで、焦点深度の５％は１２９ｎｍであるので、有機半導体膜１８の厚さは、好ましくは１３０ｎｍ以上で、より好ましくは１９５ｎｍ以上で、特に好ましくは２６０ｎｍ以上である。
【００５４】
すなわち、有機半導体膜１８の厚さは、レーザビームＬの焦点深度の５％を超える厚さであるのが、より好ましく、中でも、レーザビームＬの焦点深度の５％の１．５倍以上であるのが好ましく、中でも特に、レーザビームＬの焦点深度の５％の２倍以上であるのが好ましい。
【００５５】
前述のように、本発明の製造方法おいては、ｘ方向へのレーザビームＬの走査を、有機半導体膜１８の表面でレーザビームを重複させて、ｙ方向に複数回、行うことにより、配線パターン２０を除去して、間隙２０ａを形成する。
なお、この走査は、基板１０を移動して行ってもよく、光学系２４を移動して行ってもよく、両者を移動して行ってもよく、さらに、光偏向器を利用して行ってもよい。
また、ｘ方向へのレーザビームＬの走査中、光学系２４は、レーザビームＬを、加工する配線パターン２０上のみｏｎして、それ以外の位置ではｏｆｆ（ビーム強度を低減）するように、レーザビームＬを変調する。
【００５６】
ここで、レーザビームＬの走査速度（レーザビームＬの線速）は、レーザビームＬの強度や除去する配線パターン２０の厚さ等に応じて、適宜、設定すれば良い。ここで、本発明者の検討によれば、レーザビームＬの走査速度は、０．２ｍ／ｓｅｃ以上とするのが好ましく、特に、１ｍ／ｓｅｃ以上とするのが好ましい。
走査速度を０．２ｍ／ｓｅｃ以上とすることにより、レーザビームＬのエネルギ密度が必要以上に高くなることを防止して、より確実に有機半導体膜１８の変質等を防止できる等の点で好ましい。
【００５７】
有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの走査間隔は、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの径以下であれば良いが、このレーザビームＬの径の９０％以下が好ましく、８０％以下が、より好ましい。
有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの走査間隔を、有機半導体膜１８の表面におけるレーザビームＬの径の９０％以下とすることにより、有機半導体膜１８の表面において、より確実にレーザビームＬを重複して走査を行うことができ、より確実に間隙２０ａとなる領域の配線パターン２０を除去できる等の点で好ましい。
【００５８】
また、本発明の製造方法では、レーザビームＬで除去する配線パターン２０のサイズ、すなわちソース電極２０ｂとドレイン電極２０ｃとの間隙２０ａなどの微細な加工パターンは、線間が２０μｍ未満であるのが好ましい。
【００５９】
以上、本発明の有機半導体素子の製造方法について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【実施例】
【００６０】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明の有機半導素子の製造方法について、より詳細に説明する。
【００６１】
［実施例１］
基板として、表面に厚さ３００ｎｍの熱酸化膜（絶縁体層）が形成されている、直径が４インチで厚さが０．５ｍｍのｎ型Ｓｉ基板を準備した。
この絶縁体層の表面にＵＶ光を照射して、塗れ性を高めた。
【００６２】
一方で、トルエンにＴＩＰＳペンタセンを溶解して、塗布液を調製した。塗布液のＴＩＰＳペンタセンの濃度は、１質量％とした。
【００６３】
１０００ｒｐｍのスピンコートで、絶縁体層の表面に調製した塗布液を塗布した。
次いで、この塗布液を乾燥することにより、基板（絶縁体層）の表面に、厚さ３００ｎｍの有機半導体膜を形成した。
【００６４】
このように形成した有機半導体膜（ＴＩＰＳペンタセン膜）の上に、有機半導体膜に密着させたメタルマスクを通して、真空蒸着によって、配線パターンとして、１０ｍｍ×５ｍｍで、厚さが１０ｎｍの金を蒸着した。
【００６５】
レーザ加工装置（パルステック社製  ＮＥＯ１０００）を用いて、レーザビームによって配線パターンを走査することにより、アブレーションによって配線パターンを除去して、５μｍの間隙を形成し、図２（Ｅ）に示すような構成を有する、トップコンタクト型の有機半導体素子（ＴＦＴ）を作製した。すなわち、ソース電極とドレイン電極との間は、５μｍである。
なお、この有機半導体素子においては、Ｓｉ基板がゲート電極となる。
【００６６】
レーザビームは、連続波で、波長は４０５ｎｍ、出力は１０ｍＷとした。開口率は０．８５で、スポット径は３９１ｎｍであった。従って、レーザビームＬの焦点深度の５％は、約２８ｎｍである。
レーザビームＬの焦点は、有機半導体膜の表面に一致させた（すなわち、同表面におけるレーザビームの径は３９１ｎｍ）。有機半導体膜の表面におけるレーザビームＬの走査速度は０．６ｍ／ｓｅｃで、走査間隔は３００ｎｍとした。
有機半導体膜の表面におけるエネルギ密度は、下記表に示す。
【００６７】
［実施例２］〜［実施例８］
レーザビームの走査速度を１ｍ／ｓｅｃにした以外（実施例２）、
レーザビームの出力を５ｍＷにした以外（実施例３）
レーザビームの出力を２０ｍＷにして、走査速度を２ｍ／ｓｅｃにした以外（実施例４）、
塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを２００ｎｍにした以外（実施例５）、
塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを１００ｎｍにした以外（実施例６）、
レーザビームの出力を２０ｍＷにし、走査速度を２ｍ／ｓｅｃにして、さらに、塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを６０ｎｍにした以外（実施例７）、
レーザビームの走査速度を１ｍ／ｓｅｃにして、さらに、蒸着時間を変更することで、配線パターンの厚さを３０ｎｍにした以外（実施例８）は、実施例１と同様にして、有機半導体素子を作製した。
【００６８】
［比較例１］〜［比較例５］
レーザビームの走査間隔を８００ｎｍにした以外（比較例１）、
レーザビームの走査間隔を６００ｎｍにして、さらに、蒸着時間を変更することで、配線パターンの厚さを２０ｎｍにした以外（比較例２）、
レーザビームをデューティー５０％のパルス波にした以外（比較例３）、
レーザビームの走査速度を１ｍ／ｓｅｃにして、走査間隔を５００ｎｍにした以外（比較例４）、
レーザビームの走査間隔を６００ｎｍにした以外（比較例５）は、実施例１と同様にして、有機半導体素子を作製した。
レーザビームＬのスポット径、出力、走査速度、走査間隔、有機半導体膜の表面でのエネルギ密度（密度）、および、有機半導体膜１８の厚さ（膜厚）を、下記表に示す。
【００６９】
＜移動度の測定＞
このようにして作製した各有機半導体素子の各電極と、Agilent Technologies社製の４１５５Ｃに接続されたマニュアルプローバの各端子とを接続して、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の評価を行なった。具体的には、ドレイン電流−ゲート電圧（Ｉｄ‐Ｖｇ）特性を測定することにより電界効果移動度（［ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ］）を算出した。
その結果、実施例１は１×１０-3；  実施例２は２×１０-3；  実施例３は１×１０-3；  実施例４は２×１０-3；  実施例５は１×１０-3；  実施例６は１×１０-3；  実施例７は６×１０-4；  実施例８は１×１０-4；  であった。
これに対して、比較例１〜５は、有機半導体素子が動作せず、移動度を測定できなかった（不可）。
結果を下記表に併記する。
【００７０】
【表１】
2014192477.tif 000003
【表２】
2014192477.tif 000004
【００７１】
上記表に示されるように、本発明の製造方法で作製した半導体素子（ＴＦＴ）は、有機半導体膜の破壊や変質等を生じることなく、レーザビームの走査によって配線パターンを適正に除去して、ソース電極とドレイン電極とを形成できるため、何れも良好な移動度を有する。
これに対して、比較例１、比較例２、比較例４および比較例５は、共に、レーザビームの走査間隔がスポット径よりも大きいため、配線パターンが残ってしまい、ショートして、有機半導体素子が動作しなかった。
また、比較例３は、連続波ではなく、ハルス波のレーザビームで配線パターンの除去を行ったため、走査方向に破線状に配線パターンが残ってしまい、かつ、有機半導体膜が変質してしまい、有機半導体素子が動作しなかった。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
ＴＦＴ等の有機半導体材料を用いる有機半導体素子の製造に、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  基板
１２  Ｓｉ基板
１４  絶縁体層
１８  有機半導体膜
２０  配線パターン
２４  光学系
２６  有機半導体素子
【図１】
2014192477.tif 000005
【図２】
2014192477.tif 000006
【図３】
2014192477.tif 000007