(57)【要約】【課題】有機導電材料のパターニングを高精度に行うことが可能な有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置を提供する。【解決手段】  この有機半導体デバイスの製造方法は、親水性の親水性表面（基準面）Ｓｂとこの基準面から凹み疎水性の表面Ｓａを有する凹部Ｈ１，Ｈ２とを有する凹構造を形成する工程と、凹部Ｈ１，Ｈ２内に水溶性の有機導電材料Ｍ（Ｓ，Ｄ）を導入する工程と、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層Ｃを形成する工程とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性の基準面と前記基準面から凹み疎水性の表面を有する凹部とを有する凹構造を形成する工程と、
前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する工程と、
前記有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記凹部内に位置する前記有機導電材料に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記仮乾燥工程よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる工程を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体層に、絶縁膜を貼り合わせる工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
有機半導体デバイスの製造装置において、
親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバと、
前記第1チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第２チャンバと、
前記第２チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置と、
を備えることを特徴とする有機半導体デバイスの製造装置。
【請求項６】
前記有機導電材料導入装置において処理された前記基板に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる仮乾燥装置を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の有機半導体デバイスの製造装置。
【請求項７】
前記仮乾燥装置において処理された前記基板に、前記仮乾燥装置による加熱温度よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の有機半導体デバイスの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の態様は、有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の有機半導体デバイスの製造技術は、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。これらの技術では、平面基板上において、特定の処理を行い、有機導電材料のパターニングを行っている。また、特許文献３に記載の技術では、有機材料との親和性を高めるため、凹部内を親水化処理する工程が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６４６６２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５９００１号公報
【特許文献３】特開２００５−６４４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、本願発明者らは、ハードマスクを用いた有機導電材料のパターニングについて研究を行ってきた。かかる研究によれば、半導体デバイスに用いる有機導電材料においては、その粘性が低いため、平面基板上の特定の領域内に、高精度に有機導電材料をパターニングすることができないことが判明した。例えば、フォトリソグラフィー技術を用いず、平面基板上に配置されたハードマスクの開口に、有機導電材料を塗布すると、開口部に留まらず、ハードマスクの下面と基板との間に、有機導電材料が潜り込んでしまう。この場合、開口内ばかりでなく、開口の外側の領域においても、有機導電材料が残留することになる。有機導電材料に対して、高精度のパターニングができなければ、高精度の半導体デバイス（トランジスタ、太陽電池、ＥＬ等）を形成することは困難である。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、有機導電材料のパターニングを高精度に行うことが可能な有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、有機半導体デバイスに用いる有機導電材料のパターニングにおいては、平面基板に凹部を設け、基板表面を親水性に、凹部内を疎水性とすることで、当該有機導電材料のパターニングを高精度に行うことができる旨を見出した。
【０００７】
すなわち、本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、親水性の基準面と前記基準面から凹み疎水性の表面を有する凹部とを有する凹構造を形成する工程と、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する工程と、前記有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この製造方法によれば、疎水性の凹部内に有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。
【０００９】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記凹部内に位置する前記有機導電材料に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる工程を備えることを特徴とする。有機導電材料は、一度、熱風を吹き付けて仮乾燥させておくことで、移動時においてもパターニング形状を保持することができる。
【００１０】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記仮乾燥工程よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる工程を更に備えることを特徴とする。仮乾燥の後においては、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。
【００１１】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記有機半導体層に、絶縁膜を貼り合わせる工程を更に備えることを特徴とする。かかる製造方法によれば、絶縁膜の製造条件に拘束されることなく、これを有機半導体層に貼り付けることができ、絶縁膜製造時の有機半導体層の劣化を抑制することができる。また、高温処理を含まないため、基板材料選択の幅を広げることができる。
【００１２】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバと、前記第1チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第２チャンバと、前記第２チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この製造装置によれば、疎水性の凹部を形成し、凹部内に有機導電材料を導入することができるため、有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。有機半導体層は既存の装置を用いて製造することができる。
【００１４】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、前記有機導電材料導入装置において処理された前記基板に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる仮乾燥装置を更に備えることを特徴とする。仮乾燥装置を備えることで、基板の移動時においても有機導電材料のパターニング形状を保持することができる。
【００１５】
本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、前記仮乾燥装置において処理された前記基板に、前記仮乾燥装置による加熱温度よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする。仮乾燥の後において、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置によれば、有機導電材料のパターニングを高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】有機半導体デバイスの製造装置を示す図である。
【図２】有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図３】有機半導体デバイスにおけるゲート絶縁膜及びゲート電極の製造方法を説明するための図である。
【図４】単一の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図５】複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
【図６】有機半導体デバイスの製造方法に係る効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態に係る有機半導体デバイス及びその製造方法について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１は、有機半導体デバイスの製造装置を示す図である。
【００２０】
この有機半導体デバイスの製造装置１００は、基板１０を順次処理する第1チャンバ１、第２チャンバ２、有機導電材料導入装置３、仮乾燥装置４Ｐ、及び、乾燥装置４を備えている。処理が終了した基板１０は、製造装置１００から取り出され、次の処理が行われる装置に搬送される。以下、詳説する。
【００２１】
まず、有機材料からなる基板１０は、矢印Ｃ１で示される搬送装置によって、製造装置１００の外部から、第1チャンバ１内に導入される。導入前の基板１０は疎水性である。第1チャンバ１は、親水性表面形成装置であり、導入された基板１０の表面の特性を親水性に変換する処理を行う。本例の第1チャンバ１は、紫外線と紫外線励起によるオゾンとを発生させるＵＶオゾン装置である。ＵＶオゾン装置により、基板１０には、酸素リッチな官能基を表面上に有する親水性処理層が形成される。ＵＶオゾン装置は、紫外線光源を備えており、紫外線を基板に照射すると共に、紫外線がチャンバ内の酸素に作用して、オゾンを発生させ、このオゾンも紫外線と共に基板表面に作用する。
【００２２】
なお、第1チャンバ１内の気密性を保持するため、基板１０の導入口及び搬出口にはロードロックＬ１１，Ｌ１２がそれぞれ設けられている。
【００２３】
また、親水性処理を行うことが可能な装置としては、ＵＶオゾン装置のようにドライ処理を行う装置の他、湿式の処理装置も知られている。基板１０として、有機基板を用いた場合、これを構成する樹脂材料がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる場合、湿式処理を行うには、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホ基等の官能基を含んだ親水性ポリマーを基板表面に接触させればよい。
【００２４】
親水性の処理が行われた基板１０は、矢印Ｃ２で示される搬送装置によって、第２チャンバ２へと搬送される。第２チャンバ２は、親水性処理層を一部除去して、疎水性の表面を有する凹部を形成するためのエッチング装置である。なお、親水性処理層を選択的に残留させるため、基板表面はハードマスクによって被覆される。すなわち、第２チャンバ２への搬送途中において、基板１０の表面上に、所望の開口パターンが形成されたハードマスク（図示せず）を固定する。ハードマスクは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ又はＣｒ等の金属からなるマスクであり、当該ハードマスクを、固定装置を用いて、基板１０の表面上に固定する。固定装置としては、適当な粘着テープを用いることができるが、重ねられたハードマスクと基板１０とを一緒に挟む把持装置であってもよい。
【００２５】
本例の第２チャンバ２は、ドライエッチング装置（イオンミリング装置：Ａｒスパッタ装置）であり、不活性なＡｒイオンを基板表面に垂直に衝突させることで、親水性処理層を除去することができる。なお、Ａｒイオンは、親水性処理層の除去後においても、基板表面上に照射を行う。したがって、基板表面上には、Ａｒイオンの衝突（スパッタ）によって、凹部が形成される。この処理により、疎水性基板の基材が表出して、凹部内の表面は疎水性となる。なお、凹部の深さは、数十ｎｍ〜数百ｎｍに設定することができる。
【００２６】
なお、第２チャンバ２内の気密性を保持するため、基板１０の導入口及び搬出口にはロードロックＬ２１，Ｌ２２がそれぞれ設けられている。なお、第２チャンバ２内においてＡｒプラズマを発生させるため、チャンバ内部は、１気圧よりも低い圧力に設定される。
【００２７】
第２チャンバ２による処理が終了すると、基板１０は、矢印Ｃ３によって示される搬送装置によって、有機導電材料導入装置３に搬送される。なお、基板の搬送中において、ハードマスクは除去される。基板表面には凹部が形成されているため、この凹部内に、有機導電材料を導入する。本例の有機導電材料導入装置３は、バーコート法を用いた印刷装置である。基板表面上の適当な位置に、水溶性の有機導電材料を塗布した後、この基板表面上の有機導電材料を掃くように、バーを水平移動させ、凹部内に有機導電材料を導入する。この導入工程においては、親水性の領域上には、有機導電材料が残留せず、疎水性の凹部内には、有機導電材料が選択的に残留する。
【００２８】
なお、本例の水溶性の有機導電材料（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）は、ＰＥＤＯＴとＰＳＳの混合材料（混合比率＝１：２．５（質量比）であるポリチオフェン系導電性ポリマーであり、水分散ポリチオフェン誘導体である。なお、ＰＥＤＯＴは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）からなる導電性高分子であり、ＰＳＳは、ポリスチレンスルホン酸（poly(4-styrenesulfonate)）からなる水溶性高分子である。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、水溶液であるため、単純な塗布工程によって、導電性ポリマーの塗膜を形成することができ、例えば、ドイツのＢＡＹＥＲ社から「ＢＡＹＴＲＯＮ」（登録商標）として市販されている。
【００２９】
有機導電材料導入装置３には、仮乾燥装置４Ｐが取り付けられている。仮乾燥装置４Ｐは、有機導電材料導入装置３において処理された基板１０に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる。仮乾燥装置４Ｐを備えることで、基板１０の移動時においても有機導電材料のパターニング形状を保持することができる。仮乾燥装置４Ｐは、ヒータで加熱した空気を、送風機で基板表面まで送る機能を有する。仮乾燥工程における基板温度は、５０℃〜１００℃に設定され、加熱時間は数秒〜数分に設定される。なお、本例の仮加熱温度は８０℃、加熱時間は１分とする。
【００３０】
仮乾燥の処理が行われた後、基板１０は、矢印Ｃ４で示される搬送装置によって、乾燥装置４に搬送される。乾燥装置４は、仮乾燥装置４Ｐにおいて処理された基板１０に、仮乾燥装置４Ｐによる加熱温度よりも高い温度で、有機導電材料を加熱し、これを乾燥させる。本例の乾燥装置４は、ランプ加熱装置（赤外線加熱装置）であり、乾燥工程における基板温度は、１００℃〜１５０℃に設定され、加熱時間は数分から数時間に設定される。仮乾燥の後において、本乾燥用の乾燥装置４によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。なお、本例の加熱温度は１５０℃、加熱時間は３分とする。
【００３１】
乾燥が終了した基板１０は、矢印Ｃ５で示される搬送装置によって、製造装置１００の外部に搬送される。製造装置１００の外部には、親水性処理層の除去装置と、既存の有機半導体層の成膜装置が配置されている。親水性処理層の除去装置（Ａｒスパッタ装置）は、基板１０の親水性処理層を除去する。また、成膜装置は、基板１０に形成した有機導電材料層の一部を覆うように有機半導体層を形成する。本例の有機半導体層としては、ペンタセンを用いる。ペンタセンは、真空蒸着法を用いて成膜することができる。本例においては、真空蒸着時の圧力は１×１０−４Ｐａ、堆積時間は１５分に設定される。これにより、有機導電材料上に有機半導体層が形成され、これらが電気的に接続される。有機半導体層の形成時においては、適当なハードマスクを基板表面上に配置し、蒸着時に有機半導体層のパターニングを行う。このハードマスクとしては、ＰＥＴなどを用いることができる。親水化処理層の除去により、基板１０の表面を疎水性に戻すことが容易にできるため、有機半導体層との親和性が良く、層間の密着性を高くすることができる。
【００３２】
有機導電材料をソース領域（電極）及びドレイン領域（電極）とする有機トランジスタの製造においては、当該有機半導体層上に、ゲート絶縁膜とゲート電極を積層させる。本例では、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した結合体を製造した後、ゲート絶縁膜を有機半導体層の表面に貼り合わせる。ゲート絶縁膜としては、セルロース膜の表面に、アクリル酸エステル（接着剤）（誘電率：２．７〜４．５）を塗布したものを用いることができる。本例のセルロース膜は、ゲート電極の形成前に、当初５０μｍあったセルロース膜（誘電率：３．２〜７．０）に、温度１００℃においてプレス処理（圧力＝５ｋＮ／ｃｍ２）を行い、その厚みを減少させている。
【００３３】
なお、ゲート電極の材料は、ソース領域（電極）及びドレイン領域（電極）を形成した有機導電材料と同一であり、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる。ゲート電極の形成は、バーコート法を用いる。すなわち、ゲート絶縁膜上にハードマスクを固定した後、ゲート絶縁膜上に有機導電材料を塗布し、有機導電材料を掃くようにバーを移動させる。これにより、ハードマスクの開口内に有機導電材料が残留し、ゲート電極が形成される。有機導電材料の塗布後、上記と同一の仮乾燥（８０℃）及び本乾燥（１５０℃）を順次行う。
【００３４】
以上、説明したように、上述の製造装置１００は、親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバ１と、第1チャンバ１において処理された基板１０が搬送され、基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第２チャンバ２と、第２チャンバ２において処理された基板１０が搬送され、凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置３とを備えている。
【００３５】
この製造装置１００によれば、疎水性の凹部を形成し、凹部内に有機導電材料を導入することができるため、有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。有機半導体層は既存の装置を用いて製造することができる。また、この構成によれば、フォトリソグラフィー装置などの高価な装置を用いなくても、有機導電材料を用いた高精度な有機半導体デバイスを、安価に製造することができる。
【００３６】
次に、有機半導体デバイスの製造方法について、更に説明する。
【００３７】
図２は、有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
【００３８】
まず、上述の基板１０として、有機基板Ｓ１を用意する（図２（Ａ））。基板Ｓ１の表面は疎水性表面Ｓａである。次に、基板Ｓ１に、上記親水性の処理を行い、基板表面上に親水性処理層Ｓ２を形成する（図２（Ｂ））。親水性処理層Ｓ２の表面は、親水性表面Ｓｂである。しかる後、ハードマスクを基板表面上に固定し、続いて、基板をエッチングして、離間した凹部Ｈ１，Ｈ２を形成する（図２（Ｃ））これにより、基準面となる基板表面は親水性表面Ｓｂである一方で、凹部Ｈ１，Ｈ２の内面は疎水性表面Ｓａとなる。なお、同図では、ハードマスクの記載を省略している。
【００３９】
次に、ハードマスクを除去して、上述のように、有機導電材料Ｍを基板表面上に塗布し、有機導電材料Ｍを、バーＢ１を用いて、矢印Ａ１のように掃くと（図２（Ｄ））、凹部Ｈ１，Ｈ２内に有機導電材料Ｍが選択的に残留し、ソース領域（電極）Ｓ及びドレイン領域（電極）Ｄが形成される（図２（Ｅ））。なお、バーＢ１の移動方向は、矢印Ａ１の方向に限られず、これに垂直な方向（紙面に垂直な方向）等であってもよい。
【００４０】
次に、上述のように、凹部内に位置する有機導電材料Ｍ（Ｓ，Ｄ）に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる。有機導電材料は、一度、熱風を吹き付けて仮乾燥させておくことで、基板の移動時においてもパターニング形状を保持することができる。しかる後、この仮乾燥工程よりも高い温度で、有機導電材料（Ｓ，Ｄ）を加熱して乾燥させる。仮乾燥の後においては、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。
【００４１】
更に、上述のように、Ａｒスパッタ法等により、親水性処理層Ｓ２を除去し、疎水性表面Ｓａを露出させる（図２（Ｆ））。次に、露出した基板表面上に、蒸着法により有機半導体層Ｃを形成する（図２（Ｇ））。露出した疎水性表面に有機半導体層を形成することにより、層間の密着性を高めることができる。更に、別途、形成しておいたゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧＥの結合体を、基板表面上に貼り付け、有機半導体層Ｃをゲート絶縁膜ＧＩによって被覆し、有機トランジスタが完成する（図２（Ｈ））。この製造方法では、有機半導体層Ｃに、ゲート絶縁膜ＧＩを貼り合わせる工程を更に備えている。かかる製造方法によれば、（ゲート）絶縁膜ＧＩの製造条件に拘束されることなく、これを有機半導体層Ｃに貼り付けることができ、ゲート絶縁膜製造時の有機半導体層Ｃの劣化を抑制することができる。また、絶縁膜の成膜工程等による高温処理を含まないため、高温に弱い有機材料でも基板として利用でき、基板材料選択の幅を広げることができる。
【００４２】
図３は、有機半導体デバイスにおけるゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧＥからなる結合体の製造方法を説明するための図である。
【００４３】
上述のように、結合体の製造においては、まず、比較的厚い初期のゲート絶縁膜ＧＩ０を用意する（図３（Ａ））。次に、これにプレス処理を行い、その厚みを減少させて、ゲート絶縁膜ＧＩを形成する（図３（Ｂ））。しかる後、ゲート絶縁膜ＧＩ上に、ゲート電極ＧＥをパターニングして形成し、上記結合体が完成する（図３（Ｃ））。ゲート絶縁膜ＧＩの裏面（ゲート電極とは反対側）には、接着剤が塗布されており、これを有機半導体層に貼り合わせることで、有機半導体デバイスとしての有機トランジスタが完成する。なお、有機半導体デバイスとしては、太陽電池やＥＬなども知られている。
【００４４】
図４は、単一の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。同図では、有機トランジスタ製造時の平面図が示されている。
【００４５】
図２（Ａ）〜（Ｅ）の工程によって、有機基板Ｓ１上において、疎水性表面を有する凹部Ｈ１，Ｈ２を形成した後、凹部Ｈ１，Ｈ２内に有機導電材料を導入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する（図４（Ａ））。しかる後、親水性処理層を除去する。なお、同図における一点鎖線Ｆを通る断面は、図２（Ｆ）の状態に対応し、製法も図２（Ｆ）の通りである。凹部Ｈ１，Ｈ２の形状として、電極から出力が容易に取り出せるように、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄの形状は、Ｌ字型となっている。
【００４６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを跨ぐように、有機半導体層Ｃを形成する。なお、同図における一点鎖線Ｇを通る断面は、図２（Ｇ）の状態に対応し、製法も図２（Ｇ）の通りである。
【００４７】
最後に、図４（Ｃ）に示すように、有機半導体層Ｃを覆うように、ゲート絶縁膜ＧＩ及びゲート電極ＧＥの結合体を積層する。なお、同図における一点鎖線Ｈを通る断面は、図２（Ｈ）の状態に対応し、製法も図２（Ｈ）の通りであるが、本例では、ゲート電極ＧＥの長さを、図２（Ｈ）に示したものよりも長く設定しているため、断面構成は若干異なる。
【００４８】
図５は、複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。
【００４９】
図２（Ａ）〜（Ｃ）の工程によって、有機基板Ｓ１上において、疎水性表面を有する複数組の凹部Ｈ１，Ｈ２を形成した後、図５（Ａ）に示すように、凹部Ｈ１，Ｈ２内に有機導電材料を導入し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成する。有機導電材料の導入工程においては、有機基板Ｓ１の表面に形成した親水性処理層Ｓ２の表面上に、有機導電材料Ｍを塗布し、有機導電材料Ｍを、バーＢ１を用いて、矢印Ａ１の方向に掃引する。この工程は、図２（Ｄ）に対応するが、同図とはバーＢ１の移動方向のみが異なる。しかる後、図２（Ｅ）〜（Ｈ）の工程を順次実行することで、複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスが完成する（図５（Ｂ））。なお、本例では、ゲート電極を共通とする複数の有機トランジスタを同一基板上に形成しているので、有機半導体層Ｃの形成時においては、有機半導体層Ｃは、複数組のソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄ間の領域（ゲート長を与えるチャネル領域）を被覆している。また、ゲート絶縁膜ＧＩは、複数の当該チャネル領域を被覆し、同様に、ゲート電極ＧＥも複数の当該チャネル領域を被覆している。
【００５０】
次に、上述の例により、凹部Ｈ１，Ｈ２に有機導電材料を導入した後の状態について、図５（Ａ）の観察領域Ｒを用いて説明する。
【００５１】
図６は、有機半導体デバイスの製造方法に係る効果を説明するための図である。図２における工程（Ｆ）までを実行し、パターニングの特性を検査した。有機基板Ｓ１としてＰＥＴを用い（図２（Ａ））、親水性処理はＵＶオゾン処理を用い（図２（Ｂ））、ハードマスクとしてＮｉメタルマスクを用い、凹部形成のためのドライエッチングとしてＡｒスパッタ（スパッタ条件：平行平板電極を用いたＡＣプラズマ装置、ガス圧２０Ｐａ、放電電流２０ｍＡ、１５ｍｉｎ．）を用い（図２（Ｃ））、有機導電材料Ｍとして上記のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用い、親水性処理層除去のためのドライエッチングとしてＡｒスパッタ（スパッタ条件：平行平板電極を用いたＡＣプラズマ装置、ガス圧２０Ｐａ、放電電流２０ｍＡ、３０ｓｅｃ．）を用いた。
【００５２】
比較例１（図６（Ａ１），（Ａ２））においては、有機基板Ｓ１上に、ハードマスクを配置し、何らの処理を行うことなく、有機導電材料をバーコート法により塗布し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄをパターニングした例である。比較例１では、有機基板Ｓ１上に、ゲート長Ｌｇだけ離間して、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄが形成されるように、ハードマスクが設計されている（図６（Ａ２））。図６（Ａ２）では、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄは、設計時の形状を示しており、実際には、図６（Ａ２）の形状とはならず、これらの有機導電材料は、所望の領域にはパターニングされない。すなわち、図６（Ａ１）の所望した点線領域（ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ）内に収まるようにはパターニングされず、斜線部で示されるように、有機導電材料は広く分散してしまった。
【００５３】
比較例２（図６（Ｂ１），（Ｂ２））においては、有機基板Ｓ１の表面上の所望領域に粗面加工（具体的には、上述のＡｒスパッタ法を用いる。ガス圧２０Ｐａ、放電電流２０ｍＡ、３ｍｉｎ．）を施した上で、ハードマスクを配置し、その他には、何らの処理を行うことなく、有機導電材料をバーコート法により塗布し、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄをパターニングした例である。比較例２においても、有機基板Ｓ１上に、ゲート長Ｌｇだけ離間して、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄが形成されるように、ハードマスクが設計されている（図６（Ｂ２））。図６（Ｂ２）では、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄは、設計時の形状を示しており、実際には、図６（Ｂ２）の形状とはならず、これらの有機導電材料は、所望の領域からは若干食み出すようにパターニングされてしまう。すなわち、図６（Ｂ１）の所望した点線領域（ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ）内に収まるようにはパターニングされず、斜線部で示されるように、有機導電材料は分散してしまった。
【００５４】
図５に示した実施例（図６（Ｃ１），（Ｃ２））においては、有機基板Ｓ１上に、ゲート長Ｌｇだけ離間して、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄが形成されるように、疎水性内面を有する凹部の形状が設計されており（図６（Ｃ２））、したがって、図６（Ｃ１）の斜線部で示されるように、点線領域（ソース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ）内に有機導電材料は収まるようにパターニングされた。
【００５５】
以上、説明したように、上述の有機半導体デバイスの製造方法は、親水性表面（基準面）Ｓｂと基準面から凹み疎水性の表面Ｓａを有する凹部Ｈ１，Ｈ２とを有する凹構造を形成する工程（図２（Ａ）〜（Ｃ））と、凹部Ｈ１，Ｈ２内に水溶性の有機導電材料Ｍを導入する工程（図２（Ｄ）〜（Ｆ））と、有機導電材料Ｍ（Ｓ，Ｄ）に電気的に接続される有機半導体層Ｃを形成する工程（図２（Ｇ）とを備えている。
【００５６】
上述の製造方法によれば、疎水性の凹部Ｈ１，Ｈ２内に有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。
【００５７】
なお、上述の例では、有機導電材料としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いたが、その粘度は、１〜１００ｍＰａ・ｓｅｃである。上述の製造方法及び製造装置は、かかる低粘度の有機導電材料のパターニングに、特に有効である。
【００５８】
また、有機基板の材料として、ＰＥＴの代わりに、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）等を用いることができる。
【００５９】
また、有機導電材料として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの代わりに、オリゴチオフェン、ポリピロール等を用いることができる。
【００６０】
また、有機半導体層の材料として、ペンタセンの代わりに、ジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）、ポリ-３-ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等を用いることができる。
【００６１】
また、絶縁層として、セルロースの代わりに、別の有機絶縁膜を用いてもよい。例えば、ゲート絶縁膜として用いられる有機絶縁膜として、有機溶剤（propylene glycol monomethyl ether acetate：ＰＧＭＥＡ）中に、ポリマー材料（ポリビニルフェノール：ＰＶＰ）と架橋剤（メラミン樹脂等）混合させたものを用いてもよい。
【００６２】
ＰＶＰ（ポリ(4-ビニルフェノール)（Poly(4-vinylphenol)）（誘電率：３．０〜４．０））の他に、アクリル樹脂、シアノエチルプルラン等を用いることができる。
【００６３】
また、有機溶剤として、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート（Propylene glycol monomethyl ether2-acetate）の他に、エタノール（ＥｔＯＨ）、メタノール（ＭｔＯＨ）等を用いることができる。
【００６４】
また、架橋剤に用いられるメラミン樹脂として、poly（melamine-co-formaldehyde）methylate）等を用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…第1チャンバ（親水性表面形成装置）、２…第２チャンバ（エッチング装置）、３…有機導電材料導入装置、４…乾燥装置、４Ｐ…仮乾燥装置、１０…基板、Ｓ１…有機基板、Ｓ２…親水性処理層、Ｈ１，Ｈ２…凹部、Ｓ…ソース領域、Ｄ…ドレイン領域、Ｃ…有機半導体層（チャネル層）、ＧＩ…ゲート絶縁膜、ＧＥ…ゲート電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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