(57)【要約】  有機半導体層の成膜方法であって、表面に溝が形成された基板を準備する工程と、基板の上に、有機半導体材料を溶媒に溶解または分散した有機半導体溶液の液滴を付着させる工程と、液滴を乾燥させて有機半導体層を形成する工程とを備え、液滴の外周の一部が溝に流れ込む位置に液滴が付着されることを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層の成膜方法であって、
表面に溝が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の上に、有機半導体材料を溶媒に溶解または分散した有機半導体溶液の液滴を付着させる工程と、
前記液滴を乾燥させて有機半導体層を形成する工程とを備え、
前記液滴の外周の一部が前記溝に流れ込む位置に前記液滴が付着されることを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
【請求項２】
前記溝の形状は、前記基板の厚み方向に深さが５ｎｍ〜５０ｎｍ、前記液滴を射出する面上の幅が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍである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】
ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び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、
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を用いて前記半導体層を形成することを特徴とする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、および有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来のシリコンを材料とした薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す）素子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素子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）。【０００３】
有機ＴＦＴ素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板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等参照）。【０００４】
また、近年、画素駆動素子として、製造コスト削減，生産性向上を目的に、大気圧下でインクジェット法等に代表される塗布装置を用いてＴＦＴを作製する方法が多く提案されている。例えば、表示装置に用いる液晶パネルや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルのＴＦＴを形成する工程で、塗布装置を用いて半導体材料を溶解または分散した半導体溶液の液滴を射出し、基板の上に順次半導体溶液を塗布し半導体膜を形成する技術が開示されている（特許文献２参照）。【０００５】
このような表示パネルの画素を駆動するＴＦＴは、画素の配列と同じ間隔で基板上にマトリクス状に形成する必要がある。そのため、ＴＦＴを形成する工程では、半導体溶液を射出するノズルを一列に配設したヘッドを基板の上を移動させて順次ノズルから基板の上に半導体溶液を射出させている。基板の上に塗布した半導体溶液から溶媒は徐々に気化し、半導体溶液の濃度が高まるにつれて半導体材料の結晶が成長する。このようにして、ＴＦＴの半導体膜を形成している。
【特許文献１】特開平１０−１９０００１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４３０８１号公報
【非特許文献１】Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ誌  ２００２年  第２号  ９９頁（レビュー）
【非特許文献２】ＳＩＤ’０１  Ｄｉｇｅｓｔ  ５７頁
【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、従来の結晶の作製方法では液滴の外周部から液滴中心方向へ結晶化が進み、結晶化の起点となる部分も複数存在していた。起点となる複数の部分を制御することは難しく、複数の起点から結晶化が進む為結晶粒界も複数存在し、成膜された半導体膜は単一結晶に近い状態ではなくアモルファス状態又は微結晶の集合体の部分が多くなってしまっていた。【０００７】
アモルファス状態では分子は規則正しく並んでいるわけではないので、結晶状態に比べてキャリア移動度は低くなってしまう。また、結晶が小さい場合は、結晶と結晶の間に粒界が多数存在することとなり、キャリアのトラップが増えてしまい、トランジスタとした場合にはヒステリシスが大きくなるなどの問題となる。【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、大きな結晶の半導体層を基板の上に形成する有機半導体層の成膜方法、および特性の優れた有機薄膜トランジスタを作製する有機薄膜トランジスタの製造方法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】
【０００９】
１．有機半導体層の成膜方法であって、
表面に溝が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の上に、有機半導体材料を溶媒に溶解または分散した有機半導体溶液の液滴を付着させる工程と、
前記液滴を乾燥させて有機半導体層を形成する工程とを備え、
前記液滴の外周の一部が前記溝に流れ込む位置に前記液滴が付着されることを特徴とする有機半導体層の成膜方法。【００１０】
２．前記溝の形状は、前記基板の厚み方向に深さが５ｎｍ〜５０ｎｍ、前記液滴を射出する面上の幅が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであることを特徴とする請求の範囲１に記載の有機半導体層の成膜方法。【００１１】
３．ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び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、
請求の範囲１または２に記載の有機半導体層の成膜方法を用いて前記半導体層を形成することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液滴の外周の一部が溝に流れ込む位置に液滴を付着させることによって大きな結晶の有機半導体層を基板の上に形成することができる。また、特性の優れた薄膜トランジスタを基板の上に作製する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る塗布装置９０の要部の構成を模式的に示した斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る塗布装置９０の要部の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】本実施形態の溝１９の断面の斜視図である。
【図４】溝１９に半導体溶液の液滴の外周の一部が流れ込んだ状態を説明する説明図である。
【図５】半導体溶液を射出する位置と溝１９との関係を説明する説明図である。
【図６】本実施形態の有機半導体層の成膜方法を用いたボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴの製造方法を説明する説明図である。
【図７】実施例１で形成した半導体層１０の顕微鏡写真の一例である。
【図８】比較例１で形成した×の評価の半導体層１０の顕微鏡写真の一例である。
【符号の説明】
【００１４】
１  基板
２  ゲート電極
７  ゲート絶縁層
８  ドレイン電極
９  ソース電極
１０  半導体層
１９  溝
２０  基板台
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ  液滴
８０  ヘッド
８１  ノズル
９０  塗布装置
９３  制御部
９５  ノズル駆動部
９７  ヘッド駆動部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る塗布装置９０の要部の構成を模式的に示した斜視図、図２は、本発明の実施形態に係る塗布装置９０の要部の構成を模式的に示した断面図である。図１、図２を用いて本発明の実施形態に係る塗布装置９０を説明する。【００１７】
塗布装置９０は、基板１の所定の位置に半導体溶液を塗布し、マトリクス状に半導体層１０を形成する装置である。塗布装置９０は、図１のように基板１を載置する基板台２０、ヘッド８０、ヘッド駆動部９７、ノズル駆動部９５、制御部９３などから構成される。図１、図２に示すように基板１の半導体溶液を塗布する面には溝１９が設けられている。溝１９については後に詳しく説明する。【００１８】
また、図１の左下に、３次元の座標系を示すＸ、Ｙ、Ｚの座標軸を図示している。図２は、図１に示す座標系のＹ軸方向の断面図である。以下、図面の説明はこの座標系に基づいて行う。【００１９】
図２に示すノズル８１は、半導体溶液を貯留する図示せぬ貯留タンクに接続されており、ノズル８１に半導体溶液が供給されるように構成されている。また、ノズル８１は、ヘッド８０の基板１と対向する面に、Ｘ軸方向に所定の間隔で複数配置されている。各ノズル８１は、公知のインクジェット方式のノズルで用いられている例えば圧電素子などを備え、制御部９３がノズル駆動部９５を介して射出量を制御できるようになっている。ヘッド駆動部９７は、ヘッド８０を矢印Ｂ方向（Ｙ軸正方向）に順次移動する。ノズル駆動部９５は、各ノズル８１の例えば圧電素子を駆動し、所定量の半導体溶液の液滴５０ａを溝１９に半導体溶液の液滴５０ａの外周の一部が流れ込む位置に射出する。これにより、半導体溶液の液滴が基板上に付着される。【００２０】
図２に示すように、半導体溶液は、基板１の上に塗布した直後は液体状の液滴５０ｂであり、半導体溶液の溶媒が気化すると半導体の結晶が成長して半導体層１０になる。【００２１】
次に、溝１９の形状と半導体溶液を射出する位置について図３、図４、図５を用いて説明する。【００２２】
図３は、溝１９の断面の斜視図、図４は溝１９に半導体溶液の液滴の外周の一部が流れ込んだ状態を説明する説明図、図５は半導体溶液の液滴を射出する位置と溝１９との関係を説明する説明図である。【００２３】
図３（ａ）は溝１９の断面が矩形の例であり、図３（ｂ）は溝１９の断面がＶ字形の例である。本発明においては断面の形状は特に限定されるものではなく、矩形、Ｖ字形以外の形状でも良い。【００２４】
ｄは溝１９の基板１の厚み方向（Ｚ軸方向）の深さ、ｗは溝１９の幅、Ｌは長さである。【００２５】
図４（ａ）は、図２で説明した基板１の上に塗布した直後の半導体溶液５０ｂの液滴の一つをＺ軸正方向から見た図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）にＡで示す部分の拡大図、図４（ｃ）は、図４（ａ）にＡで示す部分の溝１９の断面図である。【００２６】
図４（ａ）のように、溝１９の上に半導体溶液の液滴５０ｂが滴下されると、図４（ｂ）、図４（ｃ）のように溝１９に半導体溶液の液滴５０ｂの外周の一部が流れ込んでいく。図中５０ｃは溝１９の中に流れ込んだ半導体溶液を示している。溝１９に流れ込んだ半導体溶液５０ｃは溝１９に沿って広がるように流れていく。【００２７】
半導体溶液５０ｃの先端部分は図４（ｃ）のように溝１９の深さｄに対して浅くなっており溶媒が気化しやすい。そのため、先端部分から結晶の析出が始まる。Ａの部分から始まった結晶化は、溶媒が揮発していない半導体溶液の液滴５０ｂの方向（矢印Ｓ方向）に成長していき、大きな結晶を成長させることができる。【００２８】
このように、溝１９が半導体溶液の結晶化を開始させる起点の役割を担うので安定して大きな結晶を得ることが出来る。【００２９】
次に、半導体溶液を射出する位置と溝１９との関係について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）は半導体溶液の液滴５０ｂの領域を溝１９が貫通している例、図５（ｃ）、図５（ｄ）は半導体溶液の液滴５０ｂの領域を溝１９が一部交差している例である。また、図５（ｅ）、図５（ｆ）は半導体溶液の液滴５０ｂの領域を溝１９が全く交差していない例である。【００３０】
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）、図５（ｄ）の例は、溝１９の長さＬと液滴５０ｂと溝１９の相対的な位置関係がそれぞれ異なっているが、何れの場合でも溝１９は半導体溶液の結晶化を開始させる起点となり、安定して大きな結晶を得ることが出来る。このような場合、溝１９の液滴５０ｂと交差していない部分の長さは、図４（ｃ）のように溝１９に流れ込んだ半導体溶液５０ｃの先端部分が深さｄに対して浅くなるようにするために液滴５０ｂの領域の直径の１０％以上であることが望ましい。【００３１】
一方、図５（ｅ）、図５（ｆ）は半導体溶液の液滴５０ｂと溝１９とが交差していないので、このような効果を得ることはできない。半導体溶液を射出するときは、少なくとも図４（ｃ）のように溝１９に半導体溶液が流れ込む位置に射出する必要がある。【００３２】
溝１９の深さｄ、幅ｗの条件は、後に説明するように、深さｄは５ｎｍ〜５０ｎｍ、幅ｗは４５０ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲であることが望ましい。【００３３】
図６は、本発明の実施形態に係る有機半導体層の成膜方法を用いたボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴの製造方法を説明する説明図である。【００３４】
ボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴを製造する製造方法として、次の工程Ｓ１〜Ｓ５を説明する。
Ｓ１・・・・・ゲート電極とゲート絶縁層を形成する工程
Ｓ２・・・・・溝を形成する工程
Ｓ３・・・・・ソース電極とドレイン電極を形成する工程
Ｓ４・・・・・半導体溶液を射出する工程
Ｓ５・・・・・半導体溶液を乾燥させて半導体層を形成する工程
図６を用いて、ボトムゲートボトムコンタクト型の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。【００３５】
図６（ａ）〜図６（ｅ）はＴＦＴ素子のチャネル部分の断面図である。【００３６】
Ｓ１・・・・・ゲート電極とゲート絶縁層を形成する工程
図６（ａ）及び図６（ｂ）のように、基板１の上にゲート電極２を形成した後、その上にゲート絶縁層７を形成する。【００３７】
本実施形態において、基板１は特に材料を限定されない。例えばガラスやポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などを用いることができる。【００３８】
ゲート電極２の形成方法としては、電極材料でできた薄膜をスパッタ法や蒸着法などで表面に形成した基板１を、フォトリソグラフィー法を用いてパターンニングする方法や、種々の印刷法や液滴塗布法を用いて所望部分のみに電極材料薄膜を形成する方法を用いることができる。【００３９】
電極材料としては、スパッタや蒸着で薄膜を形成する場合は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＩＴＯ等を用いることが出来る。液滴塗布法の場合は、Ａｇナノ粒子、Ａｕナノ粒子、ＡｇＰｂナノ粒子などの金属ナノ粒子を溶媒に分散した金属ナノ粒子インク、ＩＴＯナノ粒子などの金属酸化物を溶媒に分散した金属酸化物ナノ粒子インク、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの有機材料を溶媒に分散した有機材料分散インクなどを用いることができる。【００４０】
次にゲート絶縁層７を形成する。その形成方法としては、スピンコート法や、ＣＶＤ法、スパッタ法などがある。ゲート絶縁層７の材料としては、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や、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物を用いることができる。あるいは、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、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、シアノエチルプルラン等の有機化合物なども用いることができる。【００４１】
Ｓ２・・・・・溝を形成する工程
図６（ｂ）のようにゲート絶縁層７の上に溝１９を形成する。【００４２】
溝１９の構成としては、ゲート絶縁層７の表面上に物理的に溝を形成した構成を採用することができる。物理的な溝形成方法としては、ＥＢ描画法や型押し法、スクレーバ法などを用いればよい。また、下層を親液性膜、上層を撥液性膜の２層構成を用い、親液性膜の一部を溝状に露出させて溝を形成してもよい。さらに、親液性膜上に撥液性の単分子膜を表面処理し光照射などで単分子膜をパターニングして撥液／親液のパターンを設け、溝状の親液パターンを形成した構成であってもよい。図６（ｃ）ではソース電極９、ドレイン電極８の間のチャネル長手方向と平行な方向に形成された溝１９を示している。このように、チャネル長手方向と平行な方向にチャネル長手方向の長さより長い溝１９を設けると、半導体溶液５０ｂの領域を溝１９が確実に貫通させ、結晶化の起点にすることができる。【００４３】
Ｓ３・・・・・ソース電極とドレイン電極を形成する工程
図６（ｃ）のように基板１の上にソース電極９、ドレイン電極８を形成する。【００４４】
ゲート絶縁層７を形成した基板を洗浄後、ゲート電極２の形成方法と同様にフォトリソグラフィー法や、種々の印刷法や液滴塗布法を用いてソース電極９、ドレイン電極８を形成する。ソース電極９、ドレイン電極８の電極材料はゲート電極２と同じ電極材料を用いることができる。【００４５】
Ｓ４・・・・・半導体溶液を射出する工程
塗布装置９０を用いて、図６（ｄ）のように半導体材料を溶解または分散した半導体溶液の液滴５０ａをノズル８１から射出する。半導体溶液の液滴５０ａは、溝１９に半導体溶液の液滴５０ａの外周の一部が流れ込む位置に射出される。【００４６】
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、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、有機低分子材料に溶解性を上げるために可溶性の側鎖を設けたものについても同様であり、半導体材料は低分子材料でも高分子材料でもオリゴマーでも構わない。また、有機無機ハイブリッド材料でも、無機材料でも溶媒と同時に塗布し、溶媒を乾燥させることで半導体層を形成するものであれば適用することができる。また、半導体の前駆体の溶液についても同様に適用可能である。【００４７】
溶媒は特に限定されるものではなく、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、フェノール類などから半導体材料に適した溶媒を選択することができる。【００４８】
Ｓ５・・・・・半導体溶液を乾燥させて半導体層を形成する工程
ソース電極９とドレイン電極８の間に流入した半導体溶液を乾燥させて、図６（ｅ）のように半導体層１０を形成する。射出した半導体溶液の液滴は図４（ｅ）のように溝１９に流れ込み、流れ込んだ先端部が結晶化の起点になる。したがって、半導体の結晶が大きく成長し、性能の良いＴＦＴ素子が得られる。【００４９】
実施形態のボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴの製造方法の説明は以上である。【００５０】
なお、本実施形態ではボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴを作製する例について説明したが、ボトムゲートトップコンタクト型有機ＴＦＴ、トップゲート型有機ＴＦＴなどにも本実施形態の有機半導体層の成膜方法を適用できる。
【実施例】
【００５１】
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。【００５２】
［実施例１］
Ｃｒ膜を表面に１２５ｎｍ形成した５０ｍｍ×６０ｍｍのガラス基板を１９６枚用い、それぞれＣｒ膜の上にアクリル薄膜（ＰＣ４０３）を５００ｎｍ形成した。【００５３】
このようにして作製した１９６枚の基板１の上のアクリル薄膜の表面に、深さｄと幅ｗの条件を変えた１９６の組み合わせ条件でそれぞれ溝１９を形成した。溝１９の断面の形状は図３（ａ）のように矩形形状とした。溝１９の深さｄは、３ｎｍから６０ｎｍまで変え、幅ｗは、４００ｎｍから１５００ｎｍまで変えた。また、溝１９の長さＬは１００μｍとし、次に説明するノズル８１のピッチと送り間隔にあわせて図１のように半導体溶液を射出する位置にあわせてヘッドの走査方向に１００個所、ヘッド送り方向に８０個所溝１９を形成した。【００５４】
半導体溶液は、低分子有機半導体材料の６、１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセンを沸点２０７．４℃のテトラリンに５質量％溶解した溶液を用いた。【００５５】
半導体溶液の塗布は、図１に示すような構成の塗布装置９０を用いた。ヘッド８０は、ノズル８１が７０．５μｍピッチで５１２個配設されているコニカミノルタＩＪ社製のヘッドを用いた。【００５６】
ヘッド８０を３５２．５μｍピッチで図１の矢印Ｂ方向に送り、１回のヘッドスキャンでヘッドの走査方向に１００個所、ヘッド送り方向に８０個所、半導体溶液を射出した。その際の溶液温度は４５℃、基板温度は４０℃とした。半導体溶液を射出後、基板１に滴下された半導体溶液を室温で１５分間乾燥させ、偏光顕微鏡を用いて半導体層１０の結晶状態を観察した。【００５７】
［比較例１］
Ｃｒ膜を表面に１２５ｎｍ形成した５０ｍｍ×６０ｍｍのガラス基板を用い、それぞれＣｒ膜の上にアクリル薄膜（ＰＣ４０３）を５００ｎｍ形成した。【００５８】
このようにして作製した基板１の上のアクリル薄膜の表面には、溝１９を形成しなかった。【００５９】
そのほかの条件は実施例１と同じ条件で半導体溶液を射出した。半導体溶液を射出後、基板１に滴下された半導体溶液を室温で１５分間乾燥させ、偏光顕微鏡を用いて半導体層１０の結晶状態を観察した。【００６０】
［実験結果］
本実験では基板１上に形成した８０００個の半導体層１０それぞれについて、偏光顕微鏡を用いて半導体層１０の結晶状態を観察し、以下の基準で◎、○、△、×の４段階の評価を行った。【００６１】
◎：半導体層１０の広範囲において結晶性が良好である。【００６２】
○：大半の結晶性は良好であるが、結晶化されていない部分が確認できる。【００６３】
△：場所により結晶のサイズにばらつきがあるものの、一部では大きな結晶部分が確認できる。【００６４】
×：大きな結晶は観察されない。【００６５】
評価結果を表１に示す。【００６６】
【表１】
2009101862.tif 000003
【００６７】
表１からわかるように、深さｄが５ｎｍ〜５０ｎｍ、幅ｗが４５０ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲の実施例１の評価結果はすべて◎であり、結晶性が良好で大きな結晶が得られることがわかった。図７は、実施例１で形成した半導体層１０の顕微鏡写真の一例である。図中１０ａの部分は溝１９に流れ込んだ部分であり、溝１９を起点に大きな結晶が成長していることがわかる。【００６８】
一方、上記範囲以外の条件で溝１９を形成した実施例１は、○または△の評価であり、結晶のサイズにばらつきが生じているものの、一応大きな結晶を得ることができた。この結果から、安定して結晶性が良好で大きな結晶が得るためには、溝の形状を、深さｄが５ｎｍ〜５０ｎｍ、幅ｗが４５０ｎｍ〜１２００ｎｍの範囲とすることが望ましいことがわかる。【００６９】
一方、基板１に溝１９を形成しなかった場合の比較例１は、×の評価であり大きな結晶は得られなかった。図８は、比較例１で形成した×の評価の半導体層１０の顕微鏡写真の一例である。図８の半導体層１０には大きな結晶部分が見られないことがわかる。【００７０】
次に説明する実施例２と比較例２では、Ｃｒ膜を表面に１２５ｎｍ形成した９０ｍｍ×１２０ｍｍのガラス基板を基板１として用いた。実施例２では、基板１上に４２８×５７０の計２４３９６０個のボトムゲートボトムコンタクト型ＴＦＴを作製した。【００７１】
［実施例２］
本実施例では、図１で説明した塗布装置９０を用いて、図６で説明したＳ１〜Ｓ５の工程でボトムゲートボトムコンタクト型ＴＦＴを作製した。本実施例で形成した溝１９の断面の形状は図３（ａ）のように矩形形状であり、各部の寸法は、ｄ＝３０ｎｍ、ｗ＝８００ｎｍ、Ｌ＝１００μｍである。また、チャネル幅は８０μｍ、チャネル長は１０μｍである。また、チャネル幅は８０μｍ、チャネル長は１０μｍである。ヘッド８０には５１２個のノズル８１が配置されている。ヘッド８０はヘッド駆動部９７により１４０μｍピッチで矢印Ｂ方向に駆動される。【００７２】
以降の工程は、図６と同じ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。【００７３】
Ｓ１・・・・・ゲート電極とゲート絶縁層を形成する工程
導電性薄膜が形成された基板１上に感光性レジストを塗布後、ゲート電極２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２の形状のレジスト層を形成した。エッチング後レジスト層を除去し、ゲート電極２を形成した。【００７４】
次に、ＳｉＯ２をスパッタ法又はＣＶＤ法にて成膜し絶縁膜を形成する。その後感光性アクリレート材料をスピンコート法を用いて１００ｎｍ塗布した後、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ＳｉＯ２と感光性アクリレート材料を用いた２層構成のゲート絶縁層７を形成した。【００７５】
Ｓ２・・・・・溝を形成する工程
ＥＢ描画法を用いてｄ＝３０ｎｍ、ｗ＝８００ｎｍ、Ｌ＝１００μｍの溝１９を図６（ｂ）のようにチャネル領域に、チャネル長手方向と平行な方向に設けた。【００７６】
Ｓ３・・・・・ソース電極とドレイン電極を形成する工程
フォトリソグラフィー法を用いてＡｕを材料とした厚み５０μｍのソース電極９、ドレイン電極８を形成した。【００７７】
Ｓ４・・・・・半導体溶液を射出する工程
ヘッド８０を順次１４０μｍピッチで矢印Ｂ方向に移動させて半導体溶液の液滴５０ａをノズル８１から射出した。半導体溶液は、テトラヒドロナフタレンに６、１３−ビストリエチルシリルエチニルペンタセンを５質量％溶解した溶液を用いた。【００７８】
Ｓ５・・・・・半導体溶液を乾燥させて半導体層を形成する工程
ソース電極９とドレイン電極８との間に流入した半導体溶液を乾燥させて、図６（ｅ）のように半導体層１０を形成した。【００７９】
［比較例２］
本比較例は、実施例２で行った工程Ｓ２で形成した溝１９の効果を確認するために行った。実施例２との違いは、工程Ｓ２の溝を形成する工程を行わずにＴＦＴを作製した点である。それ以外は実施例２と同じ条件でボトムゲートボトムコンタクト型ＴＦＴを作製した。【００８０】
〔実験結果〕
本実験では基板１上のＴＦＴ素子２４３９６０個のうち、１０００個のＴＦＴ素子をランダムに選び、それぞれについて評価した。【００８１】
ＴＦＴ素子に通電し移動度を測定した。実施例２で作製したＴＦＴ素子の移動度の平均値は０．３ｃｍ２／Ｖｓ、Ｏｎ／Ｏｆｆ電流比は７桁の値を示した。一方、比較例２で作製したＴＦＴ素子の移動度の平均値は０．０８ｃｍ２／Ｖｓ、Ｏｎ／Ｏｆｆ電流比は６桁の値を示した。このように、実施例２で溝１９を設けて作製したＴＦＴ素子は、比較例２で作製した溝１９の無いＴＦＴと比べて移動度とＯｎ／Ｏｆｆ電流比が高く優れた特性のＴＦＴ素子を作製できることが確認できた。【００８２】
なお、本明細書ではボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴを作製する例について説明したが、本発明の適用はボトムゲートボトムコンタクト型有機ＴＦＴ素子の製造に限定されるものではなく、ボトムゲートトップコンタクト型有機ＴＦＴ、トップゲート型有機ＴＦＴなどの製造にも適用できる。【００８３】
以上、このように、本発明によれば、大きな結晶の半導体層を基板の上に形成する有機半導体層の成膜方法、および特性の優れた有機薄膜トランジスタを作製する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
【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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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月11日(2009.11.11)
【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】
有機半導体層の成膜方法であって、
表面に溝が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の上に、有機半導体材料を溶媒に溶解した有機半導体溶液の液滴を付着させる工程と、
前記液滴を乾燥させて有機半導体層を形成する工程とを備え、
前記液滴の外周の一部が前記溝に流れ込む位置に前記液滴が付着されることを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
【請求項２】
前記溝の形状は、前記基板の厚み方向に深さが５ｎｍ〜５０ｎｍ、前記液滴を射出する面上の幅が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体層の成膜方法。
【請求項３】
ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び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、
請求項１または２に記載の有機半導体層の成膜方法を用いて前記半導体層を形成する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２】
【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．有機半導体層の成膜方法であって、
表面に溝が形成された基板を準備する工程と、
前記基板の上に、有機半導体材料を溶媒に溶解した有機半導体溶液の液滴を付着させる工程と、
前記液滴を乾燥させて有機半導体層を形成する工程とを備え、
前記液滴の外周の一部が前記溝に流れ込む位置に前記液滴が付着されることを特徴とする有機半導体層の成膜方法。
【手続補正３】
【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．前記溝の形状は、前記基板の厚み方向に深さが５ｎｍ〜５０ｎｍ、前記液滴を射出する面上の幅が４５０ｎｍ〜１２００ｎｍであることを特徴とする１に記載の有機半導体層の成膜方法。
【手続補正４】
【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．ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び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、
１または２に記載の有機半導体層の成膜方法を用いて前記半導体層を形成する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５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
Ｓ４・・・・・半導体溶液を射出する工程
塗布装置９０を用いて、図６（ｄ）のように半導体材料を溶解した半導体溶液の液滴５０ａをノズル８１から射出する。半導体溶液の液滴５０ａは、溝１９に半導体溶液の液滴５０ａの外周の一部が流れ込む位置に射出される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
半導体材料は溶媒に溶解できるものであれば、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、有機低分子材料に溶解性を上げるために可溶性の側鎖を設けたものについても同様であり、半導体材料は低分子材料でも高分子材料でもオリゴマーでも構わない。また、有機無機ハイブリッド材料でも、無機材料でも溶媒と同時に塗布し、溶媒を乾燥させることで半導体層を形成するものであれば適用することができる。また、半導体の前駆体の溶液についても同様に適用可能である。
【国際調査報告】
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