(57)【要約】【課題】有機ゲート絶縁膜を具備して柔軟性を有しながらもしきい電圧が低く漏れ電流が少ない薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。有機薄膜トランジスタは基板と基板上に位置するゲート電極を具備する。ゲート電極上に無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜が位置する。ゲート絶縁膜上にゲート電極と重なる有機半導体層が位置する。したがって、柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する有機薄膜トランジスタを具現することができる。【選択図】図４
2006013468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に位置するゲート電極と、
前記ゲート電極上に位置して、無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層と、
を備えることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜である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。
【請求項３】
前記無機ゲート絶縁膜は、金属酸化膜である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。
【請求項４】
前記金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、イットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３）、亜鉛酸化膜（ＺｎＯ２）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）及びチタン酸化膜（ＴｉＯ２）で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記無機ゲート絶縁膜は、強誘電性絶縁膜である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。
【請求項６】
前記強誘電性絶縁膜は、ＰｂＺｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＺＴ）膜、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜、ＢａＭｇＦ４膜及びＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴ）膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることを特徴とする請求項５に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の酸化膜である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。
【請求項８】
前記ゲート電極は、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項７に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記ゲート電極は、アルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜であることを特徴とする請求項８に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記無機ゲート絶縁膜は、１００〜３０００Åの厚さを有する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。
【請求項１１】
前記有機ゲート絶縁膜は、ビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケンで構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜である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。
【請求項１２】
前記有機ゲート絶縁膜は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリルレート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリカーボネート系（ＰＣ）、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥＴ）、パリレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びシクロペンテン（ＣｙＰｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記有機ゲート絶縁膜は、３０００〜１００００Åの厚さを有する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。
【請求項１４】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の上部面上に位置して、
前記有機ゲート絶縁膜は、前記無機ゲート絶縁膜上に位置する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。
【請求項１５】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を取り囲むことを特徴とする請求項１４に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１６】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の酸化膜であることを特徴とする請求項１５に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１７】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極周辺の基板上に延びていることを特徴とする請求項１５に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項１８】
前記基板は、ガラス、プラスチック、サファイアまたは石英で構成された群から選択される一つの基板である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。
【請求項１９】
前記有機半導体層は、ポリアセンチレン、ポリチオフェン、Ｐ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２、５−ｄｉｙｌ））、Ｆ８Ｔ２（ｐｏｌｙ（９、９'−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ｃｏ−ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））、ＰＴＶ（ｐｏｌｙ（ｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））、ペンタセン、テトラセン、ルブレン及びα−６Ｔ（ａｌｐｈａ−ｈｅｘａｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜である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。
【請求項２０】
前記有機半導体層の端部及び前記ゲート電極の端部間に位置して、前記有機半導体層と電気的に接続するソース／ドレイン電極を有する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。
【請求項２１】
基板と、
前記基板上に位置するゲート電極と、
前記ゲート電極上に位置する無機ゲート絶縁膜と、
前記無機ゲート絶縁膜上に位置する有機ゲート絶縁膜と、
前記有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層と、
を備えることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２２】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を酸化して形成したことを特徴とする請求項２１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２３】
前記ゲート電極は、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項２２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２４】
前記ゲート電極は、アルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜であることを特徴とする請求項２３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２５】
前記無機ゲート絶縁膜は、１００〜３０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項２１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２６】
前記有機ゲート絶縁膜は、ビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケンで構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項２１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２７】
前記有機ゲート絶縁膜は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリルレート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリカーボネート系（ＰＣ）、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥＴ）、パリレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びシクロペンテン（ＣｙＰｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項２６に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２８】
前記有機ゲート絶縁膜は、３０００〜１００００Åの厚さを有することを特徴とする請求項２１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項２９】
基板上にゲート導電膜を積層した後、前記ゲート導電膜をパターニングしてゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に無機ゲート絶縁膜を形成し、
その後、前記無機ゲート絶縁膜上に有機ゲート絶縁膜を形成し、
前記有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機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。
【請求項３０】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を酸化することによって形成することを特徴とする請求項２９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３１】
前記ゲート電極の酸化は、陽極酸化法、プラズマ酸化法またはＵＶオゾン酸化法を用いることを特徴とする請求項３０に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３２】
前記ゲート導電膜は、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項３０に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３３】
前記ゲート導電膜は、アルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜であることを特徴とする請求項３２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３４】
前記無機ゲート絶縁膜は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーション及びゾルゲルスピンコーティング法で構成された群から選択される一つの方法を用いて形成することを特徴とする請求項２９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３５】
前記無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、金属酸化膜及び強誘電性絶縁膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることを特徴とする請求項３４に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３６】
基板上にゲート導電膜を形成した後、前記ゲート導電膜上に無機絶縁膜を形成し、
前記無機絶縁膜及び前記ゲート導電膜を順にパターニングしてゲート電極及び前記ゲート電極上に位置する無機ゲート絶縁膜を形成し、
その後、前記無機ゲート絶縁膜上に有機ゲート絶縁膜を形成し、
前記有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機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。
【請求項３７】
前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を酸化することによって形成することを特徴とする請求項３６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３８】
前記ゲート電極の酸化は、陽極酸化法、プラズマ酸化法またはＵＶオゾン酸化法を用いることを特徴とする請求項３７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３９】
前記ゲート導電膜は、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項３７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４０】
前記ゲート導電膜は、アルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜であることを特徴とする請求項３９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４１】
前記無機ゲート絶縁膜は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーション及びゾルゲルスピンコーティング法で構成された群から選択される一つの方法を用いて形成することを特徴とする請求項３６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４２】
前記無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、金属酸化膜及び強誘電性絶縁膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることを特徴とする請求項４１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４３】
基板と、
前記基板上に位置する有機半導体層と
前記有機半導体層上に位置して、無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に前記有機半導体層と重なるゲート電極を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項４４】
前記無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、金属酸化膜及び強誘電性絶縁膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４５】
前記無機ゲート絶縁膜は、１００〜３０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４６】
前記有機ゲート絶縁膜は、ビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケンで構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４７】
前記有機ゲート絶縁膜は、３０００〜１００００Åの厚さを有することを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４８】
前記有機ゲート絶縁膜は、前記有機半導体層上に位置して、
前記無機ゲート絶縁膜は、前記有機ゲート絶縁膜上に位置することを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４９】
前記有機半導体層の下部に位置して前記有機半導体層と電気的に接続するソース／ドレイン電極を有することを特徴とする請求項４３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜トランジスタに係り、さらに詳細には、有機半導体層を含む有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、一般的に半導体層、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を具備し、前記半導体層は多結晶シリコン（poly silicon）膜または非晶質シリコン（amorphous silicon）膜で形成することができる。しかし、最近共役有機高分子(conjugated organic polymer)であるポリアセンチレンが半導体特性を示して、ドーピングすると伝導性を有することができるという研究結果が報告されたことにより有機膜である半導体層すなわち、有機半導体層を具備する有機薄膜トランジスタ（organic thin film transistor；以下ＯＴＦＴと称する。）に対する研究が活発に進行している。
【０００３】
このようなＯＴＦＴを表示装置に適用する場合、有機物の特性である柔軟性により無機薄膜トランジスタでは具現することができない巻き物表示装置、電子本など新しい応用分野を創出することができる。
【０００４】
しかし、ＯＴＦＴが適用された表示装置が完壁な柔軟性を有するためにはＯＴＦＴは前記有機半導体層をはじめとするすべての構成要素が有機物で形成されることが望ましい。このように半導体層及びゲート絶縁膜を有機物を用いて形成した薄膜トランジスタの技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）はソースとドレイン間に薄い半導体層を具備し、半導体層は一面が絶縁膜と接して、他の一面は伝導性グリッドと接する。また、半導体層は特定分子量を有する少なくとも一つの共役高分子で構成されて、絶縁膜は少なくとも５の誘電定数を有する絶縁有機高分子で構成される。
【０００５】
しかし、前記有機膜で形成されたゲート絶縁膜は、その形成過程でピンホールが発生してしまうと共に、材料自体の漏れ電流が大きいので５０００Å以上の厚い厚さで形成する必要があった。この場合、厚さに半比例するゲート絶縁膜の静電容量（capacitance）は小さくなってしまい、また静電容量に半比例する薄膜トランジスタのしきい電圧は大きくなってしまう。これは薄膜トランジスタが適用された装置の駆動電圧を高める結果となる。
【特許文献１】米国特許第５，３４７，１４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来の技術の問題点を解決するために、有機ゲート絶縁膜を具備して柔軟性を有しながらもしきい電圧が低く漏れ電流が少ない薄膜トランジスタ及びそ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】
【０００７】
そこで、本発明の第１の特徴は、有機薄膜トランジスタであって、基板と、前記基板上に位置するゲート電極と、前記ゲート電極上に位置して、無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜、金属酸化膜または強誘電性絶縁膜（ferroelectric insulator）であることが好ましい。詳細には、金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、イットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３）、亜鉛酸化膜（ＺｎＯ２）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）及びチタン酸化膜（ＴｉＯ２）であることが好ましい。
【０００９】
また、強誘電性絶縁膜は、ＰｂＺｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＺＴ）膜、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜ＢａＭｇＦ４膜及びＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴ）膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。
【００１０】
一方、無機ゲート絶縁膜は、ゲート電極の酸化膜であることが好ましい。この場合、ゲート電極はアルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。望ましくは、前記ゲート電極はアルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜である。
【００１１】
さらに、無機ゲート絶縁膜は、１００〜３０００Åの厚さを有することが好ましい。
【００１２】
有機ゲート絶縁膜は、ビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケン（Ｃｙｃｌｏａｌｋｅｎｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。さらに詳細には、有機ゲート絶縁膜として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリルレート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリカーボネート系（ＰＣ）、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥＴ）、パリレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びシクロペンテン（ＣｙＰｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。
【００１３】
また、有機ゲート絶縁膜は３０００〜１００００Åの厚さであることが好ましい。
【００１４】
無機ゲート絶縁膜は、ゲート電極の上部面上に位置して、前記有機ゲート絶縁膜は前記無機ゲート絶縁膜上に位置することができる。前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極を取り囲むことが好ましい。この場合、前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極の酸化膜としてもよい。さらに、前記無機ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極周辺の基板上に延びる構造としてもよい。
【００１５】
前記基板はガラス、プラスチック、サファイアまたは石英基板で構成された群から選択される一つの基板であることがある。
【００１６】
前記有機半導体層はポリアセンチレン（ｐｏｌｙａｃｅｔｙｌｅｎｅ）、ポリチオフェン（ｐｏｌｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）、Ｐ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２、５−ｄｉｙｌ））、Ｆ８Ｔ２（ｐｏｌｙ（９、９'−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ｃｏ−ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））、ＰＴＶ（ｐｏｌｙ（ｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））、ペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）、テトラセン（ｔｅｔｒａｃｅｎｅ）、ルブレン（ｒｕｂｒｅｎｅ）及びα−６Ｔ（ａｌｐｈａ−ｈｅｘａｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることがある。
【００１７】
前記有機薄膜トランジスタは、前記有機半導体層の端部及び前記ゲート電極の端部間に位置して、前記有機半導体層と電気的に接続するソース／ドレイン電極を含むことができる。
【００１８】
また、本発明の第２の特徴は、前記有機薄膜トランジスタは基板と前記基板上に位置するゲート電極を具備し、前記ゲート電極上に前記ゲート電極の酸化膜である無機ゲート絶縁膜が位置し、前記無機ゲート絶縁膜上に有機ゲート絶縁膜が位置し、前記有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層が位置することを要旨とする。
【００１９】
本発明の第３の特徴は、有機薄膜トランジスタの製造方法であって、基板を用意して、この基板上にゲート導電膜を積層して、このゲート導電膜をパターニングしてゲート電極を形成することを要旨とする。そして、ゲート電極上に無機ゲート絶縁膜を形成し、この無機ゲート絶縁膜上に有機ゲート絶縁膜を形成する。また、有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層を形成する。
【００２０】
ここで、無機ゲート絶縁膜は、ゲート電極を酸化することによって形成することができる。また、ゲート電極の酸化は、陽極酸化法、プラズマ酸化法またはＵＶオゾン酸化法を用いて行うことができる。この場合、前記ゲート導電膜は、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）及びこれらの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。詳細には、前記ゲート導電膜はアルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜であることが好ましい。
【００２１】
また、無機ゲート絶縁膜は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーション及びゾルゲルスピンコーティング法で構成された群から選択される一つの方法を用いて形成することができる。この場合、前記無機ゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、金属酸化膜及び強誘電性絶縁膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。
【００２２】
本発明の第４の特徴は、有機薄膜トランジスタの製造方法であって、基板を用意し、この基板上にゲート導電膜を形成し、ゲート導電膜上に無機絶縁膜を形成し、無機絶縁膜及び前記ゲート導電膜を順にパターニングしてゲート電極及び前記ゲート電極上に位置する無機ゲート絶縁膜を形成し、その後、前記無機ゲート絶縁膜上に有機ゲート絶縁膜を形成し、前記有機ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なる有機半導体層を形成することを要旨とする。
【００２３】
本発明の第５の特徴は、有機薄膜トランジスタであって、基板と前記基板上に位置する有機半導体層を具備し、この有機半導体層上に無機ゲート絶縁膜と有機ゲート絶縁膜の積層構造を有するゲート絶縁膜が位置すると共に、前記ゲート絶縁膜上に前記有機半導体層と重なるゲート電極が位置することを要旨とする。
【００２４】
そして、有機ゲート絶縁膜は、有機半導体層上に位置して、無機ゲート絶縁膜は、有機ゲート絶縁膜上に位置するようになっている。
【００２５】
有機薄膜トランジスタは、前記有機半導体層の下部に位置して前記有機半導体層と電気的に接続するソース／ドレイン電極を含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、有機ゲート絶縁膜による柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する薄膜トランジスタを実現することができる。また、ゲート電極とゲート絶縁膜間及びゲート絶縁膜と有機半導体層間の界面特性を向上させることができる。さらに、柔軟性が悪い無機ゲート絶縁膜を局部的に形成するしたことにより、素子全体としての柔軟性向上を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタおよびその製造方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は、本発明の第１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工程段階別に示した断面図である。
【００２９】
図１に示すように、基板１０を用意する。この基板１０の材料としては、ガラス、プラスチック、サファイアまたは石英を用いることができるが、なかでもプラスチック基板のように可撓性を有する基板が好ましい。
【００３０】
先ず、図１に示すように、基板１０上にゲート導電膜２０を形成する。このゲート導電膜２０は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはこれらの合金を用いて形成することができる。合金としては、ＭｏＷ、ＡｌＮｄ、ＡｌＣｕ、ＡｕＴｉまたはＡｕＣｒなどがある。これ以外にも、ゲート導電膜２０は、ドーピングされたシリコン膜または伝導性有機膜を用いて形成してもよい。
【００３１】
なお、ゲート導電膜２０を形成する前に、基板１０上にバリヤ層（図示せず）を形成してもよい。このバリヤ層は、外部または基板１０から浸入する水分、または、有機気体から有機半導体層を保護するための層である。
【００３２】
そして、図１に示すように、ゲート導電膜２０上には、無機絶縁膜３０を形成する。この無機絶縁膜３０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜、金属酸化膜または強誘電性絶縁膜であることが好ましい。金属酸化膜としては、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、イットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３）、亜鉛酸化膜（ＺｎＯ２）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）及びチタン酸化膜（ＴｉＯ２）で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。強誘電性絶縁膜としては、ＰｂＺｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＺＴ）膜、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜ＢａＭｇＦ４膜及びＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴ）膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。
【００３３】
無機絶縁膜３０は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーションまたはゾルゲルスピンコーティング法を用いて形成することができる。詳細には蒸発法（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、スパターリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、低圧化学気相蒸着法（ＬＰＣＶＤ）またはプラズマ強化化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ）を用いて形成することができる。
【００３４】
この他の方法として、無機絶縁膜３０は、前記ゲート導電膜３０を酸化することによって形成する前記ゲート導電膜３０の酸化膜であってもよい。上述すると、前記ゲート導電膜３０を酸化するには、陽極酸化法、プラズマ酸化法またはＵＶオゾン酸化法を用いて行うことができる。この場合、ゲート導電膜３０は、アルミニウム、イットリウム、亜鉛、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン及びこれらそれぞれの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。望ましくは、ゲート導電膜３０はアルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜である。
【００３５】
図２を参照すると、無機絶縁膜（図１の３０）上にフォトレジストパターン（図示せず）を形成して、前記フォトレジストパターンをマスクにして前記無機絶縁膜（図１Ａの３０）及び前記ゲート導電膜（図１Ａの２０）を順にパターニングすることによって、無機ゲート絶縁膜３３及びゲート電極２３を形成する。結果的に、無機ゲート絶縁膜３３は、ゲート電極２３の上部表面上にだけ配置される。
【００３６】
次に、無機ゲート絶縁膜３３上に有機ゲート絶縁膜３７を形成する。有機ゲート絶縁膜３７は、ビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケンで構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。詳細には、有機ゲート絶縁膜３７はポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリルレート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリカーボネート系（ＰＣ）、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥＴ）、パリレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びシクロペンテン（ＣｙＰｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。
【００３７】
有機ゲート絶縁膜３７は蒸着法、昇華法または溶液法を用いて形成することができる。詳細には、有機ゲート絶縁膜３７は熱蒸発法（thermal evaporation）、ＯＭＢＤ（Orgainc Molecular Beam Deposition）法、スピンコーティング法またはディップコーティング法を用いて形成することができる。また、有機ゲート絶縁膜３７は、３０００〜１００００Åの厚さで形成することができる。
【００３８】
有機ゲート絶縁膜３７と無機ゲート絶縁膜３３は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を構成する。結果的に、ゲート絶縁膜は、無機ゲート絶縁膜３３と有機ゲート絶縁膜３７の積層構造を有する。したがって、無機ゲート絶縁膜３３は、有機ゲート絶縁膜３７に比べて比較的緻密な膜質を形成するので、有機ゲート絶縁膜だけでゲート絶縁膜を形成した場合に比べて薄膜トランジスタの漏れ電流を減らすことができる。また、無機ゲート絶縁膜３３は、有機ゲート絶縁膜に比べて非常に高い誘電率を持つので、有機ゲート絶縁膜３７だけでゲート絶縁膜を形成した場合に比べて低い薄膜トランジスタのしきい電圧を具現することができる。したがって、有機ゲート絶縁膜３７による柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する有機薄膜トランジスタを具現することができる。
【００３９】
さらに、ゲート電極２３上に無機ゲート絶縁膜３３を形成して、無機ゲート絶縁膜３３上に有機ゲート絶縁膜３７を形成することによって、ゲート電極２３と無機ゲート絶縁膜３３間及び有機ゲート絶縁膜３７と後続する工程で形成される有機半導体層間の界面特性の向上を達成することができる。ひいては、無機ゲート絶縁膜３３をゲート電極２３の上部表面にだけ形成すなわち、柔軟性が悪い無機膜を局部的に形成することによって、素子の柔軟性向上を達成することができる。
【００４０】
無機ゲート絶縁膜３３の厚さは、素子の柔軟性及びモーフォロジー（morphology）の減少のために３０００Å以下であることが望ましい。また、有機ゲート絶縁膜の緻密ではない特性を補完するために１００Å以上の厚さを有することが望ましい。より一層望ましい厚さは、無機ゲート絶縁膜３３は５００〜１０００Åである。
【００４１】
また、有機ゲート絶縁膜３７上にソース／ドレイン導電膜を積層及びパターニングすることによって、ゲート電極２３の端部とそれぞれ重なるソース電極４１及びドレイン電極４３を形成する。ソース／ドレイン電極４１、４３間には、ゲート電極２３上部の有機ゲート絶縁膜３７が露出される。ソース／ドレイン導電膜は金属または導電性有機膜を用いて形成することができる。詳細には、ソース／ドレイン導電膜はＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、ポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）またはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を用いて形成することができる。望ましくは、ソース／ドレイン導電膜は、有機半導体層のイオン化エネルギーを考慮して適切な仕事関数を有する物質で形成する。
【００４２】
続いて、ソース／ドレイン電極４１、４３間に露出した有機ゲート絶縁膜３７上に有機半導体層５０を形成する。結果的に、有機半導体層５０は、ゲート電極２３と重なり、各ソース／ドレイン電極４１、４３はゲート電極２３の端部と有機半導体層４３の端部間に位置して有機半導体層４３と電気的に接続する。このような構造をボトムコンタクト（bottom contact）構造という。このようなボトムコンタクト構造を採用することによって、有機半導体層５０の損傷が少なく、しかも製造工程が容易となる。このような構造以外に、各ソース／ドレイン電極４１、４３が有機半導体層４３の上部に位置するトップコンタクト（top contact）構造で有機薄膜トランジスタを形成することもできる。
【００４３】
有機半導体層５０は、蒸着法、昇華法または溶液法を用いて形成することができる。詳細には熱蒸発法、ＯＭＢＤ法、スピンコーティング法またはディップコーティング法を用いて形成することができる。さらにひいては、有機半導体層５０のパターニングは。シャドーマスク（shadow mask）を用いるか、リフトオフ（lift-off）法を用いて行ってもよい。
【００４４】
有機半導体層５０は、ポリアセンチレン、ポリチオフェン、Ｐ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２、５−ｄｉｙｌ））、Ｆ８Ｔ２（ｐｏｌｙ（９、９'−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ｃｏ−ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））、ＰＴＶ（ｐｏｌｙ（ｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））、ペンタセン、テトラセン、ルブレン及びα−６Ｔ（ａｌｐｈａ−ｈｅｘａｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。
【００４５】
（第２の実施の形態）
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタおよびその製造方法を示した断面図である。本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は図１及び図２を参照して示した第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタの製造方法に比べて無機ゲート絶縁膜の形成方法が異なる。
【００４６】
図３に示すように、まず基板１０を用意する。この基板１０に対する詳細な事項は上述した第１の実施の形態と同様である。次に、基板１０上にゲート導電膜を形成して、パターニングしてゲート電極２１を形成する。
【００４７】
続いて、ゲート電極２１を取り囲む無機ゲート絶縁膜３１を形成する。詳細には無機ゲート絶縁膜３１は、ゲート電極２１を酸化することによって形成するゲート電極２１の酸化膜であることが好ましい。ゲート電極２１を酸化することは陽極酸化法、プラズマ酸化法またはＵＶオゾン酸化法を用いて行うことができる。この場合、ゲート電極２１はアルミニウム、イットリウム、亜鉛、ハフニウム、ジルコニウム、タンタル、チタン及びこれらそれぞれの合金で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。望ましくは前記ゲート電極２１はアルミニウム−モリブデン合金膜またはチタン膜である。
【００４８】
この他の方法としては、無機ゲート絶縁膜３１はゲート電極２１上に物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーションまたはゾルゲルスピンコーティング法を用いて無機絶縁膜を形成して、無機絶縁膜をパターニングすることによって形成することもできる。この場合、無機ゲート絶縁膜３１は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜、金属酸化膜または強誘電性絶縁膜であることが好ましい。なお、金属酸化膜及び強誘電性絶縁膜は上述した第１の実施の形態と同様である。この場合、ゲート電極２１は、無機ゲート絶縁膜３１に関係なくタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはこれらの合金を用いて形成することができる。合金は、ＭｏＷ、ＡｌＮｄ、ＡｌＣｕ、ＡｕＴｉまたはＡｕＣｒであることが好ましい。また、ゲート電極２１はドーピングされたシリコン膜または伝導性有機膜であることが好ましい。
【００４９】
図４を参照すると、無機ゲート絶縁膜３１上に有機ゲート絶縁膜３７を形成する。有機ゲート絶縁膜３７を形成する物質、方法及び厚さは上述した第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
有機ゲート絶縁膜３７と前記無機ゲート絶縁膜３１は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成する。結果的に、ゲート絶縁膜は、無機ゲート絶縁膜３１と有機ゲート絶縁膜３７の積層構造を有する。したがって、有機ゲート絶縁膜３７による柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する薄膜トランジスタを具現することができる。特に、ゲート電極２１上にゲート電極２１の酸化膜である無機ゲート絶縁膜３１を形成して、無機ゲート絶縁膜３１上に前記有機ゲート絶縁膜３７を形成することによって、ゲート電極２１とゲート絶縁膜間の界面特性をより一層向上させることができる。さらに、無機ゲート絶縁膜３１をゲート電極を取り囲むように形成するが、ゲート電極周辺の基板上に延びないように形成することによって、柔軟性が悪い無機絶縁膜を局部的に形成することができ、結果的に素子の柔軟性向上を達成することができる。
【００５１】
さらに、無機ゲート絶縁膜３３の厚さは、素子の柔軟性及びモーフォロジーの減少のために３０００Å以下であることが望ましい。また、有機ゲート絶縁膜の緻密ではない特性を補完するために１００Å以上の厚さを有することが望ましい。より一層望ましい厚さは、無機ゲート絶縁膜は５００〜１０００Åである。
【００５２】
続いて、上述した第１の実施の形態と同様の方法でソース／ドレイン電極４１、４３及び有機半導体層５０を形成する。
【００５３】
（第３の実施の形態）
図５及び図６は、本発明の第３の実施の形態に係る薄膜トランジスタおよびその製造方法を示した断面図である。本実施の形態による有機薄膜トランジスタの製造方法は、図１及び図２に示した有機薄膜トランジスタの製造方法に比べて無機ゲート絶縁膜の形成方法が異なる。
【００５４】
まず、図５に示すように、基板１０を用意する。この基板１０の詳細は上述した第１の実施の形態と同様である。
【００５５】
その後、基板１０上にゲート導電膜を形成して、ゲート導電膜をパターニングすることによって、ゲート電極２５を形成する。ゲート導電膜は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはこれらの合金を用いて形成することができる。合金はＭｏＷ、ＡｌＮｄ、ＡｌＣｕ、ＡｕＴｉまたはＡｕＣｒであることが好ましい。この他、ゲート導電膜はドーピングされたシリコン膜または伝導性有機膜であることが好ましい。
【００５６】
次に、ゲート電極２５上に無機ゲート絶縁膜３０を積層する。無機絶縁膜３０は物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーションまたはゾルゲルスピンコーティング法を用いて形成することができる。詳細には、蒸発法、スパッタリング法、低圧化学気相蒸着法またはプラズマ強化化学気相蒸着法を用いて形成することができる。結果的に、無機ゲート絶縁膜３５はゲート電極２５の上部面を含んで前記ゲート電極２５を取り囲むように形成され、またゲート電極２５周辺の基板上に延びる。
【００５７】
無機ゲート絶縁膜３０は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜、金属酸化膜または強誘電性絶縁膜であることが好ましい。金属酸化膜及び前記強誘電性絶縁膜の具体的な例は上述した実施の形態と同様である。
【００５８】
図６に示すように、無機ゲート絶縁膜３５上に有機ゲート絶縁膜３７を形成する。有機ゲート絶縁膜３７を形成する物質、方法及び厚さは上述した実施の形態と同様である。
【００５９】
有機ゲート絶縁膜３７と無機ゲート絶縁膜３５は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を構成する。結果的に、ゲート絶縁膜は、無機ゲート絶縁膜３５と有機ゲート絶縁膜３７の積層構造を有する。したがって、有機ゲート絶縁膜３７による柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する薄膜トランジスタを具現することができる。特に、ゲート電極２５上に無機ゲート絶縁膜３５を形成して、無機ゲート絶縁膜３５上に有機ゲート絶縁膜３７を形成することによって、ゲート電極２５と無機ゲート絶縁膜３５間及び有機ゲート絶縁膜３７と後工程で形成される有機半導体層間の界面特性の向上を達成することができる。
【００６０】
なお、無機ゲート絶縁膜３５の厚さは素子の柔軟性及びモーフォロジーの減少のために３０００Å以下であることが望ましい。また、有機ゲート絶縁膜３７の緻密ではない特性を補完するために１００Å以上の厚さを有することが望ましい。より一層望ましくは前記無機ゲート絶縁膜は５００ないし１０００Åの厚さを有する。
【００６１】
続いて、上述した実施の形態と同様の方法でソース／ドレイン電極４１、４３及び有機半導体層５０を形成する。
【００６２】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタを示した断面図である。本実施の形態に係る有機薄膜トランジスタは、上述した実施の形態と異なってトップゲート型有機薄膜トランジスタである。
【００６３】
図７に示すように、基板６０を用意する。この基板６０に対する詳細は上述お実施の形態と同様である。
【００６４】
基板６０上にソース／ドレイン導電膜を積層及びパターニングすることによって、相互に離隔して位置するソース電極７１及びドレイン電極７３を形成する。ソース／ドレイン導電膜は金属または導電性有機膜を用いて形成することができる。詳細には、ソース／ドレイン導電膜はＣｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、ポリアニリンまたはポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）を用いて形成することができる。望ましくは、ソース／ドレイン導電膜は後続する有機半導体層のイオン化エネルギーを考慮して適切な仕事関数を有する物質で形成する。
【００６５】
ソース／ドレイン電極７１、７３を形成する前に、前記基板６０上にバリヤ層（図示せず）を形成することができる。バリヤ層は外部または基板６０から浸入する水分または有機気体から後続する工程で形成される有機半導体層を保護するための層である。
【００６６】
続いて、ソース／ドレイン電極７１、７３上部及びソース／ドレイン電極７１、７３間に露出した基板６０上に有機半導体層７５を形成する。結果的にソース／ドレイン電極７１、７３は有機半導体層７５の下部に位置して前記有機半導体層７５と電気的に接続する。このような構造をボトムコンタクト構造という。このようなボトムコンタクト構造を採用することによって、有機半導体層７５の損傷が少なくて製造工程が容易い有機薄膜トランジスタを形成することができる。
【００６７】
有機半導体層７５は、蒸着法、昇華法または溶液法を用いて形成することができる。詳細には、熱蒸発法、ＯＭＢＤ法、スピンコーティング法またはディップコーティング法を用いて形成することができる。さらに、有機半導体層７５のパターニングはシャドーマスクを用いるか、リフト−オフ法を用いて行ってもよい。
【００６８】
有機半導体層７５は、ポリアセンチレン、ポリチオフェン、Ｐ３ＨＴ（ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２、５−ｄｉｙｌ））、Ｆ８Ｔ２（ｐｏｌｙ（９、９'−ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ｃｏ−ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ））、ＰＴＶ（ｐｏｌｙ（ｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ））、ペンタセン、テトラセン、ルブレン及びα−６Ｔ（ａｌｐｈａ−ｈｅｘａｔｈｉｅｎｙｌｅｎｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。
【００６９】
有機半導体層７５上には、有機ゲート絶縁膜８５を形成する。有機ゲート絶縁膜８５はビニル系高分子、スチレン系高分子、アクリル系高分子、エポキシ系高分子、エステル系高分子、フェノール系高分子、イミド系高分子及びシクロアルケンで構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。詳細には、有機ゲート絶縁膜８５はポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリルレート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリカーボネート系（ＰＣ）、ポリテレフタル酸エチレン（ＰＥＴ）、パリレン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びシクロペンテン（ＣｙＰｅ）で構成された群から選択される少なくとも一つの物質膜であることが好ましい。
【００７０】
有機ゲート絶縁膜８５は、蒸着法、昇華法または溶液法を用いて形成することができる。詳細には、有機ゲート絶縁膜８５は、熱蒸発法、ＯＭＢＤ法、スピンコーティング法またはディップコーティング法を用いて形成することができる。また、有機ゲート絶縁膜８５は３０００〜１００００Åの厚さで形成することができる。
【００７１】
そして、有機ゲート絶縁膜８５上に無機ゲート絶縁膜８７を形成する。無機ゲート絶縁膜８７は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸窒化膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜、金属酸化膜または強誘電性絶縁膜であることが好ましい。金属酸化膜は、アルミニウム酸化膜（Ａｌ２Ｏ３）、イットリウム酸化膜（Ｙ２Ｏ３）、亜鉛酸化膜（ＺｎＯ２）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯ２）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯ２）、タンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５）及びチタン酸化膜（ＴｉＯ２）で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。強誘電性絶縁膜としては、ＰｂＺｘＴｉ１−ｘＯ３（ＰＺＴ）膜、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２膜ＢａＭｇＦ４膜及びＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴ）膜で構成された群から選択される少なくとも一つの膜であることが好ましい。
【００７２】
無機ゲート絶縁膜８７は、物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、レーザーアブレーションまたはゾルゲルスピンコーティング法を用いて形成することができる。詳細には、蒸発法、スパターリング、低圧化学気相蒸着法またはプラズマ強化化学気相蒸着法を用いて形成することができる。
【００７３】
有機ゲート絶縁膜８５と前記無機ゲート絶縁膜８７は、有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成する。結果的にゲート絶縁膜は有機ゲート絶縁膜８５と無機ゲート絶縁膜８７の積層構造を有する。無機ゲート絶縁膜８７は有機ゲート絶縁膜８５に比べて比較的緻密な膜質を形成するので、有機ゲート絶縁膜だけでゲート絶縁膜を形成した場合に比べて薄膜トランジスタの漏れ電流を減らすことができる。また、無機ゲート絶縁膜８７は有機ゲート絶縁膜に比べて高い誘電率を持つので、有機ゲート絶縁膜だけでゲート絶縁膜を形成した場合に比べて低い薄膜トランジスタのしきい電圧を具現することができる。したがって、有機ゲート絶縁膜８５による柔軟性を有すると同時に漏れ電流が低減されて、低いしきい電圧を有する有機薄膜トランジスタを具現することができる。
【００７４】
そして、有機半導体層７５上に有機ゲート絶縁膜８５を形成して、有機ゲート絶縁膜８５上に無機ゲート絶縁膜８７を形成することによって、有機半導体層７５と有機ゲート絶縁膜８５間及び無機ゲート絶縁膜８７と後続する工程で形成されるゲート電極間の界面特性の向上を達成することができる。
【００７５】
無機ゲート絶縁膜８７の厚さは、素子の柔軟性及びモーフォロジーの減少のために３０００Å以下であることが望ましい。また、有機ゲート絶縁膜の緻密ではない特性を補完するために１００Å以上の厚さを有することが望ましい。より一層望ましくは前記無機ゲート絶縁膜８７は５００〜１０００Åの厚さを有する。
【００７６】
そして、無機ゲート絶縁膜８７上に有機半導体層７５と重なるゲート電極９０を形成する。なお、ゲート電極９０は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、イットリウム（Ｙ）、亜鉛（Ｚｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはこれらの合金を用いて形成することができる。合金としては、ＭｏＷ、ＡｌＮｄ、ＡｌＣｕ、ＡｕＴｉまたはＡｕＣｒであることが好ましい。ゲート電極９０はドーピングされたシリコン膜または伝導性有機膜を用いて形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１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示す工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図３】本発明の第２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示す工程断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図５】本発明の第３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示す工程断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタを示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る有機薄膜トランジスタを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  基板
２１、２３、２５  ゲート電極
３１、３３、３５  無機ゲート絶縁膜
３７  有機ゲート絶縁膜
４１  ソース電極
４３  ドレイン電極
５０  有機半導体層
【図１】
2006013468.tif 000003
【図２】
2006013468.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】
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