(57)【要約】【課題】  電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】  有機薄膜トランジスタ１０は、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、有機半導体膜４と、ソース電極５と、ドレイン電極６とを備える。基板１は、その表面が凹凸化されており、平面１Ａ，１Ｂを有する。平面１Ａ，１Ｂは、基板１の法線方向において相互に異なる位置に配置される。ゲート電極２は、基板１の裏面に形成される。ゲート絶縁膜３は、基板１の平面１Ａ，１Ｂ上に形成される。ソース電極５は、ゲート絶縁膜３を介して基板１の平面１Ａ上に形成される。ドレイン電極６は、ゲート絶縁膜３を介して基板１の平面１Ｂ上に形成される。そして、ソース電極５およびドレイン電極６は、相互に異なる材料からなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜を通じて電流を流すための第１および第２の電極と、
前記有機半導体膜に接して形成された絶縁膜と、
前記有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を前記絶縁膜を介して印加するための第３の電極とを備え、
前記第１および第２の電極は、相互に異なる平面上に配置されるとともに、相互に異なる材料からなる、有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記第１および第２の電極のいずれか一方は、電子注入し易い第１の電極材料からなり、
前記第１および第２の電極のいずれか他方は、正孔注入し易い第２の電極材料からなる、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記第１の電極材料は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の材料群から選択され、
前記第２の電極材料は、仕事関数が４．５ｅＶ以上の材料群から選択される、請求項２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを備える表示装置。
【請求項５】
基板の表面を凹凸化する第１のステップと、
ゲート電極およびゲート絶縁膜を前記凹凸化された基板上に形成する第２のステップと、
前記基板の凹部にソース電極を形成する第３のステップと、
前記第３のステップの後、前記ソース電極および前記基板上に有機半導体膜を形成する第４のステップと、
前記有機半導体膜上にドレイン電極を形成する第５のステップとを備え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】
この発明は、有機薄膜トランジスタ、それを備えた表示装置および有機薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体は、無機半導体に比べ、低温成膜および大面積化が容易であることから、低コストなトランジスタ用の材料として注目されている。そして、両極性有機半導体を活性層に用いたＣＭＯＳ（Ｃｐｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  ＭＯＳ）トランジスタが知られている（特許文献１）。
【０００３】
両極性有機半導体をＣＭＯＳトランジスタに用いた場合、次の利点を有する。通常、ＣＭＯＳ回路では、Ｐ型およびＮ型の両方のチャネルを含み、短極性材料を使用した場合、それぞれ、別々にパターンニングする必要がある。
【０００４】
しかし、両極性有機半導体を使用した場合、１種類の材料でＣＭＯＳ回路を動作させることができる。これにより、製造工程が簡略され、大幅にコストを低減できる。
【特許文献１】特開２００１−１７７１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の両極性有機半導体を用いたＣＭＯＳトランジスタにおいては、ソース電極およびドレイン電極は、同一平面上に形成されているため、ソース電極およびドレイン電極をそれぞれ異なる材料により形成する場合、集積化が困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタを提供することである。
【０００７】
また、この発明の目的は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタを備えた表示装置を提供することである。
【０００８】
さらに、この発明の別の目的は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、有機薄膜トランジスタは、有機半導体膜と、第１から第３の電極と、絶縁膜とを備える。有機半導体膜は、基板上に形成される。第１および第２の電極は、有機半導体膜を通じて電流を流すための電極である。絶縁膜は、有機半導体膜に接して形成される。第３の電極は、有機半導体膜の膜厚方向に電界を生じさせる電圧を絶縁膜を介して印加するための電極である。そして、第１および第２の電極は、相互に異なる平面上に配置されるとともに、相互に異なる材料からなる。
【００１０】
好ましくは、第１および第２の電極のいずれか一方は、電子注入し易い第１の電極材料からなり、第１および第２の電極のいずれか他方は、正孔注入し易い第２の電極材料からなる。
【００１１】
好ましくは、第１の電極材料は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の材料群から選択され、第２の電極材料は、仕事関数が４．５ｅＶ以上の材料群から選択される。
【００１２】
また、この発明によれば、表示装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを備える。
【００１３】
さらに、この発明によれば、有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板の表面を凹凸化する第１のステップと、ゲート電極およびゲート絶縁膜を凹凸化された基板上に形成する第２のステップと、基板の凹部にソース電極を形成する第３のステップと、第３のステップの後、ソース電極および基板上に有機半導体膜を形成する第４のステップと、有機半導体膜上にドレイン電極を形成する第５のステップとを備える有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明による有機薄膜トランジスタにおいては、第１の電極は、第２の電極と異なる材料からなり、異なる平面上に配置される。
【００１５】
したがって、この発明によれば、第１および第２の電極用のシャドウマスクの位置合わせを容易に行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの断面構造図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタ１０は、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁膜３と、有機半導体膜４と、ソース電極５と、ドレイン電極６とを備える。
【００１８】
基板１は、その表面が凹凸化されており、平面１Ａ，１Ｂを有する。平面１Ａ，１Ｂは、基板１の法線方向において相互に異なる位置に配置される。ゲート電極２は、基板１の裏面に形成される。そして、ゲート電極２は、有機半導体膜４の膜厚方向に電界を生じさせる電圧をゲート絶縁膜３を介して印加するための電極である。ゲート絶縁膜３は、基板１の平面１Ａ，１Ｂ上に形成される。
【００１９】
ソース電極５は、ゲート絶縁膜３を介して基板１の平面１Ａ上に形成される。ドレイン電極６は、ゲート絶縁膜３を介して基板１の平面１Ｂ上に形成される。
【００２０】
基板１は、単結晶シリコンからなる。ゲート電極２は、アルミニウム（Ａｌ）からなり、真空蒸着により形成される。ゲート絶縁膜３は、熱酸化膜（ＳｉＯ２）、ポリパラキシリレン誘導体および高分子材料等からなる。より具体的には、ゲート絶縁膜３は、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー、およびこれらを組み合わせた共重合体からなる。
【００２１】
そして、これらの材料は、スピンコート、ディップコートおよびインクジェット印刷等によって形成される。
【００２２】
有機半導体膜４は、両極性有機半導体からなる。より具体的には、有機半導体膜４は、公知の両極性有機半導体材料からなる。そして、この発明においては、有機半導体膜４は、Ｐ型伝導を示す有機半導体層とＮ型伝導を示す有機半導体層との積層構造からなっていてもよい。この積層構造に適した有機半導体としては、ペンタセンおよびフッ素化ペンタセンが存在し、これらは、真空蒸着法により形成される。
【００２３】
また、有機半導体膜４は、各極性の高分子材料の積層構造、他の極性の高分子材料を混合させた単層構造、およびＰ型伝導高分子材料にＮ型伝導を示す低分子を混合させた有機半導体材料のいずれかからなっていてもよい。
【００２４】
ソース電極５およびドレイン電極６のいずれか一方は、電子注入し易い金属からなり、ソース電極５およびドレイン電極６のいずれか他方は、正孔注入し易い金属からなる。
【００２５】
電子注入し易い金属は、バリウム、カルシウム、リチウム、ルビジウム等の単純金属、ＭｇＡｇ，ＭｇＩｎ，ＭｇＣｕ，ＭｇＡｕ等のマグネシウム合金、およびリチウム合金である。そして、これらの金属は、４．０ｅＶ以下の仕事関数を有する。従って、ソース電極５およびドレイン電極６のいずれか一方は、４．０ｅＶ以下の仕事関数を有する材料群から選択された材料からなる。
【００２６】
また、正孔注入し易い金属は、白金、金、クロム、ニッケルおよび銅等の金属、酸化インジウム（ＩｎＯ２）、酸化錫（ＳｎＯ２）およびインジウムティンオキサイド（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ，Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の導電性酸化物、樟脳スルホン酸がドープされたポリアニリン、およびパラトルエンスルホン酸がドープされたポリエチレンジオキシチオフェン等の導電性高分子のいずれかからなる。そして、これらの材料は、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有する。従って、ソース電極５およびドレイン電極６のいずれか他方は、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有する材料群から選択された材料からなる。
【００２７】
上述した電子注入し易い金属、および正孔注入し易い金属の各々は、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、ゾルゲル法等のいずれかの方法により形成される。そして、これらの方法により形成された金属等のパターンニング方法は、フォトレジストのパターンニングとエッチング液またはプラズマエッチングとを組み合わせたフォトリソグラフィー法、およびインクジェット印刷等からなる。また、レーザおよび電子線等のエネルギー線を照射して金属等をパターンニングしても良い。
【００２８】
このように、有機薄膜トランジスタ１０においては、ソース電極５およびドレイン電極６は、基板１の法線方向において基板１から異なる位置に存在する異なる平面１Ａ，１Ｂ上にゲート絶縁膜３を介して形成されるので、ソース電極５およびドレイン電極６用のシャドウマスクの位置合わせを容易に行なえる。
【００２９】
有機薄膜トランジスタ１０の作製方法について説明する。低抵抗な（１００）面を有するシリコン（Ｓｉ）ウェハを熱酸化し、両面に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する。その後、フォトリソグラフィーによりエッチング加工する部位以外にフォトレジストを被覆させ、バッファードフッ酸により熱酸化膜をエッチングする。
【００３０】
テトラメチルアンモニウム水溶液の加熱水溶液を用い、熱酸化膜をマスクにしてシリコンウェハをエッチング処理し、２０μｍの堀を形成する。これにより、シリコンウェハは、その表面が凹凸化される。
【００３１】
Ｓｉの堀加工に用いた熱酸化膜をバッファードフッ酸により除去し、過酸化水素水を含む各種溶液によって有機物および重金属を除去した後に、マッフル炉によって２００ｎｍの熱酸化膜を形成する。これにより、ゲート絶縁膜３が形成される。
【００３２】
シリコンウェハの裏面にアルミニウムを蒸着し、ゲート電極２を形成する。そして、ソース電極５用のＭｇＡｕを真空蒸着によりゲート絶縁膜３上に形成し、フォトレジストをスピンコーティングして露光および現像を行なう。この場合、堀内部に配置されたフォトレジストは、最表面部より厚く堆積しているため、通常の露光処理では、堀上部に存在するフォトレジストに対してアンダー露光になる。これを現像することによって、堀底部のみにフォトレジストが残存し、特にフォトマスクを用いなくて加工が可能になる。
【００３３】
その後、ヨウ素およびヨウ化アンモニウム溶液の混合液によってＭｇＡｕ膜をエッチングし、ソース電極５を形成する。
【００３４】
そして、トリアリールアミンとフェニレンビニレン共重合体にペリレン誘導体（Ｎ，Ｎ’−ジヘキシル−３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド：Ｃ６−ＰＴＣ）を重量比６：４にてテトラヒドロフランに分散させ、１ｗｔ％の分散溶液を作製し、スピンコート法により成膜し、１５０℃において乾燥する。これによって、有機半導体膜４が形成される。
【００３５】
その後、銀（Ａｇ）ナノメタルインクをリバースコータによって最表面のみに印刷し、１５０℃、３０分の乾燥処理を行い、ドレイン電極６を形成した。
【００３６】
上述した方法によって作製した有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極５とドレイン電極６との間の導通はなく、有機薄膜トランジスタは、トランジスタ特性を示す。
【００３７】
有機薄膜トランジスタ１０は、表示装置の駆動デバイスとして用いられる。
【００３８】
次に、この発明による有機薄膜トランジスタ１０を画像表示装置のアクティブマトリックス素子に用いた実施例につき説明する。図２は、この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図であり、図３は、この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。アクティブマトリックス基板に、液晶、電気泳動および有機ＥＬなどの画像表示装置を組み合わせることで、アクティブマトリックス型表示装置を構成できる。
【００３９】
図２に示すように、ガラス基板などの絶縁性基板１上に厚さ７０ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、走査線２０、ゲート電極２が形成される。ゲート絶縁膜３および走査線２０と信号配線の層間絶縁膜となる絶縁膜として、厚さ２００ｎｍのエポキシ樹脂が形成される。
【００４０】
そして、このエポキシ樹脂の上に上記一般式（Ｉ）に示す有機半導体膜を半導体材料に用い、スピンコートにより成膜して、膜厚３０ｎｍの有機半導体層４を設ける。
【００４１】
続いて、この有機半導体層４上の所定領域に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜をシャドウマスクを用いた真空蒸着法によりパターン成膜し、ソース電極５及びドレイン電極６と信号配線２１およびドレイン電極６と連なる画素配線２２を形成する。
【００４２】
続いて、図示しない分割化パターン化膜を形成する。なお、この分割化パターン化膜を形成する前に有機半導体層４にダメージを与えないためにポリモノクロロパラキシリレン膜からなる保護膜を形成しても良い。
【００４３】
そして、分割パターン化層をマスクとして、酸素ガスによるドライエッチングにより、分割ラインの下に位置する有機半導体層４及びゲート絶縁膜３を除去し、各ＴＦＴ素子に分離される。この実施例では、更にこれら素子上ポリモノクロロパラキシリレン膜からなるパッシベーション膜２３を設けて、アクティブマトリックス基板３１が形成される。
【００４４】
図３に示すように、画像表示装置３０は、前述のアクティブマトリックス基板３１と、透明導電膜３２を第２の基板３３との間に表示素子が設けられ、画素電極２２に連なるドレイン電極５上の表示素子がスイッチングされる。第２の基板３３としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックなどを用いることができる。表示素子としては、液晶、電気泳動、有機ＥＬ等の方式を用いることができる。
【００４５】
液晶パネルを構成する場合には、例えば、アクティブマトリックス基板３１の基板と第２の基板３３には、スピンコート法により、配向膜を形成して、配向処理が施されている。そして、両基板１、３３間にシリカスペーサを配置して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで液晶パネルが形成される。
【００４６】
また、電機泳動表示パネルは、透明導電膜を成膜後、対向基板にシリカスペーサを配置接合し、ギャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動パネルが形成できる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタに適用される。また、この発明は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタを備えた表示装置に適用される。さらに、この発明は、電極用のシャドウマスクの位置合わせが容易な構造からなる有機薄膜トランジスタの製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の実施の形態による有機薄膜トランジスタの断面構造図である。
【図２】この発明による有機薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図である。
【図３】この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，３３  基板、１Ａ  平面、２  ゲート電極、３  ゲート絶縁膜、４  有機半導体膜、５  ソース電極、６  ドレイン電極、１０  有機薄膜トランジスタ、２１  信号配線、２２  画素電極、２３  パッシベーション膜、３０  画像表示装置、３１  アクティブマトリックス基板、３２  透明導電膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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