(57)【要約】【課題】  大きな移動度が得られ、生産性の良好な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】  有機薄膜トランジスタの製造方法において、ソース電極６及びドレイン電極７と接するように、第１の成膜速度ｖ１にて第１の有機半導体膜８ａを成膜し、さらにこの第１の有機半導体膜８ａの表面に、ｖ１＜ｖ２となる第２の成膜速度ｖ２にて第２の有機半導体膜８ｂを成膜し、第１の有機半導体膜８ａと第２の有機半導体膜８ｂとからなる有機半導体膜８を形成する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する基板上に、導電性を有するゲート電極形成部を形成するゲート電極形成部形成工程と、
前記ゲート電極形成部における表面から所定の深さまでの領域を、酸化させて絶縁性を有するゲート絶縁層にする酸化工程と、
前記ゲート絶縁層の表面に、ソース電極及びドレイン電極を形成する電極形成工程と、
少なくとも前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接するように、第１の成膜速度ｖ１にて第１の有機半導体膜を成膜する第１の成膜工程と、
前記第１の有機半導体膜の表面に、前記第１の成膜速度ｖ１に対して、ｖ１＜ｖ２とする第２の成膜速度ｖ２にて第２の有機半導体膜を成膜する第２の成膜工程と、
を有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２】
前記第１の成膜速度ｖ１は０．０５ｎｍ／ｓ以下であり、前記第２の成膜速度ｖ２は０．０５＜ｖ２≦０．５ｎｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項１記載の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、電解効果トランジスタの製造方法、特に、絶縁性を有する基板，ゲート電極，ゲート絶縁層，有機半導体膜，ソース電極，及びドレイン電極により構成された有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解効果トランジスタは、大別すると、無機半導体材料を用いたものと、有機半導体材料を用いたものとがある。一般的に、有機半導体材料を用いた電解効果トランジスタ、即ち有機薄膜トランジスタは、無機半導体材料を用いたものに比べて、低温成膜と大面積化が可能であり、製造が簡単なことから低コスト化に有利である。
【０００３】
ここで、一般的なボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの製造方法を、図６を用いて説明する。図６は、従来例の有機薄膜トランジスタを説明するための模式的断面図である。
図６に示すように、絶縁性基板１１の表面にゲート電極１２を形成し、ゲート電極１２及び基板１１の表面にゲート絶縁層１３を形成する。次に、このゲート絶縁層１３の表面にソース電極１５及びドレイン電極１６を形成する。さらに、ソース電極１５及びドレイン電極１６を含むゲート絶縁層１３の表面に有機半導体膜１４を形成することで、有機薄膜トランジスタ２０を得る。
この有機薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極１２に印加する電圧を制御することで、有機半導体膜１４とゲート絶縁層１３との界面近傍における有機半導体膜１４のキャリア密度を変化させ、ソース−ドレイン電極１５，１６間に流れる電流量を制御することができる。
【０００４】
一般的に、有機半導体材料は無機半導体材料に比べて移動度が小さく、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタは無機半導体材料を用いたものに比べて制御できる電流量の範囲が狭くなってしまう。有機薄膜トランジスタが大きな電流を制御するためには、一般的に、０．３ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の移動度が必要である。
そのために、より大きな移動度を有する有機半導体材料の検討や、より大きな電流が流せるトランジスタ構造の検討が進められている。
有機半導体材料の中で最も研究されているものは、ペンタセンである。ペンタセンの移動度は、材料の純度を上げること、成膜速度を遅くすること、成膜時の基板温度を制御すること、及び基板の表面処理をすることにより、大きくなることが知られている。
中でも、成膜速度を遅くすることにより、ペンタセンの結晶サイズを大きくして結晶粒界の影響を小さくすることで、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）並みの移動度である０．５ｃｍ２／Ｖ・ｓ程度の値が得られることが、非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】北村雅季、外１名，「グレインサイズ制御によるペンタセン薄膜トラ          ンジスタの高移動度化」，第６５回応用物理学会学術講演会  講演予          稿集，東北学院大学，２００４年９月，ｐ．１１７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の非特許文献１に記載されているように、大きな移動度を得るためにペンタセンの成膜速度を遅くすると、生産性が悪化するという問題がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、大きな移動度が得られ、生産性の良好な有機薄膜トランジスタ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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本願各発明は次の手段を有する。
１）絶縁性を有する基板（１）上に導電性を有するゲート電極形成部（３）を形成するゲート電極形成部形成工程と、前記ゲート電極形成部（３）における表面から所定の深さまでの領域を、酸化させて絶縁性を有するゲート絶縁層（４）にする酸化工程と、前記ゲート絶縁層（４）の表面に、ソース電極（６）及びドレイン電極（７）を形成する電極形成工程と、少なくとも前記ソース電極（６）及び前記ドレイン電極（７）と接するように、第１の成膜速度ｖ１にて第１の有機半導体膜（８ａ）を成膜する第１の成膜工程と、前記第１の有機半導体膜（８ａ）の表面に、前記第１の成膜速度ｖ１に対して、ｖ１＜ｖ２とする第２の成膜速度ｖ２にて第２の有機半導体膜（８ｂ）を成膜する第２の成膜工程と、を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ（１０）の製造方法である。
２）前記第１の成膜速度ｖ１は０．０５ｎｍ／ｓ以下であり、前記第２の成膜速度ｖ２は０．０５＜ｖ２＜０．５ｎｍ／ｓの範囲であることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、有機薄膜トランジスタの製造方法における有機半導体膜の成膜工程を、成膜速度ｖ１にて第１の有機半導体膜を成膜する第１の成膜工程と、この第１の有機半導体膜の表面に、成膜速度ｖ１に対して、ｖ１＜ｖ２となる成膜速度ｖ２にて第２の有機半導体膜を成膜する第２の成膜工程とを有する工程にすることによって、大きな移動度が得られ、生産性が良好であるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５，図７，及び表１を用いて説明する。
図１は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。
図２は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。
図３は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。
図４は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。
図５は、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第５工程を説明するための模式的断面図である。
図７は、ペンタセン膜の成膜速度と移動度との関係を表す図である。
【０００９】
まず、図１〜図５を用いて、以下に示す各工程について、説明する。
＜第１工程＞［図１参照］
ポリカーボネイトからなる絶縁性基板１の両面に、スパッタ法によりＳｉＯ２（二酸化シリコン）膜２ａ，２ｂを成膜する。本実施例では、成膜条件であるターゲットへの印加電力を１５０Ｗに設定して成膜した。
なお、このＳｉＯ２膜２ａ，２ｂは、空気中の水分及び酸素のバリア膜、かつ、後述するゲート電極５との付着力を向上させるための下地膜として設けている。
【００１０】
＜第２工程＞［図２参照］
ＳｉＯ２膜２ａの表面に、スパッタ法により、ターゲットへの印加電力を２００Ｗに設定して、スパッタ圧４ＰａにてＴａ（タンタル）膜をその膜厚が２００ｎｍになるように成膜する。その後、このＴａ膜を選択的にエッチングして、導電性を有するゲート電極形成部３を形成する。
なお、本実施例では、ゲート電極形成部３を、その幅ｗが２００μｍになるように形成した。
【００１１】
＜第３工程＞［図３参照］
このゲート電極形成部３の表面から約１３０ｎｍの深さまでの領域を、陽極酸化法により酸化させて、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）からなり、絶縁性を有するゲート絶縁層４を形成する。なお、酸化されていないゲート電極形成部は、導電性を有するゲート電極５となる。
従って、この陽極酸化法を用いることにより、ゲート電極５の表面近傍部のみにゲート絶縁層４が形成された構造にすることができる。
なお、本実施例では、チャネル長を１００μｍ、ゲート幅を２０００μｍとした。
【００１２】
＜第４工程＞［図４参照］
このゲート絶縁層４及びＳｉＯ２膜２ａの表面に、Ａｕ膜を膜厚が６０ｎｍになるようにメタルマスクを用いて成膜し、ソース電極６及びドレイン電極７を得る。
【００１３】
＜第５工程＞［図５参照］
ＳｉＯ２膜２ａ，ゲート絶縁層４，ソース電極６，及びドレイン電極７の表面に、有機半導体膜８としてペンタセン膜を、その膜厚が５０ｎｍになるように成膜する。
このペンタセン膜の成膜方法について、以下に詳述する。
【００１４】
まず、成膜速度ｖ１（本実施例では、ｖ１＝０．００５ｎｍ／ｓ）で、その膜厚が１０ｎｍになるように、第１のペンタセン膜８ａを成膜する。
次に、この第１のペンタセン膜８ａの表面に、ｖ１＜ｖ２となる成膜速度ｖ２（本実施例では、ｖ１＝０．０２ｎｍ／ｓ）で、その膜厚が４０ｎｍになるように、第２のペンタセン膜８ｂを成膜する。
その後、第１のペンタセン膜８ａ及び第２のペンタセン膜８ｂをパターニングして、第１のペンタセン膜８ａと第２のペンタセン膜８ｂとからなり、膜厚が５０ｎｍである有機半導体膜８を形成する。
上述したように、本実施例では、成膜速度ｖ１に対する成膜速度ｖ２の比率ｖ２／ｖ１は、４である。
【００１５】
以上の工程により、本実施例の有機薄膜トランジスタ１０を得る。
この有機薄膜トランジスタ１０の有機半導体膜８の移動度を測定した結果、その移動度は０．５３ｃｍ２／Ｖ・ｓであり、アモルファスシリコン並みの大きな移動度が得られた。
【００１６】
次に、有機半導体膜８であるペンタセン膜の成膜条件と移動度の関係について調べた。その結果を表１にまとめた。表１は、ペンタセン膜の膜厚及び成膜速度に対する移動度の関係を示す表である。
【表１】
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【００１７】
まず、ペンタセン膜の膜厚と移動度との関係について説明する。
表１から、ペンタセン膜の膜厚が１０ｎｍの場合と、５０ｎｍの場合とにおいて、その移動度はほとんど変わらないことがわかる。
従って、ペンタセン膜の移動度は、成膜を開始してからペンタセン膜の膜厚が１０ｎｍに達するまでの初期の領域において、ほぼ決まることがわかった。
【００１８】
次に、表１中の数値をグラフ化した図７を用いて、ペンタセン膜の成膜速度と移動度との関係について説明する。
図７から、ペンタセン膜の移動度は、成膜速度が遅いほど大きくなることがわかる。
なお、本実施例では、成膜速度ｖ１＝０．００５ｎｍ／ｓとしたが、これに限定されるものではない。例えば、作製した有機薄膜トランジスタ１０が大きな電流を制御するためには、一般的に、０．３ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の移動度が必要である。そのためには、図７から、ペンタセン膜の成膜速度を、０．０５ｎｍ／ｓ以下の範囲に設定すればよい。
【００１９】
上述により、第１のペンタセン膜８ａを、その膜厚が１０ｎｍに達するまで、０．０５ｎｍ／ｓ以下の成膜速度ｖ１で成膜することにより、０．３ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の移動度を得ることができる。
【００２０】
ところで、有機薄膜トランジスタの製造方法の他の例として、有機半導体膜８上にパシベーション膜などを成膜する場合がある。この場合、有機半導体膜８は、この成膜による熱的ダメージを受けることがある。有機半導体膜８の移動度がこのダメージによって悪化しないようにするためには、５０ｎｍ以上の膜厚が必要である。
【００２１】
従って、第１のペンタセン膜８ａを、その膜厚が１０ｎｍに達するまで、成膜速度ｖ１（ｖ１≦０．０５ｎｍ／ｓ）で成膜した後、第２のペンタセン膜８ｂを、ｖ２＞ｖ１となる成膜速度ｖ２で、第１のペンタセン膜８ａと第２のペンタセン膜８ｂとの総膜厚が５０ｎｍ以上になるように成膜することによって、移動度が大きく、熱的ダメージを受けにくい有機半導体膜８を得ることができる。
なお、成膜速度ｖ２が速いほど生産性は向上するが、０．５ｎｍ／ｓを越えるような速い成膜速度ｖ２で第２のペンタセン膜８ｂを成膜すると、大きな移動度を有する第１のペンタセン膜８ａが熱的ダメージを受ける可能性があるため、第２のペンタセン膜８ｂの成膜速度ｖ２を０．０５＜ｖ２≦０．５ｎｍ／ｓの範囲に設定することが望ましい。
【００２２】
上述した成膜条件により、大きな移動度が得られ、生産性の良好な有機薄膜トランジスタ１０を得ることができる。
【００２３】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【００２４】
例えば、絶縁性基板１は本実施例に限定されるものではなく、絶縁性を有する基板であればよく、具体的にはガラス基板、シリコン基板等の表面平滑性に優れている無機材料からなる基板や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の有機材料からなるプラスチック基板を用いることもできる。
また、絶縁性基板１の両面を保護する膜２ａ，２ｂの材料は、ＳｉＯ２以外にＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができ、またこれらの材料を複合した膜や積層した膜でもよい。
【００２５】
ソース電極６、ドレイン電極７の材料は導電性を有するものであれば良く、金、白金、クロム、アルミニウム等の金属や錫酸化物（ＩＴＯ）等でも良いし、またこれらの膜を積層して形成してもよい。これらの膜は、蒸着法、スパッタ法、及びメッキ法等により形成され、その膜厚は電気抵抗があまり高くならないように５〜５００ｎｍの範囲に設定することが望ましい。
ゲート電極５の材料は、Ｔａの他に各種導電性を有する金属を用いることができるが、好ましくは陽極酸化が可能なＴａ，Ｔｉ，Ｚｒ等が好ましい。
ゲート絶縁層４は、実施例に示したようにゲート電極形成部３を陽極酸化することにより形成することが望ましい。
【００２６】
有機半導体膜８は、蒸着法、スピンコート法、及びインクジェット法などにより、ペンタセン、テトラセン、ペリレン等の縮合芳香族炭化水素、及びこれらの縮合芳香族炭化水素の誘導体と高分子系材料、例えばポリアセチレン、ポリアセン等の共役炭化水素ポリマー、ポリアニリン、ポリピロル、ポリチオフェン等の共役複素環式ポリマーなどを用いることができる。
また、本実施例では、第１のペンタセン膜８ａの成膜速度ｖ１（ｖ１＝０．００５ｎｍ／ｓ）、及び第２のペンタセン膜８ｂの成膜速度ｖ２（ｖ２＝０．０２ｎｍ／ｓ）は、それぞれ一定の速度としたが、これに限定されるものではない。
例えば、成膜速度ｖ１は、０．０５ｎｍ／ｓ以下の範囲であれば、一定の速度でなくてもよい。また、成膜速度ｖ２は、０．０５＜ｖ２≦０．５ｎｍ／ｓの範囲であれば、一定の速度でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第１工程を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第２工程を説明するための模式的断面図である。
【図３】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第３工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第４工程を説明するための模式的断面図である。
【図５】本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法の実施例における第５工程を説明するための模式的断面図である。
【図６】従来例の有機薄膜トランジスタを説明するための模式的断面図である。
【図７】ペンタセン膜の成膜速度と移動度との関係を表した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１，１１  絶縁性基板  、  ２ａ，２ｂ  ＳｉＯ２膜  、  ３  ゲート電極形成部  、  ４，１３  ゲート絶縁層  、  ５，１２  ゲート電極  、  ６，１５  ソース電極  、  ７，１６  ドレイン電極  、  ８，１４  有機半導体膜  、  ８ａ  第１のペンタセン膜  、  ８ｂ  第２のペンタセン膜  、  １０，２０  有機薄膜トランジスタ
【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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