(57)【要約】  基板上のトップゲート型トランジスタの形成方法は、ソースおよびドレイン電極を形成することと、有機半導体層および有機半導体層上の有機誘電体層を含む有機積層を、ソースおよびドレイン電極上に形成することと、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む２層のゲート電極を形成することと、２層のゲート電極上にマスク材料の領域を選択的に堆積することと、マスク材料をマスクとして使用して前記第１ゲート層の部分を除去する第１プラズマエッチング工程を実行することと、第１ゲート層をマスクとして使用して第２ゲート層および有機積層の部分を除去する第２プラズマエッチング工程を実行し、それによって２層のゲート電極および有機積層のパターニングを行うこととを含む。【選択図】図２ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のトップゲート型トランジスタの形成方法であって、
前記基板上にソースおよびドレイン電極を形成することと、
前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および前記有機半導体層上の有機誘電体層を含む有機積層を、前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上に形成することと、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、前記第２ゲート層が前記有機積層上に形成された、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む２層のゲート電極を形成することと、
前記２層のゲート電極上にマスク材料の領域を選択的に堆積することと、
マスク材料をマスクとして使用して前記第１ゲート層の部分を除去する第１プラズマエッチング工程を実行することと、
前記第１ゲート層をマスクとして使用して前記第２ゲート層および前記有機積層の部分を除去する第２プラズマエッチング工程を実行し、それによって前記２層のゲート電極および前記有機積層のパターニングを行うこととを含む、方法。
【請求項２】
前記第２プラズマエッチング工程もまた、前記マスク材料の除去をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２ゲート層は、前記第１ゲート層よりも実質的に厚い、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１ゲート層は２ｎｍから２００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２ゲート層は２０ｎｍから５００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウム、クロム、ニッケルおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１ゲート層の材料はＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳＣ２Ｏ３のうちの一つである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウムである、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２ゲート層の材料はチタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２ゲート層の材料はチタンである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アルゴンプラズマスパッタエッチングによる前記第１プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
塩素プラズマエッチングによる前記第１プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
酸素−フッ素プラズマエッチングによる前記第２プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記マスク材料は有機マスク材料を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
インクジェット印刷による前記マスク材料の領域の選択的な堆積を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
基板上に形成されるトップゲート型トランジスタであって、
前記基板上に形成されるソースおよびドレイン電極と、
前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および前記有機半導体層上の有機誘電体層を含む、前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上に形成される有機積層と、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、前記第２ゲート層が前記有機積層上に形成された、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む前記有機積層上に形成された２層のゲート電極とを含む、トップゲート型トランジスタ。
【請求項１７】
前記第２ゲート層は、前記第１ゲート層よりも実質的に厚い、請求項１６に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１８】
前記第１ゲート層は２ｎｍから２００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１６に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１９】
前記第２ゲート層は２０ｎｍから５００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１６に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２０】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウム、クロム、ニッケルおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２１】
前記第１ゲート層の材料はＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳＣ２Ｏ３のうちの一つである、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２２】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウムである、請求項２０に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２３】
前記第２ゲート層の材料はチタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１６から１９のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２４】
前記第２ゲート層の材料はチタンである、請求項２３に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項２５】
請求項１６から２４のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタを含む、ＯＬＥＤディスプレイ用のバックプレーン。
【請求項２６】
請求項１６から２４のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタを含む、フラットパネルディスプレイ用のバックプレーン。
【請求項２７】
請求項１６から２４のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタを含む、電気泳動ディスプレイ用のバックプレーン。
【請求項２８】
請求項１６から２４のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタを含む、バイオセンサ。
【請求項２９】
請求項１６から２４のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタを含む、ＲＦＩＤタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスまたはプラスチックなどの基板上のトップゲート型トランジスタを形成する方法、対応するトップゲート型トランジスタ、トップゲート型トランジスタを含むディスプレイバックプレーン、バイオセンサおよびＲＦＩＤ（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグに関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、半導体自体が装置の基板を形成する従来のトランジスタとは対照的に、ガラスまたはプラスチックなどの個別の基板上に半導体の活性層を堆積して形成することができる装置である。さらに、現代のＴＦＴは、シリコン、ＩＩ−ＶＩ族半導体（例えばＣｄＳｅ）または金属酸化物（例えばＺｎＯ）などの従来の無機半導体材料よりむしろ、有機半導体（ＯＳＣ）を使用して形成することができる。これらは、有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）と称され、従来のＴＦＴを上回る際立った利点を有している。例えば、ＯＳＣが溶液から処理される場合は特に、製造コストを著しく減少させ、かつ、広範囲に拡張性を持たせる可能性を有している。さらに、ＯＳＣは機械的に柔軟性があり、無機半導体よりも比較的低温度で処理することができる。そのため、プラスチック箔などの柔軟であるが熱に弱い基板を使用することができ、その結果、柔軟性のある電子回路の製造を可能にする。ＯＴＦＴが採用されているアプリケーションには、ＲＦＩＤタグ、バイオセンサおよび電気泳動ディスプレイ用のバックプレーンが含まれる。また、ＯＴＦＴは、上述の利点のため、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ用のバックプレーンなどフラットパネルディスプレイ用のバックプレーンでの使用について関心が寄せられている。この場合、ＯＴＦＴはアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンに基づいた現在の標準的なバックプレーン技術の限界を克服する可能性を有している。
【０００３】
従来のＯＴＦＴ装置の一例が図１に概略的に示されている。この装置を製造する代表的な工程は、ガラス基板１０上のソース電極１２およびドレイン電極１４の範囲を定めることから始まる。１つ以上の有機層を含む有機積層２０は、基板１０、ソースおよびドレイン電極１２、１４上に形成される。図示の例では、まず有機半導体層２０ａが基板１０、ソースおよびドレイン電極１２、１４上に形成され、次に、誘電体層２０ｂが有機半導体層２０ａ上に形成される。その後、ゲート電極３０が誘電体層２０ｂ上に形成される。このトランジスタ構造はトップゲート型トランジスタと称することができる。
【０００４】
動作時は、ゲート電極３０に与えられる信号に応答して、電荷担体がソースおよびドレイン電極１２、１４の間のチャネル領域を流れる。
【０００５】
従来のトップゲート型トランジスタ構造では、有機積層２０が基板１０上の全面、または少なくともソースおよびドレイン電極１２、１４の範囲を超えて延びる基板の実質的な領域に堆積され、その後、トップゲート電極がシャドウマスクを介してゲート金属または金属合金の蒸着により形成される。しかし、このような従来の構造では、ゲート電極はシャドウマスクによって単に粗くパターニングされるだけで、ソースおよびドレイン電極の間の間隔（例えば、ソースおよびドレイン電極の間の活性領域の長さまたはいわゆるトランジスタチャネル）がマイクロメートルオーダーであるのに対して、ミリメートルオーダーの横寸法を有しがちである。したがって、ゲート電極は、チャネル領域上のみならずソースおよびドレイン電極上の有機積層を覆う。ゲート電極とソース／ドレイン電極との間の重なりは、望ましくない寄生容量をもたらすことになる。また、この重なりは、任意のゲート漏れ、すなわち、有機積層を介してソースおよび／またはドレイン電極からゲート電極へ通過する不要なリーク電流を悪化させる。これらの影響は、ＯＴＦＴの性能を悪化させる。さらに、このような寸法のゲート電極は、電子回路におけるＯＴＦＴの集積に弊害をもたらして、例えば、ディスプレイの画素サイズがＯＴＦＴ装置の最大サイズに対して厳しい拘束を与えるディスプレイバックプレーンでのＯＴＦＴの使用を妨げることになる。
【０００６】
近年、隣接するＯＴＦＴ装置の寄生結合を防止し、かつ、ゲート漏れを低減すべく、トランジスタチャネル領域内でもなく、導電性ゲート電極とソースおよび／またはドレイン電極との間に挟まれてもいない半導体材料を除去するための有機積層２０のパターニングについてのアイディアにも関心が寄せられてきた。このような有機積層のパターニングは、例えば、ゲート電極をドライエッチングプロセスにおけるエッチングマスクとして使用することで実現することができる。しかし、従来のトップゲート型ＯＴＦＴ構造におけるゲート電極の比較的大きな寸法では、このような方法による有益な効果を制限することになる。なぜなら、パターニング後の有機積層の横寸法が活性チャネル領域よりもはるかに大きいためである。
【０００７】
ゲートがチャネル領域のみを覆い、かつ、ソースおよびドレイン電極との重なりを持たないかあるいは明確に定義されて良好に制御された重なりを有するようにゲート電極をパターニングすることは有益であろう。従来のＯＴＦＴ構造とは対照的に、この重なりはミリメートルオーダーではなく、チャネル領域の寸法またはそれ以下のオーダーである。さらに、有機半導体材料がゲート電極およびチャネル領域の間にのみ存在するように連続して有機積層をパターニングすることは有益であろう。
【０００８】
しかし、トップゲート電極のパターニングは、下側に位置する傷つきやすい有機積層を損傷しないように注意を払う必要があるため、困難なものである。この課題は、本発明によって取り組まれるものである。
【０００９】
トップゲート電極および／または有機層のパターニングに関する周知の方法は、高解像度シャドウマスキング、フォトリソグラフィ、ウェットエッチングおよびドライエッチングを含む。
【００１０】
高解像度シャドウマスクを介した蒸着は、マイクロメートル範囲でのトップゲートパターニングに使用することができるが、良好なシャドウマスクの配置およびゲート電極の高分解能の特性を維持しつつ、数平方インチの基板を超えて拡大することは困難である。
【００１１】
フォトリソグラフィによるパターニングは、フォトマスクを介した感光性フォトレジスト材料の層への露光を含む。この光はフォトマスクを介して露光されるフォトレジストの化学構造を変化させ、その結果、続いて溶剤が付与されると、フォトレジストが現像される。すなわち、フォトレジストのある部分のみ（ポジ型またはネガ型フォトレジストのいずれが使用されたかに応じて露光部分または未露光部分のいずれか）が除去される。フォトリソグラフィによるＯＴＦＴの有機層のパターニング技術は、米国特許第７，３４４，９２８号明細書に開示されている。
【００１２】
フォトリソグラフィによるパターニングは、リフトオフ現像処理による金属トップゲート電極のパターニングにも使用することができる。この場合、フォトレジスト材料は有機積層の上面に塗布され、フォトレジストパターンはゲート電極が必要とされる領域からフォトレジストを除去することによって作成される。ゲート電極材料のブランケット蒸着の後、フォトレジストとその上に堆積した任意のゲート電極材料は、適切な溶剤現像液でリフトオフされ、その結果、ゲート電極材料が所要領域にのみ残る。ＯＴＦＴにおける有機材料は、溶剤現像処理に対して非常に傷つきやすい傾向があり、非常に慎重に制御しなければ、この処理では、有機積層を損傷するか、あるいはフォトレジストだけでなく有機積層全体を単にリフトオフすることになってしまう。さらに、フォトリソグラフィは、高価なパターニング方法である。
【００１３】
ウェットエッチングによるパターニングの方法は、まず、有機積層上でのトップゲート電極材料のブランケット堆積を含む。続いて、この方法は、ウェットエッチングの間保護されるゲート電極材料の領域、つまり実際のゲート電極を形成する領域を覆う、パターニングされたマスクの形成を含む。パターニングされたマスクの形成は、例えばフォトリソグラフィによって行うことができる。その場合、フォトレジストは、フォトレジストが露光されたゲート電極材料の領域上でウェットエッチングの間に除去されるような方法でパターニングされた後に現像される。このウェットエッチング方法は、上述したリフトオフ処理の使用を回避しながらも、自身の前述の関連する欠点を伴う現像工程を含んでいる。パターニングされたマスクによって露光された状態にあるゲート電極材料は、酸などのエッチング液を使用することによって、一般的には、エッチング液の溶液に基板を浸すことによってエッチングされる。しかし、ＯＴＦＴにおける有機材料は、この種のエッチング液に非常に傷つきやすい傾向があり、非常に慎重に制御しなければ、ウェットエッチング方法では、ゲート電極材料の所望の（露光された）領域だけでなく、有機積層全体を損傷するか、あるいは単にリフトオフすることになってしまう。
【００１４】
一方、ドライエッチングによるパターニングは、プラズマエッチング剤を使用しており、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングによる上述したパターニングの欠点の影響を被ることはない。しかし、ドライエッチングもまた、第一に、保護エッチングマスクの形成を必要とする。このエッチングマスクが例えばフォトリソグラフィによって製造される場合は、上述のような制限があてはまる。ドライエッチングによるＯＴＦＴの有機層のパターニングの一技術は、米国特許出願公開第２００９／０２７２９６９号明細書（およびその親出願公開第２００６／２１６８５２号明細書）に開示されている。
【００１５】
それにもかかわらず、有機材料のパターニングがマスクを除去するためのその後の洗浄工程が続く、追加的なワックスまたはグリースのマスキング工程を必要とするという点で、この従来のドライエッチングパターニング技術には限界がある。すなわち、有機材料およびその後にゲート電極をパターニングするための、洗浄工程が加わる、２つの個別のマスキング工程が必要である。これらの追加的工程は、製造工程に望ましくない余分な複雑さを与えることになる。
【００１６】
それゆえ、ドライエッチング工程に基づき、かつ、フォトリソグラフィの使用を回避するような、（好ましくは、トップゲート電極の下側に位置する有機積層と共に）トップゲート電極をパターニングするための代替的方法を見出すことが有利であろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第７，３４４，９２８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０２７２９６９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／２１６８５２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、基板上のトップゲート型トランジスタの形成方法であって、
基板上にソースおよびドレイン電極を形成することと、
基板とソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および有機半導体層上の有機誘電体層を含む有機積層を、基板とソースおよびドレイン電極上に形成することと、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、第２ゲート層が有機積層上に形成された、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む２層のゲート電極を形成することと、
２層のゲート電極上にマスク材料の領域を選択的に堆積することと、
マスク材料をマスクとして使用して第１ゲート層の部分を除去する第１プラズマエッチング工程を実行することと、
第１ゲート層をマスクとして使用して第２ゲート層および有機積層の部分を除去する第２プラズマエッチング工程を実行し、それによって、２層のゲート電極および有機積層のパターニングを行うこととを含む方法が提供される。
【００１９】
第１プラズマエッチング工程において、第２ゲート層ではなく第１ゲート層のみがエッチング除去され、第２ゲート層が実質的にそのまま残る。さらに、選択的に堆積されたマスク材料は、第１および第２ゲート層の両方がゲート領域に残るように、第１プラズマエッチング工程を防ぐように覆う。この第１プラズマエッチング工程の選択性は、特定の深さまでのみエッチングするようにエッチングの時間および／または強度を制御することによって実現してもよい。
【００２０】
第１ゲート層は、第２プラズマエッチングに対して第２ゲート層よりも強い耐性を有する材料から形成される。したがって、第２プラズマエッチング工程が行われるとき、既存の第１ゲート層自体は、（２層のゲート自体のエッチングに耐えるだけでなく）第２ゲート層とその下の有機積層のパターニングのためのマスクとして作用する。したがって、２層のゲートは、ウェットエッチングや高価なフォトリソグラフィの必要性を回避し、かつ、米国特許出願公開第２００９／０２７２９６９号明細書に記載の有機材料およびゲート電極のパターニングのための２つの個別のマスキング工程の必要性を回避しつつ、ゲート電極および有機積層のパターニングを有利に行うことができる。
【００２１】
特に好ましい実施形態では、第２プラズマエッチング工程はマスク材料の除去を含む。第２プラズマエッチングは、ゲート電極および有機積層のパターニングと同じ工程で、残存マスク材料を除去するために使用することができるので、米国特許出願公開第２００９／０２７２９６９号明細書に記載の個別の洗浄工程の必要性を有利に回避する。
【００２２】
さらなる実施形態では、第２ゲート層は、第１ゲート層よりも実質的に厚い。
【００２３】
さらに他の実施形態では、第１ゲート層の材料はアルミニウム、クロム、ニッケルおよびそれらの合金のうちの一つである。
【００２４】
さらにその他の実施形態では、第１ゲート層の材料はＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳＣ２Ｏ３のうちの一つである。
【００２５】
さらに他の実施形態では、第２ゲート層の材料はチタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブおよびそれらの合金のうちの一つである。
【００２６】
さらなる実施形態では、この方法は、アルゴンプラズマスパッタエッチングによる第１プラズマエッチング工程の実行を含む。
【００２７】
さらなる実施形態では、この方法は、塩素プラズマエッチングによる第１プラズマエッチング工程の実行を含む。
【００２８】
さらなる実施形態では、この方法は、酸素−フッ素プラズマエッチングによる第２プラズマエッチング工程の実行を含む。
【００２９】
さらにその他の実施形態では、マスク材料は有機マスク材料を含む。
【００３０】
本発明の第２の態様によれば、基板上に形成されるトップゲート型トランジスタであって、
基板上に形成されるソースおよびドレイン電極と、
基板とソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および有機半導体層上の有機誘電体層を含む、基板とソースおよびドレイン電極上に形成される有機積層と、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、第２ゲート層が有機積層上に形成された第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む有機積層上に形成された２層のゲート電極とを含む、トップゲート型トランジスタが提供される。
【００３１】
本発明の第３の態様によれば、第２の態様に記載のトップゲート型トランジスタを含むＯＬＥＤディスプレイ用のバックプレーンが提供される。
【００３２】
本発明の第４の態様によれば、第２の態様に記載のトップゲート型トランジスタを含むフラットパネルディスプレイ用のバックプレーンが提供される。
【００３３】
本発明の第５の態様によれば、第２の態様に記載のトップゲート型トランジスタを含む電気泳動ディスプレイ用のバックプレーンが提供される。
【００３４】
本発明の第６の態様によれば、第２の態様に記載のトップゲート型トランジスタを含むバイオセンサが提供される。
【００３５】
本発明の第７の態様によれば、第２の態様に記載のトップゲート型トランジスタを含むＲＦＩＤタグが提供される。
【００３６】
本発明をより理解するために、かつ、本発明の実施方法を示すために、添付の図面を実施例として参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】有機薄膜トランジスタの層を通る概略断側面図である。
【図２ａ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【図２ｂ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【図２ｃ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【図２ｄ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【図２ｅ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【図２ｆ】本発明の第１の態様による有機薄膜トランジスタを形成するための処理工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の例では、傷つきやすい有機積層の上面に接触している金属ゲートをパターニングするために、プラズマドライエッチング工程のみを使用して、二段階金属２層エッチング工程においてインクジェット印刷マスク材料を採用している。したがって、フォトリソグラフィ、ウェットエッチングおよび金属インクのインクジェット印刷が不要になる。
【００３９】
本発明は、ＯＴＦＴにおける傷つきやすい有機積層の上面に接触しているトップゲート金属のパターニングを可能にする。本発明では、ウェットエッチング工程ではなく、ドライエッチング工程のみを採用しているので、ＯＴＦＴを酸または塩基などのエッチング液に浸す必要がなくなるため、有機層を完全な状態に保つ。本発明は、マスク材料のパターニングのためにインクジェット印刷を使用しているので、高価なフォトリソグラフィを排除し、大きな基板サイズへの拡張性を持たせることが可能になる。本発明は、インクジェット印刷工程においてインクジェット印刷が容易なインクを多数採用しているので、金属インクの印刷の複雑な作業を不要にし、関連するアニール処理を排除する。
【００４０】
再び図１を参照して、従来のトップゲート型ＯＴＦＴにおいて、ゲート電極３０は、トランジスタ構造の他の層の全てが堆積された後、ゲート誘電体２０ｂ上に堆積される。ＯＴＦＴにおいて、金属トップゲート３０の製造は、有機積層２０を損傷することなく行われなければならないために困難である。本発明は、先に述べた従来の技術の欠点を回避しつつ、トップゲート金属電極３０’の製造を可能にする。
【００４１】
ここで、例示的な工程を、図２ａ〜図２ｆを参照して説明する。図２ａは、トップゲート金属の堆積前の部分的に完成したＯＴＦＴ装置を示す。基板とソースおよびドレイン金属電極とを覆う有機積層２０は、（図１に示す層２０ａおよび２０ｂと同類であるが、後にパターニングされる）有機半導体層および有機半導体層上の誘電体層を含む。当業者にとって公知であるように、有機積層は、より複雑な構成においては追加の層を含んでもよい。
【００４２】
有機積層２０で使用される半導体は、任意の適切な有機半導体とすることができ、当業者にとって公知の例として挙げることができる。例えば、有機半導体は、溶液から加工される可溶性小分子を含んだ、蒸発によって加工される小分子またはポリマーであってもよい。小分子の例としては、テトラセン、ペンタセンおよび後者の可溶性誘導体であるＴＩＰＳペンタセン（６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン）が挙げられる。高分子有機半導体の例としては、Ｐ３ＨＴ（ポリ３−ヘキシルチオフェン）およびポリフルオレンが挙げられる。
【００４３】
有機積層２０における誘電体は、任意の有機誘電体とすることができ、当業者にとって公知の例として挙げることができる。有機誘電体は、パーフルオロポリマー、ＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリレート））およびポリスチレンであってもよい。
【００４４】
有機積層２０は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、スロットダイコーティング、ブレードコーティング、ドロップキャスティング、インクジェット印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、レーザー転写印刷、ノズル印刷または蒸着などの任意の適切な技術によって塗布することができる。
【００４５】
ソースおよびドレイン電極１２、１４は、例えば酸素−フッ素プラズマに耐えるクロム（Ｃｒ）などの、第２プラズマ工程Ｐ２（下記参照）によって容易にドライエッチングされていない金属または金属合金を含む。酸素−フッ素プラズマとは、酸素（Ｏ２）およびフッ素化炭化水素（例えばＣＦ４またはＣＨＦ３）を供給ガスとして使用するプラズマを指す。ソースおよびドレイン電極１２、１４は、フォトリソグラフィまたはシャドウマスク蒸着などの任意の適切な技術によって形成されてもよい。
【００４６】
効率的なＯＴＦＴ装置のために、ゲート電極３０’は、誘電体層２０ａ上にパターニングされる方法で形成されてもよい。ＯＴＦＴ性能の向上およびディスプレイバックプレーン、ＲＦＩＤタグおよびバイオセンサなどの有機電子回路の統合のためには、５０μｍまたはそれ以下の小さい形状が好ましい。
【００４７】
図２ｂに示すように、金属２層は、例えば物理蒸着技術によって、あるいは金属インクから有機積層２０上にブランケット堆積される。好ましい実施形態では、金属インクの必要性を回避するために、金属２層３０’は、熱またはスパッタなどの蒸着によって堆積される。第２金属層Ｍ２は有機積層２０上（誘電体２０ａ上）に堆積され、第１金属層Ｍ１はその後に第２金属層Ｍ２の上面に堆積される（つまり、第１金属層Ｍ１は下部の第２金属層Ｍ２に対して上部の金属層となる）。
【００４８】
第２金属Ｍ２は、例えば酸素―フッ素プラズマでドライエッチングすることができるチタン（Ｔｉ）のような、第２プラズマ工程Ｐ２において容易にプラズマドライエッチングできる金属である。これに対し、第１金属Ｍ１は、例えば酸素―フッ素プラズマに耐えるアルミニウム（Ａｌ）のような、第２プラズマエッチング工程Ｐ２において容易にドライエッチングできない金属である（Ｍ１はプラズマエッチング工程Ｐ２に耐える）。
【００４９】
好ましくは、第１金属層Ｍ１は、第２金属層Ｍ２より薄く、第２プラズマエッチング工程Ｐ２に対する耐性を維持しつつも可能な限り薄いことが理想的である。例えば、Ｍ１の厚みは、２ｎｍから２００ｎｍの間、好ましくは、５ｎｍから１００ｎｍの間、さらに好ましくは、１０ｎｍから３０ｎｍの間であってもよい。例えば、Ｍ２の厚みは、２０ｎｍから５００ｎｍの間、好ましくは、５０ｎｍから２５０ｎｍの間、さらに好ましくは、７５ｎｍから１５０ｎｍの間であってもよい。
【００５０】
図２ｃに戻って、次に、金属２層３０’上にマスクパターン４０を形成するためのマスク材料を選択的に堆積するために、インクジェットプリンタ５０が使用される。マスク材料は、インクジェット印刷されたマスク４０の形成層の厚みが第１プラズマエッチング工程Ｐ１に耐えるのに十分である限り、ＵＶ硬化性のある有機インク、相変化（熱溶融性）材料または溶剤ベースの材料であってもよい（下記参照）。インクジェット印刷されたマスク４０は、図２ｄに示されている。インクジェット印刷されたマスクの解像度を高め、かつ、形状を縮小するために、様々な技術を使用することができる。例えば光パターニングが可能なぬれ性を持つ感光性自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を採用することによって、第１金属層Ｍ１の表面におけるぬれ性の、パターニングされたコントラストを提供することができる。
【００５１】
図２ｅに示すように、インクジェット印刷されたマスク４０のパターンは、第１プラズマエッチング工程Ｐ１によって第１金属層Ｍ１へ転写される。第１プラズマエッチング工程Ｐ１の結果が、図２ｅに示すような、選択的に除去された（つまり、パターニングされた）第１金属層Ｍ１である。第１プラズマエッチング工程Ｐ１は、インクジェット印刷されたマスク４０によって保護されていない第１金属層Ｍ１のエッチングが可能なプラズマドライエッチング工程であり、例えば、アルミニウム（Ａｌ）の第１金属層Ｍ１をエッチングすることができるような、アルゴンプラズマスパッタエッチングまたは（プラズマがＣｌ２／ＢＣｌ３供給ガスに基づく）塩素プラズマエッチングによって行ってもよい。
【００５２】
上述したように、第１金属層Ｍ１は薄い層であることが好ましく、その結果、第１プラズマエッチング工程Ｐ１のエッチング時間を最小にすることが好ましい。インクジェット印刷されたマスク４０の最小の厚みは、マスク４０によって覆われていない領域において第１金属層Ｍ１をエッチングで取り去る間に、第１プラズマエッチングＰ１に耐えるために必要とされるように与えられる。アルゴンプラズマスパッタエッチングを使用することは、Ａｌなどの金属およびマスク材料などの有機材料との間ではＣｌ２／ＢＣｌ３プラズマなどの反応性プラズマよりも選択的ではないので、この目的のために有益である。
【００５３】
図２ｅ〜図２ｆを参照して、続くプラズマエッチング工程Ｐ２において、第２金属Ｍ２および有機積層２０の覆われていない領域の両方がプラズマエッチングされる間、パターニングされた第１金属層Ｍ１はエッチングマスクとして機能する。これと同時に、有機マスク材料は酸素または酸素−フッ素プラズマによって容易にドライエッチングされるため、パターニングされた第１金属層Ｍ１の上面に残存する有機マスク材料は、第２プラズマエッチングＰ２によって除去される。図２ｆは、パターニングされた最終のトップゲートＯＴＦＴを示している。
【００５４】
なお、当然のことながら、上述の実施形態は、例としてのみ記述されているものである。
【００５５】
例えば、第１ゲート層の代替的材料は、酸素―フッ素プラズマに耐えることができる、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）およびそれらの金属合金を含む。さらに、第１ゲート層は、例えばＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳＣ２Ｏ３などの全てが酸素―フッ素プラズマに耐えることができる酸化物を含む非金属であってもよい。この場合、第１ゲート層には導電性がなく、第２ゲート層のみが実際の導電性ゲート電極材料として機能するであろう。
【００５６】
さらに、第２ゲート層の代替的な材料は、全てが酸素―フッ素プラズマにおいてドライエッチング可能なチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）およびそれらの金属合金を含む。
【００５７】
ソースおよびドレイン電極は、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびそれらの金属合金で形成されてもよい。
【００５８】
さらに、インクジェット印刷されたマスクの主な機能は、プラズマエッチングに対するバリアを形成することであるため、マスクの形成層の厚みが第１ゲート層を（例えばスパッタエッチングによって）エッチングする間に、第１プラズマエッチング工程Ｐ１に耐えるのに十分厚みがあることを条件に、ほとんどの種類の有機インクをマスク材料として使用することができる。したがって、通常、日常的にグラフィック印刷で使用されるインクでさえも適切なものとすることができる。インクジェット印刷されたマスクとして使用される材料の幾つかの例を以下に挙げる。
【００５９】
インクは、例えばＳｕｎＣｈｅｍｉｃａｌ製のＳｕｎＪｅｔ  Ｃｒｙｓｔａｌ（登録商標）、ＦＵＪＩＦＩＬＭ  Ｓｅｒｉｃｏｌ製のＵｖｉｊｅｔ、Ｃｏｌｌｉｎｓ  Ｉｎｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＣ−Ｊｅｔ、Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ製のフォトレジストＳＵ−８などのＵＶ硬化型インクであってもよい。この後者の材料をインクジェット印刷する例は、Ｒｅａｃｔｉｖｅ＆Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ６８（２００８）１０５２の論文に挙げられている。インクはまた、例えば、Ｄｉｍａｔｉｘ  Ｆｕｊｉｆｉｌｍ製のＳｐｅｃｔｒａ（登録商標）Ｓａｂｒｅ  Ｈｏｔ  Ｍｅｌｔ、または、例えばＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈより入手可能な、エルカ酸アミドなどの熱溶融性またはワックス状のインクであってもよい。インクはまた、例えばＦＵＪＩＦＩＬＭ  Ｓｅｒｉｃｏｌ製のＣｏｌｏｒ＋、または、例えばＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈより入手可能な、水および他の極性溶剤に可溶なポリビニルピロリドン、または、例えばＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈより入手可能な、アルコール、エーテル、ケトンおよびエステルに可溶なポリ（４―ビニルフェノール）などの溶剤系であってもよい。
【００６０】
なお、他の関連する回路、保護層および表面修飾層などの明らかな特定の特徴を、本明細書で示した図面を以て明確にすることは省略する。このような特徴は、当業者にとって公知の技術である。
【００６１】
他の変形例は、ここに開示を受けた当業者にとって自明であろう。本発明の範囲は記載された実施形態によって限定されるものではなく、添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2014527710.tif 000003
【図２ａ】
2014527710.tif 000004
【図２ｂ】
2014527710.tif 000005
【図２ｃ】
2014527710.tif 000006
【図２ｄ】
2014527710.tif 000007
【図２ｅ】
2014527710.tif 000008
【図２ｆ】
2014527710.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月18日(2014.3.18)
【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】
基板上のトップゲート型トランジスタの形成方法であって、
前記基板上にソースおよびドレイン電極を形成することと、
前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および前記有機半導体層上の有機誘電体層を含む有機積層を、前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上に形成することと、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、前記第２ゲート層が前記有機積層上に形成された、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む２層のゲート電極を形成することと、
前記２層のゲート電極上にマスク材料の領域を選択的に堆積することと、
マスク材料をマスクとして使用して前記第１ゲート層の部分を除去する第１プラズマエッチング工程を実行することと、
前記第１ゲート層をマスクとして使用して前記第２ゲート層および前記有機積層の部分を除去する第２プラズマエッチング工程を実行し、それによって前記２層のゲート電極および前記有機積層のパターニングを行うこととを含む、方法。
【請求項２】
前記第２プラズマエッチング工程もまた、前記マスク材料の除去をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２ゲート層は、前記第１ゲート層よりも実質的に厚い、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウム、クロム、ニッケルおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ゲート層の材料はＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯおよびＳＣ２Ｏ３のうちの一つである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２ゲート層の材料はチタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブおよびそれらの合金のうちの一つである、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
アルゴンプラズマスパッタエッチングによる前記第１プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
塩素プラズマエッチングによる前記第１プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
酸素−フッ素プラズマエッチングによる前記第２プラズマエッチング工程の実行を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記マスク材料は有機マスク材料を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
インクジェット印刷による前記マスク材料の領域の選択的な堆積を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
基板上に形成されるトップゲート型トランジスタであって、
前記基板上に形成されるソースおよびドレイン電極と、
前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上の有機半導体層および前記有機半導体層上の有機誘電体層を含む、前記基板と前記ソースおよびドレイン電極上に形成される有機積層と、
第１ゲート層が第２ゲート層上に形成され、前記第２ゲート層が前記有機積層上に形成された、第１材料の第１層および異なる第２材料の第２層を含む前記有機積層上に形成された２層のゲート電極とを含む、トップゲート型トランジスタ。
【請求項１３】
前記第２ゲート層は、前記第１ゲート層よりも実質的に厚い、請求項１２に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１４】
前記第１ゲート層は２ｎｍから２００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１２に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１５】
前記第２ゲート層は２０ｎｍから５００ｎｍの間の厚みを有する、請求項１６に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１６】
前記第１ゲート層の材料はアルミニウムである、請求項１２から１５のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタ。
【請求項１７】
前記第２ゲート層の材料はチタンである、請求項１２から１５のいずれか一項に記載のトップゲート型トランジスタ。
【国際調査報告】
2014527710.tif 000010
2014527710.tif 000011
2014527710.tif 000012