(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層、封止層を有する薄膜トランジスタであって、前記ソース電極及びドレイン電極は少なくとも一種以上の金属から構成され、前記封止層は前記ソース電極及びドレイン電極を構成する金属イオンと結合する化合物として、ベンゾトリアゾール系またはトリアジン系化合物を含有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極及びドレイン電極を構成する主金属が銀であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記封止層はフッ素化合物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、一般的な平面薄型画像表示装置は非晶質シリコンや多結晶シリコンを半導体層に用いた薄膜トランジスタのアクティブマトリックスにより駆動されている。
【０００３】
一方、平面薄型画像表示装置のさらなる薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに樹脂基板を用いる試みが近年なされている。
【０００４】
しかし、上述のシリコンを用いる薄膜トランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
【０００５】
そこで、低温形成が可能な有機半導体を用いた薄膜トランジスタの開発が活発に行われている。
【０００６】
また、有機半導体は印刷法によってパターニングが可能であるという長所を有する。さらに、有機半導体を用いた薄膜トランジスタは半導体層だけでなく、電極やゲート絶縁層も印刷法によって形成可能な材料を選択することにより、薄膜トランジスタを構成する層を全て印刷により形成することも可能である。
【０００７】
印刷法を用いることにより、真空成膜・フォトリソグラフィーにより製造されるシリコン系薄膜トランジスタと比較して製造コストの大幅な削減が期待される。
【０００８】
薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極の材料としては銀が用いられることが最も一般的である（非特許文献１）。また、有機半導体層は大気中の水分や酸素による劣化が著しいため、通常は封止層が設けられる。封止層に用いる材料としては、薄膜トランジスタの外部からの水分や酸素の侵入が防止され、半導体の特性劣化をより効果的に防止できることから、フッ素化合物が用いられることが一般的である。
【０００９】
外気から確実に遮断するため、封止層は有機半導体層を完全に覆いかつ、有機半導体のパターンより大きいパターンで形成されることが好ましい。この場合、封止層は有機半導体だけでなく、ゲート絶縁層とソース・ドレイン電極の一部にも重なるように形成されることとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ｔ．Ｓｅｋｉｎｅ  ｅｔ  ａｌ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌｕｍｅ２９４、Ｐ２０−２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述のように封止層を印刷法でソース・ドレイン電極上に形成した場合、封止層とソース・ドレイン電極との密着性が低いことが問題となる。
即ち、封止層とソース・ドレイン電極の密着性が低い場合、封止層とソース・ドレイン電極の間に空隙ができ、トランジスタ内に水分等が入り込む原因となる。この場合、有機半導体層に水分等が付着し、トランジスタ特性を劣化させることとなる。このような構造では、トランジスタの長期安定性を確保するのは困難である。
【００１２】
そこで本発明は、封止層とソース電極及びドレイン電極の密着性を向上させ、長期安定性に優れたトランジスタ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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、
絶縁基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層、封止層を有する薄膜トランジスタであって、前記ソース電極及びドレイン電極は少なくとも一種以上の金属から構成され、前記封止層は前記ソース電極及びドレイン電極を構成する金属イオンと結合する化合物として、ベンゾトリアゾール系またはトリアジン系化合物を含有することを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、
前記ソース電極及びドレイン電極を構成する主金属が銀であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタである。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、
前記封止層はフッ素化合物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、封止層中に含まれるベンゾトリアゾール系またはトリアジン系化合物がソース電極及びドレイン電極と結合することにより、密着性を向上させることができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、ソース電極及びドレイン電極の主金属を銀とすることで、高い導電率を確保することが可能となる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、封止層がフッ素化合物を含むことにより、薄膜トランジスタの外部からの水分や酸素の侵入が防止され、半導体の特性劣化をより効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における実施例１、２の薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態における薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。
【図３】図１、図２の薄膜トランジスタを俯瞰した概略図である。
【図４】従来の薄膜トランジスタの断面構造を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２３】
図１、図２、図３に本発明の薄膜トランジスタの一例を示す。絶縁基板１０上にゲート電極１１、ゲート絶縁層１２、ソース電極１３およびドレイン電極１４、半導体層１５、封止層１６を備えたボトムゲート−ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタである。ただし本発明の薄膜トランジスタの構造はボトムゲート−トップコンタクト構造やトップゲート構造でも構わない。
【００２４】
本発明の絶縁基板１０としてガラス基板または樹脂基板を用いることができる。樹脂基板の場合、例えば、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルサルフェン、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂等を使用することができる。これらの基板は単独で使用することもでき、二種以上を積層した複合基板を使用することもできる。
【００２５】
本発明のゲート電極１１は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成することにより形成することができる。ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチフェン）等の導電性有機材料を用いることもできる。また、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕなどの低抵抗金属材料を真空成膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
本発明のゲート絶縁層１２は、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、パリレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などの高分子溶液、アルミナやシリカゲル等の粒子を分散させた溶液、または酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシナイトライド、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン等の無機材料の前駆体溶液を、スピンコート法やスリットダイコート法等を用いて塗布し、焼成することにより形成することができる。また、上記無機材料を真空成膜法を用いて形成し、フォトリソグラフィー法でパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
本発明のソース電極１３及びドレイン電極１４は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどの低抵抗金属材料をインキ状、ペースト状にしたものをスクリーン印刷、転写印刷、凸版印刷、インクジェット法等で塗布し、焼成することにより形成することができるが、特にＡｇをインキ状またはペースト状にしたものが、低抵抗および低コストという観点から好ましい。またＭｏ、Ａｌ、Ｃｕなどの低抵抗金属材料を真空成膜し、フォトリソグラフィーを用いてパターニングすることにより形成することもできるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
本発明の有機半導体層１５の材料としては、ポリチオフェン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物も半導体層の材料として用いることができるがこれらに限定されるものではない。
【００２９】
有機半導体１５は上述の有機半導体材料をトルエンなどの芳香族系の溶媒に溶解又は分散させてインキ状の溶液又は分散液として、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法などを用いて形成することができる。溶媒に適当な分散剤や安定剤等の添加剤を加えてもよい。
【００３０】
本発明の封止層１６に用いる材料は、半導体層への酸素や水の侵入を抑制することができる材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリビニルフェノール、ポリビニルが挙げられる。  
【００３１】
封止層１６にフッ素化合物を含ませると、薄膜トランジスタの外部からの水分や酸素の侵入が防止され、半導体の特性劣化をより効果的に防止できることから好ましい。
【００３２】
フッ素化合物としては、例えば、フッ素アクリル樹脂、フッ素ポリイミドなどの縮合系フッ素ポリマー、フッ素エーテルポリマー、フッ素環状エーテルポリマーなどが挙げられる。これらは、全フッ素置換されたペルフルオロ体でもよく、フッ素置換残部を塩素などで置換したものでもよい。さらにトリフロロメタン置換基などを有していてもよい。
【００３３】
封止層１６は、上述の材料を溶媒に溶解又は分散させてインキ状の溶液又は分散液として、凸版印刷法、反転オフセット印刷法、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、スピンコート法等を用いて形成することができる。
【００３４】
また、封止層１６とソース電極１３及びドレイン電極１４との密着性を高めるため、本発明の封止層１６は金属イオンと結合する化合物１７を含有する。例えばベンゾトリアール系またはトリアジン系の化合物が挙げられる。
なお、化合物１７は図１に示すように封止層１６全体に含有させても良い。或いは、図２に示すように、封止層１６とソース電極１３、ドレイン電極１４との接触面のみに化合物１７を含有した封止層材料を上記手法で積層し、その上から化合物１７を含有しない封止層材料を塗布する構成にしても良い。また、化合物含有時の封止層材料と化合物を含有しない時の封止層材料は、両者の密着力の違いにより封止性が損なわれない限り、異なる材料を用いてもかまわない。
【００３５】
ベンゾトリアゾール系化合物は化学式１に示されるベンゾトリアールが基本形であり、他にメタノールの付加物である１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−メタノール（化学式２）や、トリアゾール側にアルキル基を付加したもの（化学式３）や、ベンゼン側にアルキル基を付加したものが挙げられる（化学式４）。
【００３６】
トリアジンの基本骨格は化学式５に示されるものであり、例えば化学式６に示される２、４−ジアミノ−６−ビニル−Ｓ−トリアジン等が挙げられる。
【００３７】
【化１】
0006446850.tif 000002
【実施例】
【００３８】
以下、本発明に係る薄膜トランジスタの具体的な実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は各実施例に限るものではない。
【００３９】
（実施例１）
実施例１では、封止層にベンゾトリアゾール系化合物を含有し、図１に示すような薄膜トランジスタ素子を作製した。
絶縁基板１０となるポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム［帝人デュポン製］上に、Ｍｏをスパッタリングにて１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極１１を作製した。次に、ゲート絶縁層１２となるポリイミド  ［三菱ガス化学製］を、ゲート電極１１を含む絶縁基板１０上にスピンコート法により成膜し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１μｍのゲート絶縁層１２を得た。続いて、ゲート絶縁層１２上に、ナノ銀インキ［ハリマ化成製］のパターンを転写法を用いて形成し、１８０℃で１時間ベークして、膜厚１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を得た。次にソース電極１３及びドレイン電極１４上にペンタフルオロチオフェノールをイソプロピルアルコールで１ｗｔ％に希釈した溶液に３０分浸漬させ、自己組織化単分子膜を形成した。次に有機半導体材料である６、１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン［Ａｒｄｒｉｃｈ製］をテトラリンで２ｗｔ％になるように溶解させた溶液を、凸版印刷法を用いて、ソース電極１３及びドレイン電極１４上の一部を覆うようにソース・ドレイン電極間に印刷し、１００℃で６０分乾燥させて、膜厚５０ｎｍの有機半導体層１５を形成した。最後にフッ素系樹脂ＣＹＴＯＰ［旭硝子製］に、ベンゾトリアゾール系化合物を封止層材料（固形分）に対して４ｗｔ％添加し、スクリーン印刷を用いて、半導体層を完全に覆うように印刷し、１００℃で９０分乾燥させて封止層１６とした。
作製したトランジスタのチャネル長は２０μｍ、チャネル幅は１８０μｍである。
【００４０】
以上のようにして作製した作製直後の薄膜トランジスタの素子特性はオン電流２．６Ｅ−６Ａ、移動度０．３ｃｍ２／Ｖｓであり、３ヶ月間大気保管した後の素子特性はオン電流２．５Ｅ−６Ａ、移動度０．３ｃｍ２／Ｖｓであった。よって３ヶ月間の大気保管による素子特性の劣化は確認されなかった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２では、封止層にトリアジン系化合物を含有し、図１に示すような薄膜トランジスタ素子を作製した。
絶縁基板１０となるポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム［帝人デュポン製］上に、Ｍｏをスパッタリングにて１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極１１を作製した。次に、ゲート絶縁層１２となるポリイミド  ［三菱ガス化学製］を、ゲート電極１１を含む絶縁基板１０上にスピンコート法により成膜し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１μｍのゲート絶縁層１２を得た。続いて、ゲート絶縁層１２上に、ナノ銀インキ［ハリマ化成製］のパターンを転写法を用いて形成し、１８０℃で１時間ベークして、膜厚１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を得た。次にソース電極１３及びドレイン電極１４上にペンタフルオロチオフェノールをイソプロピルアルコールで１ｗｔ％に希釈した溶液に３０分浸漬させ、自己組織化単分子膜を形成した。次に有機半導体材料である６、１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン［Ａｒｄｒｉｃｈ製］をテトラリンで２ｗｔ％になるように溶解させた溶液を、凸版印刷法を用いて、ソース電極１３及びドレイン電極１４上の一部を覆うようにソース・ドレイン電極間に印刷し、１００℃で６０分乾燥させて、膜厚５０ｎｍの有機半導体層１５を形成した。最後にフッ素系樹脂ＣＹＴＯＰ［旭硝子製］に、トリアジン系化合物を封止層材料（固形分）に対して４ｗｔ％添加し、スクリーン印刷を用いて、半導体層を完全に覆うように印刷し、１００℃で９０分乾燥させて封止層１６とした。
作製したトランジスタのチャネル長は２０μｍ、チャネル幅は１８０μｍである。
【００４２】
以上のようにして作製した作製直後の薄膜トランジスタの素子特性はオン電流３．１Ｅ−６Ａ、移動度０．４ｃｍ２／Ｖｓであり、３ヶ月間大気保管した後の素子特性はオン電流３．２Ｅ−６Ａ、移動度０．４ｃｍ２／Ｖｓであった。よって３ヶ月間の大気保管による素子特性の劣化は確認されなかった。
【００４３】
（比較例１）
比較例では、封止層にベンゾトリアゾール系やトリアジン系化合物を含有せず、図４に示すような薄膜トランジスタ素子を作製した。
絶縁基板１０となるポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム［帝人デュポン製］上に、Ｍｏをスパッタリングにて１００ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極１１を作製した。次に、ゲート絶縁層１２となるポリイミド  ［三菱ガス化学製］を、ゲート電極１１を含む絶縁基板１０上にスピンコート法により成膜し、１８０℃で１時間ベーク後、膜厚１μｍのゲート絶縁層１２を得た。続いて、ゲート絶縁層１２上に、ナノ銀インキ［ハリマ化成製］のパターンを転写法を用いて形成し、１８０℃で１時間ベークして、膜厚１００ｎｍのソース電極１３及びドレイン電極１４を得た。次にソース電極１３及びドレイン電極１４上にペンタフルオロチオフェノールをイソプロピルアルコールで１ｗｔ％に希釈した溶液に３０分浸漬させ、自己組織化単分子膜を形成した。次に有機半導体材料である６、１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン［Ａｒｄｒｉｃｈ製］をテトラリンで２ｗｔ％になるように溶解させた溶液を、凸版印刷法を用いて、ソース電極１３及びドレイン電極１４上の一部を覆うようにソース・ドレイン電極間に印刷し、１００℃で６０分乾燥させて、膜厚５０ｎｍの有機半導体層１５を形成した。最後にフッ素系樹脂ＣＹＴＯＰ［旭硝子製］を、スクリーン印刷を用いて、半導体層を完全に覆うように印刷し、１００℃で９０分乾燥させて封止層１６とした。
作製したトランジスタのチャネル長は２０μｍ、チャネル幅は１８０μｍである。
【００４４】
以上のようにして作製した作製直後の薄膜トランジスタの素子特性はオン電流２．９Ｅ−６Ａ、移動度０．３ｃｍ２／Ｖｓであり、３ヶ月間大気保管した後の素子特性はオン電流１．０Ｅ−６Ａ、移動度０．１ｃｍ２／Ｖｓであった。よって上記薄膜トランジスタにおいては、３ヶ月間の大気保管による素子特性の劣化が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
絶縁基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極及びドレイン電極、有機半導体層、封止層を有する薄膜トランジスタであって、前記ソース電極及びドレイン電極は少なくとも一種以上の金属から構成され、前記封止層は前記ソース電極及びドレイン電極を構成する金属イオンと結合する化合物を含有することで、封止層とソース電極及びドレイン電極の密着性が高く、長期安定性に優れた薄膜トランジスタを提供することができる。このような薄膜トランジスタは、ディスプレイやフレキシブル電子ペーパー、圧力センサ等のスイッチング素子として利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  絶縁基板
１１  ゲート電極
１２  ゲート絶縁層
１３  ソース電極
１４  ドレイン電極
１５  半導体層
１６  封止層
１７  金属イオンと結合する化合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0006446850.tif 000006