(57)【要約】【課題】簡便なプロセスで素子分離が可能な薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタおよび画像表示装置を提供すること。【解決手段】絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、一対の主電極領域を形成する工程と、一対の主電極領域上を含む絶縁基板上の全面に有機半導体層を形成する工程と、有機半導体層と一対の主電極領域との間のチャネル領域を覆う封止層を形成する工程と、有機半導体層の前記封止層の形成されていない領域を非活性化させる工程と、を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。【選択図】図１
2008270494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、一対の主電極領域を形成する工程と、
前記一対の主電極領域上を含む前記絶縁基板上の全面に有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層と前記一対の主電極領域との間のチャネル領域を覆う封止層を形成する工程と、
前記有機半導体層の前記封止層の形成されていない領域を非活性化させる工程と、
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記封止層は印刷法により形成す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の製造方法。
【請求項３】
前記印刷法はスクリーン印刷法であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体層の前記封止層の形成されていない領域を非活性化させる工程は、プラズマ処理を用いて前記有機半導体層を非活性化させる工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された一対の主電極領域と、
前記一対の主電極領域上に形成された有機半導体層と、
前記有機半導体層上の前記一対の主電極領域間に形成された封止層と、を備え、
前記有機半導体層の前記封止層の形成されていない領域を非活性化したことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記非活性化した前記有機半導体層の抵抗率が１×１０−６Ωｃｍ以上である特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記有機半導体層の膜厚は、５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項８】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上の第１の領域に配設されたゲート電極、前記ゲート電極上のゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上の一対の主電極領域、前記一対の主電極領域上の有機半導体層、及び前記有機半導体層上の前記一対の主電極領域間の封止層を有する薄膜トランジスタと、
前記絶縁基板上の前記第１の領域とは異なる第２の領域に配設され、前記一対の主電極領域の一方に電気的に接続された第１の電極、前記第１の電極上に配設され前記有機半導体層と同一層の非活性化した有機半導体層を有する誘電体、及び前記誘電体上の第２の電極を有する画素容量と、
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項９】
前記薄膜トランジスタと前記画素容量とを有する画素が行列状に複数配列されたことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ及び画像表示装置に関する。本発明は、特に画像表示装置等に用いる薄膜トランジスタの製造方法、その製造方法により製造された薄膜トランジスタ及びその薄膜トランジスタを複数配列した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、フレキシブル化、軽量化、低コスト化などの観点から、有機半導体を用いた薄膜トランジスタ（以下、単に「有機ＴＦＴ」という。）の研究が盛んであり、有機ＥＬや電子ペーパなどの駆動回路や電子タグなどへの応用が期待されている。
【０００３】
有機ＴＦＴを用いた各種デバイスにおいては、有機半導体をパターン形成することが重要である。例えば、電子ペーパの駆動回路は複数個の有機ＴＦＴをマトリクス状に配置させたものである。有機半導体をパターニングし素子分離することで、画像表示品質を損なう要因となる隣接素子間に流れる電流を抑制することができる。なお、素子分離とは、個々の素子がそれに隣接する素子と半導体とで架橋されていない状態にすることをいう。
【０００４】
一般に、有機ＴＦＴの素子分離を行う方法としては、マスク蒸着法、フォトリソグラフィ法及びリフトオフ法等がある。マスク蒸着法、フォトリソグラフィ法、リフトオフ法等は、工程数が多く面積の大きなデバイスを低コストで形成するには好適ではない。これに対し、インクジェット法を用いた直接描画法も報告されている（特許文献１及び非特許文献１参照。）。有機半導体の濡れ広がりを抑制するために、あらかじめ基材の表面エネルギーをパターニングする工程が必要（特許文献１参照。）、あるいはインク粘度等の制約から材料プロセス的制約が大きいなど（非特許文献１参照。）、低コスト化や大面積化に対する有効性は限られてしまう。
【０００５】
また、上記従来の方法で半導体層をパターニングした場合には、半導体層が存在する部分と存在しない部分との間に段差が生じ、封止層や層間絶縁層を積層する際に段差による問題が生じる場合がある。特に封止層や層間絶縁層の積層を印刷法で実施する場合は問題が大きい。
【特許文献１】米国特許第６４００３３９７号
【非特許文献１】Ｋ．Ｅ．Ｐａｕｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００３，Ｖｏｌ．８３，ｐｐ．２０７０−２０７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題点を鑑みてなされたもので、より簡便な製造プロセスで素子分離が可能な薄膜トランジスタの製造方法、その製造方法により製造された薄膜トランジスタ及びその薄膜トランジスタを複数配列した画像表示装置を提供することである。また、本発明は封止層や層間絶縁層などの積層が容易な薄膜トランジスタの製造方法、その製造方法により製造された薄膜トランジスタ及び画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１記載の発明は、絶縁基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、一対の主電極領域を形成する工程と、一対の主電極領域上を含む絶縁基板上の全面に有機半導体層を形成する工程と、有機半導体層と一対の主電極領域との間のチャネル領域を覆う封止層を形成する工程と、有機半導体層の封止層の形成されていない領域を非活性化させる工程と、を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法としたものである。
【０００８】
本発明の請求項２記載の発明は、封止層は印刷法により形成され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の製造方法としたものである。
【０００９】
本発明の請求項３記載の発明は、印刷法はスクリーン印刷であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法としたものである。
【００１０】
本発明の請求項４記載の発明は、有機半導体層の封止層の形成されていない領域を非活性化させる工程は、プラズマ処理を用いて有機半導体層を非活性化させる工程であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法としたものである。
【００１１】
本発明の請求項５記載の発明は、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された一対の主電極領域と、一対の主電極領域上に形成された有機半導体層と、有機半導体層上の一対の主電極領域間に形成された封止層と、を備え、有機半導体層の封止層の形成されていない領域を非活性化したことを特徴とする薄膜トランジスタとしたものである。
【００１２】
本発明の請求項６記載の発明は、非活性化した有機半導体層の抵抗率が１×１０−６Ωｃｍ以上である特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタとしたものである。
【００１３】
本発明の請求項７記載の発明は、有機半導体層の膜厚は、５ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の薄膜トランジスタとしたものである。
【００１４】
本発明の請求項８記載の発明は、絶縁基板と、絶縁基板上の第１の領域に配設されたゲート電極、ゲート電極上のゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上の一対の主電極領域、一対の主電極領域上の有機半導体層、及び有機半導体層上の一対の主電極領域間の封止層を有する薄膜トランジスタと、絶縁基板上の第１の領域とは異なる第２の領域に配設され、一対の主電極領域の一方に電気的に接続された第１の電極、第１の電極上に配設され有機半導体層と同一層の非活性化した有機半導体層を有する誘電体、及び誘電体上の第２の電極を有する画素容量と、を備えたことを特徴とする画像表示装置としたものである。
【００１５】
本発明の請求項９記載の発明は、薄膜トランジスタと画素容量とを有する画素が行列状に複数配列されたことを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、有機半導体を用いた薄膜トランジスタの製造方法において、従来方法と比較し簡便な方法で有機半導体をパターン形成し素子分離することができる。また、薄膜トランジスタへの封止層や層間絶縁層などの積層が容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態に係る画像表示装置８０は、複数の画素を行列状に配列している。画素５０は、第１の方向（図１中、上下方向）に延在するドレイン線（映像信号線）７と、第１の方向に対して交差する第２の方向（図１中、左右方向）に延在するゲート配線（垂直信号線）との交差部に配設されている。キャパシタ配線はゲート配線と平行に第２の方向において延在する。
【００１８】
画素５０は薄膜トランジスタ２０と画素容量１３との直接回路より構成されている。図１（ｂ）及び図２に示すように薄膜トランジスタ２０は、ゲート電極２、ソース電極５、ドレイン電極６、有機半導体層８、封止層１０を備えている。画素容量１３は、第１の電極とそれに対向する第２の電極（図示しない）と双方の間の非活性化した有機半導体層９を含む誘電体とを備えている。キャパシタ電極１１は、第１の電極とそれに対向しゲート電極２と同一層により形成されたキャパシタ電極１１と双方の間の誘電体とを備えている。キャパシタ配線１２は、キャパシタ電極１１と同一層において同一材料により構成されている。
【００１９】
絶縁基板１としては、ソーダライムガラス、石英、シリコンウエハ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、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、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリアリルレートなどを使用することができるがそれに限定されるものではない。絶縁基板１は、必要な耐熱性の観点から材料が選択されて用いられる。
【００２０】
薄膜トランジスタ２０のゲート電極２とキャパシタ電極１１としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＭｏ等の金属や、ＩＴＯ等の透明導電膜を使用することができる。製法としては、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。成膜後にフォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用い、エッチングで形成する方法を使用できるがそれに限定されるものではない。ゲート配線３は薄膜トランジスタ２０のゲート電極２と同一層において同一材料により構成される。同様に、キャパシタ配線１２は、キャパシタ電極１１と同一層において同一材料により構成される。
【００２１】
薄膜トランジスタ２０のゲート絶縁膜４は、無機系材料や有機系材料を使用して形成することができる。無機系材料には、ＳｉＯ２、ＢａｘＳｒ（１−ｘ）ＴｉＯ３、ＢａＴｉｘＺｒ（１−ｘ）Ｏ３等を使用することができる。有機系材料には、ポリエステル／メラミン樹脂ペースト、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、ポリスチレン、シアノエチルプルランなどを使用することができる。製法としては、例えば、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、平版印刷法、インクジェット法、真空蒸着法及びＣＶＤ法等を使用することができる。
【００２２】
薄膜トランジスタ２０のソース電極５及びドレイン電極６（一対の主電極領域）と画素容量１３とは、薄膜トランジスタ２０のゲート電極２等と同様の材料を用いることができる。製法については薄膜トランジスタ２０のゲート電極２等と同様の製法のほか、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法及び反転印刷法等の印刷法を用いることができる。印刷形成においてはＡｇインク、Ｎｉインク、Ｃｕインク等が用いることができる。ドレイン配線７は薄膜トランジスタ２０のドレイン電極６と同一層において同一材料により構成されている。
【００２３】
薄膜トランジスタ２０の有機半導体層８は、ペンタセン、ポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビオチオフェン共重合体などの有機半導体を用いることができる。製法としては、スピンコート法、ディップコート法及び真空蒸着法などから材料に応じ適宜選択して用いられる。有機半導体層８の膜厚は５ｎｍ〜１００ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍである。膜厚が必要以上に厚いと、後述の有機半導体層８を非活性化させる工程において、十分に非活性化させることができず素子分離が不十分となる。
【００２４】
薄膜トランジスタ２０の封止層１０は有機半導体層８上のチャネル領域（ソース電極５及びドレイン電極６、ソース電極５とドレイン電極６との間の部分）にパターン形成されるが、外部の酸素や水分による有機半導体の変質を防ぐという目的の他に、後述の有機半導体を非活性化させる工程においては、チャネル領域の有機半導体層８を保護する働きがある。封止層１０が形成されていない領域には有機半導体層８と膜厚が等しい非活性化した有機半導体層８が存在している。
【００２５】
薄膜トランジスタ２０の封止層１０は有機半導体層８の特性を損なわないものであれば、特に限定されるものではなく例えばフッ素樹脂などが用いられる。また、封止層１０の厚さは０．５μｍ以上、好ましくは２μｍ以上である。０．５μｍより薄いと、十分な封止効果が得られない。封止層１０のパターン形成方法としては、各種印刷方式を用いることが可能であるが、解像性と膜厚との点からスクリーン印刷法が好ましい。
【００２６】
薄膜トランジスタ２０の有機半導体層８を非活性化させる方法としては、プラズマ処理が好ましい。プラズマ処理は不活性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。活性ガス中で処理を行うと電極がダメージを受ける場合がある。その他の非活性化させる方法としては、ＵＶオゾン洗浄及びコロナ処理などが挙げられるが、十分な非活性化効果が得られない。非活性化した有機半導体層８は、半導体特性を示さずに１×１０−６Ωｃｍ以上の抵抗率を有している。
【００２７】
本発明の実施の形態に係る画像表示装置の製造方法の工程図を図３を用いて簡単に説明する。図３（ａ）に示すように、絶縁基板１上にゲート電極２、ゲート配線３、キャパシタ電極１１及びキャパシタ配線１２を形成する。次に、ゲート電極２上にゲート絶縁膜４を形成する。次にゲート絶縁膜４上にソース電極５、ドレイン電極６、ドレイン配線７及び画素容量１３を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように絶縁基板１上に形成したソース電極５、ドレイン電極６及び画素容量１３の全面に、有機半導体層８を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように有機半導体層８上に封止層１０をパターン形成する。次に、図３（ｄ）に示すように封止層１０が形成されていない領域の有機半導体層８を非活性化させることで素子分離がなされた状態とする。
【００２８】
本発明の本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法により形成された薄膜トランジスタ及び画像表示装置は、液晶表示装置及び有機ＥＬ表示装置として使用することができる。
【実施例】
【００２９】
図１（ａ）に示す画像表示装置８０を、図３（ａ）〜（ｄ）の工程によって作製した。まず最初に、図３（ａ）に示すように、絶縁基板１としてＰＥＮフィルムを用い、ＰＥＮフィルム上にＡｌを真空蒸着法により厚さ５０ｎｍに形成する。形成後フォトリソグラフィ技術により形成されたマスクを用い、エッチングによりゲート電極２、ゲート配線３、キャパシタ電極１１及びキャパシタ配線１２を形成した。次にポリビニルフェノール溶液をスピンコート後１５０℃で焼成しゲート絶縁膜４を厚さ１μｍに形成する。次にＡｇインクを用いソース電極５、ドレイン電極６、ドレイン配線７及び画素容量１３を反転印刷法により幅３０μｍ、厚さ５００ｎｍに形成した。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、上記各種部材が形成されたＰＥＮフィルムにポリチオフェン溶液をスピンコートし１００℃で乾燥させ、有機半導体層８を厚さ３０ｎｍに形成した。
【００３１】
図３（ｃ）に示すように、フッ素樹脂の溶液をスクリーン印刷し１００℃で乾燥させ、チャネル領域上に封止層１０を厚さ３μｍに形成した。
【００３２】
そして、図３（ｄ）に示すように、この基材をＮ２雰囲気、４００Ｗの電力下において約１ｍｉｎのプラズマ処理を行い、封止層１０が形成されていない領域の有機半導体層を非活性化した。
【００３３】
このようにして得られた画像表示装置８０は、従来の半導体層形成方法において生じる半導体が存在する部分と存在しない部分の間の段差が無いため、他層の積層における問題が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る画像表示装置の断面図、（ｂ）は（ａ）に示す画像表示装置の１画素の平面図である。
【図２】図１（ｂ）に示す線Ａ−Ａに沿って切った断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本実施の形態に係る画像表示装置の製造方法を説明する工程説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  絶縁基板
２  ゲート電極
３  ゲート配線
４  ゲート絶縁膜
５  ソース電極
６  ドレイン電極
７  ドレイン配線
８  有機半導体層
９  非活性化した有機半導体層
１０  封止層
１１  キャパシタ電極
１２  キャパシタ配線
１３  画素容量
２０  薄膜トランジスタ
５０  画素
８０  画像表示装置
【図１】
2008270494.tif 000003
【図２】
2008270494.tif 000004
【図３】
2008270494.tif 000005