(57)【要約】【課題】十分なキャリア移動度を有しばらつきが少なくて製造が容易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】第１の基板に加熱で有機半導体層に対する接着力が第１の基板に対するより小さくなる光熱変換層と加熱で溶融または昇華して結晶化する性質を有するアモルファス状態の有機半導体を含む層がある第１部材、及び、第２の基板に少なくともソース電極とドレイン電極があり、ソース電極とドレイン電極を連結する有機半導体層が形成される面と溶融または昇華し結晶化して形成される有機半導体層の接着力が有機半導体層と光熱変換層の接着力より大きくなる性質を有する第２部材を準備する工程と、第１部材と第２部材を重ね合わせる工程と、有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように光熱変換層に光を照射する工程と、第１部材と第２部材を分離する工程と、をこの順で行う。【選択図】図３
2008066439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
第１の基板の上に加熱されることで前記有機半導体層に対する接着力が該第１の基板に対する接着力より小さくなる光熱変換層と加熱されることにより溶融または昇華して結晶化する性質を有するアモルファス状態の有機半導体を含む層とをこの順で有する第１部材、及び、第２の基板の最上層として少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられ、該ソース電極と該ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層が形成される面と溶融または昇華して結晶化して形成される前記有機半導体層との接着力が該有機半導体層と加熱される前記光熱変換層との接着力より大きくなる性質を有する第２部材を準備する工程と、
前記第１部材の前記有機半導体を含む層と前記第２部材の前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する向きで、前記第１部材と前記第２部材を重ね合わせる工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層を形成すべく、前記有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように前記第１の基板の側から前記光熱変換層に光を照射する工程と、
前記第１部材と前記第２部材を分離する工程と、をこの順で行う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部材が、前記光熱変換層と前記有機半導体を含む層との間に、前記光を照射する工程の後で前記有機半導体層に対する接着力が前記光熱変換層に対する接着力及び前記第１の基板と前記光熱変換層との接着力のいずれよりも小さい分離層を有することを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記光を照射する工程は、マスク露光により前記光熱変換層を露光することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記光を照射する工程は、レーザー光を前記光熱変換層に集中させて光スポットを形成し、且つ前記光スポットを走査して前記光熱変換層を露光することを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体層は、保有するアルキル基が配列構造を形成するπ共役系ポリマーまたはオリゴマーであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体層は、アセン系化合物であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記第１の基板が前記第２の基板より小さいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板にはアライメントマークが設けられており、前記第１の基板と第２の基板を重ねた際にアライメントマークの位置では前記第１の基板と第２の基板が重ならないことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記分離する工程の後、前記第１部材を溶媒に浸漬して、残余の前記有機半導体を含む層を剥離する工程を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に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、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来のＳｉ系薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴ素子の研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１参照）。Ｓｉ系薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子のデメリットは、真空成膜、高温処理、フォトリソグラフィ工程といった大掛かりな装置や複雑な工程を必要とすることである。
【０００３】
また、有機ＴＦＴ素子は有機半導体層を塗布・印刷等の低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている（非特許文献２参照）。
【０００４】
低温プロセスの一つである転写にて有機電界発光表示装置を製造する方法として、次のような方法がある（特許文献２参照）。ディスプレイ基板上にアレイ状の第１電極を設け、パターン化されていない供与体転写基板と、供与体転写基板上にレーザー光吸収層、更にこの上に有機発光層を用意する。次に、供与体転写基板を、アレイ状第一電極のパターンを有するディスプレイ基板に対して、転写関係を有するように配置する。次に、レーザービームを供与体基板上のレーザー光吸収層に集中させ且つ走査することにより、供与体基板から有機発光層の特定部分を第１電極に電気的に接続されているディスプレイ基板上の画素に対応する指定領域へ転写させる。そしてディスプレイ基板上の転写された有機発光部分の上に第二電極を設けている。
【特許文献１】特開平１０−１９０００１号公報
【特許文献２】特開２００２−１１０３５０号公報
【非特許文献１】Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ誌  ２００２年  第２号  ９９頁（レビュー）
【非特許文献２】ＳＩＤ‘０２  Ｄｉｇｅｓｔ  ｐ５７
【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、特許文献１、非特許文献１及び２によれば、印刷や塗布などのウェットプロセスを用いて有機半導体材料を基板上に配置することにより薄膜トランジスタを形成するとあるがこの場合、以下ような問題がある。
【０００６】
薄膜トランジスタを構成する、例えば、ゲート絶縁膜やソース・ドレイン電極は各種の材料を用いる。これら各種の異種材料の上に有機半導体層を形成する必要がある。このため、異種材料界面、段差、表面粗さ等の表面の状態や形状の違いにより半導体材料の配列に乱れが生じる。配列に乱れが生じると、十分なキャリア移動度が得られない、もしくはアレイ状に配列した薄膜トランジスタの特性にばらつきが生じ、安定してデバイスを作製することができないという課題がある。
【０００７】
特許文献２に記載の有機電界発光表示装置の製造方法は、供与体転写基板上に形成された有機発光層を昇華させ、ディスプレイ基板に転写するとあるが、有機発光層の材料および製造方法から、アモルファス状態の供与体転写基板上の有機発光層の半導体材料は転写されたディスプレイ基板の上でもアモルファス状態であると推察される。この場合、転写プロセスには所望の位置に十分に転写されずに供与体転写基板側に被転写材料である有機発光層の材料が残ってしまうことで、良好な有機発光層が形成できないという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、十分なキャリア移動度を有しばらつきが少なくて製造が容易な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】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１０】
１．  基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体層、ゲート電極及び前記有機半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
第１の基板の上に加熱されることで前記有機半導体層に対する接着力が該第１の基板に対する接着力より小さくなる光熱変換層と加熱されることにより溶融または昇華して結晶化する性質を有するアモルファス状態の有機半導体を含む層とをこの順で有する第１部材、及び、第２の基板の最上層として少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられ、該ソース電極と該ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層が形成される面と溶融または昇華して結晶化して形成される前記有機半導体層との接着力が該有機半導体層と加熱される前記光熱変換層との接着力より大きくなる性質を有する第２部材を準備する工程と、
前記第１部材の前記有機半導体を含む層と前記第２部材の前記ソース電極と前記ドレイン電極が対向する向きで、前記第１部材と前記第２部材を重ね合わせる工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する前記有機半導体層を形成すべく、前記有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように前記第１の基板の側から前記光熱変換層に光を照射する工程と、
前記第１部材と前記第２部材を分離する工程と、をこの順で行うことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１１】
２．  前記第１部材が、前記光熱変換層と前記有機半導体を含む層との間に、前記光を照射する工程の後で前記有機半導体層に対する接着力が前記光熱変換層に対する接着力及び前記第１の基板と前記光熱変換層との接着力のいずれよりも小さい分離層を有することを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１２】
３．  前記光を照射する工程は、マスク露光により前記光熱変換層を露光することを特徴とする１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１３】
４．  前記光を照射する工程は、レーザー光を前記光熱変換層に集中させて光スポットを形成し、且つ前記光スポットを走査して前記光熱変換層を露光することを特徴とする１又は２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１４】
５．  前記有機半導体層は、保有するアルキル基が配列構造を形成するπ共役系ポリマーまたはオリゴマーであることを特徴とする１乃至４の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１５】
６．  前記有機半導体層は、アセン系化合物であることを特徴とする１乃至４の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１６】
７．  前記第１の基板が前記第２の基板より小さいことを特徴とする１乃至６の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１７】
８．  前記第２の基板にはアライメントマークが設けられており、前記第１の基板と第２の基板を重ねた際にアライメントマークの位置では前記第１の基板と第２の基板が重ならないことを特徴とする１乃至７の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１８】
９．  前記分離する工程の後、前記第１部材を溶媒に浸漬して、残余の前記有機半導体を含む層を剥離する工程を有することを特徴とする１乃至８の何れか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光熱変換層とアモルファス状態の有機半導体を含む層を有する第１部材と最上層に少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極が設けられている第２部材とが準備され、第１部材の半導体を含む層と第２部材のソース電極とドレイン電極が対向する向きで第１部材と第２部材を重ね合わせ、ソース電極とドレイン電極とを連結する有機半導体層を形成すべく、有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように第１の基板の側から光熱変換層に光を照射した後、第１部材と第２部材を分離している。
【００２０】
有機半導体が溶融または昇華するまで加熱されるように第１の基板の側から光を照射された光熱変換層の有機半導体層に対する接着力が第１の基板に対する接着力より小さくなる。また、溶融または昇華して結晶化した有機半導体層と第２の基板のソース電極とドレイン電極とを連結する有機半導体層が形成される面との接着力が有機半導体層と光熱変換層との接着力より大きくなる。更にアモルファス状態の有機半導体を含む層は、加熱され溶融または昇華して結晶化して有機半導体層を形成する。
【００２１】
よって、第１部材と第２部材を分離すると、第１部材のアモルファス状態の有機半導体を含む層が結晶化されて第２部材のソース電極とドレイン電極とを連結する結晶化した有機半導体層として形成することができ、この有機半導体層は第１部材の光熱変換層と離れることができる。第１の基板の上のアモルファス状態の有機半導体を含む層から結晶化した有機半導体層は、特性のばらつきがなくキャリア移動度が良好な特性を持っている。
【００２２】
従って、十分なキャリア移動度を有しばらつきが少なくて製造が容易な有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。
【００２４】
図１にボトムゲート型の有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）の構成の一例を示す。第２の基板３０、ゲート電極２、絶縁膜３、ソース電極４ｓ、ドレイン電極４ｄ、有機半導体膜５ａから構成されている。有機ＴＦＴ１０は、第２の基板３０の上にゲート電極２が設けられ、ゲート電極２を覆うように絶縁膜３が設けてある。絶縁膜３の上に、有機半導体によるチャネル形成部となる空間を設けてソース電極４ｓ及びドレイン電極４ｄを設けてある。このソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとの間の空間であるチャネル形成部を十分に埋める領域に有機半導体膜５ａを設けることでこれらを連結している。こうした有機ＴＦＴ１０の、例えば、ドレイン電極４ｄにＩＴＯ等からなる透明な画素電極を設け、これをマトリクス状に配列した有機ＴＦＴアレイを備える表示デバイス（図示しない）とすることができる。
【００２５】
図１の有機ＴＦＴを製造する製造工程フローを図２に示す。また、有機ＴＦＴの製造工程の例を図３、４に示す。各図の符号は、同じもの、同じ機能を有するものは同じ符号を付している。図１〜図４を適宜参照しながら、以下に、有機ＴＦＴの製造に関して説明する。
【００２６】
（第１の基板及び第２の基板）
図３又は図４に示す様に第１の基板２０の上には、後述の光熱変換層２２やアモルファス状態の有機半導体を含む層（以後、有機半導体を含む層とも称する。）５がある。また、光熱変換層２２と有機半導体を含む層５との間に、後述の分離層（図示しない）を設けることが好ましい。第２の基板３０の上には、後述のゲート電極２、ソース及びドレイン電極４ｓ、４ｄ等や絶縁膜３がある。
【００２７】
第１の基板２０及び第２の基板３０の材料は、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えば、プラスチックフィルムをシートとして用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えば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）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【００２８】
第１の基板２０の材料として上記のようなフレキシブルなプラスチックフィルムを用いることで、ロール状での保管およびプロセス投入も可能となり生産効率を向上できる。また、第１の基板２０としてフレキシブルなプラスチック基板を用いて、第１の基板２０の上に配置する有機半導体をアモルファス状態とすることによりロール状で保管及びプロセス投入することが可能となり生産効率を向上できる。これは、結晶状態の有機半導体が曲げ応力に対する耐性が一般的に低いのに対し、アモルファス状態の有機半導体は曲げ応力に対して強いことによる。
【００２９】
また、第２の基板３０として上記のようなプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。但し、基板材料のガラス転移点は後述の有機半導体材料の融点以上であることが基板材料の安定性上望ましい。
【００３０】
第１の基板２０は第２の基板３０より小さいことが好ましい。一般的にＴＦＴアレイを構成する場合、ＴＦＴアレイ部以外の配線部は外部回路との実装部をＴＦＴアレイ部周辺部に有することが多く、この部分には有機半導体層を形成する必要が無い場合が多い。よって、有機半導体を含む層がある第１の基板は、第２の基板３０より小さくすることができる。第１の基板２０を小さくすることで高価な材料である有機半導体の使用量を少なくすることができるため安価とすることができる。
【００３１】
第２の基板３０にはアライメントマークを設けることが好ましい。これは、後述する光を照射する工程において、第２の基板３０に光を照射する位置を定めるために有効となるからである。また、このアライメントマークを確認する上で、第２の基板３０の上に第１の基板２０を重ねる場合、アライメントマークの上に第１の基板が重ならないことが好ましい。このためにも第１の基板が第２の基板３０より小さいことが好ましい。
【００３２】
（光熱変換層）
第１の基板２０の上に設ける光熱変換層２２に関して説明する。光熱変化層２２は、この光熱変換層２２の上にある後述のアモルファス状態の有機半導体を含む層５を効率的に加熱するために設けてある。加熱された有機半導体を含む層５は、溶融または昇華されて第２の基板３０が備えているソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａを形成する。実際に半導体層５ａが形成される領域は、チャネル部より広い領域にして、チャネル部に有機半導体層を十分に埋め込むようにするのが好ましい。また、光熱変換層２２に用いる材料を適宜選択することで、後述する分離層の機能を兼ね備えてもよい。
【００３３】
光熱変換層２２に用いられる材料としては、公知の近赤外光吸収剤を用いることができる。近赤外光吸収剤は、例えば、シアニン系、ポリメチン系、アズレニウム系、スクワリウム系、チオピリリウム系、ナフトキノン系、アントラキノン系色素等の有機化合物、フタロシアニン系、アゾ系、チオアミド系の有機金属錯体などが好適に用いられる。これらの材料は、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、カーボンブラック等も好ましい材料の一つである。
【００３４】
これらの光熱変換剤を樹脂溶液中に分散或いは溶解させ、第１の基板２０の上に塗布し、乾燥して光熱変換層２２を形成することができる。或いは、光熱変換剤を樹脂中に混練し延伸してフィルムとすることで、光熱変換機能を備えた第１の基板２０そのものとすることができる。
【００３５】
また、アモルファス状態の有機半導体を含む層５を溶融又は昇華するまで加熱された光熱変換層２２は結晶化した有機半導体層５ａとの接着力が第１の基板２０との接着力より小さくなる必要がある。このような接着力の関係となるように第１の基板２０、結晶化するアモルファス状態の有機半導体を含む層５及び光熱変換層２２の材料を選定することで、結晶化した有機半導体層５ａを光熱変換層２２から分離することができる。
【００３６】
光熱変換層２２を第１の基板２０に設ける方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることができる。更に、連続塗布又は薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いられる。
【００３７】
上記の光熱変換層２２において熱を生じさせるために照射する光の光源としては、高照度の光が得られれば良く、特に制限はない。また、露光方法は、例えば、マスク露光法や走査露光法がある。マスク露光法は、開口を備えたマスクを用いてランプでもって露光する方法であり、一度に広い領域を露光できるため露光時間を短くすることができるので好ましい。マスク露光を行うことができる高輝度ランプとしては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプ等が挙げられる。また、走査露光法は、レーザー光を集光して光スポットを形成し、この光スポットを走査することで露光する方法である。走査露光を行うことができるレーザー光は、照射面積を微小サイズに絞ることで容易に高輝度とすることができるため安価に露光装置を構成することができるため好ましい。
【００３８】
レーザー光による露光において、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める（レーザースポットが形成できる）電磁波、特に波長が１ｎｍ〜１ｍｍの紫外線、可視光線、赤外線が好ましい。このようなレーザー光源としては、一般によく知られている、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー；Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、Ｋｒイオンレーザー、ＣＯ２レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ｎ２レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー；ＩｎＧａＰレーザー、ＡｌＧａＡｓレーザー、ＧａＡｓＰレーザー、ＩｎＧａＡｓレーザー、ＩｎＡｓＰレーザー、ＣｄＳｎＰ２レーザー、ＧａＳｂレーザー等の半導体レーザー；化学レーザー、色素レーザー等を挙げることができる。これらのレーザーの中でも波長が７００〜１２００ｎｍの半導体レーザーが好ましい。レーザー１ビーム当たりの出力は、２０〜２００ｍＷである赤外線レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度としては、好ましくは５０〜５００ｍＪ／ｃｍ2、更に好ましくは１００〜２００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００３９】
（分離層）
第１部材の第１の基板２０で光熱変換層２２と有機半導体を含む層５との間に設ける分離層（図示しない）に関して説明する。光熱変換層２２と有機半導体を含む層５の間に分離層を設けるのが好ましい。この分離層は、結晶化した有機半導体層５ａに対する接着力が加熱された光熱変換層２２に対する接着力及び第１の基板と加熱された光熱変換層２２との接着力のいずれよりも小さい性質を備えている。よって、結晶化した有機半導体層５ａを第１部材Ａの分離層から容易に剥がすことができる。このため、結晶化した有機半導体層５ａを容易に第２部材のソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結するように形成することができる。
【００４０】
分離層は、結晶化した有機半導体層５ａに対する接着力が加熱された光熱変換層２２に対する接着力及び第１の基板と加熱された光熱変換層２２との接着力のいずれよりも小さい性質を備えている材料であれば有機材料、無機材料を問わず使用可能である。有機材料の例としてはシリコーン系ポリマーやポリイミド系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリパラキシリレン等が好適である。また、光熱変換層２２として光熱変換剤が混練された樹脂層を用いる場合には分離層の機能を有する光熱変換層２２とすることができる。例として、カーボンブラックを分散させたポリビニルアルコールが挙げられる。
【００４１】
（有機半導体層）
第１の基板２０のアモルファス状態の有機半導体を含む層５に関して説明する。アモルファス状態の有機半導体を含む層５が上述した光熱変換層２２又は分離層の上にある。光熱変換層２２に光が照射されることで有機半導体を含む層５は加熱される。加熱された有機半導体を含む層５は、溶融又は昇華し結晶化する。結晶化した有機半導体層５ａは、キャリア移動度がアモルファス状態と比較して大きいため良好な特性を有する有機ＴＦＴを構成することができる。
【００４２】
アモルファス状態の有機半導体を含む層５は加熱されて溶融し結晶化する。このような有機半導体を含む層５が保有するアルキル基が、配列構造を形成するπ共役系ポリマーおよびオリゴマーが好ましい。π共役系ポリマーおよびオリゴマーの具体的な材料としては、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、これらの置換体又はこれらの２種以上を繰返し単位とし、かつ繰返し単位の数（ｎ）が２〜１５であるオリゴマーもしくは繰返し単位の数（ｎ）が２０以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物よりなる群から選ばれた少なくとも一種が好ましい。また、繰り返し単位のうち少なくとも１箇所に、例えばＣ4〜Ｃ15のアルキル基などの置換基を付加し、立体的な規則構造を有する材料が好ましい。
【００４３】
有機半導体を含む層５が保有するアルキル基が配列構造を形成するπ共役系ポリマーまたはオリゴマーとすることにより、有機半導体材料の有機溶媒への溶解性が高められ、後述の光照射工程における溶融、冷却、結晶化の過程でポリマーまたはオリゴマーの高次構造に規則性付与の効果がありキャリア移動度をさらに向上させる効果があるので好ましい。
【００４４】
また、アモルファス状態の有機半導体を含む層５は、加熱により昇華し堆積した分子が結晶化する。このような有機半導体を含む層５は、シリル基、フェロセニル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、シリルアルケニル基、フェロセニルアルキル基、フェロセニルアルコキシ基、フェロセニルアルケニル基等の有機溶媒に対する溶解性を向上させるための置換基を付加した、アセン系化合物が好ましい。アセン系化合物材料としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、アントラジチオフェン等が好ましい。アセン系化合物とすることで、結晶化の際に分子同士のスタッキング状態が向上しキャリア移動度を更に大きくさせる効果があるので好ましい。
【００４５】
第１の基板２０にある光熱変換層２２もしくは光熱変換層２２の上に設けた分離層の上への有機半導体を含む層５の作製方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法及びＬＢ法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、上記の中で生産性向上の観点から、有機半導体材料を適当な有機溶媒に溶解し、調製した溶液をもちいて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法等が好ましい有機半導体を含む層５の作製方法として挙げられる。
【００４６】
これら有機半導体を含む層５の膜厚としては、特に制限はないが、得られた有機ＴＦＴの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく依存する場合が多く、その膜厚は、有機半導体にもより異なるが、一般に１μｍ以下が好ましく、特に好ましくは１０ｎｍから３００ｎｍの範囲である。有機半導体層５の厚みの範囲を１０ｎｍから３００ｎｍとすることで、安定性が良好で薄膜トランジスタのＯｆｆ特性が著しく悪化することがない。
【００４７】
上記の様に、平坦且つ均一な下地を有する第１の基板２０の上に形成されるアモルファス状態の有機半導体を含む層５は、均一な配列を有することができるので好ましい。
【００４８】
（電極）
第２の基板３０の上に形成する電極に関して説明する。第２の基板３０の上には有機ＴＦＴを構成する電極として、ゲート電極２、ソース電極４ｓ及びドレイン電極４ｄ等がある。ゲート電極２とソース及びドレイン電極４ｓ、４ｄとの間には、後述する絶縁膜３がある。
【００４９】
ゲート電極２の形成方法は、まず、ゲート電極２となる導電薄膜を第２の基板３０の上に形成する。導電薄膜は、導電性材料であれば特に限定されず、導電性が十分確保できる金属材料が好ましい。例えば、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｍｏやこれらにドーピングを加えた材料等が挙げることができる。
【００５０】
上述の導電性薄膜の形成方法としては、上述の材料を原料として公知の蒸着やスパッタリング等の方法を用いることができる。この後、公知のフォトリソグラフィ処理（レジスト塗布、露光、現像）及びエッチング処理を用いて導電性薄膜をパターニングすることでゲート電極２を形成することができる。ソース電極４ｓ及びドレイン電極４ｄに関してもゲート電極と同様の材料、形成方法とすることができる。
【００５１】
また、ソース電極４ｓ及びドレイン電極４ｄの形成に加えて錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等を用いた画素電極を設けて、有機ＴＦＴ素子をアレイ状に配列したディスプレイデバイスを構成することができる。この場合、アレイ状に配置された複数の有機ＴＦＴを駆動するためにゲートバス電極、ソースバス電極等を設ける。ゲートバス電極、ソースバス電極等設ける方法は、上記の電極を設ける方法と同じで良い。
【００５２】
（絶縁膜）
ゲート電極２を覆う様にある絶縁膜３に関して説明する。絶縁膜３は、特に限定されることはなく、種々の絶縁膜３を用いることができる。特に比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等が挙げられる。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００５３】
絶縁膜３の形成方法としては、ドライプロセスやウェットプロセスがある。ドライプロセスは、例えば、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等が挙げられる。また、ウェットプロセスは、塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法等が挙げられる。
【００５４】
（重ね合わせ工程）
第１部材Ａと第２部材Ｂとを重ね合わせることに関して説明する。第１部材Ａには、第１の基板２０、上記で説明した光熱変換層２２及び有機半導体を含む層５がある。また、第２部材Ｂには、第２の基板３０、電極パターン（ゲート電極２、ソース電極４ｓ、ドレイン電極４ｄ等）及び絶縁膜３がある。
【００５５】
第２部材Ｂの上に第１部材Ａを重ねることが好ましい。これは、第１部材Ａの第１の基板を第２部材Ｂの第２の基板より小さくしている場合、取り扱いが容易となる。
【００５６】
第１部材Ａと第２部材Ｂとを重ね合わせる際に、第１の基板と第２の基板の高精度な位置合わせは必要とされない。第１の基板２０にはほぼ全面に有機半導体を含む層５が形成されている。この半導体を含む層５が第２の基板３０の有機半導体層５ａが形成される領域を覆う状態であれば良い。従って、第１の基板２０と第２の基板３０との重ね合わせの際の両基板は高精度の位置決めは必要でない。
【００５７】
有機半導体を含む層５が加熱により溶融する場合は、第１部材Ａと第２部材Ｂとは、密着させておくことが好ましい。密着させておくことで有機半導体を含む層５が結晶化する際にソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａを形成しやすい。また、有機半導体を含む層５が加熱により昇華する場合は、第１部材Ａと第２部材Ｂとは、密着していなくてもソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａを形成することができる。
【００５８】
第２の基板３０には、アライメントマークを設けておくことが好ましい。後述の光を照射する工程における露光方法には、マスク露光とレーザー光による走査露光がある。マスク露光の場合は、露光マスク４０と第２の基板３０との位置関係を調整する必要がある。これは、ソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結するように結晶化した有機半導体層５が形成される位置と露光マスクの開口部との位置を合わせる必要があるからである。このアライメントマークに従って露光マスクの位置を第２の基板３０の所望の位置に容易に合わせすることができる。また、レーザー光による走査露光の場合は、走査露光位置を制御する必要があるため第２の基板３０を、例えば、図５に示す走査露光装置７０における走査露光を行う移動テーブル６５の上に位置決めする必要がある。走査露光装置７０は、移動テーブル６５の任意の位置にレーザーのスポット光を照射する機能を有している。よって、このアライメントマーク６６ａ，６６ｂに従って第２の基板３０を移動テーブル６５の所望の位置に容易に精度良く合わせすることで、精度良く露光領域６８にレーザーのスポット光を走査して露光することができる。
【００５９】
走査露光装置７０は、６０のレーザー光源、６２のコリメータレンズ、６３のガルバノミラー、６４のｆ−θレンズ、６５の移動テーブル及びこれらを制御する制御部（図示しない）で構成されている。コリメータレンズ６２とｆ−θレンズ６４によりレーザー光源からのレーザー光を集光して移動テーブル６５面に光スポットが形成される。また、ガルバノミラー６３により光スポットをＸ方向に高速に走査することができる。ガルバノミラー６３と移動テーブル６５との動作を適宜組み合わせることで移動テーブル６５の上に第２の基板３０の上に重ねて置いた第１の基板２０の上を任意走査することができる。
【００６０】
（光を照射する工程）
重ね合わせ工程で第１部材Ａと第２部材Ｂとを重ねた後、上記で説明したマスク露光又はレーザー光による走査露光等により第１部材Ａの第１の基板２０側から光熱変換層２２に光Ｌを照射する。露光された光熱変換層２２は、熱を生じることで光熱変換層２２の上に設けられたアモルファス状態の有機半導体を含む層５が加熱される。加熱された有機半導体を含む層５は、その材料によって、溶融し結晶化する、又は、昇華し堆積し結晶化することになる。溶融又は昇華のいずれの場合も有機半導体を含む層５の状態は、アモルファス状態から結晶化する。
【００６１】
（分離工程及び剥離工程）
光を照射する工程の後、第１部材Ａと第２部材Ｂとを重ね合わせた状態から分離する。第１部材は、加熱されることで結晶化した有機半導体層５ａに対する接着力が第１の基板２０に対する接着力より小さくなる光熱変換層２２を備えている。また、第２部材Ｂは、ソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａが形成される面と溶融または昇華して結晶化した有機半導体層５ａとの接着力が有機半導体層５ａと光熱変換層２２との接着力より大きくなる性質を有している。従って、光熱変換層２２と有機半導体層５ａとは分離する。また、光熱変換層２２と有機半導体層５ａとの間に分離層があると、より容易に分離することができる。
【００６２】
よって、第１部材Ａと第２部材Ｂとを分離させると、第２部材のソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する結晶化した有機半導体層５ａが形成されている。この分離工程が終了すると第２部材Ｂの第２の基板３０に有機ＴＦＴが完成する。
【００６３】
分離工程後、第１部材Ａを溶媒に浸漬して第１部材Ａに残っている有機半導体を含む層５を剥離することが好ましい。有機半導体を含む層５を剥離して、高価な有機半導体材料を回収・再利用することで資源の有効活用ができると伴に製造コストを安価とすることができる。
【００６４】
アモルファス状態の有機半導体は結晶状態の場合に比べて溶媒に溶けやすいという性質を有しているため分離工程後に第１部材Ａに残っている有機半導体を溶媒に容易に溶解させることができ、容易に回収することができる。
【００６５】
これまで図１のボトムゲート型有機ＴＦＴ１０を例に図２で示す製造工程フローに沿って、図３、図４を参照しながら説明したが、図６に示すトップゲート型有機ＴＦＴ８０であっても、図２に示した製造工程フローの工程を組み替えることで図１で示したボトムゲート型有機ＴＦＴ１０と同様に製造することができる。第１部材は、これまで説明した内容と同じで良い。また、第２部材は、第２の基板３０の面上にソース電極及びドレイン電極を有するものを準備する。この後、第１部材と第２部材をこれまでの説明通り重ね合わせて露光し、その後第１部材と第２部材を分離する。これで、第２部材の第２の基板３０にソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する結晶化した有機半導体層５ａが形成される。更に、有機半導体層５ａの上に絶縁膜、ゲート電極２を設けて有機ＴＦＴ８０を完成することができる。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
図３に沿って説明する。第１の基板２０である厚み１２５μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板の上に、ポリビニルアルコールとカーボンブラックを質量比で６：４の割合で混合した１０質量％水溶液をワイヤーバーコーティング法にて塗布し約０．５μｍの厚みの光熱変換層２２を形成した。この光熱変換層２２は分離層を兼ねている。
【００６７】
光熱変換層２２の上によく精製したｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ形のポリ型（３−ヘキシルチオフェン）のクロロホルム溶液を、スリットコート法を用いて塗布した後、自然乾燥し、アモルファス状の厚さ５０ｎｍの有機半導体を含む層５を形成した。その後、窒素置換雰囲気下で５０℃、３０分間の熱処理を行って有機溶剤を乾燥させた（図３（ｂ））。これを第１部材Ａとした。
【００６８】
次に、厚み１３０ｎｍのＡｌをスパッタ法にて第２の基板３０である住友ベークライト製ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）基板の上に形成した。形成後、通常のフォトリソグラフィ工程にてパターニング処理を行い、ゲート電極２を形成した。
【００６９】
次に、ゲート電極２を設けている第２の基板２０の上に大気圧プラズマＣＶＤ法にてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を液体原料として３００ｎｍのＳｉＯ2膜を絶縁膜３として成膜した。
【００７０】
次に、スパッタ法にて厚み１００ｎｍの錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）膜を絶縁膜３が形成されている第２の基板３０の全面に形成した後、通常のフォトリソグラフィ工程にてパターニング処理を行いソース電極４ｓ、ドレイン電極４ｄおよびソースバスライン（図示しない）を形成した（図３（ａ））。トランジスタを構成するチャネル部分のゲート長は１０μｍ、ゲート幅は１００μｍとした。これを第２部材Ｂとした。
【００７１】
次に、第１部材Ａと第２部材を図３（ｃ）を重ね合わせた（図３（ｃ））。第２の基板３０上に設けられたアライメントマークを用いて露光マスク４０の位置合わせを行う。位置合わせ後、キセノン放電灯の光Ｌを第１の基板２０の側から照射することで光熱変換層２２を露光する（図３（ｄ））。この結果、第１部材Ａの有機半導体を含む層５は露光により溶融し結晶化する。
【００７２】
この後、第１部材Ａと第２部材Ｂとを分離する。この結果、第２部材のソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａが形成されている（図３（ｅ））。形成された有機半導体層５ａの厚みは５０ｎｍであった。
【００７３】
作製直後の有機ＴＦＴの移動度は平均０．０３２ｍ2／Ｖ・ｓｅｃ、ｏｎ−ｏｆｆ比は６５００で良好な特性であった。
【００７４】
（実施例２）
図４に沿って説明する。転写工程以外は実施例１と同じとした。
【００７５】
第１部材Ａと第２部材Ｂとを図４（ｃ）に示すとおり重ね合わせる。図５に示すように第２の基板３０に設けられたアライメントマーク６６ａ、６６ｂを用いて走査露光装置７０の移動テーブル６５の所定の位置に固定する。その後、図４（ｄ）に示すとおり第１の基板２０の側からレーザー６０を用いて光Ｌで走査露光した（図４（ｄ））。この時用いたレーザー６０は、波長８３０ｎｍ、１０ｍＷであって、集光された光スポットは２００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度である。この結果、第１部材Ａの有機半導体を含む層５は露光により溶融し結晶化する。
【００７６】
この後、第１部材Ａと第２部材Ｂとを分離する。この結果、第２部材のソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａが形成されている（図４（ｅ））。形成された有機半導体層５ａの厚みは５０ｎｍであった。
【００７７】
作製直後の有機ＴＦＴの移動度は平均０．０３２ｍ2／Ｖ・ｓｅｃ、ｏｎ−ｏｆｆ比は１１３００で良好な特性であった。ｏｎ−ｏｆｆ比が実施例１と比較してより良好な理由として、レーザー光を集光した光スポット用いて露光される領域のエッジ形状がシャープになりＯｆｆ特性が向上したことによると推察される。
【００７８】
（実施例３）
図４に沿って説明する。
【００７９】
第１の基板２０である厚み１２５μｍのＰＥＴ基板の上に、ポリビニルアルコールとカーボンブラックを質量比５：１の割合で混合した１０質量％水溶液をワイヤーバーコーティング法にて塗布し約０．５μｍの厚みの光熱変換層２２を形成した。この光熱変換層２２は分離層を兼ねている。
【００８０】
次に、光熱変換層２２の上に化合物１に示すトリイソプロピルシリルペンタセンの０．５質量％トルエン溶液を用いてダイコーティング法にて塗布した後、自然乾燥してアモルファス状の厚さ５０ｎｍの有機半導体を含む層５を形成した。この後、窒素置換雰囲気下で５０℃、３０分間の熱処理を行って有機溶剤を乾燥させた（図４（ａ））。尚、化合物１を以下に示す。
【００８１】
【化１】
2008066439.tif 000003
【００８２】
第２の基板３０は実施例１と同じとした。
【００８３】
次に、第１部材Ａと第２部材を図４（ｃ）のとおり重ね合わせた。図５に示すように第２の基板３０に設けられたアライメントマーク６６ａ、６６ｂを用いて走査露光装置７０の移動テーブル６５の所定の位置に固定する。その後、図４（ｄ）に示すとおり第１の基板２０の側からレーザー６０を用いて光Ｌで走査露光した（図４（ｄ））。この時用いたレーザー６０は、波長８３０ｎｍ、１０ｍＷであって、集光された光スポットは２００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度である。この結果、第１部材Ａの有機半導体を含む層５は露光により昇華し結晶化する
この後、第１部材Ａと第２部材Ｂとを分離する。この結果、第２部材のソース電極４ｓとドレイン電極４ｄとを連結する有機半導体層５ａが形成されている（図４（ｅ））。形成された有機半導体層５ａの厚みは５０ｎｍであった。
【００８４】
作製直後の有機ＴＦＴの移動度は平均０．１５ｍ2／Ｖ・ｓｅｃ、ｏｎ−ｏｆｆ比は８５０００で良好な特性であった。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】有機薄膜トランジスタの構成の一例を示す図である。
【図２】有機薄膜トランジスタの製造工程の例を示すフロー図である。
【図３】マスク露光を用いる有機薄膜トランジスタの製造工程の例を示す図である。
【図４】レーザー走査光を用いる有機薄膜トランジスタの製造工程の例を示す図である。
【図５】レーザー走査露光装置の例を示す図である。
【図６】有機薄膜トランジスタの構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
２  ゲート電極
３  絶縁膜
４ｓ  ソース電極
４ｄ  ドレイン電極
５  有機半導体を含む層
５ａ  有機半導体層
１０、８０  有機ＴＦＴ
２０  第１の基板
２２  光熱変換層
３０  第２の基板
４０  露光マスク
６０  レーザー光源
６６ａ、６６ｂ  アライメントマーク
６８  露光領域
７０  走査露光装置
Ａ  第１部材
Ｂ  第２部材
Ｌ  光
【図１】
2008066439.tif 000004
【図２】
2008066439.tif 000005
【図３】
2008066439.tif 000006
【図４】
2008066439.tif 000007
【図５】
2008066439.tif 000008
【図６】
2008066439.tif 000009