(57)【要約】【課題】トランジスタ特性が安定してばらつきの少ない薄膜トランジスタを得ることを可能にする。【解決手段】基板２と、基板上に離間して形成された一対の絶縁層４ａ、４ｂと、一対の絶縁層の一方の絶縁層上に形成されたソース電極６ａおよび一対の絶縁層の他方の絶縁層上に形成されたドレイン電極６ｂと、ソース電極およびドレイン電極ならびに基板を覆うように形成された半導体層８と、半導体層上に形成されたゲート絶縁膜１０と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極１２と、を備えている。【選択図】図１
2008235780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に離間して形成された一対の絶縁層と、
前記一対の絶縁層の一方の絶縁層上に形成されたソース電極および前記一対の絶縁層の他方の絶縁層上に形成されたドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極ならびに前記基板を覆うように形成された半導体層と、
前記半導体層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ゲート電極と、
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記一対の絶縁層は、対向する側の側面が、前記一対の絶縁層の間に延在するように形成されたテーパー形状であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート電極は、前記一対の絶縁層の離間している方向の端面が、前記一対の絶縁層の対向する側の側面と同一面となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記半導体層が有機材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記絶縁層は、感光性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項６】
基板上に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂層を形成する工程と、
前記感光性樹脂層上に、インクジェット方式を用いて導電性インク材料を含む液を滴下し、離間したソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極をマスクとして、光を照射することにより前記感光性樹脂層をパターニングし、樹脂からなる絶縁層を前記ソース電極およびドレイン電極下に形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に半導体層を形成する工程と、
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７】
基板上にインクジェット方式を用いて樹脂液を滴下し、離間した一対の樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層上に、インクジェット方式を用いて導電性インク材料を含む液を滴下し、離間したソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に半導体層を形成する工程と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料による半導体層をもつ有機薄膜トランジスタの開発が進んでいる。有機薄膜トランジスタは、その基板以外の構成要素がすべて印刷によって形成されうることが特徴である。すなわち、例えば可溶性の有機半導体材料を半導体層に、可溶性の高分子絶縁材料をゲート絶縁膜に、また、金属ナノ粒子分散インクや、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ(polyethylene-dioxy-thiophene/ polystyrene sulphonic acid)などの有機導電インクや、を電極に用いることによって、印刷あるいは塗布形成による薄膜トランジスタを作成することができる（例えば、特許文献１参照）。このようなフォトリソグラフィーを用いない簡便なプロセスによって、大面積デバイスや、低コストデバイスの形成が可能になると考えられている。
【特許文献１】特開２００７−５６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
印刷・塗布形成による有機半導体を用いた薄膜トランジスタにおいて、ソース・ドレイン電極における有機半導体層の密着性が問題になっている。具体的には、ソース・ドレイン電極の側面部に対する有機半導体層の密着が不十分になり、実効的なゲート長が変動し、トランジスタ特性のばらつきや不安定さを生じたり、有機半導体層の浮いた部分に気泡が取り込まれることによって、デバイスプロセスの後工程に気泡を発生させるなどの不具合を生じたりすることがある。
【０００４】
また、印刷形成した材料は一般的にもろいために、液体による洗浄が難しいという問題があり、例えば、ソース・ドレイン電極を印刷形成したあとのチャネル部のクリーニングをいかに行うかは、課題となっている。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、トランジスタ特性のばらつきの少ない薄膜トランジスタおよびその製造方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様による薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に離間して形成された一対の絶縁層と、前記一対の絶縁層の一方の絶縁層上に形成されたソース電極および前記一対の絶縁層の他方の絶縁層上に形成されたドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極ならびに前記基板を覆うように形成された半導体層と、前記半導体層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ゲート電極と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の第２の態様による薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂層を形成する工程と、前記感光性樹脂層上に、インクジェット方式を用いて導電性インク材料を含む液を滴下し、離間したソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極およびドレイン電極をマスクとして、光を照射することにより前記感光性樹脂層をパターニングし、樹脂からなる絶縁層を前記ソース電極およびドレイン電極下に形成する工程と、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第３の態様による薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にインクジェット方式を用いて樹脂液を滴下し、離間した一対の樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層上に、インクジェット方式を用いて導電性インク材料を含む液を滴下し、離間したソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トランジスタ特性が安定してばらつきの少ない薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による薄膜トランジスタの断面を図１に示す。本実施形態の薄膜トランジスタは、トップゲート構造の薄膜トランジスタであって、基板２と、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂとの間に一対の絶縁層４ａ、４ｂを設けた構成となっている。すなわち、基板上２に一対の絶縁層４ａ、４ｂが離間して形成され、一方の絶縁層４ａ上にソース電極６ａが形成され、他方の絶縁層４ｂ上にドレイン電極が形成された構成となっている。そして、ソース電極６ａおよびドレイン電極６ｂならびに基板２を覆うように半導体層８が形成され、この半導体層８上にゲート絶縁膜１０が形成され、このゲート絶縁膜１０上にゲート電極１２が形成された構成となっている。
【００１２】
このように、形成された本実施形態の薄膜トランジスタにおいては、半導体層の密着性が不十分な場合にも、絶縁層４ａ、４ｂが緩衝層となり、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂを半導体層８が覆いやすくなり、空隙が形成されにくくなる。また、仮に絶縁層４ａ、４ｂおよびソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの積層構造の側面部と、半導体層８との間に空隙９ができたとしても、図２に示すように、この空隙９は絶縁層４ａ、４ｂの側面部に形成され、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの側面部には形成されない。このため、実効的なゲート長は変動せず、トランジスタ特性はばらつきが少なく、安定したものとなる。
【００１３】
これに対して、図３に示すように、基板２と、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂとの間に一対の絶縁層を設けない場合には、空隙９はソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの側面部に形成されるため、実効的なゲート長は変動し、トランジスタ特性がばらつき、不安定なものとなる。
【００１４】
なお、本実施形態においては、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂ上に形成される半導体層８の厚みは、５０ｎｍから１μｍ程度であることから、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂ下の絶縁層４ａ、４ｂの層厚は、半導体層８の層厚と近い値であることが望ましく、５０ｎｍから１μｍの範囲にあるものが好ましく、半導体層の厚みの１０倍以内であることが好ましい。
【００１５】
次に、本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を図４（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して説明する。この製造方法は、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂがインクジェット装置によって形成され、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの下層の絶縁層４ａ、４ｂに感光性樹脂を用いる場合である。
【００１６】
まず、ガラス基板２上に、感光性樹脂であるポジ形のフォトレジストをスピンコートによって塗布し、レジスト膜４を形成する（図４（ａ））。続いて、レジスト膜４上に、インクジェット装置によって、銀ナノ粒子分散インクをソース・ドレイン電極６ａ、６ｂとして印字、パターニングする（図４（ｂ））。そして、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの上面より、光を照射し、フォトレジスト４の露光部を可溶化し、絶縁層４ａ、４ｂを形成するする（図４（ｃ））。その後、剥離液を添加し、洗浄により、露光されたレジスト膜を除去する。続いて、半導体層８、ゲート絶縁膜１０、ゲート電極１２を形成し、図１に示す薄膜トランジスタを完成する。
【００１７】
この製造方法では、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂをフォトマスクとして利用している。このため、容易に、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの平面方向の形状に合わせた、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの下層の絶縁層４ａ、４ｂのパターニングを行うことができる。
【００１８】
また、インクジェット装置によって基板上に電極パターンを形成する場合に、形成された電極の脆さから、入念な液体洗浄などは困難であると考えられるが、この方法によれば、トランジスタのチャネル領域にあたる部分の露光されたレジストを剥離することによって、穏やかに異物の除去を行うことができる。
【００１９】
この製造方法では、ソース・ドレイン電極の材料として、銀ナノ粒子材料を用いているが、導電性の金属材料であればよく、例えば、金、銀、銅、白金、ニッケル、また、導電性酸化物材料でもよい。
【００２０】
また、半導体層８の形成は可溶性の有機半導体を有機溶剤に溶解し、スピンコートで行う。この半導体の溶液をインクジェット装置などの印刷方法を用いて成膜してもよい。また、低分子の有機半導体の場合、真空蒸着法を用いて成膜することも可能である。プロセスの簡便さから、半導体膜の成膜は液体プロセスで行うのがより好ましい。
【００２１】
ゲート絶縁膜１０は、絶縁性高分子を有機溶剤や水などの溶剤に溶解したものを、スピンコート、またはインクジェットなどの印刷方法によって成膜する。
【００２２】
ゲート電極１２は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの導電性有機インクや、銀ナノ粒子分散インクなどの金属ナノ粒子インクなどをスピンコート、あるいはインクジェット装置などの印刷方法によって成膜、あるいはパターニングしてもよい。
【００２３】
特に、ソース・ドレイン電極にはさまれたチャネル領域に合致するようにゲート電極１２をパターニングすることで、トランジスタ駆動時の印加電圧のロスや、寄生容量の増大を防ぐことができる。このため、図５に示すように、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂのチャネル領域に面した端面と、ゲート電極１２の端面が同一面上にあるようにすることが、よりトランジスタとしての特性を上げる意味でより望ましい。
【００２４】
また、絶縁層４ａ、４ｂの材料としては、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリルニトリル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、メタクリル樹脂、ポリアクリル酸、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、不飽和ポリエステル、ポリカーボネート、アルギド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アセタール樹脂、ポリアリルエステル、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスル、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、フェノール樹脂などが挙げられる。
【００２５】
また、絶縁層４ａ、４ｂの材料として、絶縁性の金属酸化物を用いてもよい。この例として、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタルなどが挙げられる。なお、絶縁性の金属酸化物と、上述の樹脂とを組み合わせた、絶縁性の金属酸化物を含む樹脂を用いてもよい。
【００２６】
また、好ましい半導体層の材料として、ペンタセン、テトラセンなどの縮環芳香族化合物、およびそのアルキル鎖などに置換した誘導体、またポリチオフェン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリアニリンなどの共役鎖を持った高分子材料、およびそのアルキル鎖などに置換した誘導体を用いることができる。特にトップゲート型薄膜トランジスタでは、半導体層とゲート絶縁層の平坦性が重要であり、この観点から、高分子型の半導体層材料がより望ましい。
【００２７】
また、好ましいゲート絶縁膜１０の材料として、絶縁性高分子であるポリビニルフェノール、ポリエチレン系、エポキシ系樹脂などが望ましい。
【００２８】
なお、感光性樹脂の材料としては、感光性ポリイミド、感光性アクリル樹脂などが望ましい。またポジ型のレジスト材料も使用でき、ノボラック／アジド系材料、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが例として挙げられる。いずれも、マスクを利用した感光反応の際に、光の到達の度合いにより、エッチング液による除去後に、後述する第２実施形態のように、テーパー状の端面が形成される。この現象を利用することにより、絶縁層のテーパー構造を形成することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による薄膜トランジスタを図６に示す。本実施形態の薄膜トランジスタ１Ａは、図１に示す第１実施形態の薄膜トランジスタ１において、絶縁層４ａ、４ｂのチャネル領域に面した端面をチャネル領域側に延在するテーパー形状にした構成となっている。
【００３０】
本実施形態のように、絶縁層４ａ、４ｂのチャネル領域に面した端面をテーパー形状にすることにより、絶縁層４ａ、４ｂのチャネル領域側の端面と半導体層８との間に空隙が形成されにくくなる。また、仮に形成されたとしても絶縁層４ａ、４ｂのチャネル領域側の端面と半導体層８との間に形成され、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの側面部と半導体層８との間には形成されない。このため、第１実施形態と同様に、実効的なゲート長は変動せず、トランジスタ特性はばらつきが少なく、安定したものとなる。
【００３１】
なお、本実施形態においては、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂ上に形成される半導体層８の厚みは、５０ｎｍから１μｍ程度であることから、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂ下の絶縁層４ａ、４ｂの層厚は、半導体層８の層厚と近い値であることが望ましく、５０ｎｍから１μｍの範囲にあるものが好ましく、半導体層の厚みの１０倍以内であることが好ましい。
【００３２】
本実施形態の薄膜トランジスタ１Ａは、第１実施形態で説明した製造方法において、フォトレジストの種類や、光の当て方によって、テーパー構造を形成することができる。
【００３３】
また、以下に図７を参照して説明するように、絶縁層４ａ、４ｂを、樹脂を用いてインクジェット装置で形成してもよい。
【００３４】
まず、基板２上に、絶縁性樹脂をインクジェット装置により、目的のソース・ドレイン電極構造よりもやや平面方向に拡大した形状にパターニングし、絶縁層４ａ、４ｂを形成する（図７（ａ））。続いて、絶縁層４ａ、４ｂ上にソース・ドレイン電極６ａ、６ｂを、インクジェット装置を用いて形成する（図７（ｂ））。このとき、ソース・ドレイン電極６ａ、６ｂの被覆領域は、絶縁層４ａ、４ｂの被覆領域よりも小さいことが望ましい。また、インクジェット装置によって形成される樹脂層４ａ、４ｂは、液体プロセスであることから、端部がテーパー状になっており、第２実施形態を具体化する方法でもある。
【００３５】
続いて、第１実施形態と同様に、半導体層８、ゲート絶縁膜１０、ゲート電極１２を順次形成し、薄膜トランジスタを完成する。
【００３６】
以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、トランジスタ特性が安定してばらつかない薄膜トランジスタを得ることができる。また、絶縁層の材料として感光性樹脂を用い、露光によってチャネル部の樹脂を剥離するプロセスを含む場合は、チャネル部のクリーニングの効果をも得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態の薄膜トランジスタの断面図。
【図２】第１実施形態の効果を説明する断面図。
【図３】比較例の薄膜トランジスタの断面図。
【図４】第１実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を示す断面図。
【図５】薄膜トランジスタのゲート電極とソース・ドレイン電極の好ましい位置関係を示す断面図。
【図６】第２実施形態の薄膜トランジスタの断面図。
【図７】第２実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１、１Ａ  薄膜トランジスタ
２  基板
４ａ、４ｂ  絶縁層
６ａ  ソース電極
６ｂ  ドレイン電極
８  半導体層
１０  ゲート絶縁膜
１２  ゲート電極
【図１】
2008235780.tif 000003
【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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