(57)【要約】【課題】ポリマー支持体などのフレキシブルベース上に連続して有機ＴＦＴ装置を形成することができ、したがって製造コストを大幅に低減でき、かつ性能の優れた有機薄膜トランジスタ、有機ＴＦＴ装置およびそれらの製造方法を提供すること。【解決手段】ゲート電極と、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層に隣接する有機半導体層と、該有機半導体層に接触するソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ異なる導電性材料を含む２層から構成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。【選択図】　　　　図１
2004146430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層に隣接する有機半導体層と、該有機半導体層に接触するソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、
前記ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ異なる導電性材料を含む２層から構成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記異なる導電性材料は、仕事関数の異なる材料であり仕事関数のより大きい材料を含む少なくとも一方の層と有機半導体層が接合していることを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記有機半導体層は、前記ソース電極及びドレイン電極のそれぞれの少なくとも一方の層と電気的に接合し、かつゲート絶縁層に接することを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記少なくとも一方の層は、他方の層に対して前記有機半導体層との接触抵抗がより小さいことを特徴とする請求項３記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記少なくとも一方の層は、ゲート電極側に設けられていることを特徴とする請求項３又は４記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機薄膜トランジスタを、信号線と走査線で構成したマトリックスに配列し、該信号線の一部をソース電極としたことを特徴とする有機ＴＦＴ装置。
【請求項７】
前記走査線の一部をゲート電極としたことを特徴とする請求項６記載の有機ＴＦＴ装置。
【請求項８】
表示電極を有し、該表示電極の一部をドレイン電極としたことを特徴とする請求項６又は７記載の有機ＴＦＴ装置。
【請求項９】
ポリマー支持体上に形成されたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の有機ＴＦＴ装置。
【請求項１０】
支持体上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極のそれぞれを形成する工程を含む請求項１乃至５のいずれか１項記載の有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
ソース電極とドレイン電極の起原となるそれぞれ異なる金属微粒子を含む２層の原電極層及びフォトレジスト層を順次又は同時に塗布する工程、フォトリソグラフ法により該２層の原電極層をエッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含む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１１】
熱処理により前記ソース電極及びドレイン電極を融着する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
支持体上に、走査線を兼ねるゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、信号線を兼ねるソース電極、表示電極を兼ねるドレイン電極のそれぞれを形成する工程を含む請求項６記載の有機ＴＦＴ装置の製造方法であって、
ソース電極とドレイン電極の起原となるそれぞれ異なる金属微粒子を含む２層の原電極層及びフォトレジスト層を順次又は同時に塗布する工程、フォトリソグラフ法により該２層の原電極層をエッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含むことを特徴とする有機ＴＦＴ装置の製造方法。
【請求項１３】
熱処理により前記ソース電極及びドレイン電極を融着する工程を含むことを特徴とする請求項１２記載の有機ＴＦＴ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜トランジスタ、有機ＴＦＴ装置およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有機半導体による種々の有機薄膜トランジスタが提案されている。有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）はプラスチック回路、とりわけ携帯用コンピュータおよび携帯電話等の表示駆動およびキャッシュカード等のメモリーのキーデバイスとして期待されている。有機薄膜トランジスタとして、オールポリマー型有機ＴＦＴ技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。インクジェットや塗布による簡易プロセスを提案しているものの、ゲート電圧が高い、スイッチングＯＮ状態での電流値が低い、電流のＯＮ／ＯＦＦ値が低いなどの問題がある。
【０００３】
又、従来の有機薄膜トランジスタは、ソース電極、ドレイン電極と有機半導体層との接触抵抗を低く抑える必要があり、金や白金あるいは、重ドープが施された導電性ポリマー、例えばポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体を用いるのが一般的である（例えば、特許文献２参照。）。しかしながらこれらの電極を用いた場合、支持体との接着性や機械的強度が低く、素子としての耐久性に問題があった。したがって、フレキシブルな基板上で安定に動作する有機ＴＦＴ装置の実現は困難であった。又、導電性ポリマーを用いた場合は、接触抵抗を低く抑えられるものの、導電性ポリマー自身の抵抗率が高く実用に難点があった。
【０００４】
【特許文献１】
国際公開０１／４７０４３号パンフレット
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３０７１７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題が大幅に改善され、又、ポリマー支持体などのフレキシブルベース上に連続して有機ＴＦＴ装置を形成することができ、したがって製造コストを大幅に低減でき、かつ性能の優れた有機薄膜トランジスタ、有機ＴＦＴ装置およびそれらの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は以下の手段により達成される。
【０００８】
（１）　ゲート電極と、ゲート絶縁層と、該ゲート絶縁層に隣接する有機半導体層と、該有機半導体層に接触するソース電極及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ異なる導電性材料を含む２層から構成されていることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【０００９】
（２）　前記異なる導電性材料は、仕事関数の異なる材料であり仕事関数のより大きい材料を含む少なくとも一方の層と有機半導体層が接合していることを特徴とする（１）記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１０】
（３）　前記有機半導体層は、前記ソース電極及びドレイン電極のそれぞれの少なくとも一方の層と電気的に接合し、かつゲート絶縁層に接することを特徴とする（１）又は（２）記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１１】
（４）　前記少なくとも一方の層は、他方の層に対して前記有機半導体層との接触抵抗がより小さいことを特徴とする（３）記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
（５）　前記少なくとも一方の層は、ゲート電極側に設けられていることを特徴とする（３）又は（４）記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１３】
（６）　前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタを、信号線と走査線で構成したマトリックスに配列し、該信号線の一部をソース電極としたことを特徴とする有機ＴＦＴ装置。
【００１４】
（７）　前記走査線の一部をゲート電極としたことを特徴とする（６）記載の有機ＴＦＴ装置。
【００１５】
（８）　表示電極を有し、該表示電極の一部をドレイン電極としたことを特徴とする（６）又は（７）記載の有機ＴＦＴ装置。
【００１６】
（９）　ポリマー支持体上に形成されたことを特徴とする（６）乃至（８）のいずれか１項に記載の有機ＴＦＴ装置。
【００１７】
（１０）　支持体上に、ゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、ソース電極及びドレイン電極のそれぞれを形成する工程を含む（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法であって、ソース電極とドレイン電極の起原となるそれぞれ異なる金属微粒子を含む２層の原電極層及びフォトレジスト層を順次又は同時に塗布する工程、フォトリソグラフ法により該２層の原電極層をエッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１８】
（１１）　熱処理により前記ソース電極及びドレイン電極を融着する工程を含むことを特徴とする（１０）記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１９】
（１２）　支持体上に、走査線を兼ねるゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層、信号線を兼ねるソース電極、表示電極を兼ねるドレイン電極のそれぞれを形成する工程を含む（６）記載の有機ＴＦＴ装置の製造方法であって、ソース電極とドレイン電極の起原となるそれぞれ異なる金属微粒子を含む２層の原電極層及びフォトレジスト層を順次又は同時に塗布する工程、フォトリソグラフ法により該２層の原電極層をエッチングしてソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含むことを特徴とする有機ＴＦＴ装置の製造方法。
【００２０】
（１３）　熱処理により前記ソース電極及びドレイン電極を融着する工程を含むことを特徴とする（１２）記載の有機ＴＦＴ装置の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の有機薄膜トランジスタ、有機ＴＦＴ装置およびそれらの製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の有機薄膜トランジスタの構成例である。支持体上に、ゲート電極Ｇと、ゲート絶縁層Ｉｎと、該ゲート絶縁層Ｉｎに隣接する有機半導体層Ｃと、該有機半導体層Ｃに接触するソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄが設けられている。本発明の有機薄膜トランジスタは、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄが、それぞれ異なる導電性材料を含む２層から構成されていることを特徴とする。すなわち、ソース電極ＳはＳ１とＳ２から、ドレイン電極ＤはＤ１とＤ２からそれぞれ構成されている。本発明においては、異なる導電性材料は、仕事関数の異なる材料であることが好ましい。又、有機半導体層Ｃと接触する側の層が接触抵抗が小さいことが好ましい。図１で示せば、ソース電極ＳのＳ１が、ドレイン電極ＤのＤ１がそれぞれ有機半導体層Ｃと接触しており、Ｓ１の方がＳ２より、又Ｄ１の方がＤ２より接触抵抗が小さいことになる。
【００２３】
以下に、有機半導体、ソース電極及びドレイン電極、ゲート電極、ゲート絶縁層のそれぞれについて説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
〈有機半導体〉
π共役系材料が用いられる。たとえばポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号に記載された多環縮合体などを用いることが出来る。また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることが出来る。さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ′−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドとともに、Ｎ，Ｎ′−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ′−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）及びＮ，Ｎ′−ジオクチルナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン−２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン−２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８４等フラーレン類、ＳＷＮＴなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。
【００２５】
これらのπ共役系材料のうちでも、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、これらの置換体またはこれらの２種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数ｎが４〜１０であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数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、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。
【００２６】
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることが出来る。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９に記載の有機・無機混成材料も用いることが出来る。
【００２７】
本発明においては、有機半導体層に、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。
【００２８】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセクター）または電子供与性分子（ドナー）をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って，ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。このアクセプターとしてＣｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＩＣｌ、ＩＣｌ３、ＩＢｒ、ＩＦなどのハロゲン、ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＳｂＦ５、ＢＦ３、ＢＣ１３、ＢＢｒ３、ＳＯ３などのルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌＯ４、ＦＳＯ３Ｈ、ＣｌＳＯ３Ｈ、ＣＦ３ＳＯ３Ｈなどのプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸などの有機酸、ＦｅＣｌ３、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＨｆＣｌ４、ＮｂＦ５、ＮｂＣｌ５、ＴａＣｌ５、ＭｏＣｌ５、ＷＦ５、ＷＣｌ６、ＵＦ６、ＬｎＣｌ３（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、などのランタノイドとＹ）などの遷移金属化合物、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣｌＯ４−、ＰＦ６−、ＡｓＦ５−、ＳｂＦ６−、ＢＦ４−、スルホン酸アニオンなどの電解質アニオンなどを挙げることが出来る。またドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓなどのアルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのアルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂなどの希土類金属、アンモニウムイオン、Ｒ４Ｐ＋、Ｒ４Ａｓ＋、Ｒ３Ｓ＋（各Ｒはアルキル基、アリール基等を表す。）、アセチルコリンなどをあげることが出来る。これらのドーパントのドーピングの方法として予め有機半導体の薄膜を作製しておき、ドーパントを後で導入する方法、有機半導体の薄膜作製時にドーパントを導入する方法のいずれも使用可能である。前者の方法のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを該薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを該薄膜に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングの方法をあげることが出来る。また液相ドーピングにおいては電解を施すことによってドーピングの効率を調整することが出来る。後者の方法では、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥してもよい。たとえば真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合物とともにドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することが出来る。またスパッタリング法で薄膜を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入させることが出来る。さらに他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピングおよび例えば刊行物（工業材料、３４巻、第４号、５５頁、１９８６年）に示されたイオン注入法等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。
【００２９】
これら有機薄膜の作製法としては、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、ダイコート法およびＬＢ法等が挙げられ、材料に応じて使用出来る。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液をもちいて簡単かつ精密に薄膜が形成出来るスピンコート法、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、ダイコート法等が好まれる。又、有機半導体の溶液あるいは分散液をインクジェットで吐出し、溶媒を乾燥、除去することにより有機半導体層を形成してもよい。
【００３０】
これら有機半導体からなる薄膜の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
【００３１】
〈ソース電極、ドレイン電極〉
本発明においては、金属材料は白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛、公知の導電性ポリマー等を用いることが出来る。特に、少なくとも一部が有機半導体層に接する電極Ｄ１の材料としては、仕事関数が４．５ｅＶ以上の白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンや、重ドープされた導電性ポリマーが好ましい。また、Ｄ２の材料としては、抵抗率が２０μΩ・ｃｍ以下の銅、アルミニウム等の金属が好ましい。
【００３２】
Ｓ１、Ｄ１、すなわち、有機半導体層に接触する側の層の厚みはおおむね１０〜５０ｎｍである。又、Ｓ２、Ｄ２、すなわち、有機半導体層と反対側の層の厚みはおおむね１００〜３００ｎｍである。
【００３３】
ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄとしては、粒子径が１〜５０ｎｍの、より好ましくは１〜１０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物を用い、加熱して金属微粒子を熱融着して形成された電極を用いることが好ましい。
【００３４】
これらの金属からなる微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散させた液、ペースト或いはインクを塗設してパターニングする。
【００３５】
このような金属微粒子分散液の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平１１−７６８００号、同１１−８０６４７号、同１１−３１９５３８号、特開２０００−２３９８５３等に示されたコロイド法、特開２００１−２５４１８５、同２００１−５３０２８、同２００１−３５２５５、同２０００−１２４１５７、同２０００−１２３６３４などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子分散物である。これらの金属微粒子分散物を、下記に示す方法により層を成形した後、溶媒を乾燥させ、さらに１００〜３００℃、好ましくは１５０から２００℃の範囲で熱処理することにより、金属微粒子を熱融着させることで電極形成する。
【００３６】
本発明においては金属微粒子分散物を加熱して金属微粒子を熱融着する際に、それらの電極に接合する有機半導体層は既に形成されていることが望ましい。即ち、有機半導体材料と金属微粒子が同時に加熱されることで、両者の物理的接合が強化され、接触抵抗がより低減し、トランジスタをスイッチングさせたときの電流を大きくすることが出来る。尚、金属微粒子分散物層の形成と有機半導体層の形成の順は特に制限されるものではない。
【００３７】
上記金属微粒子分散物を用いて加熱処理前にパターニングする方法、或いは金属微粒子分散物層を形成した後、電極形状様に加熱して金属微粒子を熱融着する方法等種々の方法を用いることが出来る。
【００３８】
先ず、金属微粒子分散物のパターニングを印刷法により形成する方法が挙げられる。金属微粒子分散物をインクとして用いてパターニングするものであり、印刷法としては、凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、凹版印刷、孔版印刷等任意の印刷法により金属微粒子分散物をパターニングすることが出来る。
【００３９】
また、金属微粒子分散物をインクジェット法によりパターニングする方法がある。
【００４０】
金属微粒子分散物をインクジェットヘッドより吐出し、金属微粒子の分散物をパターニングする方法であり、インクジェットヘッドからの吐出方式としては、ピエゾ方式、バブルジェット（Ｒ）方式等のオンデマンド型や静電吸引方式などの連続噴射型のインクジェット法等公知の方法によりパターニングすることが出来る。その後得られた金属微粒子分散物パターンを加熱処理することにより、金属微粒子は熱融着され、パターニングされたソース電極やドレイン電極となる。
【００４１】
以下に、金属微粒子分散物層をレジスト像によりパターニングする方法を記す。リフトオフ法によれば、支持体上にレジスト像を形成し、その上に２層の金属微粒子分散物を塗布した後、レジスト像を除去することにより、レジスト像部分の金属微粒子分散物も同時に除去され、パターニングされた２層の金属微粒子分散物層が残存する。
【００４２】
スキージ法によれば、支持体上にレジスト像１３を形成し、その上に金属微粒子分散物４を塗布した後、スキーザー（ブレード又はスキージロールなど）によりレジスト像部分の過剰の金属微粒子分散物を除去して基体の露出部分にパターニングされた金属微粒子分散物層を形成し、乾燥後、レジスト像を除去することにより、パターニングされた２層の金属微粒子層が残存する。
【００４３】
その後加熱処理することにより、２層の金属微粒子層中の金属微粒子は熱融着され、パターニングされた電極となる。レジスト像を除去する前に加熱処理して金属微粒子を熱融着させることもできる。
【００４４】
金属微粒子分散物層をフォトリソグラフ法によりパターニングする方法でもよい。支持体上に２層の金属微粒子分散物層を形成した後、フォトレジスト層を塗布し、パターン露光、現像してレジスト像を形成し、フォトレジスト層が除去された部分の金属微粒子分散物層を溶剤等で除去してパターニングされた２層の金属微粒子分散物層を得た後、レジスト像を除去液で除去し、加熱してソース電極やドレイン電極を形成する。レジスト像を除去する前に加熱して金属微粒子を熱融着してもよい。
【００４５】
フォトレジスト層としては、ポジ型、ネガ型の公知の材料を用いることができるが、レーザ光に感光性の材料を用いることが好ましい。このようなフォトレジスト材料として、（１）特開平１１−２７１９６９号、特開２００１−１１７２１９、特開平１１−３１１８５９号、特開平１１−３５２６９１号のような色素増感型の光重合感光材料、（２）特開平９−１７９２９２号、米国特許第５，３４０，６９９号、特開平１０−９０８８５号、特開２０００−３２１７８０、同２００１−１５４３７４のような赤外線レーザに感光性を有するネガ型感光材料、（３）特開平９−１７１２５４号、同５−１１５１４４号、同１０−８７７３３号、同９−４３８４７号、同１０−２６８５１２号、同１１−１９４５０４号、同１１−２２３９３６号、同１１−８４６５７号、同１１−１７４６８１号、同７−２８５２７５号、特開２０００−５６４５２、ＷＯ９７／３９８９４、同９８／４２５０７のような赤外線レーザに感光性を有するポジ型感光材料が挙げられる。工程が暗所に限定されない点で、好ましいのは（２）と（３）であり、フォトレジスト層を除去する場合には、ポジ型である（３）が最も好ましい。
【００４６】
上記のレジスト像を除去には、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系、グリコールエーテル系などフォトレジストの塗布溶媒に利用される広範囲の有機溶媒から、適宜選択し用いる。
【００４７】
本発明の金属微粒子分散物を用いてパターニングし、熱融着することにより、ソース電極又はドレイン電極を容易に高精度に作製することが可能となり、種々の形態でパターニングすることが容易となり、有機薄膜トランジスタを容易に製造することが可能となる。
【００４８】
なお、詳細については、本発明者等の平成１４年５月９日出願に係る特願２００２−１３４０５６を参照することが出来る。
【００４９】
また、少なくとも一部が有機半導体層に接する電極Ｄ１の材料としては、仕事関数が４．５ｅＶ以上の、重ドープされた導電性ポリマーが好ましい。具体例としては、前記の有機半導体材料をドープした材料が用いられ、特に好ましくは、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸の錯体（例えば、バイエル社製のＢａｙｔｒｏｎ　Ｐ）を好適に用いることができる。Ｄ１を形成するためのプロセスとしては前記した金属微粒子分散物に準ずることができる。
【００５０】
〈ゲート電極〉
ゲート電極としては導電性材料であれば特に限定されず、任意の材料を用いることが出来る。ゲート電極の形成方法としては、蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることが出来る。又、前述したソース電極及びドレイン電極の形成方法を用いてもよい。
【００５１】
〈ゲート絶縁層〉
種々の絶縁材料を用いることが出来るが、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、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの無機窒化物も好適に用いることが出来る。
【００５２】
無機酸化皮膜の形成方法としては、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、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、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、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用出来る。ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法である。
【００５３】
大気圧下でのプラズマ製膜処理とは、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理を指し、その方法については特開平１１−１３３２０５号、特開２０００−１８５３６２、特開平１１−６１４０６号、特開２０００−１４７２０９、同２０００−１２１８０４等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することが出来る。
【００５４】
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン、ポリマー体、エラストマー体を含むホスファゼン化合物、等を用いることも出来る。
【００５５】
有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することが出来る。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
【００５６】
〈支持体〉
支持体はガラスやフレキシブルなポリマーシート等で構成される。本発明においては、ポリマーを支持体として用いることが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出来るとともに、衝撃に対する耐性を向上出来るので好ましい。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。
【００５７】
本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基本的に次の工程Ｓ１〜Ｓ７を有する。
【００５８】
Ｓ１・・・・・支持体上に走査線及びゲート電極を形成する工程
Ｓ２・・・・・ゲート電極を覆うゲート絶縁層を形成する工程
Ｓ３・・・・・ゲート絶縁層上に有機半導体層を形成する工程
Ｓ４・・・・・有機半導体層上にフォトレジストの現像液により除去可能な原電極層を形成する工程
Ｓ５・・・・・原電極層上にフォトレジスト層を形成する工程
Ｓ６・・・・・フォトレジスト層を露光する工程
Ｓ７・・・・・露光されたフォトレジスト層を現像することにより、原電極層の一部を除去してソース電極、ドレイン電極、信号線、表示電極を形成する工程これらの工程を図２〜８を参照して図１（ｃ）に示す有機薄膜トランジスタの製造工程を以下に説明する。なお、図２〜８において（ａ）は断面模式図、（ｂ）は平面模式図である。
【００５９】
Ｓ１・・・・・支持体上に走査線及びゲート電極を形成する工程
図２に示すように、支持体上にゲート電極Ｇを形成する。電極の形成方法としては、例えば、１５０μｍのポリイミドフィルム上に蒸着やスパッタリング、ＣＶＤ法等の方法を用いて形成した導電性薄膜（アルミニウム、銀、銅、ＩＴＯ等）を公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写、インクジェット等により、レジストを形成しエッチングする方法がある。また導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液等を直接インクジェット法によりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。さらに導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００６０】
Ｓ２・・・・・ゲート電極Ｇを覆うゲート絶縁層Ｉｎを形成する工程
図３に示すようにゲート電極Ｇが形成された支持体の全面にゲート絶縁層Ｉｎを形成する。例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスで、好ましくは大気圧グロー放電プラズマ処理で無機酸化物や無機窒化物を成膜することが出来る。又、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの有機絶縁材料を塗布して形成することも出来る。
【００６１】
Ｓ３・・・・・ゲート絶縁層上に有機半導体層を形成する工程
図４に示すようにゲート絶縁層Ｉｎの全面を覆う有機半導体層Ｃを形成する。任意の有機半導体を公知の方法で形成することが出来る。好ましくは、良く精製されたポリ−（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体のクロロホルム溶液を、例えば、乾燥膜厚が２０ｎｍになるように塗布する。
【００６２】
Ｓ４・・・・・有機半導体層上に原電極層を形成する工程
図５に示すように、金属微粒子の水分散液を用いて重層塗布し１００℃３分で予備乾燥し、原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）を有機半導体層Ｃ上に形成する。原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）を形成する方法としては、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、ダイコート法などの塗布による方法が用いられる。具体的には、ソース電極、ドレイン電極の項に記載した金属微粒子または導電性ポリマーの水分散液を用いて２層同時塗布し、おおむね１００℃３分で予備乾燥して、ソース電極とドレイン電極の起原となるそれぞれ異なる金属微粒子を含む２層の原電極層を形成することができる。
【００６３】
Ｓ５・・・・・原電極層上にフォトレジスト層を形成する工程
図６に示すように、原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）上の全面に光感応性樹脂（一般にフォトレジストと呼ばれており、以下の説明ではフォトレジストと言う）の溶液を塗布し、フォトレジスト層Ｒを形成する。フォトレジスト層としては、ポジ型、ネガ型の公知の材料を用いることができるが、レーザー感光性の材料を用いることが好ましい。また、明室でのプロセスを可能とするため、５０ｍＷ以上の出力で波長７００ｎｍ以上の赤外線レーザーに感光性を有する感光材料が好適に用いられる。さらに、最終的に感光層レジストの除去を行う場合は、ポジ型感光材料が好適に用いられる。
【００６４】
Ｓ６・・・・・フォトレジスト層を露光する工程
図７に示すように、フォトレジスト層Ｒをパターニング露光する。インライン中で露光を行うことが好ましい。露光を行う光源としては、Ａｒレーザー、半導体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、ＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等が挙げられ、好ましくは赤外に発振波長があるもので、半導体レーザーである。出力は５０ｍＷ以上が適当であり、好ましくは１００ｍＷ以上である。
【００６５】
Ｓ７・・・・・現像によりソース電極及びドレイン電極を形成する工程
図８に示すように、フォトレジスト層Ｒを露光した後アルカリ現像してフォトレジスト層Ｒと原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）を同時に除去することにより、ソース電極Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）とドレイン電極Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）を形成する。原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）は、水で再分散されるため除去可能である。金属微粒子に有機溶剤分散物を使用した場合は再分散可能なエッチング液を用いればよい。原電極層Ｏ（Ｏ１，Ｏ２）を金属微粒子で構成する場合には、フォトレジスト層Ｒの露光及び現像後に乾燥し、更に、１００〜３００℃、好ましくは１５０〜２００℃の範囲で熱処理することにより、金属微粒子を融着させ、ソース電極、ドレイン電極、信号線、表示電極を一度に形成することができる。ここでの例として、好ましくは、ソース電極及びドレイン電極の有機半導体層に接触する側の層は３０ｎｍの金またはポリ（エチレンジオキシチオフェン）とポリスチレンスルホン酸の錯体（例えば、バイエル社製のＢａｙｔｒｏｎ　Ｐ）であり、反対側は２００ｎｍの銅とした。
【００６６】
必要に応じて、図９に示すフォトレジスト層Ｒの除去する工程Ｓ８を加えることができる。フォトレジスト層Ｒを除去する工程を実施する場合には、金属微粒子を加熱により融着させる工程は除去する工程Ｓ８の後に実施される。
【００６７】
なお、ゲート絶縁層、有機半導体層、原電極層、フォトレジスト層の各素材、及び溶剤を適宜選択することにより、上記Ｓ２〜Ｓ５の工程を同時に、すなわち、同時重層塗布により形成することが出来る。また、大気圧プラズマ法により、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタンの薄膜を形成し、有機薄膜トランジスタを封止してもよい。
【００６８】
図１の（ａ）、（ｂ）に示す有機薄膜トランジスタについても、上記方法を適用することにより、容易に製造することが出来る。
【００６９】
上記のようにして形成された信号機と表示電極の３つのパターン例（画素あたり）を図１０に示す。
【００７０】
製造した有機薄膜トランジスタの特性は図１１に示すような回路構成により評価することが出来る。
【００７１】
図１２は本発明の有機ＴＦＴ装置を用いた表示装置を示す図である。マトリクス配置されたセルの各々は、有機薄膜トランジスタ１０、表示電極１１、蓄積コンデンサ１２及び表示素子１７を有する。信号線１３は有機薄膜トランジスタ１０のソース電極に接続され、走査線１４は有機薄膜トランジスタ１０のゲート電極に接続され、表示電極１１は有機薄膜トランジスタ１０のドレイン電極に接続される。１５は垂直駆動回路、１６は水平駆動回路、１７は液晶、電気泳動素子等の表示素子である。なお、表示素子１７は等価回路で示されている。
【００７２】
水平駆動回路１６により走査線１４を順次オン状態にし、垂直駆動回路１５からデータ信号を供給することにより、有機薄膜トランジスタ１０を介して蓄積コンデンサ１２に電荷を注入して表示電極１１に駆動電圧を発生させ表示素子１７を駆動する。蓄積コンデンサ１２に蓄積された電荷は、有機薄膜トランジスタ１０のスイッチング機能により次のフレームが選択されるまで保持される。
【００７３】
次に、有機ＴＦＴ装置の製造について説明する。本発明の実施の形態に係る有機ＴＦＴ装置は、ロールトゥロール（Ｒｏｌｌ　ｔｏ　ＲＯＬＬ）工程により製造するのに適しており、低コストの大量生産が可能になる。
【００７４】
【発明の効果】
ポリマー支持体などのフレキシブルベース上に連続して有機ＴＦＴ装置を形成することができ、したがって製造コストを大幅に低減でき、かつ性能の優れた有機薄膜トランジスタ、有機ＴＦＴ装置およびそれらの製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機薄膜トランジスタの構成例である。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る有機薄膜トランジスタの表示電極と信号線のパターン例を示す図である。
【図１１】有機薄膜トランジスタの特性を評価するための回路構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る有機ＴＦＴ装置を用いた表示装置を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ　ゲート電極
Ｉｎ　ゲート絶縁層
Ｃ　有機半導体層
Ｓ　ソース電極
Ｄ　ドレイン電極
Ｒ　フォトレジスト層
１１　表示電極
１３　信号線
１４　走査線
【図１】
2004146430.tif 000003
【図２】
2004146430.tif 000004
【図３】
2004146430.tif 000005
【図４】
2004146430.tif 000006
【図５】
2004146430.tif 000007
【図６】
2004146430.tif 000008
【図７】
2004146430.tif 000009
【図８】
2004146430.tif 000010
【図９】
2004146430.tif 000011
【図１０】
2004146430.tif 000012
【図１１】
2004146430.tif 000013
【図１２】
2004146430.tif 000014