(57)【要約】      （修正有）【課題】素子性能の高い有機薄膜電界効果型トランジスタを製造でき、工程を簡単化することができ、基板の選択の自由度の高い有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】ゲート電極３をマスクパターンとし、フォトレジスト８に紫外線Ｕをガラス基板２の背面から照射することで形成されたフォトレジストパターン８ａに基づいてソース電極５及びドレイン電極６を形成する。その後、有機半導体層７を蒸着し、フォトレジストパターン８ａが除去されて露出された絶縁膜４及びその近傍に残るように有機半導体層７をパターニングする。【選択図】図２−１
2005158775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、第２の電極と、チャネルを構成する有機半導体層とを備え、透明な基板上に形成された有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法において、
前記第２の電極を形成するために、第１の電極のパターンをマスクパターンとして基板の背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成することを特徴とする有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項２】
光を透過可能な基板表面にゲート電極をパターニングする第１の工程と、
前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成し、ゲート電極のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、
前記フォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極を形成する第４の工程と、
前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する第５の工程と、
を備えたことを特徴とする有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項３】
光を透過可能な基板表面にソース電極及びドレイン電極とをパターニングする第１の工程と、
前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する第２の工程と、
前記有機半導体層上に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成し、ソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成する第４の工程と、
前記フォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する第５の工程と、
を備えたことを特徴とする有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記背面から照射される光は紫外線であることを特徴とする請求項２〜３の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体層が形成される前に、有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄する第１洗浄工程を備えたことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記有機半導体層が形成される前に、有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄する第２洗浄工程を備えたことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記有機半導体層は、ペンタセンにより構成されていることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auの何れかで構成していることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項９】
ソース電極,ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auのうち何れか２種類の金属による二層構造に構成したことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート電極をTaまたはAlで構成し、絶縁膜を形成する前に陽極酸化することを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート電極を導電性ポリマーで構成していることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁膜を無機材料で構成していることを特徴とする請求項２〜１１の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁膜をSiO2、SiN、Al2O3、Ta2O5、SiON、P2O5の何れかで構成していることを特徴とする請求項１２に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁膜を有機材料により構成していることを特徴とする請求項２〜１１の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記絶縁膜をポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成していることを特徴とする請求項１４に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記有機薄膜電界効果型トランジスタの最上面に保護層を形成したことを特徴とする請求項２〜１５の何れかに記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記保護層をGeOX,SiOX,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成していることを特徴とする請求項１６に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関し、特に、自己整合による有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路の高集積化に伴い、集積回路を構成する素子の１つである薄膜トランジスタの様々な製造方法が提案されている。一般的によく用いられる製造方法としてフォトリソグラフィ技術がある。フォトリソグラフィ技術は、例えば、基板上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜に所望のパターンが形成されたマスクを通して紫外線を照射し、マスクパターンをフォトレジスト膜に転写して現像することで、マスクのパターンに基づいたフォトレジストパターンを形成する。次に、基板上及びレジスト膜上の全面に亙って金属薄膜を形成し、フォトレジストパターンとそのフォトレジストパターン上に形成された金属薄膜をリフトオフすることで所望のパターンの電極を形成する。
【０００３】
薄膜トランジスタを製造する工程において、マスクパターンをレジスト膜に転写する工程を、ゲート電極をパターニングする工程とソース電極,ドレイン電極をパターニングする工程において少なくとも２回行う。そこで、後にパターニングする電極のパターンを転写する際には、先にパターニングされた電極のパターンに対する相対位置がズレないようにマスクの位置を正確に決めるマスク合わせの工程が必要となる。しかし、薄膜トランジスタの小型化に伴い、このマスク合わせの工程に非常に高い精度が要求されることになり、もし、マスク合わせにおいて、先にパターニングされた電極のパターンに対して後のマスクの相対位置がズレると寄生容量や寄生抵抗を原因とする素子性能の低下を招くことになる。
【０００４】
そこで、近年、マスク合わせをせずに薄膜トランジスタを作製することが可能な自己整合の技術が提案されている。例えば、非特許文献１に記載の自己整合による薄膜トランジスタの製造方法は、紫外線を透過可能なガラス基板上にゲート電極をパターニングし、その上からSiO2層(絶縁層)、アモルファスシリコン薄膜、レジスト膜を順に形成し、次に、ゲート電極をマスクパターンとし、ガラス基板の背面から紫外線を照射してフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極をパターニングし、再度、チャネルを構成するアモルファスシリコンをソース電極及びドレイン電極の間で露出しているアモルファスシリコン上に蒸着する。即ち、先にパターニングされているゲート電極のパターンをマスクパターンとして露光することになるので、マスク合わせの工程をなくすことができ、更に、先に形成されたゲート電極と、後にパターニングされるソース電極及びドレイン電極との相対位置を正確に位置決めすることができる。
【非特許文献１】IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.EDL-3 NO.7,JULY 1982(１頁,２頁、Fig１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、アモルファスシリコンによりチャネルを構成するには、ソース電極およびドレイン電極が形成されたSiO2層上に直接アモルファスシリコンを蒸着させることは困難なため、ソース電極およびドレイン電極を形成する前に、SiO2層上にアモルファスシリコンの薄膜を形成しなければならず、工程の複雑化及び長時間化といった問題が生じる。SiO2層上にアモルファスシリコンが形成されているため、背面露光される紫外線がアモルファスシリコンの薄膜により遮られるため、露光時間が長時間化するといった問題が生じる。
【０００６】
アモルファスシリコンなどの無機半導体を蒸着させるためには、基板を数百度まで加熱する必要があるため、基板には数百度まで耐えることができる材質を選択しなければならず、基板の材質の自由度が非常に低い。特に、有機ＥＬを用いたディスプレイなどは基板に合成樹脂などのフレキシブルな材質で構成することで、変形自在なディスプレイを作製することができるが、フレキシブルな材質は熱に弱いものが多く、無機半導体により構成されている薄膜トランジスタを適用することは非常に困難である。
【０００７】
本発明の目的は、素子性能の高い有機薄膜電界効果型トランジスタを製造すること、工程を簡単化すること、基板の選択の自由度を大きくすることができる有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、第１の電極と、第２の電極と、チャネルを構成する有機半導体層とを備え、透明な基板上に形成された有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法において、前記第２の電極を形成するために、第１の電極のパターンをマスクパターンとして基板の背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成するものである。
【０００９】
この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、基板表面に形成された第１の電極のパターンをマスクパターンとして、基板の背面から光が照射されてフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンに基づいて第２の電極を形成する。従って、第１の電極と第２の電極との相対位置を正確に位置決めすることができるので、素子性能の原因である寄生抵抗及び寄生容量の発生をほとんど抑えることができる。チャネルを構成する有機半導体層が低温で形成可能なため、基板を様々な材質により構成することができる。有機半導体層は、アモルファスシリコンなどの下地を必要とせず、直接形成することが可能なため、有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の工程を簡単化することができる。光を照射する際に第１の電極以外に光を遮るものがないため、光の照射時間の短時間化を実現することができる。
【００１０】
請求項２に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、光を透過可能な基板表面にゲート電極をパターニングする第１の工程と、前記ゲート電極上に絶縁膜を形成する第２の工程と、前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成し、ゲート電極のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、前記フォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極を形成する第４の工程と、  前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する第５の工程と、  を備えたものである。
【００１１】
この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、第１の工程において基板表面にゲート電極をパターニングし、第３の工程において、ゲート電極のパターンをマスクパターンとして、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成し、第４の工程において、このフォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極を形成し、第５の工程において、ソース電極とドレイン電極との間で露出している絶縁膜上に有機半導体層を形成する。
【００１２】
このように、ゲート電極をマスクパターンとしてフォトレジストパターンを形成し、このフォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極を形成するので、ゲート電極に対するソース電極及びドレイン電極の相対位置を正確に位置決めすることができ、寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができる。
ソース電極とドレイン電極との間に形成されてチャネルを構成する有機半導体層は、低温で形成することができるので、基板に適用できる材質の自由度が非常に大きくなる。有機半導体層は、直接絶縁膜に形成することができるので有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の工程を簡単化することができる。光を照射する際にゲート電極以外に光を遮るものがないため、光の照射時間の短時間化を実現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、光を透過可能な基板表面にソース電極及びドレイン電極とをパターニングする第１の工程と、  前記ソース電極とドレイン電極との間に有機半導体層を形成する第２の工程と、  前記有機半導体層上に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成し、ソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成する第４の工程と、前記フォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する第５の工程とを備えたものである。
【００１４】
この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、第１の工程において、基板表面にソース電極及びドレイン電極をパターニングし、第２の工程において、ソース電極とドレイン電極の間で露出している基板上に有機半導体層を形成し、第３の工程において、このソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成し、第５の工程において、このフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する。
【００１５】
このように、ソース電極及びドレイン電極のパターンをマスクパターンとして形成されたフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成するので、ソース電極及びドレイン電極に対するゲート電極の相対位置を正確に位置決めすることができ、寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができる。
ソース電極とドレイン電極との間に形成されてチャネルを構成する有機半導体層は、低温で形成することができるので、基板に適用できる材質の自由度が非常に大きくなる。有機半導体層は、直接基板に形成することができるので有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の工程を簡単化することができる。光を照射する際にソース電極及びドレイン電極以外に光を遮るものがないため、光の照射時間の短時間化を実現することができる。
【００１６】
請求項４に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜３の何れかの発明において、前記背面から照射される光は紫外線である。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、背面から紫外線が照射されてフォトレジストパターンを形成するので、マスクパターンである各電極の裏面に照射された紫外線がほとんど回り込むことがない。従って、各電極のパターンとほぼ同じパターンのフォトレジストパターンを形成することができる。
【００１７】
請求項５に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜４の何れかの発明において、前記有機半導体層が形成される前に、有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄する第１洗浄工程を備えたものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄するので、基板,絶縁膜,電極上に直接有機半導体層を形成しても、有機半導体層に有機汚染物が混入することがない。
【００１８】
請求項６に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜５の何れかの発明において、前記有機半導体層が形成される前に、有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄する第２洗浄工程を備えたものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄するので、基板,絶縁膜,電極上に直接有機半導体層を形成しても、有機半導体層内での可動イオンの発生を大幅に減少させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜６の何れかの発明において、前記有機半導体層は、ペンタセンにより構成したものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層がキャリア移動度の高いペンタセンにより構成されているので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。
【００２０】
請求項８に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜７の何れかの発明において、前記ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auの何れかで構成している。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜７と同様の作用を奏することができる。
【００２１】
請求項９に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜７の何れかの発明において、ソース電極,ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auのうち何れか２種類の金属による二層構造に構成したものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜７と同様の作用を奏することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜７の何れかの発明において、前記ゲート電極をTaまたはAlで構成し、絶縁膜を形成する前に陽極酸化するものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜７と同様の作用を奏することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜７の何れかの発明において、前記ゲート電極を導電性ポリマーで構成している。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜７と同様の作用を奏することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜１１の何れかの発明において、前記絶縁膜を無機材料で構成しているものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜１１と同様の作用を奏することができる。
【００２５】
請求項１３に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１２の発明において、前記絶縁膜をSiO2、SiN、Al2O3、Ta2O5、SiON、P2O5の何れかで構成しているものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１２と同様の作用を奏することができる。
【００２６】
請求項１４に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜１１の何れかの発明において、前記絶縁膜を有機材料により構成しているものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜１１と同様の作用を奏することができる。
【００２７】
請求項１５に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１４の発明において、前記絶縁膜をポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成しているものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１４の発明と同様の作用を奏することができる。
【００２８】
請求項１６に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項２〜１５の何れかの発明において、前記有機薄膜電界効果型トランジスタの最上面に保護層を形成したものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項２〜１５と同様の作用を奏することができる。
【００２９】
請求項１７に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１６の発明において、前記保護層をGeOX,SiOX,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成しているものである。この有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１６と同様の作用を奏することができる。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、寄生容量の低減により電荷分配などの信号電圧の損失を減少することができ、書き込みレベルを向上することができる。また、寄生抵抗の減少により駆動電流を増加させることができる。各電極間の相対位置を正確に決定することができるので、有機薄膜電界効果型トランジスタを小型化することができ、この小型化に伴って、基板上の空き領域が増加するので、有機薄膜電界効果型トランジスタのチャネル幅を大きくすることができ、駆動能力を向上させることができる。
チャネルを有機半導体層により構成することで、基板選択の自由度が広がるため、基板にフレキシブルな材質の合成樹脂などを適用することもでき、このような基板により有機ＥＬディスプレイを構成することで、フレキシブルなディスプレイを製造することができる。
【００３１】
請求項２に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、請求項１の発明と同様の効果をそうすることができる。
請求項３に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
請求項４に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、紫外線が各電極の裏面に回り込むことがほとんどないため、各電極間がほとんどオバーラップしないため、寄生容量の発生を更に減少させることができ、電化分配等による信号電圧の損失の減少、書き込みレベルの変化の現象といった問題を解決することができる。その他、請求項２〜３と同様の効果を奏することができる。
請求項５に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、有機半導体層内に有機汚染物が混入することがほとんどないので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項２〜４と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
請求項６に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、有機半導体層に可動イオンが混入することがなく、素子性能を向上させることができる。その他、請求項２〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項７に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、有機半導体層にキャリア移動度の高いペンタセンを適用しているので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項２〜６と同様の効果を奏することができる。
【００３４】
請求項８に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜７と同様の効果を奏することができる。
請求項９に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜７と同様の効果を奏することができる。
請求項１０に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜７と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
請求項１１に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜７と同様の効果を奏することができる。
請求項１２に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜１１と同様の効果を奏することができる。
請求項１３に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項１２と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
請求項１４に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜１１と同様の効果を奏することができる。
請求項１５に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項１４と同様の効果を奏することができる。
請求項１６に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項２〜１５と同様の効果を奏することができる。
請求項１７に記載の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、請求項１６と同様の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
素子性能の高い有機薄膜電界効果型トランジスタを製造すること、工程を簡単化すること、基板の選択の自由度を大きくすることができる有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供するという本発明の目的を、第１の電極と、第２の電極と、チャネルを構成する有機半導体層とを備え、透明な基板上に形成された有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法において、前記第２の電極を形成するために、第１の電極のパターンをマスクパターンとして基板の背面から光を照射してフォトレジストパターンを形成することで実現した。
【実施例１】
【００３８】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
本実施例は、有機半導体によりチャネルが構成され、有機ＥＬディスプレイのアクティブマトリックス型のＴＦＴなどに適用することが可能な逆スタガ型の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に本発明を適用した一例であり、請求項２の発明に相当するものである。
【００３９】
まず、図１を参照して、逆スタガ型の有機薄膜電界効果型トランジスタ１(以下、ＴＦＴと記載)の構成について説明する。尚、図１はＴＦＴ１の概略断面図であるが、図１における縦横の比や各層の厚さの比は、実際の比とは異なり便宜上変更している。
ＴＦＴ１は、紫外線Ｕを透過可能であって絶縁性のガラス基板２上に形成される。ＴＦＴ１は、ゲート電極３と、絶縁膜４と、ソース電極５と、ドレイン電極６と、有機半導体層７とを備えている。
【００４０】
ゲート電極３は、タンタルで構成され、厚さ約５０nmでガラス基板２の表面にパターンニングされて形成されている。絶縁膜４は、Al2O3で構成され、厚さ約２００nmでガラス基板２の表面及びゲート電極３の表面に形成されている。
ソース電極５及びドレイン電極６は、共に２層構造であって、下層が約１０nmのＣｒ５ａ,６ａ、上層が約５０nmのＡｕ５ｂ,６ｂで構成されている。ソース電極５とドレイン電極６は、チャネル長ＣLが約６μｍ、チャネル幅が約７００μｍになるようにパターニングされている。ソース電極５とゲート電極３、及びドレイン電極６とゲート電極３は、夫々紙面左右方向においてＤ＝約０.８μｍオーバーラップするように形成されているが、このオーバーラップされた個所に形成される寄生容量は僅かであり、ＴＦＴ１の素子性能にはほとんど影響がない。
有機半導体層７は、チャネルを構成するものであって、キャリア移動度が約１cm2/Vsのペンタセンで構成され、厚さ約１００nmでソース電極５とドレイン電極６との間で露出している絶縁膜４上及びその近傍に形成されている。
【００４１】
次に、図２を参照してＴＦＴ１の製造方法について説明する。
まず、ゲート電極形成工程において、洗浄されたガラス基板２の表面の全面に亙ってゲート電極３を構成するタンタルの薄膜をスパッタリング法により約５０nmの厚みで形成する。次に、フォトリソグラフィー法によりタンタルの薄膜をパターニングし、ゲート電極３を形成する。次に、ゲート電極３と共にガラス基板２を８０℃で硝酸ボイル洗浄を１０分行い、更に、１３０℃で硫酸ボイル洗浄を１０分行う(第１の工程に相当する)。
【００４２】
次に、絶縁膜形成工程において、電子ビーム蒸着法によりAl2O3層を約２００nmの厚みで形成した後、Al2O3層をパターニングしてゲート電極３上及びゲート電極３の近傍のガラス基板２上に絶縁膜４を形成する(第２の工程に相当する)。
次に、フォトレジストパターン形成工程において、スピンコート法によりポリイミドを約１μｍの厚みで塗布し、絶縁膜４上や露出しているガラス基板２上など全面に亙ってポジ形のフォトレジスト膜８を形成する。次に、ゲート電極３のパターンをマスクパターンとし、フォトレジスト膜８にガラス基板２の背面からＨｇランプにより紫外線Ｕの平行光を照射することで、フォトレジスト膜８にゲート電極３のパターンを転写する(図２−１)。
【００４３】
次に、フォトレジスト膜８を専用有機アルカリ現像液により現像して、ゲート電極３のパターンとほぼ同じパターンのフォトレジストパターン８ａを形成する。但し、照射される紫外線Ｕはゲート電極３の上方で内側に回り込むため、パターニングされたフォトレジストパターン８ａの紙面左右方向における両端は、ゲート電極３の両端よりも、Ｄ＝約０.８μｍ程度内側に形成されている(図２−２第３の工程に相当する)。
【００４４】
次に、ソース電極及びドレイン電極形成工程において、電子ビーム蒸着法によりＡｕと密着性が良好なＣｒ膜５ａ,６ａ,９ａを厚さ約１０nm形成し、更に、そのＣｒ膜５ａ,６ａ,９ａ上に抵抗加熱真空蒸着法によりＡｕ膜５ｂ,６ｂ,９ｂを厚さ約５０nm形成する(図２−３次に、このＴＦＴ１ａを常温でアセトン浸漬することで、フォトレジストパターン８ａ上に形成されたＣｒ膜９ａ及びＡｕ膜９ｂと共にフォトレジストパターン８ａをリフトオフし、フォトレジストパターン８ａに基づいたＣｒ膜５ａ,６ａ及びＡｕ膜５ｂ,６ｂを形成する。
【００４５】
尚、照射された紫外線Ｕの回り込みによってフォトレジストパターン８ａの紙面左右方向の幅がゲート電極３の幅に対して細く形成されているため、ソース電極５とドレイン電極６の先端は、夫々ゲート電極３とオバーラップするが、そのオバーラップの紙面左右方向の長さはＤ＝約０.８μｍ(図１参照)と極めて小さいため、オーバーラップする位置に形成される寄生容量は極めて小さく、ＴＦＴ１の素子性能に影響を与えることはほとんどない。更に、Ｃｒ膜５ａ,６ａ及びＡｕ膜５ｂ,６ｂ上でフォトレジスト膜をパターニングし、Ａｕ膜５ｂ,６ｂを王水によりエッチングし、Ｃｒ膜５ａ,６ａを硝酸アンモニウムと過塩素酸水溶液と水との混合液でエッチングして、所望のパターンにソース電極５及びドレイン電極６を形成する(図２−４第４の工程に相当する)。
【００４６】
次に、第１洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所のカーボン等の有機汚染物を、例えば、酸ボイル、紫外線オゾンクリーナ、酸素プラズマ処理などにより除去する。次に、第２洗浄工程において有機半導体層７を形成する個所の可動イオンの原因となる重金属やアルカリ金属等を、例えば、適切な純度を有する酸洗浄や９０℃以上の熱流水洗浄処理などにより除去する。
次に、有機半導体形成工程において、ガラス基板２の温度を７０℃に保ちつつ抵抗加熱真空蒸着法によりソース電極５とドレイン電極６との間で露出している絶縁膜４上やソース電極５及びドレイン電極６表面など全面に亙ってペンタセンを約１００ｎｍの厚みで蒸着した後、ペンタセンをリソグラフィーによりパターニングして、ソース電極５とドレイン電極６との間及びその近傍に有機半導体層７を形成し、図１に示すＴＦＴ１が完成する(第５の工程に相当する)。
【００４７】
次に、上記製造方法により作製されたＴＦＴ１の性能評価について、図３を参照して説明する。
図３は、ＴＦＴ１のドレイン電流―ソース-ドレイン電圧特性を示すものである。図３のグラフに示す線形領域より算出された電界効果移動度は０.１２cm2/Vs、閾値電圧は−１Ｖである。ソース電極５及びドレイン電極６をアースに接地した状態でゲート電極３にバイアスを印加したゲート容量−電圧特性を測定した。その結果、ゲート電極３に−１０Ｖ印加した場合のゲート容量Ｃgは１.５５pFであった。図３の飽和領域から求めた相互コンダクタンスｇは１.８μＳであった。このゲート容量Ｃg,相互コンダクタンスｇに基づいて求めた高域遮断周波数ｆTは、「ｆT＝ｇm/２πＣg」より、ｆT＝０.１８ＭＨｚと算出された。従って、ＴＦＴ１は高周波域における動作が非常に優れている。
【００４８】
次に、以上説明した有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の作用及び効果について説明する。
上述の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、ゲート電極３をマスクパターンとして背面露光により形成されたフォトレジスストパターン８ａによりチャネル領域を形成し、その後、そのフォトレジストパターン８ａに基づいてソース電極５及びドレイン電極６の端部を形成するので、ゲート電極に対するソース電極５及びドレイン電極６の相対位置を正確に且つ簡単に位置決めすることができ、各電極３,５,６間に形成される寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができ、ＴＦＴ１の高性能化を実現することができる。
【００４９】
紫外線Ｕにより背面露光することで、ゲート電極３の側方を通過した光がゲート電極３の上方に回りこまないため、ゲート電極３とソース電極５及びゲート電極３とドレイン電極６とのオバーラップを０.８μｍ以下に抑え、寄生容量を減少させることができる。
絶縁膜４上に直接電極５,６及び有機半導体層７を形成するので、無機半導体のＴＦＴの工程のように無機半導体を形成するための無機半導体の下地を形成する工程を省略することができ、工程を簡単化することができる。照射される紫外線Ｕを遮るものがゲート電極３以外にないので、紫外線Ｕの照射時間を短くすることができる。
【００５０】
第１洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所の有機汚染物を除去しているので、蒸着された有機半導体層７に有機汚染物が混入することを防ぐことができ、ＴＦＴ１の素子性能を向上させることができる。
第２洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所の重金属及びアルカリ金属などを除去しているので、蒸着された有機半導体層７内での可動イオンの発生を大幅に減少させることができ、ＴＦＴ１の素子性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、スタガ型の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に請求項３の発明を適用した例を説明する。尚、実施例１と同様の構成に関しては、同じ符号に「Ａ」を付けて説明を省略する。
まず、図４−４照して、スタガ型のＴＦＴ１Ａの構成について説明する。ＴＦＴ１Ａは、ガラス基板２Ａ上にパターニングされたソース電極５Ａとドレイン電極６Ａと、ソース電極５Ａとドレイン電極６Ａとの間に形成されチャネルを構成する有機半導体層７Ａと、有機半導体層７Ａ上に形成された絶縁膜４Ａと、ソース電極５Ａとドレイン電極６Ａが形成されていない個所の上方に対応する絶縁膜４Ａ上に形成されたゲート電極３Ａとを備えている。
【００５２】
次に、図４を参照して、ＴＦＴ１Ａの製造方法について説明する。
まず、ガラス基板２Ａ表面にソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａをフォトリソグラフィー法によりパターニングする(第１の工程に相当する)。次に、ソース電極５Ａとドレイン電極６Ａとの間のガラス基板２Ａ表面及びその近傍に有機半導体層７Ａをパターニングして形成する(第２の工程に相当する)。次に、有機半導体層７Ａ上に絶縁膜４Ａを形成する(第３の工程に相当する)。
【００５３】
次に、絶縁膜４Ａ上及び露出しているソース電極５Ａとドレイン電極６Ａ上などの全面に亙ってポジ形のフォトレジスト膜８Ａを形成する。次に、ガラス基板２Ａの背面から紫外線Ｕの平行光を照射する。紫外線Ｕがガラス基板２Ａの背面から照射されるため、ソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａのパターンがマスクパターンとなり、ソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａのパターンがフォトレジスト膜８Ａに転写される(図４−１)。次に、フォトレジスト膜８Ａを現像して、ソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａのパターンとほぼ同じパターンのフォトレジストパターン８ｂを形成する(図４−２)(第４の工程に相当する)。
【００５４】
次に、ゲート電極３Ａを構成する金属層３ａをフォトレジストパターン８ｂ上及び露出している絶縁膜４Ａ上の全面に亙って形成する(図４−３)。次に、残りのフォトレジストパターン８ｂをその上面に形成された金属層３ａと共にリフトオフする。最後に、金属層３ａをパターニングしてゲート電極３Ａを形成し(第５の工程に相当する)、ＴＦＴ１Ａが完成する(図４−４)。
【００５５】
このように、ソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａをマスクパターンとして形成されたフォトレジストパターン８ｂに基づいてゲート電極３Ａが形成されるので、ゲート電極３Ａとソース電極５Ａ及びドレイン電極６Ａとの相対位置を正確に且つ簡単に位置決めし、寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができる。有機半導体層７Ａを直接ガラス基板２Ａ上に形成するので、工程の簡単化を実現することができる。
【００５６】
次に、本発明の一部を部分的に変更した変更例について説明する。
１）上述の実施例においては、有機半導体層７,７Ａをペンタセンにより構成したが、アントラセン,テトラセンなどの有機半導体で構成してもよく、特定の有機半導体に限定するものではないが、キャリア移動度が大きいものが望ましい。
２）上述の実施例においては、基板にガラス基板２,２Ａを適用したが、基板の材質は、少なくとも紫外線Ｕを透過可能であって絶縁性を有するものであればよく、特定の材質に限定するものではない。チャネルを有機半導体層７,７Ａにより構成することで、全工程を低温で進行させることができるので、耐熱性の悪い可撓性及び非可撓性の合成樹脂を適用することもでき、特に、可撓性の基板上に形成した有機ＴＦＴを有機ＥＬディスプレイなどに適用することで、フレキシブルなディスプレイを実現することもできる。このようにフレキシブルなディスプレイを構成した場合にも、各電極間の相対位置が正確に位置決めされているので、ディスプレイを変形させても動作不良が起こることがない。
【００５７】
３)  各電極を構成する金属材料は上述の実施例の金属材料に限定するものではなく、ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auで構成してもよく、特に、ソース電極及びドレイン電極においては上記金属材料のうち何れか２種類の金属による２層構造に構成してもよい。ゲート電極をTaまたはAlで構成する場合には陽極酸化を行うことが望ましい。ゲート電極は、導電性ポリマーにより構成してもよい。
【００５８】
４）絶縁膜を構成する絶縁材料は上述の実施例の絶縁材料に限定する物ではなく、絶縁膜をSiO2、SiN、Al2O3、Ta2O5、SiON、P2O5などの無機材料、若しくは、ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールなどの有機材料で構成してもよい。
５)  上述の実施例の各ＴＦＴ１,１Ａの最上面にGeOX,SiOX,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールなどで構成した保護層を形成してもよい。
【００５９】
尚、本発明の有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例に係る製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタである。
【図２−１】ＴＦＴ製造工程の紫外線照射工程の図である。
【図２−２】ＴＦＴ製造工程のフォトレジストパターン形成工程の図である。
【図２−３】ＴＦＴ製造工程の金属膜形成工程の図である。
【図２−４】ＴＦＴ製造工程のソース電極及びドレイン電極形成工程の図である。
【図３】ＴＦＴのドレイン電流−ソース-ドレイン電圧特性のグラフである。
【図４−１】スタガ型ＴＦＴ製造工程のソース電極及びドレイン電極形成工程の図である。
【図４−２】スタガ型ＴＦＴ製造工程のフォトレジストパターン形成工程の図である。
【図４−３】スタガ型ＴＦＴ製造工程金属層形成工程の図である。
【図４−４】スタガ型ＴＦＴ製造工程ゲート電極形成工程の図である。
【符号の説明】
【００６１】
１,１Ａ            有機薄膜電界効果型トランジスタ
２,２Ａ            ガラス基板
３,３Ａ            ゲート電極
４,４Ａ      絶縁膜
５,５Ａ      ソース電極
６,６Ａ            ドレイン電極
７,７Ａ            有機半導体層
８,８Ａ     フォトレジスト膜
８ａ,８ｂ   フォトレジストパターン
【図１】
2005158775.tif 000003
【図２−１】
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【図２−２】
2005158775.tif 000005
【図２−３】
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【図２−４】
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【図３】
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【図４−１】
2005158775.tif 000009
【図４−２】
2005158775.tif 000010
【図４−３】
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【図４−４】
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