(57)【要約】【課題】  動作電流が大きく、且つＯＮ／ＯＦＦ比が大きい新規な構成の電界効果型トランジスタを提供する。【解決手段】  少なくとも支持基板１、ソース電極５、ドレイン電極６、半導体層７、絶縁層３およびゲート電極２を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極５およびドレイン電極６が同一平面内に形成され、少なくとも半導体層７にて電気的に接続されている箇所におけるソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層７の膜厚方向において異り、且つ前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手ａ側にゲート電極２が設けられている電界効果型トランジスタ。【選択図】        図１
2005142474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、絶縁層およびゲート電極を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、少なくとも半導体層にて電気的に接続されている箇所におけるソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異り、且つ前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手側にゲート電極が設けられていることを特徴する電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記ソース電極およびドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記隔壁がテーパ形状を有することを特徴とする請求項１および２記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記隔壁が感光性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
透明支持基板上に設けられたゲート電極上に感光性樹脂層を形成する工程、前記感光性樹脂層に光を照射した後、パターニングして隔壁を形成する工程、前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥し、液体材料を分離することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異なるソース電極とドレイン電極を形成する工程、前記ソース電極−ドレイン電極間に半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記隔壁間に塗布した導電性を有する液体材料が、乾燥時に自発的に分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする請求項５記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥した後、エッチングにより分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする請求項５記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手側にゲート電極が位置する様に液体材料を分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項９】
支持基板上にテーパ形状の隔壁を形成する工程、前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥し、液体材料を隔壁により分離することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異なるソース電極とドレイン電極を形成する工程、少なくとも前記ソース電極−ドレイン電極間に半導体層を形成する工程、前記半導体層上に絶縁層を介してゲート電極を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
支持基板上に隔壁間の間隔が上方向に大きいテーパ形状の隔壁を形成することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において小さくなる様に形成される請求項９記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ソース電極およびドレイン電極を形成する導電性を有する液体材料の塗布方法がインクジェット法であることを特徴とする請求項５乃至１０のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記インクジェットによる液体材料の塗布前に隔壁への表面処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記インクジェットによる液体材料と、塗布前の隔壁との接触角が９０°以下であることを特徴とする請求項５乃至１２のいずれかの項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記半導体層がインクジェット法にて塗布されてなることを特徴とする請求項５乃至１３のいずれかの項に記載の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】
本発明は液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電気泳動ディスプレイ等の画素表示用スイッチング素子やプラスチックＩＣカード、情報タグ、バイオセンサーなどのフレキシブル、センサーデバイスに用いられる少なくとも半導体材料として有機材料を用いた電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関し、より詳細には動作電流が大きく、かつＯＮ／ＯＦＦ比が大きい新規な構成の薄膜電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、アクティブ・マトリックスの液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の駆動用スイッチング素子などとして広く使用されている。ＴＦＴは、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）の一例で、半導体層が薄膜として基板に形成された金属−絶縁体−半導体を組み合わせたＦＥＴである。
【０００３】
現在、ほとんどのＴＦＴは、アモルファス・シリコンやポリシリコンを半導体層として使用して作製されている。アモルファス・シリコンは、結晶シリコンの安価な代替物であり、トランジスタのコストを低減して大面積の応用例として使用するために提供されている。アモルファス・シリコンは、移動度が０．１〜１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であり、また、ポリシリコンは、１〜１０ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃ程度であって、それらは、結晶シリコンの移動度に対して１万分の１〜１千分の１ほどであるので、それらの応用は比較的低速のものに限られている。
【０００４】
ポリシリコンは、アモルファス・シリコンに対するエキシマレーザー照射等による再結晶化アニールにより形成される。アモルファス・シリコンの基板への成膜は、低温で行われるので結晶シリコンより安価であるが、アモルファス・シリコンの成膜は、プラズマ化学気相成膜等を必要とするので高コストとなる。ポリシリコンの成膜は、前述のようにエキシマレーザー照射等によるアニールプロセスが必要となるので、さらに高コストとなる。
【０００５】
近年、有機材料のもつ力学的、多種多様性、製造加工など多様なフレキシビリティを生かしたシートディスプレイ、電子ペーパー、プラスチックＩＣカード、情報タグ、バイオセンサーなどのフレキシブル、センサーデバイスなどの応用に期待が集まっている。
【０００６】
しかしながら、有機半導体材料は無機半導体材料に比べて導電率、キャリア移動度が低いものがほとんどであり、有機半導体薄膜トランジスタを実用化するためにはその動作特性の向上が課題となっている。
【０００７】
例えば、従来の薄膜トランジスタとして特許文献１が挙げられる。図５は、従来の薄膜トランジスタの断面図である。図５に示される特許文献１に記載された発明においては、高濃度にドープしたシリコン基板上にペンタセン有機材料を成膜してＴＦＴ動作をさせており、０．５２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの移動度を実現している。しかしながら、ペンタセンで形成された薄膜は、その薄膜の形成に真空成膜が必要であるので、基板に対する付着力も弱く、そのために、脆弱である。また、高価なシリコン基板を用いる必要があるため、低コストに薄膜トランジスタを構成することは難しい。
【０００８】
一方、非特許文献１によれば、Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙらは、基板としてポリイミドを用い、半導体材料としてＰＴＶ（ポリチエニレンビニレン）を用い、絶縁材料としてＰＶＰ（ポリビニルフェノール）を用い、そして、電極材料としてドープト−ポリアニリンを用い、光化学パターニングを用いて、全てに有機材料を用いたＴＦＴを作製することにより、３×１０-4ｃｍ2 ／Ｖ・ｓｅｃの電荷移動度を示すＴＦＴを得ている。しかしながら、このＴＦＴの電荷移動度は、なお低く、改善の余地がまだまだ多くある。
【０００９】
有機半導体を用いたＴＦＴの電気特性は、無機半導体を用いたトランジスタの理論によって、ほぼ説明することができる。ドレイン電圧が小さい領域では、有機ＴＦＴのドレイン電圧（Ｖｄ）とドレイン電流（Ｉｄ）の関係式は次式１で表される。（線形領域）
【００１０】
【数１】
2005142474.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｗはゲートのチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｃｉはゲート絶縁膜の単位面積あたりの静電容量、μはキャリア移動度、Ｖｔはゲート閾値電圧である。Ｖｇはゲート電圧である。
【００１２】
ドレイン電圧（Ｖｄ）が大きくなると、チャネルのピンチオフによりドレイン電流（Ｉｄ）は飽和し一定の値となる。このときのＩｄは次式２で表される。（飽和領域）
【００１３】
【数２】
2005142474.tif 000004
【００１４】
有機半導体を用いたＴＦＴのキャリア移動度は、ゲート電圧（Ｖｇ）によりチャネルに蓄積される電荷量に依存し、一般にＶｇとともに増加して飽和する関係が知られている。また、ＴＦＴの動作速度や電流駆動能力を表す遮断周波数Ｔｆと相互コンダクタンスｇｍは式３および式４により求められる。
【００１５】
【数３】
2005142474.tif 000005
【００１６】
但し、飽和領域ではＶｄ＝Ｖｇ−Ｖｔ
【００１７】
【数４】
2005142474.tif 000006
【００１８】
但し、飽和領域ではＶｄ＝Ｖｇ−Ｖｔ
これらの式から有機半導体を用いたＴＦＴを作成する上で、（１）有機半導体のキャリア移動度μを大きくする、（２）チャネル長Ｌを小さく、チャネル幅Ｗを大きくする、（３）ゲート絶縁膜の誘電率を大きくする、ことが重要である。このほか、有機半導体を用いたＴＦＴに求められる性能として、ドレイン電流のＯＮ／ＯＦＦ比が大きい、閾値電圧が低いなどがある。
【特許文献１】特開平１０−２７０７１２号公報（第５頁）
【非特許文献１】Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙ，“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＩＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ”Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１（１９９８年）、ｐ．１０８―１１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
有機半導体材料としては、前述の低分子化合物（例えば、ペンタセン、金属フタロシアニン）、短鎖オリゴマー（例えば、ｎ＝３〜８のｎ−チオフェン）、長鎖ポリマー（例えば、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン）等がある。
【００２０】
高分子系の材料は溶液プロセスにより容易に膜形成ができるため、低コスト化や大面積化が実現できるとして注目されている。また、インクジェット法を用いることで、基板上に微細なパターンを直接描画して集積回路を作成することも可能である。しかし、高分子系材料では低分子系材料に比べて無秩序さが大きくなるためキャリア移動度が小さいという問題がある。ポリフルオレンの正孔移動度は０．０２ｃｍ2 ／Ｖｓであり、一般の高分子系材料のキャリア移動度は低分子に比べ２桁程度小さい値となっている。ところが、Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．４０１（１９９９）６８５−６８８では、Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓらによって、立体規則性のポリヘキシルチオフェンでは、０．１ｃｍ2 ／Ｖｓの大きな正孔移動度を示すことが報告されている。
【００２１】
この材料は側鎖がＨｅａｄ−ｔｏ−Ｔａｉｌの配置を取るため、主鎖のチオフェン環同士の重なりによりπ電子軌道の重なりが形成されることで、高いキャリア移動度を示していると考えられている。高分子材料においても分子間の規則性を持たせることで、より高いキャリア移動度を実現できることから、新しい高分子系材料の開発が盛んに行われてきている。
【００２２】
しかしながら、スピンコーティングやディッピング・コーティング、インクジェット法などを用いた場合、その膜厚は蒸着等の真空プロセスを用いた場合に比べ、一般的に厚くなる。また、その膜厚のばらつきも大きくなる。特にソース電極およびドレイン電極の膜厚はソース・ドレイン電極間のチャネル領域形成に影響を及ぼすため、素子毎の特性ばらつきが大きくなる等の問題があった。
【００２３】
また、インクジェット法によるダイレクトパターニングによって、簡便な方法により微細なパターン形成が可能であるもののそのときの解像度はラインアンドスペースで３０μｍ程度であり、チャネル長の微細化には不十分である。
【００２４】
本発明はこの問題を解決するためになされたもので、印刷法やインクジェット法等の簡便且つ安価な製造方法を用いて、配線材料や有機半導体材料のパターニングを行い、移動度が小さい有機半導体材料を用いても、動作電流が大きく、且つＯＮ／ＯＦＦ比が大きい新規な構成の電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
すなわち、本発明の第一の発明は、少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、絶縁層およびゲート電極を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、少なくとも半導体層にて電気的に接続されている箇所におけるソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異り、且つ前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手側にゲート電極が設けられていることを特徴する電界効果型トランジスタである。
【００２６】
前記ソース電極およびドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁を有することを特徴とする。
前記隔壁がテーパ形状を有することを特徴とする。
前記隔壁が感光性樹脂からなることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第二の発明は、透明支持基板上に設けられたゲート電極上に感光性樹脂層を形成する工程、前記感光性樹脂層に光を照射した後、パターニングして隔壁を形成する工程、前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥し、液体材料を分離することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異なるソース電極とドレイン電極を形成する工程、前記ソース電極−ドレイン電極間に半導体層を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
【００２８】
前記隔壁間に塗布した導電性を有する液体材料が、乾燥時に自発的に分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする。
前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥した後、エッチングにより分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする。
【００２９】
前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手側にゲート電極が位置する様に液体材料を分離してソース電極とドレイン電極を形成することを特徴とする。
本発明の第三の発明は、支持基板上にテーパ形状の隔壁を形成する工程、前記隔壁間に導電性を有する液体材料を塗布、乾燥し、液体材料を隔壁により分離することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において異なるソース電極とドレイン電極を形成する工程、少なくとも前記ソース電極−ドレイン電極間に半導体層を形成する工程、前記半導体層上に絶縁層を介してゲート電極を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法である。
【００３０】
支持基板上に隔壁間の間隔が上方向に大きいテーパ形状の隔壁を形成することにより、ソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層の膜厚方向において小さくなる様に形成されることを特徴とする。
【００３１】
前記ソース電極およびドレイン電極を形成する導電性を有する液体材料の塗布方法がインクジェット法であることを特徴とする。
前記インクジェットによる液体材料の塗布前に隔壁への表面処理を行う工程を含むことを特徴とする。
【００３２】
前記インクジェットによる液体材料と、塗布前の隔壁との接触角が９０°以下であることを特徴とする。
前記半導体層がインクジェット法にて塗布されてなることを特徴とする。
【００３３】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の第一の電界効果型トランジスタは、半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、少なくとも支持基板、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、絶縁層、ゲート電極からなり、ソース電極およびドレイン電極が同一平面内に形成され、ソース電極−ドレイン電極間の幅が少なくとも前記半導体層にて電気的に接続されてなる箇所において、膜厚方向に異なり、且つ前記半導体層に絶縁層を介して設けられるゲート電極がソース電極−ドレイン電極間の幅が膜厚方向において短手側に設けられていることを特徴する。
【００３４】
本発明により、半導体層におけるチャネル形成領域が膜厚方向において、ゲート電極形成側に制限されるとともに、チャネル領域外におけるＯＦＦ電流が抑制されるため、ＯＮ／ＯＦＦ比が大きい電界効果型トランジスタが得られる。
【００３５】
上記本発明において、ソース電極およびドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁を有すること、前記隔壁が逆テーパ形状を有すること、前記隔壁が感光性樹脂であること、を好ましい態様として含むものである。
【００３６】
また、本発明の第二の電界効果型トランジスタの製造方法は、透明支持基板上に設けられたゲート電極上にネガ型感光性樹脂を形成し、前記の感光性樹脂形成側とは逆の面から光を照射し、前記感光性樹脂をパターニングする工程を含む前記電界効果型トランジスタの製造方法である。
【００３７】
本発明は、透明支持板を用いて、ゲート電極を形成後、ネガ型感光性樹脂を透明支持基板の背面より露光することにより、ゲート電極と隔壁すなわち前記隔壁と隣接するソース電極およびドレイン電極との位置精度を補償し、各素子毎の特性のばらつきを抑えることが可能となる。
【００３８】
上記本発明は、前記隔壁間に硬化後導電性を示す液体材料を塗布し、乾燥時に自発的に分離する工程を含むことを好ましい態様として含むものであり、前記液体材料が乾燥時に自発的に分離することによって、硬化後導電性の電極として機能し、ソース電極、ドレイン電極を形成するものであり、簡便な方法によって、微小なチャネル長を有する電界効果型トランジスタを作成できる。また、乾燥時に完全に分離せず前記硬化後導電性を示す液体材料が乾燥時に凹型を示す場合、その後に凹形状の底部をエッチングすることによって、各電極を分離する工程を含むことも好ましい態様として含むものである。
【００３９】
また、前記隔壁がソース電極およびドレイン電極が形成される箇所において狭くなることを特徴とする電界効果型トランジスタであることによって、前記液体材料を隔壁間に付与後にソース電極とドレイン電極間に形成されるチャネルの幅が安定に形成することが可能になる。
【００４０】
さらに、本発明の第三の電界効果型トランジスタの製造方法は、支持基板上に隔壁を形成後、前記隔壁に沿って、硬化後導電性を示す液体材料を塗布しソース電極およびドレイン電極形成後、半導体層および絶縁層を介して、前記ソース電極−ドレイン電極間上にゲート電極を形成することを特徴とする。
【００４１】
前記の本発明の第二および第三においては、前記ソース電極およびドレイン電極の硬化後導電性を示す液体材料の塗布方法がインクジェット法であること、前記インクジェットによる液体材料塗布前に隔壁への表面処理を行う工程を含むこと、前記インクジェットによる液体材料塗布前の隔壁の硬化後導電性を示す液体材料との接触角が９０°以下であること、前記半導体層がインクジェット法にて塗布されてなることを好ましい態様として含む。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、ソース、ドレイン、ゲート電極、有機半導体層などを形成する場合に印刷法、インクジェット法などの簡便な方法によって形成しても、有機半導体層におけるＯＦＦ電流が抑制できるため、ＯＮ／ＯＦＦ比が良好な電界効果型トランジスタを提供することができる。
【００４３】
また、本発明は、インクジェット法を用いた場合においても、短チャネルを実現することにより、動作電流が大きく、且つ素子間の特性のばらつきの少ない有機材料を用いた電界効果型トランジスタを安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の電界効果型トランジスタは、ソース電極および、ドレイン電極は構成上同一平面に設けれることが望ましい。また、ソース電極およびドレイン電極は無機材料を用いた場合、その多くは真空プロセスを用いて成膜される。その場合その膜厚は１００ｎｍ程度の薄い膜が形成可能であるが、有機材料や金、銀、銅などのナノペーストなどを用いる場合、非常に薄い膜を形成しようとする場合、膜の欠陥などによって、その導電性が悪化するため、２００〜１０００ｎｍ程度の膜厚を用いることが望ましい。
【００４５】
上記の膜厚を印刷法やインクジェット法等の簡便且つ安価な製造方法を用いて形成する場合、膜厚方向に線幅が異なることが考えられる。図６に示すように、ソース電極５とドレイン電極６が逆テーパ形状を有する場合、ソース電極とドレイン電極の下部に絶縁層３を介してゲート電極２を有する場合、チャネル領域８はソース−ドレイン間の絶縁層３上の１０〜５０ｎｍ程度の領域に形成される。このとき、ソース電極およびドレイン電極間はそれぞれの電極が逆テーパ形状を有することからチャネル領域外でソース−ドレイン間が近接するため、ＯＦＦ電流が生じやすくＯＮ／ＯＦＦ比が悪化する。
【００４６】
また、インクジェット法などにより設けられた電極の場合、ソース電極５とドレイン電極６は図７に示すような凸形状有する。ソース電極とドレイン電極の下部に絶縁層３を介してゲート電極２を有する構成の場合、上記と同様にチャネル形成領域外でソース−ドレイン間が近接し、ＯＦＦ電流が生じやすくＯＮ／ＯＦＦ比が悪化する。
【００４７】
そこで本発明においては、図１および２に示すように、少なくとも支持基板１、ソース電極５、ドレイン電極６、半導体層７、絶縁層３およびゲート電極２を有し、前記半導体層として有機物を用いた電界効果型トランジスタにおいて、前記ソース電極５およびドレイン電極６が同一平面内に形成され、少なくとも半導体層７にて電気的に接続されている箇所におけるソース電極−ドレイン電極間の幅が半導体層７の膜厚方向において異り、且つ前記ソース電極−ドレイン電極間の幅の短手ａ側にゲート電極２が設けられていることを特徴する。ソース電極−ドレイン電極間の幅ｂは、ａに対して長くなっている。
【００４８】
すなわち、図１においては、膜厚方向にソース電極−ドレイン電極間の幅はａとｂという差がある。このうち、短手側であるａ側に絶縁層を介してゲート電極２が設けられている。一方、図２においては、やはり、ソース電極−ドレイン電極間の幅はａとｂという差が生じている。このとき、短手側であるａ側に絶縁層を介してゲート電極が設けられている。
【００４９】
また、印刷法やインクジェット法等の簡便且つ安価な製造方法を用いて形成する場合、ソース電極およびドレイン電極の形状を任意な形状に制御することは困難である。このため、ソース電極およびドレイン電極に隣接して絶縁性を有する隔壁を形成することによって、その形状を制御することが可能となる。たとえば、前記隔壁４が逆テーパ形状を有する場合、図１に示すように液体材料を乾燥することによって、導電性材料を形成する場合、液体材料は隔壁４に沿うように形成されるため、電極は上に凸の形状を示す。また、印刷法やインクジェット法などの簡便かつ安価な製造方法を利用する場合、その位置精度は粗いものになる。前記隔壁を感光性樹脂で形成する場合、フォトリソグラフィを用いて高精度に形成することにより、それに隣接する電極材料を高精度に形成することが可能になる。
【００５０】
図３および図４は本発明電界効果型トランジスタの実施形態のチャネル形成状態を示す模式図である。図３、図４どちらの場合においても絶縁層を介してゲート電極側に、チャネルが形成されるため，点線矢印で示す領域で流れるＯＦＦ電流はチャネル形成領域から遠ざかるとともにソース―ドレイン電極間の距離が長くなるため、ＯＦＦ電流は抑制されることを示している。
【００５１】
次に本発明の電界効果型トランジスタの製造方法について図を用いて、詳述する。
図８は本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す工程図である。
まず、図８（ａ）において、支持基板１としては、ガラス、プラスチック、石英、シリコンなどを用いることが可能であるが、後述する裏面から露光する工程を含む場合には露光波長に対して、透明な基板に限られる。プラスチック基板としてはポリカーボネート、マイラー、ポリイミド、ポリエチレン、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）などが挙げられるが、耐熱性の観点からポリイミド、ＰＥＮ等が好適に用いられる。
【００５２】
次に支持基板上にゲート電極２を形成する。ゲート電極材料としては、導電性があれば特に限定されず、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、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、およびこれらの合金やインジウム・錫酸化物等の導電性金属酸化物、カーボンペースト、銀ペースト、金ペースト、あるいはドーピング等で導電率を向上させた無機および、有機半導体、たとえば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、グラファイト、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。
【００５３】
ゲート電極を成膜する方法は、特に限定されず、例えば、メッキ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スピンコーティング、ディッピングなどの慣用の方法を適宜選択することができる。
【００５４】
パターン加工方法としては、ポジレジストやネガレジストを用いたフォトリソグラフィー、マスキング、エッチング等を適宜選択できる。また、成膜と同時に直接パターン加工することもできる。インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などが適宜用いることができる。
【００５５】
ゲート電極の絶縁層３として、無機絶縁層としては二酸化ケイ素、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、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、五酸化タンタル、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、二酸化チタンおよび三酸化イットリウムなどが挙げられ、これらを組み合わせたり、積層して用いても良い。また、有機物の絶縁材料としてはポリエチレン、ポリイミド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルブチラール、ポリビニルフェノール、シアノエチルプルラン、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリブタジエン、酢酸セルロース、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、エポキシ樹脂、ポリスチレン等の有機絶縁性ポリマー等が例示される。これらの絶縁性材料は、一種又は二種以上組み合わせて使用しても良い。
【００５６】
次に、図８（ｂ）、（ｃ）において、隔壁４を形成するために用いられる樹脂組成物としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミドイミドを含むポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニル系樹脂などの感光性または非感光性の樹脂材料を用いることができるが、耐熱性を有することが好ましく、その点から、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂が好ましく用いられる。
【００５７】
この隔壁４をパターン加工する方法としては、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法など直接パターン加工する方法を用いても良いが、ネガ型の感光性樹脂材料を用いることによって、感光性樹脂塗布後に基板の背面から露光し、現像することによって、パターン形成を行うことが望ましい。前記の方法によって、ゲート電極と隔壁パターンとのアライメントが自動的に行われるため、簡便な方法によって、素子間の特性のばらつきを抑制することができる。
隔壁４をテーパ形状に形成するには、感光性樹脂塗布面とは反対の面から通常より長時間の露光により行う。
【００５８】
次に、図８（ｄ）、（ｅ）において、ソース電極５およびドレイン電極６を形成する。ソース電極、ドレイン電極の材料としては、ゲート電極として例示した材料を任意に用いることができる。ここで、本発明においては、インクジェット法が好適に用いられるため、インクジェットによって吐出可能な液体材料が用いられる。導電性高分子材料としてはポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）や金属ペーストとしては銀や金などのナノオーダの粒子を分散したインクを粘度調整した液体材料が好ましい。インクジェットとしては、エネルギー発生素子として電気熱変換体を用いたバブルジェット（登録商標）タイプ、或いは圧電素子を用いたピエゾジェットタイプ等が使用可能である。
【００５９】
前記の液体材料をインクとして、下部にゲート電極の設けられた隔壁４間にインクジェットヘッド１０を用いてインク滴１１を付与する。このとき、インク材料と隔壁の接触角が９０°以下になるよう調整されている場合、インク材料は隔壁を濡らしながら隔壁間に充填される。その後、加熱乾燥することによって、インク材料の溶媒が揮発し、インク材料の体積が減少すると図８（ｅ）に示すようにインクは隔壁に隣接した部分のみ残存するように自発的に分離するかもしくは凹形状を示すように固形分が残る。インク材料が自発的に分離した場合にはそのままソース電極、ドレイン電極として用いることができる。また、凹形状を形成した場合には、全体をドライエッチングなどによって、その最薄部分をエッチングすることによってソース電極とドレイン電極に分離することができる。形成される素子の平面図を図１２に示す。ソースとドレインは分断され、その間隔は１０μｍ以下に形成することができるため、短チャネル化が実現できる。このとき、隔壁のパターンをソース電極、ドレイン電極が形成される部分のみ狭いパターンとすることによって、乾燥によって、電極が分断される過程で電極の端部のみが分断されないという不具合が生じない。
【００６０】
また、インク材料を隔壁間にインクジェット法により付与する前にインクジェットによる着弾を補正するため、隔壁に撥液性を付与するため、表面処理を行っても良い。表面処理としては、撥液材料を隔壁に付与しても良いし、フッ素系のガスを用いて、プラズマ処理を施しても良い。
【００６１】
最後に、図８（ｆ）において、半導体層７を形成する。有機物の半導体層としては、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンなどの低分子有機材料やπ−共役系高分子であるポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチエニレンビニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリピリダジン、ポリナフチレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン等が挙げられる。また、これらに適当な置換基を導入したものやオリゴマー体でもよい。さらに、これらπ−共役系高分子中にドーパントを含んでいても良い。また、高分子バインダ中にπ−共役系高分子を分散させる。あるいはπ−共役系高分子を側鎖に持つ高分子といった構成も可能である。
【００６２】
これらの材料を用いた半導体層の成膜には、メッキ、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スピンコーティング、ディッピング、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などが適宜用いることができる。特にインクジェット法は必要な部分に必要なだけ材料を付与できる点から好適に用いられる。前述したソース電極とドレイン電極間に半導体材料を付与することによって、電界効果トランジスタ素子は完成する。図１３に示すように必要に応じて、ソース線１５、ドレイン電極の取り出し電極であるドレイン電極接続部１４などを構成しても良い。
【００６３】
図９は本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の他の例を示す工程図である。図９にはゲート電極２を有機半導体層７の上部に配置した構成の例を示す。本構成においては、支持基板１上に直接隔壁４を形成し、この隔壁に隣接して、インクジェットヘッドにより、電極材料を付与する。電極材料の付与量は溶媒乾燥後に凸形状にならないように調整する。電極材料形成後は隔壁を除去しても良いし、そのまま残しても問題ない。さらに、その上に有機半導体材料とゲート絶縁層を形成した後、ゲート電極を形成する。
【００６４】
上記述べたような製造方法により、有機材料を用いた電界効果型トランジスタにおいても短チャネルを実現し、かつ素子間のばらつきの少ない電界効果型トランジスタを形成することができる。
【実施例１】
【００６５】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
図８に示す構成の電界効果トランジスタを作製した。
ガラス基板上にゲート電極として、金をメタルマスクを用いて蒸着して形成する。このときの電界効果トランジスタを構成するゲート電極の幅は４０μｍに設計した。次に、ゲート絶縁層を形成する。ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）をスピンコートにより３００ｎｍの膜厚で形成する。次に、富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、ガラス基板の裏面から露光を行い、現像、ポストベーク処理を行って、チャネルになる領域に断面が絶縁層側が幅４０μｍ、絶縁層の反対側が３５μｍの開口を有するようにテーパ形状の隔壁を形成した。
【００６６】
隔壁表面の撥水化のため表面処理を行った。隔壁を形成した前記ガラス基板に、プラズマ処理装置を用いて、以下の条件にてプラズマ処理を行った。
使用ガス    ：ＣＦ4 
ガス流量    ：３３０ｓｃｃｍ
圧力        ：４４Ｐａ
ＲＦパワー  ：１２００Ｗ
処理時間    ：１２０ｓｅｃ
プラズマ処理後の隔壁表面の接触角は、８７°であった。
【００６７】
この隔壁に隣接して、ソース電極とドレイン電極を形成する。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液は２つに分断され、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いた。このとき、ソース電極−ドレイン電極間の幅は１０μｍであり、チャネル長Ｌは１０μｍ、チャネル幅Ｗは１００μｍとなる。電極間の幅ａは１０μｍ、ｂは３５μｍである。
【００６８】
最後に有機半導体層として、ペンタセンを超高真空チャンバ内で蒸着を用いて、２００ｎｍ成膜した。得られた電界効果トランジスタの電気特性はＨｅｗｌｅｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社製、４１４５Ｂ半導体パラメータアナライザを用いて、真空中にて測定を行った。
【００６９】
移動度μは電界効果トランジスタの線形領域のドレイン電流を与える式１をゲート電圧Ｖｇにより微分した下記の式５より求めることができる。
【００７０】
【数５】
2005142474.tif 000007
【００７１】
計算より得られた移動度は０．２６ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０7 以上であり、アモルファスＳｉ半導体には及ばないものの、良好なトランジスタ特性が得られた。
【実施例２】
【００７２】
ソース電極、ドレイン電極を形成するまでは実施例１と同様に形成した後、有機半導体層としてポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成して電界効果トランジスタを得た。トランジスタ特性を実施例１と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．０１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０5 以上であり、低分子材料であるペンタセンを用いた場合には及ばないものの、良好なトランジスタ特性が得られた。
【実施例３】
【００７３】
ソース電極、ドレイン電極を形成するまでは実施例１と同様に形成した後、有機半導体層としてポリヘキシルチオフェンを圧電式インクジェットにより、ソース電極−ドレイン電極間にのみ付与して電界効果トランジスタを得た。チャネル部での半導体層の膜厚は最も厚い部分で３００ｎｍの凹型に形成されていた。トランジスタ特性を実施例１と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．０２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０5 以上であり、スピンコートで有機半導体層を形成した場合に比べて移動度が向上した。これはポリヘキシルチオフェンの配向性がスピンコートで成膜した場合とインクジェットで形成した場合とで異なることに起因すると考えられる。
【実施例４】
【００７４】
隔壁を形成し、プラズマ処理による表面処理を行うまでは実施例１と同様に形成した後、ソース電極、ドレイン電極として真空冶金製Ａｇナノペーストを１０ｍＰａ・ｓに粘度調整して用いて、圧電式インクジェットにより、隔壁の開口部に付与し、２００℃で加熱乾燥することによって、塗布したＡｇナノペーストインクは２つに分断されたものの、一部で完全に分離していない部分が観察されたため、ＲＩＥ装置によりＣＦ4 ガスを用いて、ドライエッチングを行い、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いた。このときのエッチング時間はソース−ドレイン電極間の幅が１０μｍとなるように調整した。電極間の幅ａは１１μｍ、ｂは３６μｍである。
【００７５】
次に有機半導体層としてポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成して電界効果トランジスタを得た。トランジスタ特性を実施例１と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．００５ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０6 以上であり、ＯＮ／ＯＦＦ比は良好であるが、移動度は実施例２と比較して悪化している。これはソース、ドレイン電極としてＡｇナノペーストを用いているため、、ＰＥＤＯＴと比較して、仕事関数が低いために半導体層と電極間に障壁が形成されたためと考えられる。
【実施例５】
【００７６】
図９に示す構成の電界効果トランジスタを作製した。
ガラス基板上に富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、マスクを用いて露光を行い、現像、ポストベーク処理を行って、隔壁を作製した。このとき隔壁の上面の幅は１０μｍ、ガラス基板の接する面での幅が１２μｍの順テーパの形状を示していた。次に隔壁表面の撥水化のため表面処理を行った。
【００７７】
隔壁を形成した前記ガラス基板に、プラズマ処理装置を用いて、以下の条件にてプラズマ処理を行った。
使用ガス    ：ＣＦ4 
ガス流量    ：３３０ｓｃｃｍ
圧力        ：４４Ｐａ
ＲＦパワー  ：１２００Ｗ
処理時間    ：１２０ｓｅｃ
プラズマ処理後の隔壁表面の接触角は、８７°であった。
【００７８】
この隔壁に隣接して、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液により、圧電式インクジェットを用いて、隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって隔壁を隔てソース電極とドレイン電極を形成した。ソース−ドレイン電極間の幅ａは１０μｍ、ｂは１２μｍである。
【００７９】
有機半導体層として、ポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成後、絶縁層としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）をスピンコートにより３００ｎｍの膜厚で形成した。最後に圧電式インクジェットを用いて、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液をソース電極とドレイン電極の間に付与してゲート電極を形成した。トランジスタ特性を実施例１と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．０１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比は１０5 以上であり、実施例２と同等なトランジスタ特性が得られた。
【比較例１】
【００８０】
ガラス基板上に富士フィルムオーリン製「ＣＴ−２０００Ｌレジスト」をスピンコートにより膜厚２μｍで塗布し、マスクを用いて露光を行い、現像、ポストベーク処理を行って、隔壁を作製した。チャネルになる領域に断面が基板側が幅４０μｍ、上面が３５μｍの開口を有するように逆テーパ形状の隔壁を形成した。
【００８１】
隔壁表面の撥水化のため表面処理を行った。隔壁を形成した前記ガラス基板に、プラズマ処理装置を用いて、以下の条件にてプラズマ処理を行った。
使用ガス    ：ＣＦ4 
ガス流量    ：３３０ｓｃｃｍ
圧力        ：４４Ｐａ
ＲＦパワー  ：１２００Ｗ
処理時間    ：１２０ｓｅｃ
プラズマ処理後の隔壁表面の接触角は、８７°であった。
【００８２】
この隔壁に隣接して、ソース電極とドレイン電極を形成した。ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）水溶液（Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ，Ｂａｙｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．製）を圧電式インクジェットを用いて、隔壁の開口部に塗布、乾燥することによって、塗布したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液は２つに分断され、それぞれをソース電極、ドレイン電極として用いた。このとき、ソース電極−ドレイン電極間の幅は１０μｍであり、チャネル長Ｌは１０μｍ、チャネル幅Ｗは１００μｍであった。
【００８３】
有機半導体層として、ポリヘキシルチオフェンをクロロホルム溶媒を用いて、スピンコートにより膜厚３００ｎｍで形成後、絶縁層としてポリビニルフェノール（ＰＶＰ）をスピンコートにより３００ｎｍも膜厚で形成した。
【００８４】
最後にゲート電極として、金をメタルマスクを用いて蒸着して形成した。このときの電界効果型トランジスタを構成するゲート電極の幅は４０μｍに設計している。得られた電界効果型トランジスタの電気特性を実施例１と同様な方法で測定を行った。このときの移動度は０．００１ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ、と良好であるが、ＯＮ／ＯＦＦ比は２０〜５０程度でありトランジスタ特性は示すものの十分な特性は得られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、ソース、ドレイン、ゲート電極、有機半導体層などを形成する場合に印刷法、インクジェット法などの簡便な方法によって形成しても、有機半導体層におけるＯＦＦ電流が抑制できるため、ＯＮ／ＯＦＦ比が良好な電界効果型トランジスタを提供できる。
また、本発明は、インクジェット法を用いた場合においても、短チャネルを実現することにより、動作電流が大きく、且つ素子間の特性のばらつきの少ない有機材料を用いた電界効果型トランジスタを安価に提供できる。
【００８６】
そのために、本発明の電界効果型トランジスタは、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、電気泳動ディスプレイ等の画素表示用スイッチング素子やプラスチックＩＣカード、情報タグ、バイオセンサーなどのフレキシブル、センサーデバイスに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明電界効果型トランジスタの一実施形態の断面を示す模式図である。
【図２】本発明電界効果型トランジスタの他の実施形態の断面を示す模式図である。
【図３】本発明電界効果型トランジスタの他の実施形態のチャネル形成状態を示す模式図である。
【図４】本発明実施の電界効果型トランジスタのチャネル形成状態を示す模式図である。
【図５】従来の電界効果型トランジスタの断面を示す模式図である。
【図６】従来の電界効果型トランジスタの一形態のチャネル形成状態を示す模式図である。
【図７】従来の電界効果型トランジスタの他形態のチャネル形成状態を示す模式図である。
【図８】本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の一実施形態の工程図である。
【図９】本発明の電界効果型トランジスタの製造方法の他の実施形態の工程図である。
【図１０】本発明電界効果型トランジスタの一実施形態のゲート配線の平面図である。
【図１１】本発明電界効果型トランジスタの一実施形態の隔壁パターンを示す平面図である。
【図１２】本発明電界効果型トランジスタの一実施形態のインクジェットによる電極描画パターンを示す平面図である。
【図１３】本発明電界効果型トランジスタの一実施形態のインクジェットによる有機半導体層パターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  支持基板
２  ゲート電極
３  絶縁層
４  隔壁
５  ソース電極
６  ドレイン電極
７  （有機）半導体層
８  チャネル領域
９  ＯＦＦ電流
１０  インクジェットヘッド
１１  インク滴
１２  ゲート線
１３  Ｃｓ線
１４  ドレイン電極接続部
１５  ソース線
１６  ペンタセン
【図１】
2005142474.tif 000008
【図２】
2005142474.tif 000009
【図３】
2005142474.tif 000010
【図４】
2005142474.tif 000011
【図５】
2005142474.tif 000012
【図６】
2005142474.tif 000013
【図７】
2005142474.tif 000014
【図８】
2005142474.tif 000015
【図９】
2005142474.tif 000016
【図１０】
2005142474.tif 000017
【図１１】
2005142474.tif 000018
【図１２】
2005142474.tif 000019
【図１３】
2005142474.tif 000020