(57)【要約】    【課題】  チャネル長の短い有機薄膜トランジスタを容易に製造する。    【解決手段】  基板上の右側に第１の下層電極３ａを形成し、左側に第２の下層電極３ｂを形成する工程と、第１の下層電極３ａの左側端部をマスクとして、右上方から第２の下層電極３ｂに電極材料のフラックス８ａを照射し、第２の下層電極３ｂの上に第２の上層電極４ｂを堆積させる第１の成膜と、第２の下層電極３ｂの右側端部をマスクとして、左上方から第１の下層電極３ａに電極材料のフラックス８ｂを照射し、第１の上層電極４ａを堆積させる第２の成膜とを交互に行い、第１の上層電極４ａを形成し、第２の下層電極３ｂの上に第２の上層電極４ｂを形成する工程と、第１の下層電極３ａと第１の上層電極４ａから構成される電極及び第２の下層電極３ｂと第２の上層電極４ｂから構成される電極をそれぞれソース電極及びドレイン電極とする工程とを備えることを特徴としている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁膜を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上の右側に第１の下層電極を形成し、左側に第２の下層電極を形成する工程と、
前記第１の下層電極の左側端部をマスクとして、右上方から前記第２の下層電極に電極材料のフラックスを照射し、前記第２の下層電極の上に第２の上層電極を堆積させる第１の成膜と、前記第２の下層電極の右側端部をマスクとして、左上方から前記第１の下層電極に電極材料のフラックスを照射し、前記第１の下層電極の上に第１の上層電極を堆積させる第２の成膜とを交互に行い、前記第１の下層電極の上に第１の上層電極を形成し、前記第２の下層電極の上に第２の上層電極を形成する工程と、
前記第１の下層電極と前記第１の上層電極から構成される電極及び前記第２の下層電極と前記第２の上層電極から構成される電極をそれぞれ前記ソース電極及び前記ドレイン電極とし、前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の溝部に前記有機半導体膜を形成する工程とを備える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】
前記基板が、前記ゲート電極の上に前記ゲート絶縁膜を形成した基板であ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】
左右に対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁膜を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタであって、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、基板上に左右に対向して設けられた第１の下層電極及び第２の下層電極の上に第１の上層電極及び第２の上層電極をそれぞれ堆積して形成した一対の電極から構成されており、第１の上層電極及び第２の上層電極を形成することにより、電極間のチャネル長が狭小化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４】
前記基板が、前記ゲート電極の上に前記ゲート絶縁膜を形成した基板であることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【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及び有機薄膜トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、液晶表示ディスプレイなどの駆動装置として用いられているが、従来よりＴＦＴは、非晶質ケイ素や結晶質ケイ素などの無機半導体材料を用いて作製されている。しかしながら、無機半導体材料を用いてＴＦＴを形成する場合、半導体膜などの製造プロセスにおける処理温度が３５０℃を超えるため、有用な多くの基板材料を用いることができない。
【０００３】
このような無機半導体材料に代えて、有機半導体膜を用いた有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）が提案されている（特許文献１など）。有機ＴＦＴは、低温で形成することができるため、基板にプラスチック材料などを使用することができる。また、有機半導体材料として高分子材料を用いる場合には、ディッピング法、キャスト法、バーコート法、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、印刷法などにより、有機半導体膜を形成している（特許文献２、特許文献３など）。
【０００４】
このような有機ＴＦＴにおいて、その性能を向上させるためには、チャネル長を短くする必要がある。しかしながら、無機ＴＦＴと同様の微細加工を施そうとすると、より高価な材料が要求され、加工工程も複雑なものとなるため、低コストで大面積のＴＦＴが作製できるという有機ＴＦＴのメリットが損なわれてしまう。
【特許文献１】特公平７−３２２５３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４０３号公報
【特許文献３】特開２０００−２６９５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、チャネル長の短い有機ＴＦＴを容易に製造することができる有機ＴＦＴの製造方法及び有機ＴＦＴを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、左右に対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁層を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタを製造する方法であり、基板上の右側に第１の下層電極を形成し、左側に第２の下層電極を形成する工程と、第１の下層電極の左側端部をマスクとして、右上方から第２の下層電極に電極材料のフラックスを照射し、第２の下層電極の上に第２の上層電極を堆積させる第１の成膜と、第２の下層電極の右側端部をマスクとして、左上方から第１の下層電極に電極材料のフラックスを照射し、第１の下層電極の上に第１の上層電極を堆積させる第２の成膜とを交互に行い、第１の下層電極の上に第１の上層電極を形成し、第２の下層電極の上に第２の上層電極を形成する工程と、第１の下層電極と第１の上層電極から構成される電極及び第２の下層電極と第２の上層電極から構成される電極をそれぞれソース電極及びドレイン電極とし、ソース電極及びドレイン電極間の溝部に有機半導体膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明の有機薄膜トランジスタは、上記本発明の製造方法により製造することができる有機薄膜トランジスタであり、左右に対向して設けられるソース電極及びドレイン電極と、該ソース電極及びドレイン電極間に形成された溝部内に配置される有機半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体膜からなるチャネル領域にゲート絶縁層を介して接するように設けられるゲート電極とを備える有機薄膜トランジスタであり、ソース電極及びドレイン電極が、基板上に左右に対向して設けられた第１の下層電極及び第２の下層電極の上に第１の上層電極及び第２の上層電極をそれぞれ堆積して形成した一対の電極から構成されており、第１の上層電極及び第２の上層電極を形成することにより、電極間のチャネル長が狭小化されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明においては、基板上に左右に対向して第１の下層電極及び第２の下層電極を形成し、これらの上に第１の上層電極及び第２の上層電極をそれぞれ堆積して、これらをソース電極及びドレイン電極として用いている。第１の下層電極の上に第１の上層電極を形成し、第２の下層電極の上に第２の上層電極を形成しているので、ソース電極及びドレイン電極間の距離、すなわちチャネル長は、第１及び第２の下層電極間の距離よりも短くすることができる。従って、本発明によれば、チャネル長の短い有機ＴＦＴを容易に製造することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板上に左右に対向して設けられた第１の下層電極及び第２の下層電極の上に、第１の上層電極及び第２の上層電極をそれぞれ堆積して形成することにより、ソース電極及びドレイン電極を形成している。このため、フォトリソグラフィー法により形成することができるチャネル長、すなわち第１及び第２の下層電極間のチャネル長よりも、短いチャネル長の有機ＴＦＴを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１１】
図１及び図２は、本発明に従う有機ＴＦＴの製造工程の一実施例を示す断面図である。
【００１２】
図１（ａ）を参照して、ゲート電極１の上にゲート絶縁層２を形成し、これを基板として用いる。ゲート電極１は、導電性を有する材料から形成されていればよく、無機材料であっても有機材料であってもよい。無機材料としては、Ｓｉ、ＳＵＳステンレス、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）などの透明導電性金属酸化物、Ａｕなどの金属材料が挙げられる。また、有機材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸））などが挙げられる。
【００１３】
ゲート絶縁層２の材質としては、絶縁材料であればよく、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。無機材料としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5などの絶縁性金属酸化物、Ｓｉ3Ｎ4などの絶縁性窒化物などが挙げられる。有機材料としては、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）などが挙げられる。ゲート絶縁層２の形成方法は、特に限定されるものではなく、蒸着法、スパッタリング法などで形成することができる。また、塗料を塗布することにより塗膜として形成してもよい。ゲート絶縁層２の膜厚は特に限定されるものではないが、数１０〜数１０００Å程度であることが好ましい。
【００１４】
次に、図１（ｂ）に示すように、ゲート絶縁層２の上に電極薄膜３を形成する。電極薄膜３は、無機材料から形成されたものであってもよいし、有機材料から形成されたものであってもよい。無機材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ合金、Ｃａ合金、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａなどの金属またはその合金、並びにＩＴＯなどの導電性金属酸化物が挙げられる。また、有機材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどが挙げられる。電極薄膜３の厚みは、数１０〜数１０００Å程度であることが好ましい。電極薄膜３の形成方法は、特に限定されるものではなく、蒸着法、スパッタリング法、塗料の塗布などの方法により形成することができる。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、電極薄膜３の上にフォトリソグラフィー法を用いてレジスト膜５を形成し、レジスト膜５間の領域５ａをエッチングする。
【００１６】
上記エッチングにより、図２（ａ）に示すように、電極薄膜３が分離され、第１の下層電極３ａと、第２の下層電極３ｂが形成される。次に、右上方から第２の下層電極３ｂに電極材料のフラックス８ａを照射し、第２の下層電極３ｂの上に第２の上層電極４ｂを堆積させる。この第１の成膜工程と同時に、左上方から第１の下層電極３ａに電極材料のフラックス８ｂを照射し、第１の下層電極３ａの上に第１の上層電極４ａを堆積させる。この第２の成膜工程と、上記の第１の成膜工程を交互に行いながら第１の上層電極４ａと第２の上層電極４ｂを形成する。第１の成膜工程と第２の成膜工程は、パルス的に交互に行うことが好ましい。第１の成膜工程と第２の成膜工程を全く同時に行うと、フラックス８ａとフラックス８ｂとが干渉し合い、良好な薄膜を形成することができない。
【００１７】
図３は、上記の第１の成膜工程と第２の成膜工程を説明するための断面図である。図３に示すように、右上方から照射される電極材料のフラックス８ａは、第１の下層電極３ａの左側端部をマスクとして照射される。従って、図３に示す部分２ａを末端として第２の上層電極４ｂが形成される。同様に、左上方から照射される電極材料のフラックス８ｂは、第２の下層電極３ｂの右側端部をマスクとして照射される。このため、図３に示す部分２ｂを末端として第１の上層電極４ａが形成される。
【００１８】
従って、電極材料のフラックス８ａ及び８ｂの照射角度を調整することにより、図３に示す部分２ａ及び２ｂの位置を移動させることができ、第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂの末端の位置を調整することができる。従って、フラックス８ａ及びフラックス８ｂの照射角度を調整することにより、第１の上層電極４ａと第２の上層電極４ｂの間の距離、すなわちチャネル長を調整することができる。
【００１９】
図７は、電極材料のフラックスを照射するための装置を説明するための模式図である。チャンバー３０内には、イオンビームガン３１及び３２が配置されており、フラックスを照射する試料３５に対し、所定の角度でフラックス８ａ及び８ｂを照射することができるように、イオンビームガン３１及び３２が設けられている。
【００２０】
図８は、イオンビームガンの構造を説明するための模式図である。イオンビームガン３１の前方には、イオナイザー３３が設けられており、イオナイザー３３と試料３５には、加速電圧３４が印加されている。このように加速電圧３４を印加することにより、イオンビーム３１から照射されたフラックスを試料３５に向けて直進させることができる。すなわち、イオンビームガン３１からのフラックスに指向性をもたせることができる。なお、イオンビームガン３２も同様の構造を有している。
【００２１】
図７に示すように、イオンビームガン３１からのフラックス８ａの照射と、イオンビームガン３２からのフラックス８ｂの照射をパルス的に交互に行うことにより、第１の下層電極３ａ及び第２の下層電極３ｂの上に、第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂを形成することができる。第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂは、電極薄膜３と同様の材料から形成することができる。すなわち、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｇ合金、Ｃａ合金、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａなどの単体金属またはその合金、並びにＩＴＯなどの導電性金属酸化物などの無機材料、あるいはＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機材料から形成することができる。なお、第１の下層電極３ａ及び第２の下層電極３ｂと、第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂの材料は同じ材料である必要はなく、異なっていてもよい。
【００２２】
図４は、以上のようにして第１の下層電極３ａ及び第２の下層電極３ｂの上に、第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂを形成した後の状態を示す断面図である。図４に示すように、第１の上層電極４ａと第２の上層電極４ｂ間の距離Ｌ2は、第１の下層電極３ａと第２の下層電極３ｂ間の距離Ｌ1よりも短くすることができるので、チャネル長を狭小化することができる。従って、フォトリソグラフィー法で得られるチャネル長よりも短いチャネル長の有機ＴＦＴを作製することができる。
【００２３】
次に、図２（ｂ）を参照して、以上のようにして、第１の下層電極３ａ及び第２の下層電極３ｂの上に、第１の上層電極４ａ及び第２の上層電極４ｂを形成した後、第１の上層電極４ａと第２の上層電極４ｂの間の溝部６内に、有機半導体膜７を形成し、有機ＴＦＴとする。図５は、有機ＴＦＴを上から見た平面図である。
【００２４】
有機半導体膜７の材料は、特に限定されるものではなく、半導体の性質を示す有機物質であればよい。このようなものとして、具体的には、ペンタセン、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）、ポリチオフェン、ＰＴＶ（ポリチェニレンビニレン）、オリゴチオフェン、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ〔２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン〕）、ＮＴＣＤＡ（ナフタレン四無水酢酸）、ＰＴＣＤＡ（ペリレン四無水酢酸）、アントラセン、テトラセンなどが挙げられる。
【００２５】
有機半導体膜７は、塗料を塗布する方法により形成してもよいし、蒸着法、スパッタリング法などで形成してもよい。塗料を塗布する方法としては、ディッピング法、キャスト法、バーコート法、スピンコート法、スプレー法、インクジェット法、及び印刷法などの方法を用いることができる。
【００２６】
以上のように、本発明に従えば、フォトリソグラフィー法により形成される第１及び第２の下層電極３ａ及び３ｂ間の距離よりも、短いチャネル長（第１及び第２の上層電極４ａ及び４ｂ間の距離）を形成することができる。従って、従来よりも短いチャネル長の有機ＴＦＴを容易に形成することができる。
【００２７】
図１０は、飽和電圧と易動度（モビリティ）との関係を示す図である。図１０においては、チャネル長Ｌを５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、１μｍ、及び０．１μｍと変化させた場合の、飽和電圧と易動度との関係を示している。図１０から明らかなように、チャネル長Ｌを小さくすることにより、僅かな飽和電圧の変化で易動度を大きく変化させることができる。従って、チャネル長Ｌを短くすることにより、ＴＦＴ特性を高めることができる。
【００２８】
本発明の有機ＴＦＴは、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた表示装置に用いることができる。
【００２９】
図６は、本発明の有機ＴＦＴ１０と、有機ＥＬ素子２０を同一基板上に形成した一実施例を示す断面図である。図６に示すように、有機ＴＦＴ１０は、第１の下層電極３ａと第１の上層電極４ａとから形成されるドレイン電極と、第２の下層電極３ｂと第２上層電極４ｂから形成されソース電極を有しており、これらの電極はゲート絶縁層２の上に形成されている。また、ドレイン電極とソース電極間に設けられた有機半導体膜７に、ゲート絶縁層２を介して接するようにゲート電極１が設けられている。ドレイン電極中の第１の下層電極３ａは、有機ＥＬ素子２０の陽極２１に接続されている。陽極２１の上には、正孔輸送層２２及び発光層２３が形成されており、発光層２３の上に陰極２３が形成されている。なお、第１の下層電極３ａと陽極２１は一体的に形成してもよい。
【００３０】
有機ＴＦＴ１０のドレイン電極の電圧が、陽極２１に印加されることにより、有機ＥＬ素子を駆動させることができる。
【００３１】
有機ＴＦＴ１０における有機半導体膜７は、一般に正孔輸送性材料を用いて形成されるので、有機半導体膜７を形成する際に、同時に同じ材料を用いて正孔輸送層２２を形成することができる。従って、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に有機ＴＦＴを用いれば、より簡易な工程で有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００３２】
図９は、有機ＥＬ素子４０を用いた表示装置の駆動回路を示す図である。図９に示すように、有機ＥＬ素子４０の電極に、ドライバ素子４１のドレイン電極が接続されている。ドライバ素子４１のゲート電極には、スイッチング素子４２のドレイン電極が接続されており、このドレイン電極にはキャパシタ４３が接続されている。本発明の有機ＴＦＴは、このようなドライバ素子４１に用いることができ、また、スイッチング素子４２にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に従う有機薄膜トランジスタの製造工程の一実施例を示す断面図。
【図２】本発明に従う有機薄膜トランジスタの製造工程の一実施例を示す断面図。
【図３】本発明における第１の成膜工程及び第２の成膜工程を説明するための断面図。
【図４】本発明における第１の成膜工程及び第２の成膜工程を説明するための断面図。
【図５】本発明に従う有機薄膜トランジスタの一実施例の平面図。
【図６】本発明の有機薄膜トランジスタと有機エレクトロルミネッセンス素子を同一基板上に形成状態を示す断面図。
【図７】本発明における電極材料のフラックスの照射装置の一例を示す模式図。
【図８】図７に示す装置におけるイオンビームガンを説明するための模式図。
【図９】有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた表示装置に有機薄膜トランジスタ素子を用いた回路の一例を示す図。
【図１０】薄膜トランジスタの飽和電圧と易動度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ゲート電極
２…ゲート絶縁層
３…電極薄膜
３ａ…第１の下層電極
３ｂ…第２の下層電極
４ａ…第１の上層電極
４ｂ…第２の上層電極
５…レジスト
６…第１の上層電極と第２の上層電極間の溝部
７…有機半導体膜
８ａ，８ｂ…電極材料のフラックス
１０…有機薄膜トランジスタ
２０…有機エレクトロルミネッセンス素子
２１…陽極
２２…正孔輸送層
２３…発光層
２４…陰極
３１，３２…イオンビームガン
４０…有機エレクトロルミネッセンス素子
４１…ドライバ素子
４２…スイッチング素子
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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