(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、
かつアルキル基で置換されていない前記ヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有する
有機トランジスタに用いる有機絶縁膜。
【請求項２】
前記ヒドロキシル基を置換するアルキル基の炭素鎖が５以上１８以下である
請求項１記載の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜。
【請求項３】
前記ヒドロキシル基のうち、置換されていないヒドロキシル基同士が架橋されている
請求項１記載の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜。
【請求項４】
前記架橋反応は、エーテル結合反応、ペプチド結合反応、脱水縮合反応、エステル結合反応、アルドール反応、有機金属を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、金属錯体を利用した配位結合を形成する反応、炭素鎖形成反応を利用した配位結合を形成する反応、ディールス・アルダー反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、グリニヤール反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、フリーデルクラフツ反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、ウイッティヒ反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、もしくは同一もしくは異なる複数の分子間を共有結合または配位結合によって結合する反応を利用して２分子以上の分子鎖を結合させた結合を形成する反応により架橋されている
請求項３記載の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜。
【請求項５】
前記置換されていないヒドロキシル基同士が、ポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）により架橋されている
請求項３記載の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜。
【請求項６】
ゲート絶縁膜を介してゲート電極とチャネル領域とが形成され、前記チャネル領域の両側にソース・ドレイン領域が形成された有機トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁膜は、
ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、
かつアルキル基で置換されていない前記ヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有する
有機トランジスタ。
【請求項７】
ゲート絶縁膜を介してゲート電極とチャネル領域とが形成され、前記チャネル領域の両側にソース・ドレイン領域が形成された有機トランジスタの製造方法において、
前記ゲート絶縁膜の形成工程は、
ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、
かつアルキル基で置換されていない前記ヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有する有機絶縁膜を少なくとも形成する
有機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、有機トランジスタに用いる有機絶縁膜、および有機トランジスタとその製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
現在、多くの電子機器に用いられているＭＯＳ型電界効果トランジスタは、非常に高価な半導体製造装置が使用されており、製造コストを改善できる余地がある。そこで、近年スピンコート、印刷技術、スプレー法などの真空状態を用いないプロセスにより形成が可能といわれている有機半導体材料を用いた研究開発が注目を集めている。電子機器の低コスト化や軽量化を目指し、有機半導体材料を用いた有機トランジスタアレイを作製する技術が盛んに研究されている。
【０００３】
トランジスタの性能としては、映像デバイスをはじめ、多くの電子機器に組み込まれることが要求されているため、高速動作が必要である。例えば、映像信号を随時必要なデータに変換し、さらにＯｎ／Ｏｆｆのスイッチング動作を高速で行えるトランジスタが必要とされている。すなわち、有機トランジスタの有機半導体膜としては高い移動度が要求される。ゲート絶縁膜の表面エネルギーが有機半導体膜の結晶性に与える影響は大きい。例えば、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低いほうが、その表面に接触して形成される有機半導体膜の結晶性は高められる。例えば有機半導体膜にペンタセンを用いた有機トランジスタでは、表面処理や撥水性の高いゲート絶縁膜材料を用いることで、高い移動度を示す有機トランジスタを実現している（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
したがって、高い移動度を得るためには、良好な有機半導体膜の形成が行えるゲート絶縁膜材料の開発が必須課題となっている。また同時に、有機トランジスタはディスプレイのバックプレーン応用が考えられていることから、ゲート絶縁膜には、高集積化に適しているボトムコンタクト構造プロセスに対応できることが求められる。すなわち、ゲート絶縁膜を形成した後にリソグラフィプロセスが行えることが求められている。そのためには、有機溶媒に耐性を有するゲート絶縁膜の開発も必要となっている。
【０００５】
【非特許文献１】S.Jang, J.Park, S.Kang, and J.Choi著  「Synthesis and Application of New PVP as OTFT Gate Insulator for SAM-Like Interfacial Effects」  ＳＩＤ’０５，Ｐ２４９−２５１（２００５年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、有機トランジスタのゲート絶縁膜の表面エネルギーが有機半導体膜の結晶性に与える影響が大きいため、すなわち有機トランジスタの移動度に与える影響が大きいため、ゲート絶縁膜表面の撥水性を高めることが必要である点である。
【０００７】
本発明は、ゲート絶縁膜の撥水性を高めることを可能にする。それによって、移動度の高い有機トランジスタを実現することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る本発明の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜は、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項１に係る本発明の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜では、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有することから、有機絶縁膜の表面エネルギーが低減される。
【００１０】
請求項６に係る本発明の有機トランジスタは、ゲート絶縁膜を介してゲート電極とチャネル領域とが形成され、前記チャネル領域の両側にソース・ドレイン領域が形成された有機トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る本発明の有機トランジスタでは、ゲート絶縁膜が、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有することから、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低減される。
【００１２】
請求項７に係る本発明の有機トランジスタの製造方法は、ゲート絶縁膜を介してゲート電極とチャネル領域とが形成され、前記チャネル領域の両側にソース・ドレイン領域が形成された有機トランジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁膜の形成工程は、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有する有機絶縁膜を少なくとも形成することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る本発明の有機トランジスタの製造方法では、ゲート絶縁膜が、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がアルキル基で置換されており、かつアルキル基で置換されていないヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有する有機絶縁膜を少なくとも形成することから、表面エネルギーが低減されたゲート絶縁膜が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る本発明によれば、有機絶縁膜の表面エネルギーが低減されるため、有機絶縁膜上に有機半導体膜を形成するような場合、有機半導体膜のマイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜を形成することが可能になるという利点がある。
【００１５】
請求項６に係る本発明によれば、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低減されるため、ゲート絶縁膜上に有機半導体膜を形成するような場合、有機半導体膜のマイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜を形成することが可能になる。よって、移動度の高い有機トランジスタを実現することが可能になるという利点がある。
【００１６】
請求項７に係る本発明によれば、表面エネルギーを低減したゲート絶縁膜の形成が可能になるため、ゲート絶縁膜に接触して形成されるチャネル領域となる有機半導体膜は、マイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜となる。よって、移動度の高い有機トランジスタを実現することが可能になるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜の一実施の形態（実施例）を説明する。
【００１８】
本発明の有機トランジスタに用いる有機絶縁膜は、下記化学式（５）の構造を有する有機絶縁膜からなる。ここで、化学式（５）のＲ１はＣＯＯ、ＮＨ2およびＯのうちの少なくとも一つを有するものであり、Ｒ２はアルキル基からなる。Ｒ２のアルキル基は直鎖上でも枝分かれ状でも良く、飽和でも不飽和でも良い。また直鎖中もしくは枝分かれとしてベンゼン環を含んでいても良く炭素-炭素結合による直鎖構造でなくても良い（途中でエーテル結合などを有していても良い）、また置換基を有していても良い。また撥水性を高めるために炭素骨格に結合している水素のいくつかをフッ素などの撥水性の高い別の元素に換えたものでも良い。たとえばパーフルオロアルキル基から成るものはより高い撥水性を有することが予測される。
【００１９】
【化５】
0005217317.tif 000002
【００２０】
また、上記有機絶縁膜は、上記化学式（５）において化学式（６）の構造を有するものであってもよい。この化学式（６）においても、上記化学式（５）と同様に、Ｒ１はＣＯＯ、ＮＨ2およびＯのうちの少なくとも一つを有するものであり、Ｒ２はアルキル基からなる。このアルキル基は、例えばパーフルオロアルキル基などでもよい。
【００２１】
【化６】
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【００２２】
上記化学式（５）は、一例として、化学式（７）に示すポリビニールフェノール（ＰＶＰ）のヒドロキシル基（ＯＨ基）の一部がアルキル基で置換されていて、かつアルキル基で置換されていない上記ヒドロキシル基の一部もしくは全てが架橋されている構造を有している。この場合、上記ヒドロキシル基を置換するアルキル基の炭素鎖が５以上１８以下である。化学式（８）は、上記ヒドロキシル基を置換するアルキル基の炭素鎖が５のＰＶＰである。また、上記架橋とは、分子を何らかの方法で反応させ、新しい結合をつくり、３次元（もしくは２次元）の網状（平面状）構造を結合させることである。反応は、同じ構造を持つ分子同士が、ある条件のもとに分子の一部同士を結合させることで分子同士が互いに結合し、上記網状（平面状）構造を形成する場合や、架橋剤として別の分子を介在させて結合する場合がある。本発明における架橋形式はどのような架橋形式であってもかまわない。
【００２３】
【化７】
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【００２４】
【化８】
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【００２５】
例えば、炭素鎖を有していれば炭素鎖を有していない場合より有機絶縁膜表面の撥水性は向上する。例えば、水上に、炭素鎖数の異なるＰＶＰ液滴を滴下し、上記水に対する接触角を測定した。その結果を、図１に示す。なお、図１に示す各写真では、写真中央の線より上部が液滴であり、下部はその液滴が水面に写っているものである。
【００２６】
図１（１）に示すように、炭素鎖が０のＰＶＰ（図面中、ＰＶＰ０と記す）では接触角が５１．３度であった。図１（２）に示すように、炭素鎖が５のＰＶＰ（図面中、ＰＶＰ５と記す）では接触角が８６．７度であった。図１（３）に示すように、炭素鎖が８のＰＶＰ（図面中、ＰＶＰ８と記す）では接触角が９２．１度であった。図１（４）に示すように、炭素鎖が１８のＰＶＰ（図面中、ＰＶＰ１８と記す）では接触角が９９．９度であった。このように、炭素鎖が５以上のＰＶＰであれば、十分な接触角を有することがわかる。このことは、炭素鎖が５以上のＰＶＰ表面の表面エネルギーは十分に小さくなっていることがわかる。また、炭素鎖は１８程度で十分である。それよいも多くても、接触角の向上はわずかである。したがって、ＰＶＰにおける炭素鎖は、５以上１８以下、より好ましくは８以上１８以下となる。このように、ＰＶＰのヒドロキシル基を置換するアルキル基の炭素鎖長を長くすることで表面エネルギーの小さい、有機絶縁膜を実現することができる。
【００２７】
また、上記ヒドロキシル基のうち、置換されていないヒドロキシル基同士は架橋されている。この架橋反応は、例えばエーテル結合反応となっている。例えば、ヒドロキシル基同士は、ポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）により架橋されている。
【００２８】
上記架橋反応は、エーテル結合反応の他に、一例として、ペプチド結合反応、脱水縮合反応、エステル結合反応、アルドール反応、有機金属を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、金属錯体を利用した配位結合を形成する反応、鎖形成反応を利用した配位結合を形成する反応、ディールス・アルダー反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、グリニヤール反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、フリーデルクラフツ反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、ウイッティヒ反応を利用した炭素−炭素結合を形成する反応、もしくは同一もしくは異なる複数の分子間を共有結合または配位結合によって結合する反応を利用して２分子以上の分子鎖を結合させた結合を形成する反応であってもよい。
【００２９】
上記有機絶縁膜は、Ｒ１はＣＯＯ、ＮＨ2およびＯのうちの少なくとも一つであり、Ｒ２はアルキル基から成る前記化学式（１）の構造を有することから、有機絶縁膜の表面エネルギーが低減される。このため、有機絶縁膜上に有機半導体膜を形成するような場合、有機半導体膜のマイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜を形成することが可能になるという利点がある。
【００３０】
次に、上記有機絶絶縁膜の製造方法を、図２〜図３を参照して説明する。
【００３１】
この有機絶縁膜の製造方法は、一例として、ポリビニールフェノール（以下、ＰＶＰという）のヒドロキシル基の一部をペンチル基で置換する工程と、ＰＶＰのペンチル基で置換されていないヒドロキシル基の一部を架橋する工程を有する。なお、この製造方法は、以下に示す例に限定されるものではない。
【００３２】
図２に示すように、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド：有機溶媒）にＰＶＰ、Ｃ5Ｈ11Ｂｒ、Ｋ2ＣＯ3を混入し、無水環境下で、攪拌する。このとき９０℃に加熱しておくことで、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基をペンチル基で置換する反応を促進することができる。攪拌は２４ｈ以上行うことがのぞましい。また、［Ｃ5Ｈ11Ｂｒのモル数］／［ＰＶＰのヒドロキシル基のモル数］＜１を満足するようにＰＶＰ、Ｃ5Ｈ11Ｂｒの質量を選択することで、ヒドロキシル基が全てペンチル基に置換されることはなく、後の工程でヒドロキシル基同士を架橋することができる。より好ましくは［Ｃ5Ｈ11Ｂｒのモル数］／［ＰＶＰのヒドロキシル基のモル数］＝０．５である。
【００３３】
続いて、分液工程（１）で、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン（tetrahydrofuran））、Ｈ2Ｏ、酢酸エチルを混入し、分液にて副生成物であるＫＢｒ、Ｈ2ＣＯ3を取り除く。ＴＨＦを混入することで、目的の生成物であるペンチル基置換したＰＶＰを安定に溶かすことができ、合成反応で生成した塩が溶解した水溶液と、ペンチル基置換したＰＶＰが溶解した有機溶媒を分液しやすくなる。
【００３４】
続いて、分液工程（２）で、上記で得られたペンチル基置換したＰＶＰが溶解した有機溶媒に、Ｈ2Ｏと塩酸を加える。前記でＰＶＰのヒドロキシル基が一度、Ｋ塩化されるが、本工程によりヒドロキシル基に戻すことができる。なお、塩酸の濃度は例えば３％のものを使用することができる。その後、分液をおこないＨ2Ｏを取り除く。
【００３５】
続いて、分液工程（３）で、分液をおこないＨ2Ｏを取り除いた上記溶媒に、再度Ｈ2Ｏを加え、分液によりＨ2Ｏを除去する。これにより、残留しているＨＣｌを除去し、ペンチル基置換したＰＶＰが溶解した有機溶媒を中性にすることができる。
【００３６】
続いて、分液工程（４）で、上記ペンチル基置換したＰＶＰが溶解した中性の有機溶媒に飽和食塩水を加えて、分液をおこなうことで、不純物の少ペンチル基置換したＰＶＰが溶解した有機溶媒より不純物を取り除くことができる。
【００３７】
その後、分液工程（５）、（６）で、Ｈ2Ｏを加えて分液によりＨ2Ｏを取り除く。本工程で有機溶媒中に含有されるＮａＣｌを除去することができるが、２回以上繰り替えして行うことで、効果的に有機溶媒中よりＮａＣｌを除去することができる。
【００３８】
続いて、エバポレータにより有機溶媒を蒸発させる。その後、分液工程（７）、（８）で、ＴＨＦ、酢酸エチル、Ｈ2Ｏを加えた後、分液を行い、Ｈ2Ｏを除去することで、ペンチル基置換したＰＶＰが溶解した有機溶媒より不純物を取り除くことができる。本工程を２回以上繰り替えして行うことで、効果的に有機溶媒中より不純物を除去することができる。
【００３９】
上述の工程により、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部をペンチル基で置換したポリマーを得ることができる。
【００４０】
続いて、上述の工程で得られたポリマーを、有機溶媒に溶かし、架橋剤を混合する。このとき、ポリマーを溶かす有機溶媒としては、シクロペンタノン、ＰＧＭＥＡなどが使用できる。また、架橋剤としては、ポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）を使用することができる。
【００４１】
続いて、前項の溶液を基板上にスピンコートし、ホットプレートでベークする。このとき、ベークを１３０℃以上で行うことで、架橋反応がおこり、有機絶縁膜の有機溶媒耐性が向上する。より好ましくは、１８０℃、1時間のベークを行う。
【００４２】
上述のように、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部をペンチル基で置換し、ＰＶＰのペンチル基で置換されていないヒドロキシル基の一部を架橋することで、表面エネルギーの小さく、絶縁性に優れた有機絶縁膜を形成することができた。
【００４３】
図３（１）は、上記ペンチル基で置換する前のＰＶＰを示し、そのＰＶＰ液滴の水に対する接触角は５１．３度であった。写真中央の線より上部がＰＶＰ液滴で、線下部は水面に移っている液滴像である。一方、図３（２）は、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部をペンチル基で置換し、ＰＶＰのペンチル基で置換されていないヒドロキシル基の一部を架橋した状態であり、そのＰＶＰ液滴の水に対する接触角は８６．７度であった。この写真も上記同様に、写真中央の線より上部がＰＶＰ液滴で、線下部は水面に移っている液滴像である。
【００４４】
上述では、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部をペンチル基で置換した例示を行ったが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、ポリビールフェノールのヒドロキシル基の一部を置換するアルキル基の炭素鎖長≧１である場合も適応する。具体的には、炭素鎖長のことなるアルキルを合成材料に用いることで、ポリビニールフェノールのヒドロキシル基を炭素鎖長の異なるアルキル基で置換することができる。
【００４５】
次に、本発明の有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第１実施例）を、図４の製造工程断面図によって説明する。図４では、ゲート絶縁膜に、ポリビールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものと無機絶縁膜の積層構造を用いたものを例示する。しかし、本発明は、以下に示す例に限定されるものではない。
【００４６】
図４（１）に示すように、表面に無機絶縁膜１２を形成した基板１１を用意する。この基板１１には、例えばシリコン基板を用いることができる。このシリコン基板には、例えば、高濃度ドープされたシリコン基板を選択することで、ゲート電極の役割をはたすことができる。上記基板１１はシリコン基板に限らず、他の半導体基板を用いることもできる。また、上記無機絶縁膜１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を用いることができる。ここでは、酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる無機絶縁膜を用いたが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、その他の無機絶縁膜、ＰＶＰ（ポリビニールフェノール）、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）、Ｐｏｌｙ−ｐａｒａ−Ｘｙｌｙｌｅｎｅ（ポリパラキシリレン）、ポリイミド、ポリスチレン、シアノエチルプルラン、シロキサン系有機絶縁膜、エポキシ系有機絶縁膜、ポリオレフィン、ポリウレタン、セルロース、アクリル系有機絶縁膜、フッ素系有機絶縁膜等を用いることができる。要するに、絶縁膜であれば、有機絶縁膜でも無機絶縁膜であってもよい。
【００４７】
次に、図４（２）に示すように、上記無機絶縁膜１２上に有機絶縁膜１３を形成する。この無機絶縁膜１２と有機絶縁膜１３とがゲート絶縁膜となる。上記有機絶縁膜１３は、例えばスピンコート法により形成される。上記有機絶縁膜１３にはポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものを用いることができ、スピンコート後にベークすることで、有機絶縁膜１３における一部のヒドロキシル基が架橋され、有機溶媒に対する耐性を高めることができる。
【００４８】
次に、図４（３）に示すように、上記有機絶縁膜１３上に、リソグラフィ技術によりソース-ドレイン電極が形成される領域を開口したマスクパターン２１を形成する。このマスクパターン１は、例えばレジストで形成される。このとき、有機絶縁膜１３は架橋されているため、有機溶媒に対する耐性が高く、レジストの溶媒や、現像液で溶けることはない。
【００４９】
次に、蒸着法を用いて電界材料膜２２を成膜する。この電界材料膜２２には、例えば金（Ａｕ）を用いる。
【００５０】
そして、リフトオフによって、マスクパターン２１とともに、その上部に形成された電界材料膜２２を除去する。この結果、図４（４）に示すように、上記電極材料膜２２でソース・ドレイン電極１４、１５が形成される。このとき、有機絶縁膜１３は架橋されており、有機溶媒に対する耐性が高いため、有機絶縁膜１３が溶けることなく、リフトオフの工程を行うことができる。上記リフトオフ時には、アセトン、リムーバー、シクロペンタノン、ＩＰＡ、エタノール、水などの溶液を用いることができる。なお、ここではリフトオフによるソース・ドレインのパターニングを例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、エッチングによるソース・ドレイン電極の形成も、適応可能である。
【００５１】
次に、図４（５）に示すように、上記有機絶縁膜１３上にソース・ドレイン電極１４、１５を被覆する有機半導体膜１６を成膜する。ここでは、有機半導体材層１６の材料としてペンタセンを用いることができる。成膜レートとして、０．０１ｎｍ／ｓ〜１．０ｎｍ／ｓ、成膜温度として２０℃〜９０℃を適応することができる。このようにして、有機トランジスタ１が完成する。
【００５２】
本発明の有機絶縁膜１３表面は、ポリビニールフェノールに比べると表面エネルギーが低いため、有機絶縁膜１３表面上では、到達したペンタセン分子のマイグレーション距離が、ＰＶＰ上に比べて大きく、ペンタセン薄膜は大きなグレインを形成する。ここで、炭素鎖が５のＰＶＰ（ＰＶＰ５）を用いた本発明の有機絶縁膜１３上に形成した有機半導体膜１６の電子顕微鏡写真（図５（１）参照）と、炭素鎖が０のＰＶＰ（ＰＶＰ０）上に形成した有機半導体膜１６の電子顕微鏡写真（図５（２）参照）とを比較する。図５より明らかなように、ＰＶＰ５のほうが、マイグレーション距離の増大により、大きなグレインに成長していることがわかる。また、ＰＶＰ５を用いた有機トランジスタでは、真性移動度が０．２９０であり、ＰＶＰ０を用いた有機トランジスタでは、真性移動度が０．０９２０であった。よって、本発明の有機絶縁膜を用いた有機トランジスタでは、高い移動度を実現することができる。
【００５３】
上述のように、本発明の有機トランジスタ１では、ゲート絶縁膜として、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーを用いているため、ＰＶＰに比べて、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低く、良好なペンタセン薄膜が形成される。すなわち、集積化に適しているボトムコンタクト構造のプロセスに対応でき、かつキャリア移動度が高い有機トランジスタ１を実現することができた。
【００５４】
また、上記では、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーをゲート絶縁膜に用いたているため、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造の場合を例示した。本発明は、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部が炭素鎖長ｎ≧１のアルキル基で置換されたポリマーも同様に適応可能である。図６に示すように炭素鎖長が、５、８、１８と長くなるにつれ移動度の高いペンタセン薄膜が形成でき、高い駆動能力を有する有機トランジスタを実現することができた。
【００５５】
上記第１実施例では、ゲート絶縁膜が有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造の場合を例示した。本発明はこれに限るものではない。すなわち、本発明の有機絶縁膜は優れた絶縁特性を示すため、単層でゲート絶縁膜に用いることもできる。
【００５６】
有機絶縁膜を単層でゲート絶縁膜に用いた有機トランジスタおよびその製造方法（第２実施例）について、図７の製造工程図によって説明する。
【００５７】
図７（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１には、例えばガラス基板を用いることができる。
【００５８】
次に、図７（２）に示すように、上記基板１１上にゲート電極３１を形成する。このゲート電極３１は、例えば、蒸着法によりゲート配線材料膜を形成した後に、リソグラフィ技術とゲート配線材料膜の加工技術（例えば、エッチング、イオンミリング等）によりゲート電極３１を形成する。上記ゲート配線材料膜には、例えば金（Ａｕ）／クロム（Ｃｒ）の積層膜を用いることができる。
【００５９】
次に、図７（３）に示すように、上記基板１１上に上記ゲート電極３１を被覆するように有機絶縁膜１３を形成する。この有機絶縁膜１３がゲート絶縁膜となる。上記有機絶縁膜１３は、例えばスピンコート法により形成される。上記有機絶縁膜１３にはポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものを用いることができ、スピンコート後にベークすることで、有機絶縁膜１３における一部のヒドロキシル基が架橋され、有機溶媒に対する耐性を高めることができる。
【００６０】
次に、図７（４）に示すように、上記有機絶縁膜１３上に、リソグラフィ技術によりソース-ドレイン電極が形成される領域を開口したマスクパターン２１を形成する。このマスクパターン１は、例えばレジストで形成される。このとき、有機絶縁膜１３は架橋されているため、有機溶媒に対する耐性が高く、レジストの溶媒や、現像液で溶けることはない。
【００６１】
次に、蒸着法を用いて電界材料膜２２を成膜する。この電界材料膜２２には、例えば金（Ａｕ）を用いる。
【００６２】
そして、リフトオフによって、マスクパターン２１とともに、その上部に形成された電界材料膜２２を除去する。この結果、図７（５）に示すように、上記電極材料膜２２でソース・ドレイン電極１４、１５が形成される。このとき、有機絶縁膜１３は架橋されており、有機溶媒に対する耐性が高いため、有機絶縁膜１３が溶けることなく、リフトオフの工程を行うことができる。上記リフトオフ時には、アセトン、リムーバー、シクロペンタノン、ＩＰＡ、エタノール、水などの溶液を用いることができる。なお、ここではリフトオフによるソース・ドレインのパターニングを例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、エッチングによるソース・ドレイン電極の形成も、適応可能である。
【００６３】
次に、図７（６）に示すように、上記有機絶縁膜１３上にソース・ドレイン電極１４、１５を被覆する有機半導体膜１６を成膜する。ここでは、有機半導体材層１６の材料としてペンタセンを用いることができる。成膜レートとして、０．０１ｎｍ／ｓ〜１．０ｎｍ／ｓ、成膜温度として２０℃〜９０℃を適応することができる。このようにして、有機トランジスタ２が完成する。
【００６４】
次に、上記有機トランジスタ２の有機絶縁膜１３のリーク特性を調べた。その結果を図８に示す。図８では、ゲート絶縁膜に炭素鎖が５のＰＶＰ（ＰＶＰ５）を用いた場合と、炭素鎖が０のＰＶＰ（ＰＶＰ０）を用いた場合とを比較した。
【００６５】
図８に示すように、ゲート絶縁膜に単層の本発明の有機絶縁膜１３を用いた有機トランジスタ２のリーク電流特性が、ＰＶＰ単層の有機トランジスタよりも優れていることがわかる。
【００６６】
上記説明したように、通常のＰＶＰに比べて、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーは絶縁特性に優れているため、単層としても優れたゲート絶縁膜として機能する。また、ＰＶＰのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーを用いているため、ＰＶＰに比べて、ゲート絶縁膜の表面エネルギーが低く、良好なペンタセン薄膜が形成される。すなわち、集積化に適しているボトムコンタクト構造プロセス対応でかつ、キャリア移動度が高い有機トランジスタを実現することができた。
【００６７】
上述のように、本発明では、高集積化が可能なボトムコンタクト構造プロセスの適応が可能で、かつ駆動能力の高い有機トランジスタを実現することができる。また、本発明では、有機絶縁膜の絶縁性を向上することができる。
【００６８】
上記図４および図７では、バックゲート、バックコンタクト型の有機トランジスタおよびその製造方法を説明した。次に、バックゲート、トップコンタクト型の有機トランジスタおよびその製造方法（第３実施例）を、図９の製造工程断面図によって説明する。
【００６９】
図９（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１には、例えばガラス基板を用いることができる。次に、上記基板１１上にゲート電極３１を形成する。このゲート電極３１は、例えば、蒸着法によりゲート配線材料膜を形成した後に、リソグラフィ技術とゲート配線材料膜の加工技術（例えば、エッチング、イオンミリング等）によりゲート電極３１を形成する。上記ゲート配線材料膜には、例えば金（Ａｕ）／クロム（Ｃｒ）の積層膜を用いることができる。
【００７０】
次に、図９（２）に示すように、上記基板１１上に上記ゲート電極３１を被覆するように有機絶縁膜１３を形成する。この有機絶縁膜１３がゲート絶縁膜となる。上記有機絶縁膜１３は、例えばスピンコート法により形成される。上記有機絶縁膜１３にはポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものを用いることができ、スピンコート後にベークすることで、有機絶縁膜１３における一部のヒドロキシル基が架橋され、有機溶媒に対する耐性を高めることができる。
【００７１】
次に、図９（３）に示すように、上記有機絶縁膜１３上に有機半導体膜１６を成膜する。ここでは、有機半導体材層１６の材料としてペンタセンを用いることができる。成膜レートとして、０．０１ｎｍ／ｓ〜１．０ｎｍ／ｓ、成膜温度として２０℃〜９０℃を適応することができる。
【００７２】
次に、図９（４）に示すように、上記ゲート電極３１の両側上方で、上記有機半導体膜１６上にソース・ドレイン電極１４、１５を形成する。このソース・ドレイン電極１４、１５の形成方法は、前記図７の方法と同様な、リフトオフ法を用いることができる。したがって、有機絶縁膜１３は架橋されており、有機溶媒に対する耐性が高いため、有機絶縁膜１３が溶けることなく、リフトオフの工程を行うことができる。上記リフトオフ時には、アセトン、リムーバー、シクロペンタノン、ＩＰＡ、エタノール、水などの溶液を用いることができる。なお、ここではリフトオフによるソース・ドレインのパターニングを例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、エッチングによるソース・ドレイン電極の形成も、適応可能である。このようにして、有機トランジスタ３が形成される。
【００７３】
次に、トップゲート、バックコンタクト型の有機トランジスタおよびその製造方法（第４実施例）を、図１０の製造工程断面図によって説明する。
【００７４】
図１０（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１には、例えばガラス基板を用いることができる。上記基板１１上に、ソース・ドレイン電極１４、１５を形成する。このソース・ドレイン電極１４、１５の形成方法は、前記図７の方法と同様な、リフトオフ法を用いることができる。
【００７５】
次に、図１０（２）に示すように、上記基板１１上に上記ソース・ドレイン電極１４、１５を被覆するように有機半導体膜１６を形成する。ここでは、有機半導体材層１６の材料としてペンタセンを用いることができる。成膜レートとして、０．０１ｎｍ／ｓ〜１．０ｎｍ／ｓ、成膜温度として２０℃〜９０℃を適応することができる。
【００７６】
次に、図１０（３）に示すように、上記有機半導体膜１６上に有機絶縁膜１３を成膜する。上記有機絶縁膜１３は、例えばスピンコート法により形成される。上記有機絶縁膜１３にはポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものを用いることができ、スピンコート後にベークすることで、有機絶縁膜１３における一部のヒドロキシル基が架橋され、有機溶媒に対する耐性を高めることができる。
【００７７】
次に、図１０（４）に示すように、上記ソース・ドレイン電極１４、１５間上方で上記有機絶縁膜１３上にゲート電極３１を形成する。このゲート電極３１の形成方法は、前記図７の方法と同様な方法を用いることができる。このようにして、有機トランジスタ４が形成される。
【００７８】
次に、トップゲート、トップコンタクト型の有機トランジスタおよびその製造方法（第５実施例）を、図１１の製造工程断面図によって説明する。
【００７９】
図１１（１）に示すように、基板１１を用意する。この基板１１には、例えばガラス基板を用いることができる。上記基板１１上に、有機半導体膜１６を形成する。ここでは、有機半導体材層１６の材料としてペンタセンを用いることができる。成膜レートとして、０．０１ｎｍ／ｓ〜１．０ｎｍ／ｓ、成膜温度として２０℃〜９０℃を適応することができる。
【００８０】
次に、図１１（２）に示すように、上記有機半導体膜１６上にソース・ドレイン電極１４、１５を形成する。このソース・ドレイン電極１４、１５の形成方法は、前記図７の方法と同様な、リフトオフ法を用いることができる。
【００８１】
次に、図１１（３）に示すように、上記有機半導体膜１６上に上記ソース・ドレイン電極１４、１５を被覆するように有機絶縁膜１３を形成する。この有機絶縁膜１３は、例えばスピンコート法により形成される。上記有機絶縁膜１３にはポリビニールフェノールのヒドロキシル基の一部がペンチル基で置換されたポリマーに架橋剤であるポリメラミンコフォルムアルデヒド（ＰＭｃＦ）が添加されたものを用いることができ、スピンコート後にベークすることで、有機絶縁膜１３における一部のヒドロキシル基が架橋され、有機溶媒に対する耐性を高めることができる。
【００８２】
次に、図１１（４）に示すように、上記ソース・ドレイン電極１４、１５間上方で上記有機絶縁膜１３上にゲート電極３１を形成する。このゲート電極３１の形成方法は、前記図７の方法と同様な方法を用いることができる。このようにして、有機トランジスタ５が形成される。
【００８３】
本発明の有機トランジスタ１〜５では、ゲート絶縁膜に用いた有機絶縁膜１３が、Ｒ１はＣＯＯ、ＮＨ2およびＯのうちの少なくとも一つであり、Ｒ２はアルキル基から成る前記化学式（３）の構造を有する本発明の有機絶縁膜であることから、有機絶縁膜１３の表面エネルギーが低減される。このため、有機絶縁膜１３上に形成される有機半導体膜１６のマイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜１６を形成することが可能になる。よって、移動度の高い有機トランジスタ１〜５を実現することが可能になるという利点がある。
【００８４】
また本発明の有機トランジスタの製造方法では、ゲート絶縁膜に、本発明の有機絶縁膜１３用いることから、表面エネルギーが低減されたゲート絶縁膜を形成することができる。このため、ゲート絶縁膜となる有機絶縁膜１３上に有機半導体膜１６を形成すると、この有機半導体膜１６のマイグレーション距離が増大されるので、移動度の高い有機半導体膜１６を形成することができる。よって、移動度の高い有機トランジスタ１〜５を実現することが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】炭素鎖数の異なるＰＶＰ液滴の写真を示した図面である。
【図２】有機絶絶縁膜の製造方法を示したフローチャートである。
【図３】ペンチル基での置換前後のＰＶＰ液滴の写真を示した図面である。
【図４】有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第１実施例）を示した製造工程断面図である。
【図５】有機絶縁膜上に形成した有機半導体膜の電子顕微鏡写真を示した図面である。
【図６】有機絶縁膜の炭素鎖長と有機トランジスタの移動度の関係を示した図面である。
【図７】有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第２実施例）を示した製造工程断面図である。
【図８】有機トランジスタの有機絶縁膜のリーク特性を示した図面である。
【図９】有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第３実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１０】有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第４実施例）を示した製造工程断面図である。
【図１１】有機トランジスタおよびその製造方法の一実施の形態（第５実施例）を示した製造工程断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…有機トランジスタ、１３…有機絶縁膜
【図２】
0005217317.tif 000006
【図４】
0005217317.tif 000007
【図６】
0005217317.tif 000008
【図７】
0005217317.tif 000009
【図８】
0005217317.tif 000010
【図９】
0005217317.tif 000011
【図１０】
0005217317.tif 000012
【図１１】
0005217317.tif 000013
【図１】
0005217317.tif 000014
【図３】
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【図５】
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