(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上にゲート電極を付設し、ゲート電極上に順次ゲート絶縁層、有機半導体層、第２の絶縁層を形成し、レーザーアブレーションによって、第２の絶縁層を貫通し、有機半導体層に接する２つのスルーホールを形成し、該スルーホールを介して、有機半導体層に接合するようにソース電極及びドレイン電極を形成す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】
前記第２の絶縁層が水系塗布により形成され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】
前記第２の絶縁層が親水性ポリマーを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、該電極上に有機半導体層を形成し、レーザーアブレーションによって、該有機半導体層を貫通し、前記第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、ゲート絶縁層上に更にゲート電極を付設す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５】
支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に絶縁層を形成し、レーザーアブレーションによって、少なくとも絶縁層を貫通して、それぞれ第一の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、順次、有機半導体層、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設す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６】
支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に順次、絶縁層、有機半導体層を形成し、レーザーアブレーションによって、少なくとも絶縁層及び有機半導体層を貫通する、第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを設けた後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設す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７】
電極材料溶液または分散液を、インクジェットを用いて、前記スルーホールに吐出して、パターニングされた前記ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする請求項１〜６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。
【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の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。
【０００３】
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
【０００４】
ここでＴＦＴ素子は、通常、ガラス基板上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このＴＦＴを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。
【０００５】
近年、従来のＴＦＴ素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴ素子の研究開発が盛んに進められている。この有機ＴＦＴ素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。
【０００６】
この有機ＴＦＴ技術における重要な要件として、チャネルの高精度パターニングがあげられる。上記特許及び特開平１０−１９０００１号、特開２０００−３０７１７２等においてはチャネル部分の成型に高精度なフォトリソグラフィーが必要で、パターニング形成がしにくく、その為に製造工程が煩雑となり、工程にも多大な設備が要求されコストが高くなってしまう。本発明は、より簡便に高精度パターン化を可能とするものであり、これらの問題を大幅に改善するものである。
【０００７】
また、有機薄膜トランジスタとして、例えば、ＷＯ０１／４７０４３にはオールポリマー型有機ＴＦＴ技術が開示されている。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、素子のキャリア移動度が低く、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。
【０００８】
また、有機半導体層の形成後に引き続く工程、例えば、パターニングのための光感応性樹脂材料の塗設工程や、光感応性樹脂層の現像工程において、工程で使用される塗布溶媒や現像液成分などの影響により、トランジスタとしての特性が低下してしまうという課題を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
煩雑な製造工程を経ることなく高精度のパターニングを低コストで行うことができ、キャリア移動度が高く、ゲート電圧が低下でき、スイッチングＯＮ状態での電流値が高い、従って電流のＯＮ／ＯＦＦ値が高い、駆動周波数が高い有機薄膜トランジスタを得ることにあり、また、製造工程でのトランジスタの特性の低下を抑えることのできる有機薄膜トランジスタの製造方法を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は以下（１）〜（７）の手段により達成される。
（１）支持体上にゲート電極を付設し、ゲート電極上に順次ゲート絶縁層、有機半導体層、第２の絶縁層を形成し、レーザーアブレーションによって、第２の絶縁層を貫通し、有機半導体層に接する２つのスルーホールを形成し、該スルーホールを介して、有機半導体層に接合するようにソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
（２）前記第２の絶縁層が水系塗布により形成されることを特徴とする前記（１）に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
（３）前記第２の絶縁層が親水性ポリマーを含むことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
（４）支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、該電極上に有機半導体層を形成し、レーザーアブレーションによって、該有機半導体層を貫通し、前記第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、ゲート絶縁層上に更にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
（５）支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に絶縁層を形成し、レーザーアブレーションによって、少なくとも絶縁層を貫通して、それぞれ第一の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、順次、有機半導体層、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
（６）支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に順次、絶縁層、有機半導体層を形成し、レーザーアブレーションによって、少なくとも絶縁層及び有機半導体層を貫通する、第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを設けた後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
（７）電極材料溶液または分散液を、インクジェットを用いて、前記スルーホールに吐出して、パターニングされた前記ソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする前記（１）〜（６）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。
なお、以下１〜１４は参考とする手段である。
【００１１】
１．ソース電極、ドレイン電極が、少なくとも絶縁層に形成され、有機半導体チャネルに接するスルーホール部分から形成された有機薄膜トランジスタ。
【００１２】
２．支持体上に、ゲート電極と、ゲート電極上に順次付設されたゲート絶縁層、有機半導体層、第２の絶縁層と、第２の絶縁層を貫通する２つのスルーホールを介して、有機半導体層にそれぞれ接合するソース電極、ドレイン電極からなる有機薄膜トランジスタ。
【００１３】
３．前記第２の絶縁層が感光性樹脂からなる前記２に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１４】
４．前記第２の絶縁層が水系塗布により形成されたものである前記２または３に記載の有機薄膜トランジスタ。
【００１５】
５．支持体上に、第１の電極及び第２の電極、それらの上に付設された有機半導体層と、有機半導体層を貫通する２つのスルーホールと、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するソース電極及びドレイン電極と、該構成物上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極からなる有機薄膜トランジスタ。
【００１６】
６．支持体上に、第１の電極及び第２の電極、それらの上に形成された絶縁層と、少なくとも絶縁層を貫通する２つのスルーホールと、該スルーホールを介して、第１の電極、第２の電極それぞれに接合するソース電極及びドレイン電極と、該構成物上に順次、形成された有機半導体層及びゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極からなる有機薄膜トランジスタ。
【００１７】
７．支持体上に、第１の電極及び第２の電極、それらの上に順次形成された絶縁層、有機半導体層と、少なくとも絶縁層及び有機半導体層を貫通する２つのスルーホールと、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するソース電極及びドレイン電極と、該構成物上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極からなる有機薄膜トランジスタ。
【００１８】
８．支持体上にゲート電極を付設し、ゲート電極上に順次ゲート絶縁層、有機半導体層、第２の絶縁層を形成し、第２の絶縁層を貫通し、有機半導体層に接する２つのスルーホールを形成し、該スルーホールを介して、有機半導体層に接合するようにソース電極、ドレイン電極を形成することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００１９】
９．前記第２の絶縁層が感光性樹脂から形成されることを特徴とする前記６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２０】
１０．前記第２の絶縁層が水系塗布により形成されることを特徴とする前記８、９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２１】
１１．支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、該電極上に有機半導体層を形成し、有機半導体層を貫通する、前記第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上にゲート絶縁層を形成した後、ゲート絶縁層上に更にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２２】
１２．支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に絶縁層を形成し、少なくとも絶縁層を貫通して、それぞれ第一の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを形成した後、該スルーホールを介して、第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、順次、有機半導体層、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２３】
１３．支持体上に、第１の電極及び第２の電極を付設し、それらの上に順次、絶縁層、有機半導体層を形成し、少なくとも絶縁層及び有機半導体層を貫通する、第１の電極及び第２の電極に接する２つのスルーホールを設けた後、該スルーホールを介して、有機半導体層及び第１の電極、第２の電極それぞれに接合するように、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ソース電極及びドレイン電極上に更に、ゲート絶縁層を形成し、ゲート絶縁層上にゲート電極を付設することを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【００２４】
１４．電極材料溶液または分散液を、インクジェットを用いて、スルーホール部分に吐出し、パターニングすることを特徴とする前記８〜１３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。
【００２５】
以下、本発明を以下の実施の形態により具体的に説明する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の有機半導体材料を活性半導体層として用いた有機薄膜トランジスタ及びその製造方法について図１〜３を参照しながら以下に説明する。
【００２７】
図１に本発明のボトムゲート型の有機薄膜トランジスタ構成例及びその製造工程を示す。
【００２８】
図１の（ａ）には、製造される有機薄膜トランジスタの構成例が示されている。即ち、支持体１上にゲート電極Ｇが付設され、その上にゲート絶縁層２、有機半導体層３、有機半導体層に接して付設されたソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄ、更に、保護膜であると同時に、ソース、ドレイン電極と有機半導体層の界面障壁を安定させる第２の絶縁層４から構成されている。
【００２９】
図１の（ｂ）は支持体上にゲート電極Ｇを付設した状態を示す。支持体１は後述する様にガラス、又、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフレキシブルな樹脂製シートで構成されてもよい。
【００３０】
ゲート電極は、後述するが、白金、金、銀、ニッケル等の導電性材料で形成され、電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて導電性薄膜を形成し、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いてパターニングする方法で得ることが出来る。又、導電性微粒子分散液等を印刷法、又インクジェット法等により印刷・パターニングしてもよい。
【００３１】
ゲート電極パターンを形成後、ゲート絶縁層となる誘電体層を塗設する。図１の（ｃ）がゲート電極Ｇが付設された支持体にゲート絶縁層２を形成した状態を示す。
【００３２】
ゲート絶縁層としては、比誘電率の高い無機酸化物皮膜、特に、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム等の皮膜を前記ゲート電極パターンの上に塗設する。無機酸化物皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのいわゆる気相堆積法といわれるドライプロセスや、いわゆるゾルゲル法を用いるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ダイコート法などの塗布による方法や印刷、インクジェットなどのパターニング方法等ウェットプロセスが挙げられる。特に好ましいのは、大気圧プラズマ法とゾルゲル法を用いた塗布による方法である。絶縁層の膜厚としては、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
【００３３】
また絶縁層に用いる絶縁膜として、ポリイミド、ポリアミド等、又、光硬化性樹脂等の有機化合物皮膜を用いることもできる。有機化合物皮膜の場合には、塗布等のウェットプロセスでの形成が好ましい。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できる。
【００３４】
次いで、図１の（ｄ）に示したように、形成したゲート絶縁層２の上に、有機半導体層３を塗設する。
【００３５】
有機半導体としてはポリピロール、ポリチオフェン等のπ共役系材料が用いられ、やはり真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の気相堆積法やプラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、或いはスプレーコート法、スピンコート法等の塗布法やＬＢ法等によりこれら有機半導体薄膜が形成される。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できる塗布法が好まれる。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。
【００３６】
有機半導体薄膜を形成した後、図１の（ｅ）に示されるように、更に第２の絶縁層４が設けられる。
【００３７】
第２の絶縁層は、第１の絶縁層と同様の材料やプロセスを用いることができるが、プロセスによる有機半導体層へのダメージを抑制するため、水系塗布により得られる塗膜とすることが好ましい。具体的には、親水性ポリマーを含む塗膜であり、水を５０％以上、好ましくは８０％以上を含有する溶媒を用いた塗布液により形成する。親水性ポリマーは、水または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール類や各種界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を持つポリマーであり、例として、ポリビニルアルコールや、ＨＥＭＡ・アクリル酸・アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。
【００３８】
本発明において、第２の絶縁層は、光透過率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１％以下である。これにより、有機半導体層の光によ
る特性の劣化を抑えることができる。
【００３９】
本明細書でいう光透過率とは有機半導体層に光発生キャリアを発生させることのできる波長域における平均透過率を示す。一般的に３５０〜７５０ｎｍの光に対して遮光する性能を有していることが好ましい。
【００４０】
層の光透過率を下げるためには、層中に顔料や染料等の色材や紫外線吸収剤を含有させるといった手法を用いることができる。
【００４１】
次が、ソース、ドレイン電極を形成するためのスルーホールを形成する工程である。図１の（ｆ）に第２の絶縁層４を貫通して有機半導体層に達するスルーホールＴが形成された状態を示している。
【００４２】
スルーホールの形成は、有機溶剤や酸、アルカリの溶液など、溶解可能なエッチング液をインクジェットで吐出させ、溶解、洗浄する方法、一般的なフォトリソ法、例えばレジストパターンを形成した後、露出部分を溶解、洗浄する方法、やはりレジスト形成後、プラズマエッチング等ドライエッチングによる方法、エキシマーレーザーによるアブレーション等によってスルーホールを形成する方法等をもちいることができる。また、第２の絶縁層に後述する光感応性樹脂層を用いても良い。特にレーザー感光性の材料を用いる方法が、フレキシブルな支持体ロールを用い、これを支持体として、前記ゲート絶縁層や有機半導体層が積層された場合には、支持体を搬送しながら、連続的にスルーホールを効率よく形成できるため好ましい。
【００４３】
光感応性樹脂層としては、ポジ型、ネガ型の公知の材料を用いることができるが、レーザで露光が行えるレーザ感光性の材料を用いることが好ましい。このような光感応性樹脂材料として、（１）特開平１１−２７１９６９号、特開２００１−１１７２１９、特開平１１−３１１８５９号、同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）である。
【００４４】
フォトリソグラフ法では、この後にソース電極及びドレイン電極の材料として金属微粒子含有分散体又は導電性ポリマーを用いてパターニングし、必要に応じて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。
【００４５】
光感応性樹脂の塗布溶液を形成する溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、アセトン、シクロヘキサノン、トリクロロエチレン、メチルエチルケトン等が挙げられる。これら溶媒は、単独であるいは２種以上混合して使用する。
【００４６】
光感応性樹脂層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。
【００４７】
光感応性樹脂層が形成されたら、光感応性樹脂層にパターニング露光を行う。パターニング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。
【００４８】
次に、露光された光感応性樹脂層を現像する。光感応性樹脂の現像に用いられる現像液としては、水系アルカリ現像液が好適である。水系アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、第三リン酸ナトリウム等のアルカリ金属塩の水溶液や、アンモニア、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、１，８−ジアザビシクロ−［５，４，０］−７−ウンデセン、１，５−ジアザビシクロ−［４，３，０］−５−ノナン等のアルカリ性化合物を溶解した水溶液を挙げることが出来る。本発明におけるアルカリ性化合物のアルカリ現像液中における濃度は、通常１〜１０質量％、好ましくは２〜５質量％である。
【００４９】
現像液には、必要に応じアニオン性界面活性剤、両性界面活性剤やアルコール等の有機溶剤を加えることができる。有機溶剤としては、プロピレングリコール、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ベンジルアルコール、ｎ−プロピルアルコール等が有用である。
【００５０】
本発明においては、光感応性樹脂層にはアブレーション層をもちいてもよい。
本発明に用いられるアブレーション層は、エネルギー光吸収剤、バインダー樹脂および必要に応じて添加される各種添加剤から構成することができる。
【００５１】
エネルギー光吸収剤は、照射するエネルギー光を吸収する各種の有機および無機材料が使用可能であり、たとえばレーザー光源を赤外線レーザーとした場合、赤外線を吸収する顔料、色素、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、グラファイト、カーボンブラック、チタンブラック、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等を主成分とするメタル磁性粉末等の強磁性金属粉末などを用いることができ、中でも、カーボンブラック、シアニン系などの色素、Ｆｅ系強磁性金属粉末が好ましい。エネルギー光吸収剤の含有量は、アブレーション層形成成分の３０〜９５質量％程度、好ましくは４０〜８０質量％である。
【００５２】
アブレーション層のバインダー樹脂は、前記エネルギー光吸収剤微粒子を十分に保持できるものであれば、特に制限無く用いることができ、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。バインダー樹脂の含有量は、アブレーション層形成成分５〜７０質量％程度、好ましくは２０〜６０質量％である。
【００５３】
本明細書でいうアブレーション層とは、高密度エネルギー光の照射によりアブレートする層を指し、ここで言うアブレートとは、物理的或いは化学的変化によりアブレーション層が完全に飛散する、一部が破壊される或いは飛散する、隣接する層との界面近傍のみに物理的或いは化学的変化が起こるという現象を含む。
このアブレートを利用してレジスト像を形成し、電極を形成させる。
【００５４】
高密度エネルギー光は、アブレートを発生させる活性光であれば特に制限はなく用いることができる。露光方法としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるフラッシュ露光を、フォトマスクを介して行ってもよいし、レーザー光等を収束させ走査露光を行っても良い。レーザー１ビーム当たりの出力は２０〜２００ｍＷである赤外線レーザー、特に半導体レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度としては、好ましくは５０〜５００ｍＪ／ｃｍ2、更に好ましくは１００〜３００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００５５】
上記光感応性樹脂層は、好ましくは、水系塗布可能な材料を用いる。そのようなフォトレジスト材料の例としては、特開平７−１０４４７０号、同７−３１９１６０号、特開平８−３２８２４９号、特開平９−３２５４８２号、特開平８−１２８０６号、特公昭６３−４１９２３号、特開平５−１１４４２号、特開平７−２４４３７４号、同７−３１１３０９号、同７−３１１４６０号が挙げられる。
【００５６】
スルーホールＴは、少なくとも第２の絶縁層４を貫通し有機半導体層３と接して形成されていればよいが、図１の（ａ）に示すように有機半導体層３を貫通させない構成、好ましくは有機半導体層３の表層でソース電極およびドレイン電極と接触させる構成が、接触抵抗を低減させられる点で好ましい。
【００５７】
図１の（ａ）が形成したスルーホールに電極材料を埋め込み、それぞれソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを形成した有機薄膜トランジスタの構成を示す。
【００５８】
電極材料としては、有機半導体層３との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましく、詳しくは後述するが、導電性ポリマーの溶液または分散液、分散ペースト、或いは金属微粒子（例えば金、銀、銅、プラチナなどの数ｎｍから数十μｍの粒子）の分散液、ペーストを用い、連続噴射式あるいはピエゾ素子などを利用したオンデマンド式のインクジェット法、スクリーン印刷法、平版印刷法など任意のパターニング法で形成することができる。
【００５９】
電極の形成に制約はなく、公知の導電性ポリマーや金属で形成する。或いは公知のフォトリソグラフ、リフトオフ法などでパターニングしてもよい。
【００６０】
又、図２の（ａ）及び（ｂ）に前記スルーホール５形成時に穿孔の深さを変えて形成した同じボトムゲート型の有機薄膜トランジスタの構成例を示した。ソース電極、ドレイン電極は、有機半導体との接触がとれればよいので、（ａ）は第２の絶縁層４、有機半導体層３を貫通し、ゲート絶縁層２に達したところでスルーホール形成を止めたものであり、（ｂ）は有機半導体層３中で止めたものである。スルーホール穿孔の深さを変えるにはエキシマレーザのエネルギー、照射時間等を調整し行う。
【００６１】
この様にして、ゲート電極Ｇ形成後に、好ましくは簡便な塗布法等により順次ゲート絶縁層２、有機半導体層３、第２の絶縁層４を形成した後、第２の絶縁層からゲート絶縁層に達するスルーホールＴを形成することにより高精度のパターニングを行うことができる。
【００６２】
次に、図３に本発明の方法によるトップゲート型の構成を有する有機薄膜トランジスタの構成例及びその製造工程を示す。
【００６３】
図３の（ａ）が形成された薄膜トランジスタの構成を示してそり、図３の（ｂ）〜（ｆ）にその製造工程を示している。
【００６４】
図３の（ｂ）は、最初の工程である、支持体上に、ソース電極、ドレイン電極となるの第１の電極Ｓ′及び第２の電極Ｄ′を形成した状態を示している。
【００６５】
ゲート電極と同様に、蒸着やスパッタリング等の方法を用い公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いてパターニングする方法で白金、金、銀、ニッケル等の導電性材料からななる電極パターンを形成する。
【００６６】
次いで、図３の（ｃ）に示すように、第１の電極Ｓ′、第２の電極Ｄ′の各電極パターン上に一様に有機半導体層３を、ポリチオフェン等のπ共役系材料から選ばれる有機半導体の溶液をもちいて、例えば、塗布法により形成する。形成する膜厚はやはり、１０〜３００ｎｍが好ましい。
【００６７】
有機半導体層３形成後、前記、第１の電極Ｓ′及び第２の電極Ｄ′に接する様にスルーホールＴを有機半導体層に形成する。これを図３の（ｄ）に示した。
【００６８】
スルーホールＴは支持体に達して形成されていてもよく（図３の（ｄ）の如く）、又、支持体まで達しなくても、前記第１の電極Ｓ′、第２の電極Ｄ′と接する深さがあればスルーホールの底面が有機半導体層中に止まっていてもよい。
【００６９】
スルーホールＴを形成後、スルーホール中に例えば、金属微粒子（例えば金、銀、銅、プラチナなどの数ｎｍから数十μｍの粒子）の分散液、ペースト等の、前記第１の電極Ｓ′及び第２の電極Ｄ′と導通する導電性材料を埋め込むことで、ソース電極Ｓ、及び、ドレイン電極Ｄとなるよう構成する。これを図３の（ｅ）に示した。導電性材料としてはドーピング等で導電率を向上させたポリチオフェン等の公知の導電性ポリマーを含むインク等を用いてもよく、印刷法により形成するのが好ましい。
【００７０】
予めスルーホールを形成してあるために、パターン精度のよい方法となる。該電極は最初に支持体上に形成した第１及び第２の各電極（Ｓ′、Ｄ′）との導通がとれており、一体となってソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを構成する。
【００７１】
次いで、形成したソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄ上に、例えば、比誘電率の高い無機酸化物皮膜、特に、酸化ケイ素等の誘電体膜を蒸着法等、或いは、ゾルゲル法を用いてスピンコートする等の方法により、ゲート絶縁層２を形成する（図３の（ｆ））。絶縁層の膜厚としては、例えば、２００ｎｍとする。又、絶縁層の形成にはゾルゲル法の他、大気圧プラズマ法も好ましい。絶縁層として、或いは、ポリイミド等の有機化合物樹脂皮膜等を用いてもよい。
【００７２】
ゲート絶縁層形成後、ゲート絶縁層２上に、ゲート電極Ｇをパターニング形成することで、図３の（ａ）に示すような有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が構成される。
【００７３】
又、更に、図４に別のトップゲート型の構成を有する有機薄膜トランジスタの構成例及びその製造工程を示す。図４の（ａ）は有機薄膜トランジスタの構成を示している。
【００７４】
支持体上に電極を形成する工程は前記図３の（ｂ）と同じである。次いで、図４の（ｂ）に示すように、第１の電極Ｓ′、第２の電極Ｄ′パターン上に第１の絶縁層４を形成する。比誘電率の高い無機酸化物皮膜、特に、酸化ケイ素等の誘電体膜を絶縁層として形成する。絶縁層として例えば、有機化合物樹脂皮膜を形成し、これにラビング等の処理を行い、該絶縁層の上に形成する有機半導体層の配向膜としての役割をもたせることも有利である。
【００７５】
更に、絶縁層４形成後、図４の（ｃ）に示すように、エキシマレーザにより穿孔処理を行い、最初に形成した第１の電極Ｓ′、第２の電極Ｄ′にそれぞれ接するように絶縁層４を貫通するスルーホールＴを形成する。
【００７６】
スルーホール形成後、前記と同様に導電性材料を、それぞれのスルーホールに埋め込み、第一の電極Ｓ′及び第２の電極Ｄ′とそれぞれ接合するソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄをそれぞれ形成する（図４の（ｄ））。
【００７７】
次いで、該絶縁層上に、有機半導体層３を形成し、図４の（ｅ）の構成とする。
【００７８】
こうして形成したソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄ上に、ゲート絶縁層２を付設し（図４の（ｆ））、更にゲート電極Ｇを付設することで図４の（ａ）に示したトップゲート型有機薄膜トランジスタが構成される。
【００７９】
又、図５にスルーホール５形成の深さ及び穿孔のタイミングを変えて形成したトップゲート型有機薄膜トランジスタの構成例の幾つかを示した。
【００８０】
これらトップゲート型の有機薄膜トランジスタは、最初に支持体上に形成したソース、ドレイン電極とは別の形状でゲート絶縁層を介しゲート電極と対向させることができ、薄膜トランジスタの形成上電極の形状を加工でき都合がよい。
【００８１】
本発明において、有機半導体材料としては、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、ポリチエニレンビニレンなどのポリチエニレンビニレン類、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、ポリフエニレンスルフィド、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できる。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できる。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���られる。
【００８２】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チエニレンビニレン、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であるオリゴマー若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。
【００８３】
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できる。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・無機混成材料等も用いることができる。
【００８４】
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。
【００８５】
前記ドーピングとは電子受容性分子（アクセプター）または電子供与性分子（ドナー）をドーパントとして該有機半導体層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、ＢＣｌ3、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できる。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+、アセチルコリンなどをあげることができる。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、固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できる。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できる。後者の方法では、有機半導体材料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、有機半導体材料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できる。またスパッタリング法で薄膜を作製する場合、有機半導体材料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できる。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。
【００８６】
これら有機半導体の薄膜の作成法としては、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、ディップコート法、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、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体材料の溶液をもちいて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好ましい。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。一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましく、２０〜１００ｎｍがより好ましい。
【００８７】
本発明の有機薄膜トランジスタに用いられる支持体は、ガラスやフレキシブルな樹脂製シートで構成され、例えばプラスチックフィルムをシートとして用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、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。このように、プラスチックフィルムを用いることで、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できるとともに、可撓性を有し、衝撃に対する耐性を向上できる。
【００８８】
また本発明の表示素子上には透明保護層を設けることも可能であり、例えば反射防止層等の機能膜を形成可能である。
【００８９】
有機薄膜トランジスタ中の、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極における電極材料としては、導電性材料で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、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、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯおよび炭素が好ましい。
【００９０】
あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、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なども好適に用いられる。
【００９１】
ソース電極、ドレイン電極は、上に挙げた導電性材料の中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００９２】
電極の形成方法としては、上記を原料として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。
【００９３】
これらのうち、最も好ましいのは、電極材料の溶液または分散液を、インクジェットを用いて、スルーホール部分に吐出し、パターニングする方法である。
【００９４】
有機半導体層との障壁を低減し接触抵抗を下げるため、電極として特に好ましいのは、導電性ポリマーあるいは金や白金などの貴金属類である。貴金属を用いた場合には、特開２０００−２３９８５３、特開２００１−２５４１８５、特開平１１−８０６４７号に記載された金属の超微粒子分散物をインクジェットなどで電極パターン状に形成した後、溶媒を乾燥させ、さらに１００℃〜３００℃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のが好ましい。
【００９５】
本発明においては、薄膜トランジスタの構成について説明しているが、ＴＦＴシートの場合、ＴＦＴシート全体として構成したときの信号線、走査線、表示電極の材料、形成方法などについても上記と同様にして形成することができる。
【００９６】
本発明の有機薄膜トランジスタ素子のゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、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。
【００９７】
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、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００９８】
絶縁層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、ディップコート法、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、材料に応じて使用できる。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。
【００９９】
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法については以下にように説明される。
【０１００】
上記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号、特開平１１−６１４０６号、特開２０００−１４７２０９号、同２０００−１２１８０４号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、生産効率の高い方法で形成することができる。
【０１０１】
また絶縁層に用いる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等を用いることもできる。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。
【０１０２】
又、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できる。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。
【０１０３】
各層の組成物の塗布方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレイコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることが出来、連続塗布または薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いられる。
【０１０４】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明するが本発明はこれにより限定されない。
【０１０５】
（実施例１）
図６に作成した有機薄膜トランジスタの構成及び作成の工程の一部を示した。
【０１０６】
表面に厚さ２００ｎｍのアルミニウム層が蒸着された、厚さ約１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いて、公知のフォトリソグラフ法により幅３０μｍのゲート電極Ｇを形成した。
【０１０７】
その上に大気圧プラズマ法により厚さ２００ｎｍのゲート絶縁層２として酸化ケイ素皮膜を形成した。尚、酸化珪素膜は特開２０００−８０１８２に記載の装置を用い、反応性ガスとしては、アルゴン（９８．２体積％）、テトラメトキシシラン（０．３体積％）、水素ガス（１．５体積％）の混合ガスを用いた。
【０１０８】
その後、よく精製したポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ製）のクロロホルム溶液を前記酸化ケイ素皮膜上に塗工し、１５０℃にてクロロホルムを充分に乾燥させ、厚さ３０ｎｍの有機半導体層３を形成した。さらに、ノボラック樹脂のエチレングリコールモノメチルエーテル溶液を塗布し、１２０℃で１０分処理することにより、厚さ５μｍの第２の絶縁層４を形成した。
【０１０９】
次にＫｒＦエキシマーレーザーにより、第２の絶縁層４をアブレーションさせ図６（ａ）に示すように加工した。斜線で表される部分がレーザー加工面を表し、加工面にはスルーホールＴが形成された。尚レーザー加工によるスルーホールの幅は２０μｍ、２つのスルーホール間距離は１０μｍとした。このとき、第２の絶縁層４を貫通させ、有機半導体層の表層が露出する条件にレーザーパワーを調整した。
【０１１０】
次いで、市販の導電性ポリマー（バイエル社製Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ；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、水分散物１質量％）をピエゾ方式のインクジェットを用いて、エキシマーレーザーによる加工面に吐出させた。図６の（ｂ）にインク液滴がスルーホールに吐出されたところを示す。Ｉが吐出された導電性ポリマーのインク液滴である。（吐出された導電性ポリマーの水分散物は、撥水性の第２の絶縁層表面に広がらない。つまり、ソース、ドレイン電極がショートすることなく安定して形成される）
さらに１２０℃１０分で乾燥させることで、ソース、ドレイン電極を形成し有機薄膜トランジスタとした。
【０１１１】
この有機薄膜トランジスタは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．０８ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１１２】
（実施例２）
図３に示す構成に従って有機薄膜トランジスタを形成した。表面に厚さ２００ｎｍのアルミニウム層が蒸着された、厚さ約１００μｍのポリイミドフィルムを準備した。公知のフォトリソグラフ法でアルミニウム層をパターニングし、約３０μｍのギャップを隔てて第１の電極Ｓ′と第２の電極Ｄ′を形成した。それらの上によく精製したポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ製）のクロロホルム溶液を塗工し、１５０℃にてクロロホルムを充分に乾燥させることで、厚さ３０ｎｍの有機半導体層３を形成した。次にＫｒＦエキシマーレーザーにより、有機半導体層３および第１の電極Ｓ′の一部、第２の電極Ｄ′の一部をアブレーションさせ、図３の（ｄ）に示したように二つのスルーホールＴを形成した。電極及びスルーホールのパターン化のイメージは図６と同様である。
【０１１３】
次に特開２０００−２３９８５３に示される金の超微粒子分散物（水分散物）をインクジェットでスルーホール上に吐出し、乾燥し、２５０℃で１０分熱処理することで金の薄膜からなるソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを形成した。そのうえに実施例１と同様に、大気圧プラズマ法により厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素皮膜をゲート絶縁層２として形成し、市販の銀の導電性ペーストを印刷することにより、幅３０μｍのゲート電極Ｇを形成した。図３に示した構成を有するトップゲート型の有機薄膜トランジスタが得られた。
【０１１４】
この有機薄膜トランジスタは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．０３ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１１５】
（実施例３）
図４に示す構成に従って有機薄膜トランジスタを形成した。厚さ約１００μｍのＰＥＳフィルムの表面に、特開２０００−２３９８５３に示される銅の超微粒子分散物（水分散物）をインクジェットで吐出し、約３０μｍのギャップを隔てて第１の電極Ｓ′と第２の電極Ｄ′を形成した。そのうえに実施例１と同様に、大気圧プラズマ法により厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素皮膜を絶縁層４として形成し、次に、ＫｒＦエキシマーレーザーにより、絶縁層４、および第１の電極Ｓ′の一部、第２の電極Ｄ′の一部をアブレーションさせ、図４の（ｄ）のように二つのスルーホールＴを形成した。
【０１１６】
次に実施例２と同様に金の超微粒子分散物（水分散物）をインクジェットでスルーホールＴ上に吐出し、乾燥し、２５０℃で１０分熱処理することで金の薄膜からなるソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄを形成した。このとき第１の電極Ｓ′、第２の電極Ｄ′においても熱処理により導電性が発現する。
【０１１７】
次に、よく精製したポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ製）のクロロホルム溶液を絶縁層４上に塗工し、１５０℃にてクロロホルムを充分に乾燥させることで、厚さ３０ｎｍの有機半導体層３を形成した。さらに、大気圧プラズマ法により厚さ３００ｎｍのアルミナ皮膜をゲート絶縁層２として形成し、市販の銀の導電性ペーストを印刷することにより、幅３０μｍのゲート電極を形成した。図４に示した構成を有するトップゲート型有機薄膜トランジスタが得られた。
【０１１８】
この有機薄膜トランジスタは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．０５ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１１９】
（参考例４）
比抵抗０．０１Ω・ｃｍのｎ型Ｓｉウェハに厚さ２０００Åの熱酸化膜を形成した後、昇華精製したペンタセンを蒸着し、厚さ５０ｎｍの有機半導体層を形成した。有機半導体層上に、下記の組成液Ａを、アプリケーターを用いて塗布、乾燥し、感光性の絶縁層（厚さ２μｍ、光透過率０．５％）を形成した。
【０１２０】
〈組成液Ａ〉
黒色系顔料としてカーボンブラック（三菱化成社製、商品名「ＭＡ１００」）２０質量部、界面活性剤としてＨＬＢ値１７のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（第一工業製薬社製、商品名「ノイゲンＥＡ１７７」）５質量部および水７５質量部を混合し、サンドミルにて分散した。この分散物を１００質量部、ポリ２−ヒドロキシエチルメタクリレート（平均重合度６００）の１０質量％水溶液を５０質量部、架橋剤としてｐ−ジアゾジフェニルアミン１質量部、界面活性剤としてＨＬＢ値４のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（第一工業製薬社製、商品名「ノイゲンＥＡ３３」）を０．１質量部、混合して、組成液Ａを得た。
【０１２１】
マスクを介して水銀灯光を照射した後、水を用いて現像し、未露光部の絶縁層を除去した。この除去部分に、バイエル社製Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ；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（水分散物１質量％）を、ピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１２０℃にて３分間の熱処理を行い、ソース、ドレイン電極を形成した。
【０１２２】
以上の方法によりチャネル幅Ｗ＝３ｍｍ、チャネル長Ｌ＝２０μｍの有機薄膜トランジスタを作成した。
【０１２３】
この有機薄膜トランジスタは、Ｓｉウェハをゲート電極として駆動させると、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．７ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１２４】
（比較例１）参考例４の比較
参考例４のペンタセン蒸着膜の上に、金を蒸着した後、フォトリソグラフ法により、金をエッチングして、ソース電極およびドレイン電極を形成した。この素子はＦＥＴとして駆動しなかった。
【０１２５】
（実施例５）
厚さ１５０μｍのＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルム上に、スパッタ法により、厚さ３００ｎｍ、幅３００μｍのアルミニウム皮膜を成膜し、ゲート電極材料とした。次に３０質量％硫酸水溶液中で、２分間、３０Ｖの低電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが１２０ｎｍになるように陽極酸化処理を行った。さらに、１気圧、１００℃の飽和した蒸気チャンバーの中で、蒸気封孔処理を施した後、大気圧プラズマ法により、厚さ３０ｎｍの酸化ケイ素皮膜を形成した。よく精製した、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ社製）のクロロホルム溶液を調製し、Ｎ2ガス雰囲気中で、前記酸化ケイ素皮膜の表面にアプリケーターを用いて塗布し、室温で乾燥させた後、５０℃、３０分間の熱処理を施した。このときポリ（３−ヘキシルチオフェン）の膜厚は５０ｎｍであった。さらに、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）膜の表面に、下記組成液Ｂを、アプリケーターを用いて塗布、乾燥し、感光性の絶縁層（厚さ０．４μｍ、光透過率１％）を形成した。
【０１２６】
〈組成液Ｂ〉
カーボンブラック２０質量部、界面活性剤としてＨＬＢ値１７のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（第一工業製薬社製、商品名「ノイゲンＥＡ１７７」）５質量部、ポリビニルアルコール３０質量部および水７５質量部を混合し、サンドミルにて分散し、組成液Ｂを得た。
【０１２７】
次に、発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザーで４００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度でソース電極、ドレイン電極のパターンを露光すると、露光部分の感光性絶縁層がアブレートした。
【０１２８】
露光部分に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製  Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ）をピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させると、ソース、ドレイン電極が形成された。さらに形成されたソース、ドレイン電極上に、金微粒子（平均粒径１５ｎｍ）のトルエン分散液を、ピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、２００℃にて１５分間の熱処理を行い、ソース、ドレイン電極に接合させた。各電極は、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）から成る厚さ２０ｎｍの層の上に、厚さ３００ｎｍの金微粒子の融着層が積層されている。
【０１２９】
この有機薄膜トランジスタは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．０９ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１３０】
（実施例６）
第２の絶縁層を以下のようにかえた以外は実施例５と同様に、カーボンブラック２０質量部、ノボラック樹脂５０ｇ、エチレングリコールモノメチルエーテル１００ｇを混合し、サンドミルにて分散した組成液Ｃを塗布し、１２０℃で１０分処理することにより、厚さ０．２μｍの第２の絶縁層４を形成した。
【０１３１】
この有機薄膜トランジスタは、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．０２ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１３２】
（比較例２）
厚さ１５０μｍのＰＥＳフィルム上に、感光性ポリイミドを塗布し、フォトレジスト法により、幅２０μｍ、厚さ０．３μｍのポリイミド皮膜を形成した。１００℃５分の熱処理後、ポリイミド皮膜の両端に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の錯体の水分散液（バイエル製  Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ）をピエゾ方式のインクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させると、ソース、ドレイン電極が形成された。
よく精製した、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）のｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ体（アルドリッチ社製）のクロロホルム溶液を調製し、Ｎ2ガス雰囲気中で、前記酸化ケイ素皮膜の表面にアプリケーターを用いて塗布し、室温で乾燥させた後、５０℃、３０分間の熱処理を施した。このときポリ（３−ヘキシルチオフェン）の膜厚は５０ｎｍであった。
【０１３３】
さらに上述した大気圧プラズマ法により、厚さ２００ｎｍの酸化ケイ素層を設けた後、前述のＢａｙｔｒｏｎ  Ｐを、インクジェットを用いて吐出し、乾燥した後、窒素ガス雰囲気中、１００℃で乾燥させ、ゲート電極を形成した。
飽和領域におけるキャリア移動度を測定したところ、０．００２ｃｍ2／Ｖｓであった。
【０１３４】
本発明に従って形成された有機薄膜トランジスタは、従来の方法によって形成されたものよりも、塗布等を用いて、効率よく、単純なプロセスでパターニング形成できるので、その為に製造工程にも多大な設備必要なく効率的に低コストで高精度パターン化が可能である。
【０１３５】
又、塗布法等簡便な方法により有機半導体層等の構成層を形成するにも拘わらず、電極パターン形成の精度がよいため、素子全体として構成したときにバラツキが少ない。
【０１３６】
【発明の効果】
キャリア移動度が高く、電流のＯＮ／ＯＦＦ値が高い、スイッチング機能の良好な有機薄膜トランジスタ、又、高精度のパターニングが、煩雑な工程を経ることなく低コストで行え、製造工程でのトランジスタの特性の低下を抑えることのできる有機薄膜トランジスタの製造方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ボトムゲート型の有機薄膜トランジスタ構成例及びその製造工程を示す。
【図２】ボトムゲート型の有機薄膜トランジスタの構成例を示す図である。
【図３】トップゲート型の構成を有する有機薄膜トランジスタの構成例及びその製造工程を示す図である。
【図４】トップゲート型の構成を有する有機薄膜トランジスタの構成例及びその製造工程を示す図である。
【図５】トップゲート型有機薄膜トランジスタの幾つかの構成例を示す図である。
【図６】有機薄膜トランジスタの構成及び作成の工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
１  支持体
２  ゲート絶縁層
３  有機半導体層
４  絶縁層
Ｇ  ゲート電極
Ｓ  ソース電極
Ｄ  ドレイン電極
Ｔ  スルーホール
【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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