(57)【要約】  有機薄膜トランジスタは、有機薄膜トランジスタは、互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、ソース電極及びドレイン電極の間の有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタであって、有機半導体層とゲート電極との間におけるゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを有する。ゲート絶縁膜はインプリンティング法により成膜される。
2007114254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、前記ソース電極及びドレイン電極の間の前記有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタであって、前記有機半導体層とゲート電極との間における前記ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記ゲート絶縁膜は前記スペーサの高さよりも小なる平均粒径を有する誘電体のナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は前記誘電体のナノ粒子を分散させる高分子を含み、前記高分子は少なくとも熱又は光照射により変成する硬化又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記スペーサの高さは、前記誘電体のナノ粒子の粒径の２倍以上、好ましくは１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項５】
前記スペーサ及び前記誘電体のナノ粒子は、３以上好ましくは１０以上の比誘電率を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項６】
前記スペーサは前記誘電体のナノ粒子の平均粒径よりも大なる平均粒径を有する第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜における前記第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体の密度は、前記誘電体のナノ粒子の密度と比較して１００万分の１以上１０分の１以下であることを特徴とする請求項６記載の有機薄膜トランジスタ。
【請求項８】
互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、前記ソース電極及びドレイン電極の間の前記有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に互いに分離したソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極の対向端部及びその近傍上に前記有機半導体層を形成する工程と、を含み、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記有機半導体層とゲート電極との間における前記ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを設けるとともに、インプリンティング法により、少なくとも前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面を前記スペーサの高さに規定して、前記ゲート絶縁膜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９】
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において前記有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面を滑面化するとともにパターニングを同時に行うことを特徴とする請求項８記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ゲート絶縁膜は前記スペーサの高さよりも小なる平均粒径を有する誘電体のナノ粒子を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記ゲート絶縁膜は前記誘電体のナノ粒子を分散させる高分子を含み、前記高分子は少なくとも熱又は光照射により変成する硬化又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記スペーサの高さは、前記誘電体のナノ粒子の粒径の２倍以上、好ましくは１０倍以上であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記スペーサは前記誘電体のナノ粒子の平均粒径よりも大なる平均粒径を有する第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記ゲート絶縁膜における前記第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体の密度は、前記誘電体のナノ粒子の密度と比較して１００万分の１以上１０分の１以下であることを特徴とする請求項１３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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機薄膜トランジスタの研究開発が盛んに行われており、その応用の一例として、フレキシブルディスプレイへの応用が期待されている。その中で有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を有機薄膜トランジスタでアクティブマトリクス駆動させるという研究が行われている。【０００３】
有機薄膜トランジスタのＭＯＳ構造の１つには、基板上にゲート電極を設け、ゲート電極を覆うようにその上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜の上にソース電極とドレイン電極を互いに離して設け、その後、ソース電極及びドレイン電極の間のゲート絶縁膜上に有機半導体膜を積層して構成されたボトムコンタクト型のものが知られている。【０００４】
また、有機物のメリットを最大限に活かすため、印刷技術による有機薄膜トランジスタの形成が試みられており、そのためゲート絶縁膜材料としても高分子のような溶剤に溶ける材料が検討されている。しかし、自発光素子である有機ＥＬ素子を駆動するためには、比較的大電流が必要である。そのために高誘電率の高分子ゲート絶縁膜が必要である。【０００５】
それを形成するために、シアノエチルプルランといったシアノ基含有の高誘電率の高分子や、高分子に単に誘電率の高いに金属酸化物のナノ粒子を分散させたゲート絶縁膜を塗布法により形成することが検討されている（特許文献１参照）。ナノ粒子には、少なくとも1方向の長さが５００ｎｍ未満の粒子が含まれる。【０００６】
塗布法によれば、高誘電率無機化合物を溶媒に分散した分散液を所定基板上に塗布した後、溶媒成分を揮発させることでゲート絶縁膜を形成するか或いは、シリカ前駆体などの溶解液中に高誘電率無機化合物粒子を分散させた分散液を塗布し、焼成することにより、ゲート絶縁膜を得ることができる。
【特許文献１】特開２００２−１１０９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機薄膜トランジスタにおいてゲート絶縁膜に用いるべき高誘電率の高分子材料の種類はあまり多くなく、また高分子では耐電圧性に劣るため、結果的にゲート絶縁膜の膜厚が厚くなり、高誘電率と耐電圧が相殺されるようになる。さらに高誘電率の高分子は溶剤に溶けにくく、印刷による形成は難しくなる。また、高誘電率の金属酸化物のナノ粒子を分散させた溶液を単に塗布しゲート絶縁膜を成膜する従来技術では、成膜後に表面に突き出したナノ粒子により、ゲート絶縁膜の表面が粗くなってしまい、有機薄膜トランジスタの性能が低下する問題が生じる。【０００８】
そこで本発明は、有機半導体層及びゲート絶縁膜の界面の滑面性を含む性能を改善させた有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することが一例として挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の有機薄膜トランジスタは、互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、前記ソース電極及びドレイン電極の間の前記有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタであって、前記有機半導体層とゲート電極との間における前記ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを有することを特徴とする。【００１０】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、前記ソース電極及びドレイン電極の間の前記有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に互いに分離したソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極の対向端部及びその近傍上に前記有機半導体層を形成する工程と、を含み、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記有機半導体層とゲート電極との間における前記ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを設けるとともに、インプリンティング法により、少なくとも前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面を前記スペーサの高さに規定して、前記ゲート絶縁膜を形成することを特徴とする。【００１１】
以上の構成によれば、ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを設けているので、インプリンティング法によるゲート絶縁膜の膜厚制御精度が向上する。さらに、スペーサとして、第１のナノ粒子の平均粒径より大なる平均粒径の第２のナノ粒子を分散した高分子組成物を用いることにより、ゲート絶縁膜は、インプリンティング法により表面滑面化が可能となり、かつ容易にその膜厚を制御することができる。すなわち、インプリンティング法にて作製した高分子のゲート絶縁膜は、スピンコート成膜したゲート絶縁膜ＧＩＦと比較して比誘電率は同等であるが、表面粗度が改善される。また、有機薄膜トランジスタにおいては移動度が向上し、さらに、プロセス温度が２００℃以下であり、プラスティックフィルム基板にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による実施形態の有機ＴＦＴの概略断面図である。
【図２】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ構造を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図４】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図５】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図６】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図７】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図８】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図９】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図１０】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図１１】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程における基板の部分断面図である。
【図１２】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程におけるモールドの部分断面図である。
【図１３】本発明による実施形態の有機ＴＦＴ製造方法の工程におけるモールドの部分断面図である。
【図１４】本発明による他の実施形態の有機ＴＦＴの概略断面図である。
【図１５】本発明による他の実施形態の有機ＴＦＴの概略断面図である。
【図１６】本発明による他の実施形態の有機ＴＦＴの概略断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０  基板
Ｓ  ソース電極
Ｄ  ドレイン電極
ＯＳＦ  有機半導体膜
Ｇ  ゲート電極
ＧＩＦ  ゲート絶縁膜
ＦＦ  隔壁部
ＳＬＳ  傾斜面
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施形態の有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ）及びその製造方法を図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は有機ＴＦＴの断面図を示す。
【００１６】
図１は、ボトムコンタクト型有機ＴＦＴの構造の一例を示す。有機ＴＦＴは、互いに分離して設けられた対向するソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄと、ソース電極及びドレイン電極の間にチャネルを形成できるように積層された有機半導体からなる有機半導体膜ＯＳＦと、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄの間の有機半導体膜ＯＳＦに電界を印加せしめるゲート電極Ｇと、を含み、ゲート電極Ｇを覆いソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄから絶縁するゲート絶縁膜ＧＩＦを有している。
【００１７】
図１及び図２に示すようにゲート絶縁膜ＧＩＦは高誘電率を有する誘電体のナノ粒子ＮＰとこれらを分散させる母材の高分子ＰＭとを含み、さらにスペーサＳＰを含む。本実施形態においては、スペーサＳＰはかかる小粒径のナノ粒子ＮＰの平均粒径よりも大なる平均粒径を有する第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体である。ゲート絶縁膜におけるスペーサＳＰ（第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体）の密度は、小粒径のナノ粒子ＮＰの密度と比較して１００万分の１以上１０分の１以下である。スペーサＳＰ及びナノ粒子ＮＰの材料は例えば同一の材料で構成できるが、互いに異なる材料で構成してもよい。
【００１８】
スペーサＳＰについて、ゲート絶縁膜ＧＩＦの膜厚は通常５０〜１０００ｎｍであるので、その高さ（粒径）は５０〜１０００ｎｍである。スペーサの密度が相対的に低いのでスペーサには比誘電率２以上の材料でも有効である。
【００１９】
ゲート絶縁膜ＧＩＦの膜厚を規定するスペーサの高さ（粒径）は、小粒径のナノ粒子ＮＰの平均粒径の２倍以上、好ましくは１０倍以上であることが望ましい。小粒径のナノ粒子ＮＰはスペーサＳＰの高さ（粒径）よりも小なる平均粒径を有し、その比誘電率は３以上好ましくは１０以上であることが好ましい。
【００２０】
小粒径のナノ粒子ＮＰ及びスペーサＳＰとなる大粒径のナノ粒子の形状としては、特に制限されず、球状の他に、平板状、針状、不定形などいずれであってもよい。小粒径のナノ粒子ＮＰは、一般に、その平均粒径が５００ｎｍよりも大きいと、ゲート絶縁膜ＧＩＦ中の分散（誘電率）が不均一になり得るが、１００ｎｍ以下では問題がない。誘電率が低下しない範囲の平均粒径例えば５ｎｍ以上の小粒径のナノ粒子ＮＰを使用することが望ましい。
【００２１】
ゲート絶縁膜のナノ粒子ＮＰを分散させる高分子ＰＭは熱又は光照射により変成する硬化又は熱可塑性樹脂である。
【００２２】
ナノ粒子ＮＰを高分子ＰＭ中に分散させたゲート絶縁膜ＧＩＦの形成において、インプリティング法を用いることにより、ゲート絶縁膜ＧＩＦ表面のナノ粒子による粗度増加に起因する有機ＴＦＴの性能低下を防ぐことができる。すなわち、インプリティング工程において、有機半導体層とゲート電極との間におけるゲート絶縁膜の膜厚（有機半導体層のチャネルが生成される部位の膜厚）を規定する高さを有するスペーサＳＰを設けて、ゲート絶縁膜を形成する。本実施形態においては、スペーサ（最大粒径のナノ粒子）はインプリティング工程の押圧力によって機能する。さらに、インプリティング法により有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面（後の界面）を滑面化するとともにパターニングを同時に行うことができる。なお、有機ＴＦＴはソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄとゲート絶縁膜ＧＩＦとの間に離型剤が設けられていてもよい。
【００２３】
ここでインプリンティング法とは、モールド（型）に刻み込んだ寸法が数十ｎｍ〜数百ｎｍの凹凸を、熱可塑性又は熱硬化性の樹脂などの被加工基板に押し付けてモールドの凹凸形状を転写するナノオーダーの３次元構造の成形加工技術である。インプリンティング法には、熱（Ｔｈｅｒｍａｌ）式と光硬化（ＵＶ）式とがある。転写の工程は数分で終了し、同じ形状の部品を短時間で大量に作り出せる。インプリント技術で使うモールドは通常、半導体微細加工の技術など電子線露光技術とエッチング技術を使って製作する。
【００２４】
モールドの材料として、Ｓｉなどの半導体や、金属、金属酸化物、ダイヤモンドが有効である。インプリンティングでは熱硬化樹脂又は熱可塑樹脂により加熱及び冷却を通してゲート絶縁膜をパターニングできるが、さらに、紫外線などの感光性の高分子又は感光性組成物を用いて、インプリンティングする方法も有効である。そのときのモールドとしては石英、サファイアなどの紫外線を透過するものが有効である。基板も紫外線を透過するものが有効である。
【００２５】
本実施形態のインプリティング法を用いた有機薄膜ＴＦＴ製造方法の一例を説明する。
【００２６】
図３に示すように、洗浄した基板１０上にゲート電極Ｇを形成する（ステップ１）。
【００２７】
次に、図４に示すように、基板１０及びゲート電極Ｇ上にゲート絶縁膜ＧＩＦの高分子溶液を塗布し、乾燥する（ステップ２）。このゲート絶縁膜を塗布する工程ではスピンコート法などが利用でき、所定のナノ粒子及びスペーサが含まれる高分子溶液が予め調製され、その粘度は、例えば、１ｍＰａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓに調節される。ゲート絶縁膜ＧＩＦの高分子溶液基板への塗布量は、乾燥後のゲート絶縁膜ＧＩＦの膜厚がスペーサの高さ（粒径）を超える量である。
【００２８】
つぎに、図５に示すように、微少な凹凸が形成されたモールドＭＤを用意し（ステップ３）、減圧雰囲気において、図６に示すように、ゲート絶縁膜ＧＩＦの表面に圧着し、有機半導体層のチャネルが生成される部位の表面を滑面化する（ステップ４）。
【００２９】
つぎに、図７に示すように、モールドＭＤをゲート絶縁膜ＧＩＦの表面に圧着した状態で、熱（又は光）などの輻射RADを基板１０及びモールドＭＤに供給して、一定時間保持して溶液を変性させてゲート絶縁膜ＧＩＦに写し取る（ステップ５）。
【００３０】
そして、冷却後、図８に示すように、モールドＭＤを基板１０から取り除く（ステップ６）。
【００３１】
つぎに、図９に示すように、有機半導体層のチャネルが生成される部位を含む部分以外のゲート絶縁膜ＧＩＦの不要な部分を基板１０から取り除く（ステップ７）。このようにしてゲート絶縁膜ＧＩＦを形成する。
【００３２】
つぎに、図１０に示すように、写し取られたゲート絶縁膜ＧＩＦの滑面化された表面上に亘って、互いに分離したソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄを蒸着する（ステップ８）。
【００３３】
次に、有機半導体層の液状化された材料の液滴をソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄ間の凹部に供給して、これを乾燥して有機半導体膜ＯＳＦを形成し、図１１に示すように、ＭＯＳ構造の有機ＴＦＴを形成する（ステップ９）。また、自己組織化方法により有機半導体層ＯＳＦを形成することもできる。
【００３４】
上記の有機ＴＦＴ製造方法では、図５に示すようにチャネルが生成される部位の表面（ソース電極及びドレイン電極の対向端部の間すなわち凹部）のみ周囲よりも突出した平坦部であるチャネル成型面ＣＦＳをモールドＭＤに設け、インプリティング法を用いて、チャネル成型面ＣＦＳの圧着による平滑化を達成しているが、これに加えて、図１２に示すように、チャネル成型面ＣＦＳを突出させない平坦なモールドＭＤを使用できる。この実施形態では、所定膜厚のゲート電極Ｇを基板１０上に形成してあるので、インプリンティング法にて平坦なモールドＭＤをゲート絶縁膜ＧＩＦの全面に圧着してもゲート電極Ｇ上の表面（チャネルが生成される部位）を滑面化しパターニングすることが可能である。
【００３５】
さらに加えて、図１３に示すモールドＭＤのように、突出したチャネル成型面ＣＦＳの周囲に傾斜面ＳＬＳを設けてさらに高い突出部とすることにより、モールドＭＤのより深く押圧で、ゲート絶縁膜ＧＩＦの凹部及び隔壁部ＦＦを形成することも可能である。
【００３６】
この実施形態、すなわち、モールドＭＤに突出部の傾斜面ＳＬＳを設けることにより、隔壁部ＦＦからチャネルが生成される部位へ向かう傾斜面ＳＬＳも形成することができる。モールドＭＤの傾斜面ＳＬＳにより、以下の効果がある。
【００３７】
得られたＭＯＳ構造の有機ＴＦＴにおいて、図１４に示すように、ゲート絶縁膜を介したゲート電極とソース及びドレイン電極との重なり部分ＯＬは寄生容量となり回路特性を阻害させる要因となりうる。その寄生容量を緩和するためゲート電極幅に対してソース及びドレイン電極の位置を重ならない位置（ＯＬ≒０）に合せる必要があったため（図１参照）、ゲート電極Ｇの線幅はチャネル長（ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄの対向端部OPEの間）とほぼ同一にする必要があった。このためソース−ドレイン電流を流すためチャネル長を数μｍまで短くすると、ゲート電極Ｇの配線抵抗も大きくなるという問題があった。また、ソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄ間のゲート絶縁膜ＧＩＦ上に有機半導体膜ＯＳＦを形成するために、有機半導体溶液を微量分注できかつ正確な位置に液滴を吐出することが可能なインクジェット技術が適用され得るが、細い線幅のチャネル長に、高い液滴着弾精度が求められる課題があった。
【００３８】
図１４に示すモールドの傾斜面に起因する隔壁ＦＦの存在により、その凹部rcsの傾斜面が液滴着弾サイトとして機能することになり、着弾精度向上の効果を奏する。さらに、隔壁部ＦＦの厚さを従来の塗布によるゲート絶縁膜のチャネル部膜厚よりも厚くできるので、有機ＴＦＴのゲート電極とソース及びドレイン電極との重なりに起因する寄生容量が抑制できる。よって、ゲート電極Ｇの線幅を広く確保でき低配線抵抗化への促進効果をも奏する。このように、本実施形態によれば、ゲート絶縁膜及び有機半導体層のチャネルが生成される部位の界面平滑化の達成と、寄生容量を低減しかつインクジェット液滴着弾に有効なバンク機能の達成に貢献する。よって、本実施形態の有機ＴＦＴはアクティブマトリクス駆動素子に好適である。例えば、有機ＴＦＴを使用している技術、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＩＣタグなどに好適である。
【００３９】
上記実施形態では、インプリンティング法にて表面を滑面化しパターニングするナノ粒子を含む高分子ゲート絶縁膜において、２種類以上の粒径の異なるナノ粒子を用い、その最大粒径のナノ粒子すなわちスペーサがゲート絶縁膜ＧＩＦの膜厚を規定する構成であるが、スペーサを予め基板又はゲート電極に固設しておいてもよい。例えば、図１５に示すように、基板１０上のゲート電極Ｇ上に上記所定高さの錐状のスペーサＳＰを予め設けておき、上記図４以降に示す工程を通して有機薄膜ＴＦＴを製造できる。また、図１６に示すように、ゲート電極Ｇ近傍の基板１０に上記所定高さの錐状のスペーサＳＰを予め設けておき、上記図４以降に示す工程を通して有機薄膜ＴＦＴを製造できる。図に示すような基板１０から離れるに従って先細となる錐状のスペーサＳＰの傾斜面ＳＬＳにより、モールドＭＤのチャネル成型面ＣＦＳの圧着時の小粒径のナノ粒子ＮＰの逃げを促す効果がある。
【００４０】
（基板）
基板１０はガラスの他、ＰＥＳ、ＰＣなどのプラスティック基板や、ガラスとプラスティックの貼り合わせ基板でもよく、また基板表面にアルカリバリア膜や、ガスバリア膜がコートされてもよい。プラスティック基板としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２、６−ナフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェノキシエーテル、ポリアリレート、フッ素樹脂、ポリプロピレンなどのフィルムが適用できる。
【００４１】
（有機ＴＦＴ）
ゲート絶縁膜ＧＩＦの母材の高分子として、ポリビニルフェノールとメチル化メラミンホルムアルデヒド共重合体の混合物、又は、ポリメチルメタアクリレートを用いたが、これに限定されることはなく、絶縁性であればよい。その他の例として、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド、フェノールノボラック、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、ポリクロロピレン、ポリエステル、ポリオキシメチレン、ポリサルフォン、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコールなど、ポリアクリレートなどの樹脂が使用できる。その他、熱又は光で硬化する樹脂も有効である。
【００４２】
ゲート絶縁膜ＧＩＦ中に分散する高誘電率を有する小粒径のナノ粒子ＮＰとして、例えば、Ｔａ２Ｏ５などの３以上好ましくは１０以上の比誘電率を有する高い誘電率のものを用いる。すなわち、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＭｇＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＳｒＺｒＯ３、ＣａＺｒＯ３、ＬａＴｉＯ３、ＬａＺｒＯ３、ＢｉＴｉＯ３、ＬａＰｂＴｉＯ３、Ｙ２Ｏ３などがナノ粒子に好適である。これらを２種類以上混合してもよい。
【００４３】
ゲート電極Ｇ又はソース／ドレイン電極Ｓ、Ｄとしては、例えば、Ｃｒ単独、又は、Ｃｒ／Ａｕを用いられるが、その材料は特に限定されることはなく、十分な導電性があればよい。すなわち、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの金属単体もしくは積層もしくはその化合物でもよい。また、ＩＴＯ、ＩＺＯのような金属酸化物類、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類などの共役性高分子化合物を含む有機導電材料でもよい。
【００４４】
有機半導体膜ＯＳＦの有機半導体としては、半導体特性を示す有機材料であればよく、例えば低分子系材料ではペンタセン、フタロシアニン系誘導体、ナフタロシアニン系誘導体、アゾ化合物系誘導体、ペリレン系誘導体、インジゴ系誘導体、キナクリドン系誘導体、アントラキノン類などの多環キノン系誘導体、シアニン系誘導体、フラーレン類誘導体、あるいはインドール、カルバゾール、オキサゾール、インオキサゾール、チアゾール、イミダゾール、ピラゾール、オキサアジアゾール、ピラゾリン、チアチアゾール、トリアゾールなどの含窒素環式化合物誘導体、ヒドラジン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、スチルベン類、アントラキノン、ジフェノキノンなどのキノン化合物誘導体、アントラセン、ピレン、フェナントレン、コロネンなどの多環芳香族化合物誘導体などである。高分子材料では、ポリパラフェニレンなどの芳香族系共役性高分子、ポリアセチレンなどの脂肪族系共役性高分子、ポリピノールやポリチオフェン率の複素環式共役性高分子、ポリアニリン類やポリフェニレンサルファイドなどの含ヘテロ原子共役性高分子、ポリ（フェニレンビニレン）やポリ（アニーレンビニレン）やポリ（チェニレンビニレン）などの共役性高分子の構成単位が交互に結合した構造を有する複合型共役系高分子などの炭素系共役高分子が用いられる。また、ポリシラン類やジシラニレンアリレン高分子類、（ジシラニレン）エテニレン高分子類、（ジシラニレン）エチニレン高分子類のようなジシラニレン炭素系共役性高分子構造などのオリゴシラン類と炭素系共役性構造が交互に連鎖した高分子類などが用いられる。他にもリン系、窒素系などの無機元素からなる高分子鎖でもよく、さらにフタロシアナートポリシロキサンのような高分子鎖の芳香族系配位子が配位した高分子類、ペリレンテトラカルボン酸のようなペリレン類を熱処理して縮環させた高分子類、ポリアクリロニトリルなどのシアノ基を有するポリエチレン誘導体を熱処理して得られるラダー型高分子類、さらにペロブスカイト類に有機化合物がインターカレートした複合材料を用いてもよい。
【００４５】
さらに、ソース／ドレイン電極間のゲート絶縁膜表面を自己組織化単分子膜で被覆することもできる。例えば、ＨＭＤＳ（：ヘキメチルジシラサン、（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）で処理し、それらの単分子膜を成膜することが好ましい。そのほかに、ソース／ドレイン電極間のゲート絶縁膜表面以外を、ＯＴＳ（：オクタデシルトリクロロシランＣＨ３（ＣＨ２）１７ＳｉＣｌ３）膜処理によって、疎水膜を設けた構成でも有効である。
【００４６】
形成された回路及び有機ＴＦＴを覆うように、窒化シリコンなどの窒化物の無機系、高分子系などによる膜封止がなされる。窒化酸化シリコンなどの窒化酸化物、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどの酸化物、炭化シリコンなどの炭化物からなる無機物封止膜による封止や、その他に、高分子及び無機膜の多層封止でもよい。
【実施例】
【００４７】
有機ＴＦＴでアクティブ駆動する有機ＥＬパネルを作製し、その特性を評価した。【００４８】
（実施例１）
ガラス基板上にゲート絶縁膜にゲート電極としてＣｒを成膜し、エッチングによりパターニングした。その上に、高誘電率化合物であるＴａ２Ｏ５の第１のナノ粒子の第１の粒径（平均粒径５０ｎｍ）より大なる第２の粒径（平均粒径３００ｎｍ）の第２のナノ粒子（スペーサ）と７ｗｔ％のポリビニルフェノール（Ｍｗ＝２００００）８ｗｔ％とメチル化ポリメラミン−ホルムアルデヒド共重合体（Ｍｎ＝５１１）４ｗｔ％を混合した溶液をスピンコート２０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃２分で乾燥した。次に、この膜にゲート絶縁膜のパターンを施したＳｉモールドを０．５ＭＰａの圧力で押し付け、Ｓｉモールドに２００℃に加熱し、５分で硬化した。硬化後、未硬化部分をエタノールにより超音波洗浄により除去し、ゲート絶縁膜のパターンを得た。このゲート絶縁膜の膜厚を段差計にて確認すると３００ｎｍであった。次いで、フォトリソグラフィーによりパターニングしたＡｕからなるソース電極、ドレイン電極を形成した。最後に、有機半導体層として、ペンタセンを真空蒸着により成膜し、有機ＴＦＴを作製した。【００４９】
（実施例２）
ガラス基板上に、ゲート絶縁膜にゲート電極としてＣｒを成膜し、エッチングによりパターニングした。その上に、高誘電率化合物であるＴａ２Ｏ５の第１のナノ粒子の第１の粒径（平均粒径５０ｎｍ）より大なる第２の粒径（平均粒径３００ｎｍ）の第２のナノ粒子（スペーサ）と５ｗｔ％のポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）（Ｍｗ＝９３０００）を混合した溶液をスピンコート２０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃、２分で乾燥した。次に、基板を２００℃に加熱し、この膜にゲート絶縁膜のパターンを施したＳｉモールドを０．５ＭＰａの圧力で押し付け、ゲート絶縁膜のパターンを得た。このゲート絶縁膜の膜厚を段差計にて確認すると３００ｎｍであった。次いで、酸素リアクティブイオンエッチングにより残ったＰＭＭＡを除去する。次いで、フォトリソグラフィーによりパターニングしたＡｕからなるソース電極、ドレイン電極を形成した。最後に、有機半導体層として、ペンタセンを真空蒸着により成膜し、有機ＴＦＴを作製した。【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、有機ＴＦＴ構造において、トランジスタ特性を決めるうえで重要な要素であるゲート絶縁膜の膜厚を精度良く制御することが可能となる。本発明の構成のように、膜厚制御用のナノ粒子を入れることによりインプリント時に容易にゲート絶縁膜の膜厚を制御することができるので、高分子をゲート絶縁膜として用いている有機ＴＦＴにおいて、有機ＴＦＴの性能を劣化させることなく、高誘電率のゲート絶縁膜を達成することができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月26日(2008.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分離して設けられたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極の間に介在する有機半導体層と、前記ソース電極及びドレイン電極の間の前記有機半導体層に対向してゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に互いに分離したソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極及びドレイン電極の対向端部及びその近傍上に前記有機半導体層を形成する工程と、を含み、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記有機半導体層とゲート電極との間における前記ゲート絶縁膜の膜厚を規定する高さを有するスペーサを設けるとともに、インプリンティング法により、少なくとも前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面を前記スペーサの高さに規定して、前記ゲート絶縁膜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】
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において前記有機半導体層上のチャネルが生成される部位の表面を滑面化するとともにパターニングを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ゲート絶縁膜は前記スペーサの高さよりも小なる平均粒径を有する誘電体のナノ粒子を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁膜は前記誘電体のナノ粒子を分散させる高分子を含み、前記高分子は少なくとも熱又は光照射により変成する硬化又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記スペーサの高さは、前記誘電体のナノ粒子の粒径の２倍以上、好ましくは１０倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記スペーサは前記誘電体のナノ粒子の平均粒径よりも大なる平均粒径を有する第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ゲート絶縁膜における前記第２の誘電体のナノ粒子又はナノ粒子凝集体の密度は、前記誘電体のナノ粒子の密度と比較して１００万分の１以上１０分の１以下であることを特徴とする請求項６記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【国際調査報告】
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