(57)【要約】【課題】プロセス中のゲート絶縁層へのダメージを防ぐ高性能の有機トランジスタを提供する。【解決手段】基板１、一対のソース電極４とドレイン電極５、ソース電極４とドレイン電極５間に設けられる有機半導体層６、及び有機半導体層６にゲート絶縁層３を介して設けられるゲート電極２を備える有機トランジスタであって、ゲート絶縁層３は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層３ａ、及び有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層３ｂを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び前記有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を含むことを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記基板上に順に前記ゲート電極、前記有機絶縁体層、前記バリア層、及び前記有機半導体層が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項３】
前記基板上に順に前記有機半導体層、前記有機絶縁体層、前記バリア層、及び前記ゲート電極が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項４】
前記バリア層は無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって変換した無機材料を含む無機膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項５】
前記無機高分子材料はポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項４に記載された有機トランジスタ。
【請求項６】
前記バリア層は金属酸化物及び／又は金属窒化物を含む無機膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項７】
前記バリア層は、表面平均粗さが０．１〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項８】
前記バリア層は、厚さが５〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項９】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、
前記ゲート絶縁層を形成する工程は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層を形成し、前記有機絶縁層上にプロセス耐性を有するバリア層を形成することを含むことを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板上に順に前記ゲート電極、前記有機絶縁層、前記バリア層及び前記有機半導体層を形成する請求項９に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板上に順に前記有機半導体層、前記有機絶縁層、前記バリア層及び前記ゲート電極を形成する請求項９に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記バリア層は、前記有機絶縁層上に無機高分子材料を塗布し、前記無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって無機材料に変換して形成されることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記無機高分子材料がポリメタロキサン又はポリシラザンであることを特徴とする請求項１２に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記加熱処理を前記有機絶縁層の分解温度未満で行う請求項１２又は１３に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
金属酸化物及び／又は金属窒化物を含む前記バリア層を前記有機絶縁層上に真空プロセスを用いて形成することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記バリア層の表面平均粗さを０．１〜５０ｎｍで形成することを特徴とする請求項９から１５のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記バリア層の厚さを５〜７００ｎｍで形成することを特徴とする請求項９から１６のいずれか１項に記載された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、有機トランジスタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機トランジスタは、フレキシブルで塗布形成可能な有機材料を用いることが可能でありディスプレイの駆動素子やＩＣタグへの応用が期待される。ＭＯＳ−ＦＥＴ（metal
oxide semiconductor field-effect transistor）構造の有機トランジスタは、基板上にゲ
ート電極、ゲート絶縁層、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層を備え、ソース電極とドレイン電極間にゲート電極からゲート絶縁層を介して電圧を印加し、有機半導体層に流れる電流を制御する。【０００３】
また、近年、有機ＴＦＴ（thin film transistor）の研究が盛んに行われており、その応用の一例として、有機半導体自体の柔軟性及び樹脂基板の適用によっ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。有機ＴＦＴの半導体層としては、主に蒸着による成膜が多く、その中でも最も研究されているペンタセンは、移動度が１ｃｍ２／Ｖｓ以上とアモルファスシリコンと同等かそれ以上の性能を示しており、有機半導体素子としてのさらなる応用が期待されている。【０００４】
また、有機ＴＦＴのメリットを最大限に活かそうと、低コストプロセスを念頭に、印刷技術など塗布による有機ＴＦＴの形成が試みられており、高分子半導体であるポリアルキルチオフェンやペンタセン前駆体などの低分子を塗布により成膜するなどの試みがなされている。また、半導体層だけではなく、ゲート絶縁層の材料としても塗布で成膜可能な高分子といった溶剤に溶けるような材料が検討されている。【０００５】
特開２００２−１１０９９９号公報には、高分子で高誘電率のゲート絶縁層を形成するために、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材料からなるアモルファス絶縁物に、誘電率の高い金属酸化物の微粒子を分散させたゲート絶縁膜が提案されている。しかし、高誘電率の高分子材料は、一般的に体積抵抗が低い、また大きく分極しているためにキャリアが局在化してしまい、トランジスタの性能が低下し、また表面性が悪い傾向がある。【０００６】
これに対し、特開２００５−７２５６９号及び特開２００５−２６６９８号公報では、積層構造のゲート絶縁層を採用して、ゲート電極側の第１層に高誘電率の絶縁層を用い、第２層に低誘電率かつ平坦な高分子材料を用いることによって、高性能の有機トランジスタを提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ゲート絶縁層が高分子材料からなる場合、ソース電極及びドレイン電極の形成時のエッチング又はリフトオフ工程において、アルカリ現像液や酸のエッチング液などを使用する際、液に含まれるイオン成分がゲート絶縁層中に侵入することがある。また、有機半導体層を塗布で成膜するときに、有機半導体を溶解する溶媒中のイオン成分や、塗布型有機半導体材料を使用する場合では有機半導体中のイオン成分、低分子の塗布型有機半導体ではそれ自体が高分子材料からなるゲート絶縁層中へ浸透することがある。ゲート絶縁層中にイオン成分又は有機半導体材料が侵入すると、ゲート絶縁層の絶縁抵抗が劣化するという問題が生じる。このように、高分子材料からなるゲート絶縁層を用いると、プロセス中にゲート絶縁層にダメージを与えることがあるという問題が一例として挙げられる。【０００８】
この問題に対して、ＳｉＯ２のような無機材料のゲート絶縁層をスパッタ等で形成する方法があるが、ゲート絶縁層が無機材料のみからなると、フレキシブル基板とした場合に曲げたときにクラックが入るなど曲げ強度に影響するという問題が一例として挙げられる。【０００９】
そこで、本発明の目的としては、フレキシブル基板に適用可能であり、プロセス中のゲート絶縁層へのダメージを防ぐ高性能の有機トランジスタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載された発明は、基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び前記有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を含むことを特徴とする。【００１１】
請求項９に記載された発明は、基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、前記ゲート絶縁層を形成する工程は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層を形成し、前記有機絶縁層上にプロセス耐性を有するバリア層を形成することを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の有機トランジスタの一例の断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップコンタクト型の例の断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップゲート型の例の断面模式図である。
【図４】本発明の実施例１の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における例示が本発明を限定することはない。【００１４】
本発明の有機トランジスタは、基板、一対のソース電極及びドレイン電極と、このソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層と、この有機半導体層にデート絶縁層を介して設けられるゲート電極とを備える。ソース電極とドレイン電極間に電圧を印加した状態で、ゲート電極からゲート絶縁層を介して有機半導体層に電圧が印加されることで、有機半導体層にソース電極からドレイン電極へと流れる電流が形成される。【００１５】
本発明は、ゲート絶縁層が絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を備えることを特徴とする。このような構成によれば、プロセス中の有機絶縁層へのダメージを防止することができ、ゲート絶縁層の絶縁抵抗の劣化を防ぐことができる。【００１６】
すなわち、有機トランジスタにおいてゲート絶縁層には塗布形成可能でフレキシブルな材料として有機材料を含む有機絶縁層が望まれるが、プロセス中に有機絶縁層が各電極や有機半導体層に直接接すると、各電極形成時のイオン成分、また、有機半導体層の形成時の溶剤のイオン成分及び有機半導体自体が、有機絶縁層に浸透したりダメージを与える可能性がある。また、プロセス中で発生する熱や光を受けることで有機絶縁層が変質する可能性もある。これに対し、本発明のように有機絶縁層表面にバリア層が形成されていると、有機絶縁層がバリア層によって保護されるため、プロセス中の有機絶縁層へのダメージを防止することができる。【００１７】
特に、ゲート絶縁層として高誘電率の高分子材料を使用する場合では耐溶剤性に劣るが、耐溶剤性の高いバリア層を設けることで、プロセス中の溶剤などによる高分子材料のダメージを防ぐことができる。また、バリア層は後述するように塗布法で形成可能であるため、工程を簡略化することもできる。【００１８】
有機トランジスタの一例としては、図１に示すように、基板１上にゲート電極２が形成され、ゲート電極２上にゲート絶縁層３が形成され、ゲート絶縁層３上に一対のソース電極４及びドレイン電極５が互いに離れて形成され、その上にソース電極４及びドレイン電極５間の領域でゲート絶縁層３に接するように有機半導体層６が形成される。ここで、ゲート電極層３として、ゲート電極２上に有機絶縁層３ａが形成され、有機絶縁層３ａ上にバリア層３ｂが形成される。ソース電極４とドレイン電極５及び有機半導体層６の形成時に使用される溶剤などがゲート絶縁層３上で処理されるが、有機絶縁層３ａはバリア層３ｂによって保護されるため溶剤などによるダメージを防ぐことができる。また、処理中の熱や光からも有機絶縁層３ｂを保護することができる。【００１９】
有機トランジスタのトップコンタクト型の例を図２に示す。図２では、基板１上に順にゲート電極２、有機絶縁層３ａ、バリア層３ｂ、有機半導体層６が形成され、この有機半導体層６上にソース電極４とドレイン電極５が互いに離れて形成される。このような構成においては、有機半導体層６の形成時の有機絶縁層３ａへのダメージをバリア層３ｂによって防ぐことができる。【００２０】
また、有機トランジスタのトップゲート型の例を図３に示す。図３では、基板１上にソース電極４とドレイン電極５を互いに離して形成し、このソース電極４とドレイン電極５上に両電極間に介在させて有機半導体層６を形成し、この有機半導体層６上に順次有機絶縁層３ａ、バリア層３ｂ、ゲート電極２を形成する。このようにゲート絶縁層３を形成後にゲート電極２を形成する構成では、ゲート電極２の形成時の溶剤などによる有機絶縁層３ａへのダメージをバリア層３ｂによって防ぐことができる。【００２１】
ゲート絶縁層のバリア層としては、プロセス耐性を有するものであり、プロセス中で使用されるアルカリ性及び酸性の溶剤にともに耐性を有するとともに耐熱性及び耐光性があるものが好ましい。【００２２】
バリア層としては、塗布プロセス又は真空プロセスによって形成した無機膜を用いることが好ましい。このような無機膜は、例えば、クロロホルム、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）、アセトンのような、プロセス中に使用される溶媒に対して耐性を有し、無機膜上でこれらの溶媒が処理されても、無機膜表面は損傷を受けず平坦性を維持することができる。一方、これらの溶媒が有機絶縁層に直接接触すると、有機絶縁層の表層が溶解してその表面粗さが低下することがあるが、無機膜によって有機絶縁層が被覆されることで、プロセス中の有機絶縁層へのダメージを防ぐことができる。【００２３】
無機膜は、下層の有機絶縁層上に無機高分子材料を塗布し、この無機高分子材料を加熱処理、ＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって無機材料に変換して形成することができる。このような無機高分子材料としては、Ｍ−Ｏ−Ｓｉ（Ｍは金属）結合を含むポリメタロキサン又はＳｉ−Ｎ結合を含むポリシラザン等が挙げられる。ポリメタロキサンの一例としてはＭがＳｉであるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含むポリシロキサン、又はＴｉを含むポリチタノメタロキサンが挙げられ、これらを用いて加熱処理を行うことで酸化ケイ素及び／又は酸化チタンを主成分として含有する無機膜を得ることができる。また、無機高分子材料の加熱処理は、下層の有機絶縁層の分解温度未満で行うことが好ましく、具体的には２００℃以下で処理することが望ましい。このような塗布プロセスによれば、無機バリア層の誘電率は２．０からＴｉＯ２の一般的な誘電率である４８までとなる。また、このような無機高分子材料を加熱処理の代わりにＵＶ処理、又はＵＶ処理とオゾン処理の組合せで無機膜とすることができる。【００２４】
また、無機高分子材料の塗布方法としてはスピンコートやディップコートなどが挙げられる。必要であれば、無機高分子材料を１−ブタノールなどの溶媒に溶解させて塗布する。【００２５】
このように形成される無機膜は、アルカリ性と酸性の溶剤に対してともに耐性があり、耐熱性及び耐光性を有するため、プロセス中の有機絶縁層へのダメージを防ぐことができる。また、無機膜は塗布で形成可能であるため低コストで均質な膜を形成することができ、２００℃以下での加熱処理、又は加熱処理に変わってＵＶ処理やＵＶ処理とオゾン処理の組合せによって形成可能であるため、下層の有機絶縁層への熱的なダメージを防止する。【００２６】
また、無機膜は、真空蒸着法、真空スパッタ法又はＣＶＤ法などの真空プロセスによって形成することができる。このような真空プロセスによれば、酸化ケイ素などの金属酸化物又は窒化ケイ素などの金属窒化物などを含有する無機膜を形成することができる。真空プロセスによれば均質で緻密な無機膜を形成することができ、プロセス中の有機絶縁層への溶剤の浸透などをより防ぐことができる。【００２７】
また、バリア層が無機膜である場合では、無機膜表面をシランカップリング剤によって改質し、上層の有機半導体層との親和性を高めることができる。【００２８】
バリア層の表面平均粗さは、０．１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好適には１．５ｎｍ以下が好ましく、この範囲に満たない粗さは均質に作製することが難しく、この範囲を超えるとバリア層に接する層の材料に影響を及ぼし、トランジスタ性能が低下することがある。【００２９】
バリア層の厚さは、５ｎｍ以上７００ｎｍ以下、好適には５００ｎｍ以下が好ましく、この範囲より薄いと分子レベルの厚みが５ｎｍ程度であることを考慮すると均質な層を形成することが難しくなり、この範囲を超えるとゲート絶縁層に許容される厚みが１μｍ程度であることを考慮すると有機絶縁層に対するバリア層の割合が多くなり有機絶縁層の特性を活かすことができなくなる。【００３０】
ゲート絶縁層の有機絶縁層としては、絶縁性を有する有機材料を含み、好ましくは塗布成形可能でフレキシブルな材料である。また、有機絶縁層上にバリア層を形成する際の溶剤や熱に対して耐性を有することが好ましい。なお、バリア層は上述したように塗布法で低温形成可能であり、真空プロセスを用いれば溶剤を不要とするため、下層の有機絶縁層にダメージを与えずに形成することができる。【００３１】
このような有機絶縁層の一例として、ＰＶＰ（ポリビニルフェノール）とメラミン誘導体の混合物を硬化したものが挙げられる。なお、これらの高分子材料は耐溶剤性及び耐熱性があれば必ずしも硬化させる必要はない。その他、ポリイミド、ポリシルセスキオキサン、ビスベンゾシクロブテン等が挙げられる。【００３２】
有機絶縁層の形成方法としては塗布法が挙げられる。例えば、ＰＶＰとメラミン誘導体の混合物などの高分子材料を溶剤に溶かして下地となる層に塗布し、適宜乾燥を行った後に適宜硬化する。【００３３】
有機絶縁層の厚さは、５０ｎｍ〜１μｍが好ましく、層厚が薄すぎると動作中にゲートリークする可能性があり、層厚が厚いと電界効果が小さくなり動作中に高電圧が必要となる。【００３４】
このように形成される有機絶縁層の誘電率は２．０〜１８となる。【００３５】
なお、基板としては、特に限定されず、ガラス基板などの他、バリア層の処理温度を２００℃以下とすることができれば、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネート）などのプラスチック基板や、ガラスとプラスチックの貼り合わせ基板としてもよく、また、表面にアルカリバリア膜やガスバリア膜がコートされた基板でもよい。【００３６】
また、有機半導体層としては、半導体特性を示す有機材料であればよく、ペンタセンの他、例えば、低分子系材料としては、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、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等のキノン化合物誘導体、ポルフィリン誘導体、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が挙げられる。高分子材料としては、ポリパラフェニレン等の芳香族系共役性高分子、ポリアセチレン等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等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等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）等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等の炭素系共役高分子が挙げられる。また、ポリシラン類やジシラニレンアリレンポリマー類、（ジシラニレン）エテニレンポリマー類、（ジシラニレン）エチニレンポリマー類のようなジシラニレン炭素系共役性ポリマー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挙げられる。他にもリン系、窒素系等の無機元素からなる高分子鎖でも良く、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が挙げられる。【００３７】
また、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極としては、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。例えば、Ｃｒ，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等の金属単体や積層体、又はこれらの化合物が挙げられる。また、ＩＴＯ（Indium
Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）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、ポリピロール類等の共役性高分子化合物を含む有機導電材料が挙げられる。【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、基板、一対のソース電極とドレイン電極、ソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタにおいて、ゲート絶縁層が絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を含むことにより、バリア層によってプロセス中の有機絶縁層へのダメージを防ぐことができる。【００３９】
また、基板、一対のソース電極とドレイン電極、ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法において、ゲート絶縁層を形成する工程が絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層を形成し、有機絶縁層上にプロセス耐性を有するバリア層を形成することを含むことより、バリア層によってプロセス中の有機絶縁層へのダメージを防ぐことができる。
【実施例】
【００４０】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明が実施例によって限定されることはない。【００４１】
（試験例１）
以下の実施例１及び２と、比較例１及び２についてプロセス後のゲートリーク電流を測定し、この測定結果からプロセス中の損傷の程度を評価した。【００４２】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す有機トランジスタを作製する。本実施例の有機トランジスタの製造方法のフローチャートを図４に示す。【００４３】
ガラス基板１上にゲート電極２としてＣｒを成膜し、エッチングによりパターニングした。【００４４】
このゲート電極２上に、ＰＥＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）中に８ｗｔ％のポリビニルフェノール（Ｍｗ＝２００００）と４ｗｔ％のメチル化ポリメラミン・ホルムアルデヒド共重合体（Ｍｎ＝５１１）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、２００℃５分で加熱して硬化し、有機絶縁層３ａを形成した。有機絶縁層の厚さは、ＳＥＭ観察の結果（以下同じ）、３７０ｎｍであった。【００４５】
次いで、この有機絶縁層３ａ上に、１−ブタノールに溶かしたポリチタノメタロキサンの１０Ｗｔ％溶液をスピンコート１０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃２分で乾燥、２００℃５分で加熱して無機膜に変換し、バリア層３ｂを形成した。バリア層の厚さは１００ｎｍであった。【００４６】
次いで、このバリア層３ｂ上に、真空蒸着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４及びドレイン電極５を形成し、この上にペンタセンを真空蒸着法により成膜して有機半導体層６を形成し、有機トランジスタを作製した。【００４７】
（実施例２）
本実施例では、有機半導体層６として、ソース電極４及びドレイン電極５上にポリ３−ヘキシルチオフェンのクロロホルム１ｗｔ％溶液をスピンコート１０００ｒｐｍで塗布して形成した他は、上述した実施例１と同様の方法で有機トランジスタを作製した。有機絶縁層及びバリア層の厚さはそれぞれ３７０ｎｍ及び１００ｎｍであった。【００４８】
（比較例１）
本比較例は、上述した実施例１において、ゲート絶縁体層がバリア層を含まずに有機絶縁層のみからなるものであり、その他の構成は実施例１と同様であるため省略する。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００４９】
（比較例２）
比較例２は、上述した実施例２において、ゲート絶縁体層がバリア層を含まずに有機絶縁層のみからなるものであり、その他の構成は実施例２と同様であるため省略する。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００５０】
上述した実施例及び比較例のプロセス後のゲートリーク電流を測定した。結果を表１に示す。
【表１】
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【００５１】
表１に示すように、実施例１及び２の有機絶縁層上にバリア層が形成された有機トランジスタでは、プロセス後のゲートリーク電流が減少しており、プロセス中に有機絶縁層へのダメージがバリア層によって低減されていることがわかる。【００５２】
（試験例２）
以下した実施例３及び比較例３についてプロセス中の表面粗さを測定し、この結果からプロセス中の損傷の程度を評価した。【００５３】
（実施例３）
ガラス基板１上にゲート電極２としてＣｒを成膜し、エッチングによりパターニングした。【００５４】
このゲート電極２上に、ＰＥＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）中に８ｗｔ％のポリビニルフェノール（Ｍｗ＝２００００）と４ｗｔ％のメチル化ポリメラミン・ホルムアルデヒド共重合体（Ｍｎ＝５１１）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、２００℃５分で加熱して硬化し、有機絶縁層３ａを形成した。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００５５】
次いで、この有機絶縁層３ａ上に、１−ブタノールに溶かしたポリチタノメタロキサンの１０Ｗｔ％溶液をスピンコート１０００ｒｐｍにより塗布し、１００℃２分で乾燥、２００℃５分で加熱して無機膜に変換し、バリア層３ｂを形成した。バリア層の厚さは１００ｎｍであった。【００５６】
次いで、バリア層３上に、真空蒸着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４及びドレイン電極５を形成した。リフトオフ時にアセトンを使用
した。【００５７】
（比較例３）
比較例３は、上述した実施例３において、ゲート絶縁体層がバリア層を含まずに有機絶縁層のみからなるものであり、その他の構成は実施例３と同様であるため省略する。有機絶縁層の厚さは３７０ｎｍであった。【００５８】
上述した実施例３及び比較例３のソース電極・ドレイン電極作製前後の表面粗さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）観察によって求めた。結果を表２に示す。
【表２】
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【００５９】
表２に示すように、有機絶縁層がバリア層によって保護された実施例３では、電極作製前後で同様の表面粗さを維持していることより、電極作製時のダメージを防いでいることがわかる。一方、有機絶縁層のみからなる比較例３では、電極作製後の表面粗さの値が大きく、電極作製によってダメージを受けたことがわかる。【００６０】
以上、本発明の具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り様々な変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を有する者にとって自明なことである。従って、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月21日(2007.12.21)
【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】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び前記有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を含み、
前記バリア層は、有機絶縁層上に塗布したポリメタロキサンである無機高分子を２００℃以下で加熱処理して変換した無機材料を含む無機膜であることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記基板上に順に前記ゲート電極、前記有機絶縁体層、前記バリア層、及び前記有機半導体層が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項３】
前記基板上に順に前記有機半導体層、前記有機絶縁体層、前記バリア層、及び前記ゲート電極が積層されることを特徴とする請求項１に記載された有機トランジスタ。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
前記バリア層は、表面平均粗さが０．１〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項８】
前記バリア層は、厚さが５〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１から３，７のいずれか１項に記載された有機トランジスタ。
【請求項９】
基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、
前記ゲート絶縁層を形成する工程は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層を形成し、前記有機絶縁層上にプロセス耐性を有するバリア層を形成することを含み、
前記バリア層は、有機絶縁層上に塗布したポリメタロキサンである無機高分子を２００℃以下で加熱処理して無機材料に変換して形成されることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
基板上に順に前記ゲート電極、前記有機絶縁層、前記バリア層及び前記有機半導体層を形成する請求項９に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板上に順に前記有機半導体層、前記有機絶縁層、前記バリア層及び前記ゲート電極を形成する請求項９に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記加熱処理を前記有機絶縁層の分解温度未満で行う請求項９に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
前記バリア層の表面平均粗さを０．１〜５０ｎｍで形成することを特徴とする請求項９から１１，１４のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
前記バリア層の厚さを５〜７００ｎｍで形成することを特徴とする請求項９から１１，１４，１６のいずれか１項に記載された有機トランジスタの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
低下し、また表面性が悪い傾向がある。
［０００６］
これに対し、特開２００５−７２５６９号及び特開２００５−２６６９８号公報では、積層構造のゲート絶縁層を採用して、ゲート電極側の第１層に高誘電率の絶縁層を用い、第２層に低誘電率かつ平坦な高分子材料を用いることによって、高性能の有機トランジスタを提案している。
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００７］
しかし、ゲート絶縁層が高分子材料からなる場合、ソース電極及びドレイン電極の形成時のエッチング又はリフトオフ工程において、アルカリ現像液や酸のエッチング液などを使用する際、液に含まれるイオン成分がゲート絶縁層中に侵入することがある。また、有機半導体層を塗布で成膜するときに、有機半導体を溶解する溶媒中のイオン成分や、塗布型有機半導体材料を使用する場合では有機半導体中のイオン成分、低分子の塗布型有機半導体ではそれ自体が高分子材料からなるゲート絶縁層中へ浸透することがある。ゲート絶縁層中にイオン成分又は有機半導体材料が侵入すると、ゲート絶縁層の絶縁抵抗が劣化するという問題が生じる。このように、高分子材料からなるゲート絶縁層を用いると、プロセス中にゲート絶縁層にダメージを与えることがあるという問題が一例として挙げられる。
［０００８］
この問題に対して、ＳｉＯ２のような無機材料のゲート絶縁層をスパッタ等で形成する方法があるが、ゲート絶縁層が無機材料のみからなると、フレキシブル基板とした場合に曲げたときにクラックが入るなど曲げ強度に影響するという問題が一例として挙げられる。
［０００９］
そこで、本発明の目的としては、フレキシブル基板に適用可能であり、プロセス中のゲート絶縁層へのダメージを防ぐ高性能の有機トランジスタを提供することである。
課題を解決するための手段
［００１０］
請求項１に記載された発明は、基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタであって、前記ゲート絶縁層は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び前記有機絶縁層
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を含み、前記バリア層は、有機絶縁層上に塗布したポリメタロキサンである無機高分子を２００℃以下で加熱処理して変換した無機材料を含む無機膜であることを特徴とする。
［００１１］
請求項９に記載された発明は、基板、一対のソース電極とドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に設けられる有機半導体層、及び前記有機半導体層にゲート絶縁層を介して設けられるゲート電極を備える有機トランジスタを製造する方法であって、前記ゲート絶縁層を形成する工程は、絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層を形成し、前記有機絶縁層上にプロセス耐性を有するバリア層を形成することを含み、前記バリア層は、有機絶縁層上に塗布したポリメタロキサンである無機高分子を２００℃以下で加熱処理して無機材料に変換して形成されることを特徴とする。
図面の簡単な説明
［００１２］
［図１］本発明の実施の形態の有機トランジスタの一例の断面模式図である。
［図２］本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップコンタクト型の例の断面模式図である。
［図３］本発明の実施の形態の有機トランジスタのトップゲート型の例の断面模式図である。
［図４］本発明の実施例１の有機トランジスタの製造方法を示すフローチャートである。
発明を実施するための最良の形態
［００１３］
以下、本発明に係る実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における例示が本発明を限定することはない。
［００１４］
本発明の有機トランジスタは、基板、一対のソース電極及びドレイン電極と、このソース電極とドレイン電極間に設けられる有機半導体層と、この有機半導体層にデート絶縁層を介して設けられるゲート電極とを備える。ソース電極とドレイン電極間に電圧を印加した状態で、ゲート電極からゲート絶縁層を介して有機半導体層に電圧が印加されることで、有機半導体層にソース電極からドレイン電極へと流れる電流が形成される。
［００１５］
本発明は、ゲート絶縁層が絶縁性を有する有機材料を含む有機絶縁層、及び有機絶縁層表面を被覆するプロセス耐性を有するバリア層を備えることを特徴とする。このような構成によれば、プロセス中の有機絶縁層へのダメージを防止することができ、ゲート絶縁層の絶縁抵抗の劣化を防ぐことができる。
［００１６］
すなわち、有機トランジスタにおいてゲート絶縁層には塗布形成可能でフレキシブ
【国際調査報告】
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