(57)【要約】【課題】ソース電極及びドレイン電極の形状に関係なく、電荷の移動度を十分に向上できる有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】ボトムコンタクト型の薄膜有機トランジスタ１では、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に平坦化層７が埋められている。これにより、ソース電極３の表面とドレイン電極４の表面との間が平坦化されるので、ソース電極３及びドレイン電極４のチャネル側側面と各上面とが交わる角部を無くすことができる。よって、ソース電極３及びドレイン電極４の表面では、有機半導体層８を構成する有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好にできる。さらに、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗を低下できるので、薄膜有機トランジスタ１の電荷の移動度を向上できる。【選択図】図１
2007266355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
当該基板上に形成されたゲート電極と、
当該ゲート電極を覆うように前記基板上に形成されたゲート絶縁層と、
当該ゲート絶縁層上に形成され、互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成され、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋めて平坦化する平坦化部材と、
当該平坦化部材を覆うように、前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面に形成された有機半導体層と
から構成されていることを特徴とする有機トランジスタ。
【請求項２】
前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項３】
前記平坦化部材は、無機物であって、
前記平坦化部材の表面には、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記ゲート絶縁層を形成する材料の比誘電率が４以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
当該ゲート電極形成工程で形成された前記ゲート電極を覆うように、前記基板上にゲート絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
当該絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を互いに離間して形成するソース・ドレイン電極形成工程と、
当該ソース・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋めて平坦化する平坦化部材を形成する平坦化部材形成工程と、
当該平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材を覆うように、前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と
から構成されてい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６】
前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であって、
前記平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材の表面を、酸素プラズマによるアッシング法で平坦化する平坦化工程を備えていることを特徴とする請求項５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であって、
前記平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材の表面を、ポリッシング法で平坦化する平坦化工程を備えていることを特徴とする請求項５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記平坦化部材形成工程において、
前記平坦化部材は、インクジェット法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記平坦化部材形成工程において、
前記平坦化部材は、スピンコート法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記平坦化部材形成工程において、
前記平坦化部材は、ディップコーティング法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の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有機トランジスタの製造方法に関し、詳細には、ボトムコンタクト型の有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機ＥＬやフィルム液晶、電子ペーパ等の明るくて見やすいフレキシブルディスプレイを実現するために、このフレキシブルディスプレイの各画素には、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）を備えたアクティブ駆動回路が埋め込まれている。その中でも有機半導体を用いた有機ＴＦＴは、常温で作製することができ、かつフレキシブルなプラスチック基板上にも低コストで形成できるものとして期待されている。
【０００３】
このような有機ＴＦＴに用いられる有機半導体材料は、一般的に耐薬品性、耐熱性が無機半導体に比べて劣ることが知られているが、ソース・ドレイン電極や絶縁膜は、高温プロセス及びウエットエッチング、又は塗布プロセス等によって形成されることが多い。このため、有機半導体と、電極用の金属や絶縁膜等の別の有機材料とが混在する有機ＴＦＴでは、各層を形成するプロセス時において、有機半導体膜が劣化する恐れがあった。こうした観点から、図１４に示すように、絶縁性の基板１０２上にゲート電極１０６、ゲート絶縁層１０５、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４が形成された後に、有機半導体層１０９が形成される所謂「ボトムコンタクト構造」の薄膜有機トランジスタ１０１が好適であると言われている。
【０００４】
しかしながら、このような薄膜有機トランジスタ１０１では、有機半導体層１０９をペンタセン等の多結晶成長する有機材料で形成した場合、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４の表面上ではゲート絶縁層１０５の表面上に比べて半導体結晶のサイズが１桁以上小さくなる。その結果、図１５に示すように、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４と有機半導体層１０９との境界近傍のチャネル領域に多数の結晶粒界が介在してしまい、ソース・ドレイン電極／半導体界面のコンタクト抵抗が増加するという問題点があった。
【０００５】
そこで、ソース電極及びドレイン電極のチャネル長方向におけるテーパー幅を、ソース電極及びドレイン電極の表面上に成長する半導体結晶の平均粒径よりも短くした半導体装置およびその作製方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、図１４における「チャネル長」とは、ソース電極１０３の端面の厚み方向中段位置からドレイン電極１０４の端面の厚み方向の中段位置までの距離と定義され、「テーパー幅」とは、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４の上面のチャネル側の端部から基板１０２に対して垂線を引き、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４の下面との交点からソース電極１０３及びドレイン電極１０４の下面のチャネル側の端部までの距離として定義される。
【０００６】
例えば、テーパー幅が長いと、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４のチャネル側の側面のうち、チャネルを形成するゲート絶縁層１０５からの高さが１０ｎｍ以下の領域に接する半導体結晶の一部が電極上の核から成長してしまう。つまり、ソース電極１０３及びドレイン電極１０４近傍では、キャリアをトラップする結晶粒界の数が多くなるため、テーパー幅が短いＴＦＴに比べてソース・ドレイン電極／半導体界面のコンタクト抵抗が高くなる。そこで、この特許文献１の半導体装置では、チャネル長方向のテーパー幅が、ソース電極及びドレイン電極上の半導体結晶の平均粒径よりも短いので、チャネルを形成するゲート絶縁膜（層）からの高さが１０ｎｍ以下の領域に接する半導体結晶をゲート絶縁膜（層）上の核から成長させることができる。これにより、ソース・ドレイン電極／半導体界面のコンタクト抵抗を低くすることができるので、有機半導体層における電荷の移動度を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００５−９３５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置およびその作製方法では、ソース電極及びドレイン電極のチャネル側の側面の形状を調整しなければならないため、加工に手間がかかり、生産性が悪いという問題点があった。また、ドレイン電極のチャネル側の側面と上面とが交わる角部付近では有機半導体層の半導体結晶が秩序立てて配列されないため、つまり、半導体結晶の配向性が良くないのでソース・ドレイン電極／半導体界面のコンタクト抵抗を十分に低くすることができず、電荷の移動度を向上させる手段としては不十分であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ソース電極及びドレイン電極の形状に関係なく、電荷の移動度を十分に向上できる有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の有機トランジスタは、基板と、当該基板上に形成されたゲート電極と、当該ゲート電極を覆うように前記基板上に形成されたゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に形成され、互いに離間して配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成され、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋めて平坦化する平坦化部材と、当該平坦化部材を覆うように、前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面に形成された有機半導体層とから構成されている。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の有機トランジスタは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に係る発明の有機トランジスタは、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材は、無機物であって、前記平坦化部材の表面には、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に係る発明の有機トランジスタは、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の構成に加え、前記ゲート絶縁層を形成する材料の比誘電率が４以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、当該ゲート電極形成工程で形成された前記ゲート電極を覆うように、前記基板上にゲート絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、当該絶縁層形成工程で形成された前記ゲート絶縁層上に、ソース電極及びドレイン電極を互いに離間して形成するソース・ドレイン電極形成工程と、当該ソース・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を埋めて平坦化する平坦化部材を形成する平坦化部材形成工程と、当該平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材を覆うように、前記ソース電極の表面及び前記ドレイン電極の表面に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程とから構成されている。
【００１４】
また、請求項６に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であって、前記平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材の表面を、酸素プラズマによるアッシング法で平坦化する平坦化工程を備えている。
【００１５】
また、請求項７に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項５に記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材は、有機物からなる樹脂であって、前記平坦化部材形成工程で形成された前記平坦化部材の表面を、ポリッシング法で平坦化する平坦化工程を備えている。
【００１６】
また、請求項８に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材形成工程において、前記平坦化部材は、インクジェット法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材形成工程において、前記平坦化部材は、スピンコート法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記平坦化部材形成工程において、前記平坦化部材は、ディップコーティング法によって、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明の有機トランジスタでは、ソース電極とドレイン電極との間を平坦化部材で埋めることで、ソース電極のチャネル側の側面と、ドレイン電極のチャネル側の側面とを覆い隠すことができる。これにより、ソース電極及びドレイン電極に角部がなくなるので、ソース電極及びドレイン電極間を平坦化部材を介してフラットにできる。これにより、ソース電極及びドレイン電極表面に有機半導体結晶が分子配列の配向性が良好な状態で接触するので、ソース電極と有機半導体層との界面におけるコンタクト抵抗と、ドレイン電極と有機半導体層との界面におけるコンタクト抵抗とが共に低くなり、電荷の移動度を向上できる。したがって、ソース電極及びドレイン電極の形状に関わらず、電荷の移動度を向上できる。
【００２０】
また、請求項２に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、平坦化部材は有機物からなる樹脂であるので、有機半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。
【００２１】
また、請求項３に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１に記載の発明の効果に加え、無機物からなる平坦化部材の表面には、両親媒性分子である自己組織化膜が形成されているので、有機半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。また、自己組織化膜が有する有機官能基に有機半導体が結合するので、平坦化部材の表面で有機半導体の分子配列の配向性が良くなる。また、自己組織化膜は、平坦化部材の表面に安定して保持されているので、この自己組織化膜を介して形成される有機半導体層を平坦化部材の表面に安定して形成できる。
【００２２】
また、請求項４に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加え、ゲート絶縁層と有機半導体層との間に平坦化部材を介在させ、ゲート電極と有機半導体層との距離が離れていても、ゲート絶縁層の比誘電率が４以上であるので、ゲート電極に電圧を印加すれば、ゲート絶縁層を通して、ソース電極からドレイン電極に向かうチャネルを良好に形成できる。
【００２３】
また、請求項５に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、ゲート電極形成工程にて、基板上にゲート電極を形成し、絶縁層形成工程にて、ゲート電極を覆うように、基板上にゲート絶縁層を形成する。次いで、ソース・ドレイン電極形成工程にて、ゲート絶縁層上にソース電極及びドレイン電極を形成する。さらに、平坦化部材形成工程にて、ソース電極とドレイン電極との間に平坦化部材を埋めて平坦化する。これにより、ソース電極のチャネル側の側面と、ドレイン電極のチャネル側の側面とを覆い隠し、ソース電極とドレイン電極との間を平坦化できるので、ソース電極及びドレイン電極の角部を無くすことができる。さらに、有機半導体層形成工程では、その平坦化部材を覆うように、ソース電極の表面及びドレイン電極の表面に有機半導体層を形成することによって、有機半導体の分子配列の配向性が良くなる。これにより、ソース電極と有機半導体層との界面におけるコンタクト抵抗と、ドレイン電極と有機半導体層との界面におけるコンタクト抵抗とを共に低くできるので電荷の移動度を向上できる。
【００２４】
また、請求項６に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項５に記載の発明の効果に加え、平坦化部材は有機物からなる樹脂であるので、有機物からなる有機半導体の分子配列は平坦化部材の表面での配向性が良いものとなる。さらに、平坦化部材は有機物からなる樹脂であるので、酸素プラズマによるアッシング法によって余分な部分を分解除去することができる。これにより、平坦化部材形成工程にて、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁層の表面全体に平坦化部材を形成した後で、平坦化工程にて、ソース電極、ドレイン電極の表面上の平坦化部材をアッシング法で取り除くことによって、ソース電極とドレイン電極との間を平坦化部材を介して平坦化させることができる。
【００２５】
また、請求項７に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項５に記載の発明の効果に加え、平坦化部材は有機物からなる樹脂であるので、有機物からなる有機半導体結晶の分子配列は平坦化部材の表面での配向性が良いものとなる。さらに、平坦化部材は有機物からなる樹脂であるので、ポリッシング法によって余分な部分を削り取ることができる。これにより、平坦化部材形成工程にて、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁層の表面全体に平坦化部材を形成した後で、平坦化工程にて、ソース電極、ドレイン電極の表面上の平坦化部材をポリッシング法で削り取ることによって、ソース電極とドレイン電極との間を平坦化部材を介して平坦化させることができる。
【００２６】
また、請求項８に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の効果に加え、平坦化部材形成工程にて、平坦化部材をインクジェット法によって、ソース電極とドレイン電極との間に直接滴下して形成できるので、余分な平坦化部材を使わない。これにより、平坦化部材にかかる材料コストを節約でき、平坦化部材を迅速に形成することができる。
【００２７】
また、請求項９に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の効果に加え、平坦化部材形成工程では、スピンコート法によって、ソース電極とドレイン電極との間に平坦化部材を形成できるとともに、該平坦化部材の厚みを精度良く形成することができる。
【００２８】
また、請求項１０に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項５乃至７の何れかに記載の発明の効果に加え、平坦化部材形成工程では、ディップコーティング法によって、ソース電極とドレイン電極との間を平坦化部材で容易に埋めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１について、図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１の断面図であり、図２は、薄膜有機トランジスタ１の製造フローであり、図３は、基板２の断面図であり、図４は、図３に示す基板２の上面にゲート電極６が形成された状態の断面図であり、図５は、図４に示す基板２の上面にゲート絶縁層５が形成された状態の断面図であり、図６は、図５に示すゲート絶縁層５の上面にソース電極３及びドレイン電極４が形成された状態の断面図であり、図７は、図６に示すゲート絶縁層５、ソース電極３及びドレイン電極４の上面に平坦化層７が形成された状態の断面図であり、図８は、図７に示す平坦化層７を後退させてソース電極３及びドレイン電極４の間を平坦化した状態の断面図であり、図９は、ドレイン電極４のチャネル側の側面近傍の有機半導体層８の結晶配列を示した説明図であり、図１０は、実施例１における測定試験結果を示すグラフであり、図１１は、実施例２における測定試験結果を示すグラフである。
【００３０】
はじめに、薄膜有機トランジスタ１の断面構造について説明する。図１に示す薄膜有機トランジスタ１は、ボトムコンタクト型の有機ＴＦＴである。薄膜有機トランジスタ１は、ガラス、プラスチック等の絶縁性材料からなる基板２を備えている。この基板２をプラスチックで形成する場合の材質としては、例えば、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＩ（ポリイミド），ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等が挙げられる。そして、その基板２の上面にはゲート電極６が設けられている。このゲート電極６の材質には、Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｃｒ等の金属の他、ＰＥＤＯＴ（ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン）等の導電性ポリマーが適用可能である。なお、ＰＥＤＯＴは、３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマーである。
【００３１】
そして、基板２の上面には、ゲート電極６を覆うようにして、ゲート絶縁層５が設けられている。このゲート絶縁層５には、無機絶縁膜を採用する場合は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＮ等が適用され、有機絶縁膜を採用する場合は、ＰＩ（ポリイミド），ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート），ＰＶＰ（ポリパラビニルフェノール）等が適用可能である。そして、このゲート絶縁層５は、比誘電率が４以上となるように調整されている。なお、比誘電率とは、真空の誘電率に対する比のことをいう。
【００３２】
さらに、ゲート絶縁層５の上面には、ソース電極３及びドレイン電極４が、所定のチャネル長の離間幅をもって各々設けられている。このソース電極３及びドレイン電極４の材質には、Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｃｒ等の金属の他、ＰＩ（ポリイミド），ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート），ＰＶＰ（ポリパラビニルフェノール）、ＰＥＤＯＴ等の導電性ポリマーが適用可能である。そして、ソース電極３及びドレイン電極４との間は、所定のチャネル長が形成されている。なお、チャネル長は、ソース電極３の端面の厚み方向中段位置からドレイン電極４の端面の厚み方向の中段位置までの距離と定義されている。
【００３３】
そして、ソース電極３とドレイン電極４との間には、互いに離間して形成された溝を埋めるようにして平坦化層７が設けられている。この平坦化層７の材質は、有機物からなる樹脂として、ＰＩ（ポリイミド），ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート），ＰＶＰ（ポリパラビニルフェノール）等が適用可能である。そして、この平坦化層７によって、ソース電極３のチャネル側の側面と、ドレイン電極４のチャネル側の側面とが共に隠れ、ソース電極３とドレイン電極４との間が平坦化層７によって平坦化されている。これにより、ソース電極３及びドレイン電極４のチャネル側側面と、各上面とが交わるそれぞれの角部を無くすことができる。なお、この平坦化層７の材質には、無機物（例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮ等）を採用することもできる。この場合、平坦化層７の表面には、自己組織化膜であるＳＡＭ膜１５を形成するのが好ましい。この無機物を平坦化層７に採用した第２の実施形態については後述する。
【００３４】
さらに、ソース電極３及びドレイン電極４の表面には、平坦化層７の表面を覆うようにして、有機半導体層８が設けられている。そして、この有機半導体層８は、ゲート絶縁層５を介して、ゲート電極６に対向するようにして配置されている。また、有機半導体層８には、低分子半導体材料及び高分子半導体材料が使用できる。低分子半導体材料は、例えば、テトラセン、クリセン、ペンタセン、ピレン、ぺリレン、コロネン等の縮合芳香族炭化水素及びこれらの誘導体、銅フタロシアニン、ルテチウムビスフタロシアニン等のポルフィリンとフタロシアニン化合物の金属錯体などが挙げられる。一方、高分子半導体材料は、Ｐ３ＨＴ（ポリ（３−ヘキシルチオフェン））やＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）等が挙げられる。
【００３５】
このように以上の積層構造からなる薄膜有機トランジスタ１では、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝が平坦化層７によって埋められているので、ソース電極３の表面とドレイン電極４の表面との間が平坦化層７によって平坦化されている。つまり、有機半導体層８がソース電極３に接触する部分と、有機半導体層８がドレイン電極４に接触する部分とをともに平面とすることができる。さらに、この平坦化層７は、有機物からなる樹脂で形成されているので、図９に示すように、平坦化層７の表面における半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。特に、平坦化層７の表面では、半導体結晶をより大きく成長させることができる。これにより、有機半導体層８を構成する有機半導体結晶の分子配列の配向性が良好になるので、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗を低下させることができる。即ち、電荷の移動度を向上させることができる。
【００３６】
なお、薄膜有機トランジスタ１では、ゲート絶縁層５の比誘電率が４以上になるように調整されている。この理由は、薄膜有機トランジスタ１では、ゲート絶縁層５と有機半導体層８との間に平坦化層７が介在し、ゲート電極６と有機半導体層８との距離が離れているからである。よって、ゲート絶縁層の比誘電率を４以上とすることによって、ゲート電極６に電圧を印加すれば、ゲート絶縁層５を通して、ソース電極３からドレイン電極４に向かうチャネルを確保することができる。
【００３７】
次に、以上構造からなる薄膜有機トランジスタ１の製造方法について説明する。薄膜有機トランジスタ１の製造方法は、図２に示すように、基板２の上面に、ゲート電極６を形成するゲート電極形成工程（Ｓ１）と、基板２の上面に、ゲート電極６を覆うようにしてゲート絶縁層５を形成するゲート絶縁層形成工程（Ｓ２）と、ゲート絶縁層５の表面に、ソース電極３及びドレイン電極４を各々形成するソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）と、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に平坦化用樹脂を埋めて平坦化層７を形成する平坦化層形成工程（Ｓ４）と、平坦化層７を覆うように、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に有機半導体層８を形成する有機半導体層形成工程（Ｓ５）とから構成されている。以下の説明では、まず実施例１として、ＰＭＭＡを用いた平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタ１の製造方法について具体的に説明する。
【実施例１】
【００３８】
はじめに、Ｓ１のゲート電極形成工程を行う。ゲート電極形成工程では、まず、図３に示す基板２を十分に洗浄する。次に、基板２を脱ガスし、図４に示すように、マスク蒸着によってＡｌからなるゲート電極６を基板２上に作製する。なお、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板２の加熱は不要である。こうして、基板２の上面に厚さ６０ｎｍのゲート電極６を作製することができる。
【００３９】
次に、Ｓ２のゲート絶縁層形成工程を行う。ゲート絶縁層形成工程では、図５に示すように、ゲート電極形成工程（Ｓ１）にて、ゲート電極６が形成された基板２の上面に対し、スピンコート法によって、ポリイミド（ＰＩ）からなるゲート絶縁層５を形成する。このスピンコート法では、基板２の上面に、高耐熱性ポリイミド樹脂（京セラケミカル株式会社製：商品名「ＣＴ４１１２」）の５ｗｔ％ポリイミド溶液を塗布した後に、基板２を水平に回転させる。その後１８０℃で一時間乾燥することによって、膜厚３５０ｎｍのゲート絶縁層５を形成することができる。なお、スピンコート法のメリットとしては、ゲート絶縁層５の膜厚を精密に制御し易い点にある。
【００４０】
次に、Ｓ３のソース・ドレイン電極形成工程を行う。ソース・ドレイン電極形成工程では、図６に示すように、マスク蒸着によってＡｕからなるソース電極３と、ドレイン電極４をゲート絶縁層５の表面に各々作製する。なお、この時のマスク蒸着の条件は、真空度は３×１０−４Ｐａであり、基板２の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層５の表面に厚さ１００ｎｍのソース電極３及びドレイン電極４を各々作製することができる。
【００４１】
次に、Ｓ４の平坦化層形成工程を行う。平坦化層形成工程では、図７に示すように、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）にて、ソース電極３及びドレイン電極４が形成されたゲート絶縁層５の表面に対し、スピンコート法によって、ＰＭＭＡからなる平坦化層７を形成する。このスピンコート法では、基板２に設けられたゲート絶縁層５、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に対し、ＰＭＭＡ（三菱化学株式会社製：商品名「アクリペット」）の５ｗｔ％キシレン溶液を塗布した後に、基板２を水平に回転させる。その後、１１０℃で一時間乾燥することによって、膜厚２００ｎｍの平坦化層７を形成することができる。なお、スピンコート法のメリットとしては、平坦化層７の膜厚を精密に制御し易い点にある。
【００４２】
次いで、図８に示すように、平坦化層７の表面を、周知のアッシング装置を用いて酸素プラズマで分解することによって、平坦化層７の膜厚を基板２側に１００ｎｍ後退させる。これにより、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に形成された平坦化層７を除くことができる。よって、ソース電極３及びドレイン電極４の表面と、平坦化層７の表面とを同一平面上にすることができ、ソース電極３とドレイン電極４との間を、平坦化層７で平坦化することができる。さらに、ソース電極３及びドレイン電極４のチャネル側の側面と、各上面とが交わるそれぞれの角部を無くすことができる。この酸素プラズマによるアッシング法のメリットは、平坦化層７の表面を短時間で加工することができる点にある。なお、平坦化層７の加工は、アッシング法に限定されるものではなく、ポリッシング法によって加工することも可能である。ポリッシング法では、平坦化層７の膜厚が制御し易い点にメリットがあり、周知のポリッシャー（ポリッシング装置）によって行われる。
【００４３】
次に、Ｓ５の有機半導体層形成工程を行う。有機半導体層形成工程では、図１に示すように、例えば、低分子半導体であるペンタセン（アルドリッチ社製）を、真空蒸着によって平坦化層７を覆うようにしてソース電極３及びドレイン電極４の表面に作製する。この真空蒸着は、周知の真空蒸着装置によって行われ、真空空間で有機半導体を昇華し、平坦化層７、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に有機半導体を製膜させるものである。なお、この時の真空蒸着の条件として、真空度は８×１０−５Ｐａであり、基板２の温度が６０℃になるように加熱する。こうして、平坦化層７、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に厚さ６０ｎｍの有機半導体層８を形成することができる。
【００４４】
以上のＳ１〜Ｓ５からなる各形成工程によって、図１に示す薄膜有機トランジスタ１を作製することができる。さらに、上記したように、この薄膜有機トランジスタ１は、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に平坦化層７を設け、ソース電極３とドレイン電極４との間を平坦化することによって、図９に示すように、平坦化層７の表面と、ソース電極３及びドレイン電極４の表面との間で段差がなくなり、有機半導体層８の分子配列の配向性を良好なものにできるので、電荷の移動度を向上させることができる。
【００４５】
次に、実施例１の製造方法によって形成された薄膜有機トランジスタ１の効果を確認するため、移動度及び閾電圧の測定試験を行った。以下、この測定試験について説明する。なお、実施例１の製造方法で形成された薄膜有機トランジスタ１は、ＰＭＭＡ製の平坦化層７を備えるものである。この測定試験では、１．平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタと、２．平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタとの２つのサンプルをそれぞれ用意し、各薄膜有機トランジスタの移動度と、閾電圧（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ）とをそれぞれ測定して比較検討をおこなった。
【００４６】
図１０に示すように、まず移動度について比較検討すると、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．１５ｃｍ２／Ｖｓであったのに対して、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．４５ｃｍ２／Ｖｓであった。一方、閾電圧について比較検討すると、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が１５Ｖであったのに対して、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が５Ｖであった。
【００４７】
以上の結果より、ＰＭＭＡ製の平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタに比較して、移動度が３倍に向上したことが確認された。この理由は、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に平坦化層７を設け、ソース電極３とドレイン電極４との間を平坦化することによって、有機半導体層８の有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好にすることができるので、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗が低下し、電荷の移動度が向上したと推測される。一方、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタの閾電圧は、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタの閾電圧に比較して大きく低下した。
【実施例２】
【００４８】
次に、実施例２として、ＰＶＰを用いた平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタ１の製造方法について具体的に説明する。なお、図２に示すＳ１〜Ｓ５の各形成工程のうち、Ｓ１のゲート電極形成工程から、Ｓ２のゲート絶縁層形成工程、Ｓ３のソース・ドレイン電極形成工程までは実施例１と同じであるので、Ｓ１〜Ｓ３までの各形成工程については説明を省略し、Ｓ４以降の各形成工程についてのみ説明する。また、ＰＶＰは、パラビニルフェノールのホモポリマーであり、類似構造を持つ縮合型のフェノール樹脂と比較すると分子量が高く、また反応性や安定性に優れた物質である。
【００４９】
Ｓ４の平坦化層形成工程では、図７に示すように、ソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ３）にて、ソース電極３及びドレイン電極４が形成されたゲート絶縁層５の表面に対し、スピンコート法によって、ＰＶＰからなる平坦化層７を形成する。このスピンコート法では、基板２に設けられたゲート絶縁層５、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に対し、ＰＶＰ（丸善石油化学株式会社製：商品名「マルカリンカー」）の５ｗｔ％ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）溶液を塗布した後に、基板２を水平に回転させる。その後、１１０℃で一時間乾燥することによって、膜厚２００ｎｍの平坦化層７を形成することができる。
【００５０】
次いで、図７に示すように、平坦化層７の表面を、酸素プラズマによるアッシング装置で分解することによって、基板２側に１００ｎｍ後退させる。これにより、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に形成された平坦化層７を除くことができるので、ソース電極３及びドレイン電極４の表面と、平坦化層７の表面とを同一平面上にすることができる。
【００５１】
次に、Ｓ５の有機半導体層形成工程を行う。実施例２の有機半導体層形成工程では、図１に示すように、高分子半導体であるＰ３ＨＴ（アルドリッチ社製）を、スピンコート法によって、平坦化層７を覆うようにしてソース電極３及びドレイン電極４の表面に作製する。そして、真空熱処理を行う真空オーブンにて１１０℃、一時間乾燥することによって、平坦化層７、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に有機半導体層８を形成することができる。
【００５２】
次に、実施例２の製造方法によって形成された薄膜有機トランジスタ１の効果を確認するため、移動度及び閾電圧の測定試験を行った。この測定試験について説明する。なお、実施例２の製造方法で形成された薄膜有機トランジスタ１は、ＰＶＰ製の平坦化層７を備えるものである。この測定試験では、実施例１の測定試験と同様に、１．平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタと、２．平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタとの２つのサンプルをそれぞれ用意し、各薄膜有機トランジスタの移動度と、閾電圧とをそれぞれ測定して比較検討をおこなった。
【００５３】
図１１に示すように、まず移動度について比較検討すると、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．００１２ｃｍ２／Ｖｓであったのに対して、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．００４１ｃｍ２／Ｖｓであった。一方、閾電圧について比較検討すると、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が１５Ｖであったのに対して、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が１４Ｖであった。
【００５４】
以上の結果より、ＰＶＰ製の平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタでは、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタに比較して、移動度が約３倍に向上したことが確認された。つまり、実施例１と同じように、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に平坦化層７を設け、ソース電極３とドレイン電極４との間を平坦化することによって、有機半導体層８の有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好にしているので、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗が低下し、電荷の移動度が向上したと推測される。一方、平坦化層７を有する薄膜有機トランジスタの閾電圧は、平坦化層７を有さない薄膜有機トランジスタの閾電圧に比較してほとんど変化がみられなかった。このように、平坦化層７をＰＶＰで形成した場合でも、実施例１の薄膜有機トランジスタ１と同様の効果が得られることがわかった。さらに、有機半導体層８を高分子半導体であるＰ３ＨＴで形成しても、この効果に何ら影響を与えるものではないことがわかった。
【００５５】
以上説明したように、第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１は、「ボトムコンタクト型」の有機ＴＦＴであり、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝を平坦化層７で埋めることで、ソース電極３の表面とドレイン電極４の表面との間を平坦化層７で平坦化することができる。つまり、有機半導体層８がソース電極３に接触する部分と、有機半導体層８がドレイン電極４に接触する部分とを角部のない平面とすることができる。さらに、この平坦化層７を有機物からなる樹脂で形成した場合、有機半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。これにより、平坦化層７、ソース電極３及びドレイン電極４の表面では、有機半導体層８を構成する有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好にできるので、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗を低下させることができる。即ち、薄膜有機トランジスタ１の電荷の移動度を向上させることができる。
【００５６】
次に、第２の実施形態である薄膜有機トランジスタ１０について説明する。図１２は、第２の実施形態である薄膜有機トランジスタ１０の断面図であり、図１３は、ＳＡＭ膜１５の形成過程を示した説明図である。この薄膜有機トランジスタ１０は、第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１の変形例であり、無機物を材質とする平坦化層７を備えるものである。この薄膜有機トランジスタ１０は、図１２に示すように、薄膜有機トランジスタ１の構造を基本に備えるとともに、平坦化層７と有機半導体層８との境界部分にＳＡＭ膜１５を備えている。よって、本実施形態では、このＳＡＭ膜１５とその働きを中心に説明し、それ以外の共通する薄膜有機トランジスタ１の膜構造については、第１の実施形態の説明を援用する。
【００５７】
図１２に示すように、薄膜有機トランジスタ１０の平坦化層７は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等の無機物を材質とする。この場合、無機物である平坦化層７は反応基を持たないので、有機半導体層８の有機半導体結晶は平坦化層７の表面に良好に結合することができない。そこで、図２に示す薄膜有機トランジスタ１の平坦化層形成工程（Ｓ４）において、アッシング法によって後退された平坦化層７の表面に、自己組織化膜（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であるＳＡＭ膜１５を形成する。
【００５８】
ここで、自己組織化膜について説明する。この自己組織化膜とは、シランやチオールなどの反応性官能基を加水分解基として持つ化合物が、それらの有機溶液から基板の表面に化学吸着することによって形成される膜をいう。なお、本実施形態のＳＡＭ膜１５は、有機シランであるＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）から生成されるものである。このＨＭＤＳは、無機物と結合しやすい加水分解基と、有機物と結合しやすい有機官能基とを備え、これら加水分解基及び有機官能基が共にシリコン原子（Ｓｉ）に結合した状態の物質である。よって、図１３に示すように、このＨＭＤＳが加水分解されるとシラノール基が生成され、このシラノール基が自己縮合によって高分子化するとともに、平坦化層７（例えば、ＳｉＯ２，ＳｉＮ等）の表面に結合してＳＡＭ膜１５が形成される。これにより、平坦化層７の表面に形成されたＳＡＭ膜１５の有機官能基に、有機半導体層８の有機半導体結晶を結合させることができる。ＳＡＭ膜には本実施例のＨＭＤＳの他に、ＯＴＳ（オクタデシルトリクロロシラン）やＯＤＳ（オクタデシルシラン）などがある。
【００５９】
したがって、平坦化層７を無機物で形成した場合でも、平坦化層７の表面にＳＡＭ１５を形成することによって、有機半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。つまり、ソース電極３の表面から、有機半導体層８の表面を介して、ドレイン電極４の表面まで、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好にできるので、ソース電極３と有機半導体層８との界面と、ドレイン電極４と有機半導体層８との界面とにおけるコンタクト抵抗を低下させることができる。即ち、薄膜有機トランジスタ１の電荷の移動度を向上させることができる。
【００６０】
以上説明したように、第２の実施形態である薄膜有機トランジスタ１０は、無機物からなる平坦化層７を備えている。この場合、平坦化層７の表面に自己組織化膜であるＳＡＭ膜１５を形成する。このＳＡＭ膜１５は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）から生成され、有機物と結合しやすい有機官能基を備えている。これにより、平坦化層７の表面における有機半導体結晶の配向性を向上させることができる（有機半導体の結晶成長を良好にすることができる）。
【００６１】
なお、本発明の有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法は、上記実施形態に限らず、各種変形が可能なことはいうまでもない。例えば、第１の実施形態の薄膜有機トランジスタ１の製造方法の平坦化層形成工程（Ｓ４）において、ゲート絶縁層５の表面、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に、スピンコート法で平坦化層７を形成し、その後アッシング法又はポリッシング法によって膜厚を加工したが、ソース電極３とドレイン電極４との間の溝に、インクジェット法によって平坦化用樹脂を直接滴下して作製してもよい。この場合、スピンコート法に比較して、平坦化層７を後から削って所定の膜厚に制御する等の加工がほとんど必要でないので、平坦化層形成工程にかかる工数を削減できるとともに経済的である。また、余分な平坦化用樹脂を使用しないので、材料コストを節約できる。
【００６２】
また、ディップコーティング法によって、ゲート絶縁層５の表面、ソース電極３及びドレイン電極４の表面に平坦化層７を形成し、その後、アッシング法又はポリッシング法によって基板２側に後退させて所定の膜厚に加工してもよい。このディップコーティング法は、スピンコート法及びインクジェット法に比較して簡単であり、特別な装置等を用意する必要もなく手軽に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法は、所謂ボトムコンタクト型の薄膜有機トランジスタ及びその製造方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１の断面図である。
【図２】薄膜有機トランジスタ１の製造フローである。
【図３】基板２の断面図である。
【図４】図３に示す基板２の上面にゲート電極６が形成された状態の断面図である。
【図５】図４に示す基板２の上面にゲート絶縁層５が形成された状態の断面図である。
【図６】図５に示すゲート絶縁層５の上面にソース電極３及びドレイン電極４が形成された状態の断面図である。
【図７】図６に示すゲート絶縁層５、ソース電極３及びドレイン電極４の上面に平坦化層７が形成された状態の断面図である。
【図８】図７に示す平坦化層７を後退させてソース電極３及びドレイン電極４の間を平坦化した状態の断面図である。
【図９】ドレイン電極４のチャネル側の側面近傍の有機半導体層８の結晶配列を示した説明図である。
【図１０】実施例１における測定試験結果を示すグラフである。
【図１１】実施例２における測定試験結果を示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態である薄膜有機トランジスタ１０の断面図である。
【図１３】ＳＡＭ膜１５の形成過程を示した説明図である。
【図１４】従来の薄膜有機トランジスタ１０１の断面図である。
【図１５】図１４に示すドレイン電極１０４のチャネル側の側面近傍の有機半導体層１０９の結晶配列を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    薄膜有機トランジスタ
２    基板
３    ソース電極
４    ドレイン電極
５    ゲート絶縁層
６    ゲート電極
７    平坦化層
８    有機半導体層
１０    薄膜有機トランジスタ
１５    ＳＡＭ膜
【図１】
2007266355.tif 000003
【図２】
2007266355.tif 000004
【図３】
2007266355.tif 000005
【図４】
2007266355.tif 000006
【図５】
2007266355.tif 000007
【図６】
2007266355.tif 000008
【図７】
2007266355.tif 000009
【図８】
2007266355.tif 000010
【図９】
2007266355.tif 000011
【図１０】
2007266355.tif 000012
【図１１】
2007266355.tif 000013
【図１２】
2007266355.tif 000014
【図１３】
2007266355.tif 000015
【図１４】
2007266355.tif 000016
【図１５】
2007266355.tif 000017