(57)【要約】【課題】ソース電極及びドレイン電極を位置精度良く、かつ簡便に形成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】薄膜有機トランジスタ１の製造方法では、フォトリソグラフィ法で感光性樹脂層８を形成し、無電解メッキ法でソース電極３及びドレイン電極４を形成するので、ソース電極３及びドレイン電極４を簡便かつ位置精度良く形成できる。そして、樹脂層７の表面に残存する感光性樹脂層８を剥がさずに、その上に有機半導体層９を形成する。つまり、感光性樹脂層８をソース電極３及びドレイン電極４を設けるためのマスク層として利用するだけでなく、有機半導体層９を樹脂層７の表面上に設けるための緩衝層として利用できる。これにより、有機半導体層９の半導体結晶の分子配列の配向性を向上できるので、半導体特性の良い薄膜有機トランジスタ１を提供できる。【選択図】図１
2007266367.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絶縁層と、
当該絶縁層上に形成され、金属粒子を含む樹脂層と、
当該樹脂層上にパターニングされて形成された感光性樹脂層と、
前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に形成され、無電解メッキからなるソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間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】
基板と、
当該基板上に形成され、金属粒子を含む樹脂層と、
当該樹脂層上にパターニングされて形成された感光性樹脂層と、
前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に形成され、無電解メッキからなるソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に形成された有機半導体層と、
当該有機半導体層上に形成された絶縁層と、
当該絶縁層上に形成されたゲート電極と
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３】
前記金属粒子は、粒径１μｍ以下の粒子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機トランジスタ。
【請求項４】
前記金属粒子は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｔｉ若しくはＣｕの単体、又は少なくとも何れかを含む複合体であることを特徴とする請求項３に記載の有機トランジスタ。
【請求項５】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキで形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の有機トランジスタ。
【請求項６】
前記感光性樹脂層を形成する感光性樹脂は、ポジ型であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の有機トランジスタ。
【請求項７】
前記感光樹脂層を形成する感光性樹脂は、ネガ型であることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の有機トランジスタ。
【請求項８】
前記感光性樹脂層の表面には、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乃至７の何れかに記載の有機トランジスタ。
【請求項９】
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絶縁層上に、金属粒子を含む樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
当該樹脂層形成工程で形成された前記樹脂層上に、感光性樹脂層をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、
当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、
当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間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１０】
基板上に金属粒子を含む樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
当該樹脂層形成工程で形成された前記樹脂層上に、感光性樹脂層をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、
当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、
当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記有機半導体層の表面に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絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と
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１１】
前記樹脂層形成工程において、
前記樹脂層は、スピンコート法によって形成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂層形成工程において、
前記樹脂層は、バーコーティング法によって形成されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記有機半導体層形成工程において、
前記有機半導体層が低分子の場合は、蒸着法で形成されることを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記有機半導体層形成工程において、
前記有機半導体層が高分子の場合は、インクジェット法又はスピンコート法によって形成されることを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
前記感光性樹脂層形成工程で形成された前記感光性樹脂層の表面に、自己組織化膜を形成する組織化膜形成工程を備えていることを特徴とする請求項９乃至１４の何れかに記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
前記組織化膜形成工程において、
前記自己組織化膜は、スピンコート法、ディップコーティング法、インクジェット法、又は蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１５に記載の有機トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
基板上に、金属粒子を含む感光性樹脂をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、
当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成された部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、
当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、
前記ソース電極の表面、前記ドレイン電極の表面及び前記有機半導体層の表面に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絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と
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。
【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、ソース電極及びドレイン電極を簡便に形成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】
このような有機半導体を備える有機トランジスタの電極（ソース電極及びドレイン電極）を形成する方法としては、例えば、均一形成した金属薄膜をエッチング又はリフトオフによって電極パターンを形成する方法（第一の方法）、金属フィラーを含有する塗料を印刷して電極パターンを形成する方法（第二の方法）、又は導電性ポリマー溶液を印刷して電極パターンを形成する方法（第三の方法）などが種々提案されている。しかしながら、第一の方法では、パターンを形成するためのレジスト層の形成やこのレジスト層の除去を行う必要があるため、パターン形成工程が煩雑であるという問題があった。また、第二及び第三の方法では、含有されるバインダーの影響によって電極の抵抗が増加してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、基板、有機半導体層及び絶縁層の少なくとも一つにおける電極を設ける部分を含む領域に対して、メッキ剤に作用して無電解メッキを生じさせる触媒を印刷法（スクリーン印刷）によって配した後に、メッキ剤を前記部分に作用して無電解メッキを施して電極を設けることができる有機半導体素子及び有機半導体素子の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法であれば、従来の電極パターン形成で必要であったエッチングやリフトオフなどの煩雑なプロセスを行うことなく、電極パターンを簡便に形成することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の有機半導体素子及び有機半導体素子の製造方法では、基板上に無電解メッキを生じさせる触媒を、印刷法（スクリーン印刷）によって配しているので、基板上における触媒の位置がズレやすく、該触媒上に成長する電極パターンの位置までズレてしまうという問題点があった。もし、基板上の電極パターンにズレを生じた場合、電極間の距離が不均一となってしまうので、半導体特性にばらつきを生じるという問題点があった。
【０００６】
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を位置精度良く、かつ簡便に形成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】
【０００７】
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絶縁層と、当該絶縁層上に形成され、金属粒子を含む樹脂層と、当該樹脂層上にパターニングされて形成された感光性樹脂層と、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に形成され、無電解メッキからなるソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に形成された有機半導体層とから構成されている。
【０００８】
また、請求項２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、金属粒子を含む樹脂層と、当該樹脂層上にパターニングされて形成された感光性樹脂層と、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に形成され、無電解メッキからなるソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に形成された有機半導体層と、当該有機半導体層上に形成された絶縁層と、当該絶縁層上に形成されたゲート電極とから構成されている。
【０００９】
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又は２に記載の発明の構成に加え、前記金属粒子は、粒径１μｍ以下の粒子であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る発明の有機トランジスタは、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記金属粒子は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｔｉ若しくはＣｕの単体、又は少なくとも何れかを含む複合体であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る発明の有機トランジスタは、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキで形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る発明の有機トランジスタは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記感光性樹脂層を形成する感光性樹脂は、ポジ型であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に係る発明の有機トランジスタは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の構成に加え、前記感光樹脂層を形成する感光性樹脂は、ネガ型であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に係る発明の有機トランジスタは、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の構成に加え、前記感光性樹脂層の表面には、自己組織化膜が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
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、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絶縁層上に、金属粒子を含む樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、当該樹脂層形成工程で形成された前記樹脂層上に、感光性樹脂層をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間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。
【００１６】
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、基板上に金属粒子を含む樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、当該樹脂層形成工程で形成された前記樹脂層上に、感光性樹脂層をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記有機半導体層の表面に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絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とから構成されている。
【００１７】
また、請求項１１に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項９又は１０に記載の発明の構成に加え、前記樹脂層形成工程において、前記樹脂層は、スピンコート法によって形成されることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項９又は１０に記載の発明の構成に加え、前記樹脂層形成工程において、前記樹脂層は、バーコーティング法によって形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項９乃至１２の何れかに記載の発明の構成に加え、前記有機半導体層形成工程において、前記有機半導体層が低分子の場合は、蒸着法で形成されることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１４に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項９乃至１２の何れかに記載の発明の構成に加え、前記有機半導体層形成工程において、前記有機半導体層が高分子の場合は、インクジェット法又はスピンコート法によって形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１５に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項９乃至１４の何れかに記載の発明の構成に加え、前記感光性樹脂層形成工程で形成された前記感光性樹脂層の表面に、自己組織化膜を形成する組織化膜形成工程を備えていることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１６に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、請求項１５に記載の発明の構成に加え、前記組織化膜形成工程において、前記自己組織化膜は、スピンコート法、ディップコーティング法、インクジェット法、又は蒸着法によって形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１７に係る発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に、金属粒子を含む感光性樹脂をパターニングして形成する感光性樹脂層形成工程と、当該感光性樹脂層形成工程によって、前記樹脂層上の前記感光性樹脂層が形成された部分に、無電解メッキを成長させてソース電極及びドレイン電極を形成するソース電極・ドレイン電極形成工程と、当該ソース電極・ドレイン電極形成工程で形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に有機半導体層を形成する有機半導体層形成工程と、前記ソース電極の表面、前記ドレイン電極の表面及び前記有機半導体層の表面に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絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とから構成されている。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る発明の有機トランジスタでは、基板上に形成されたゲート電極が絶縁層に覆われた所謂「ボトムゲート型」の有機トランジスタに適用される。例えば、金属粒子を含む樹脂層上に感光性樹脂層がパターニングして形成されている。この感光性樹脂は位置精度良くパターニングできるので、感光性樹脂が形成されていない部分に設けられるソース電極及びドレイン電極を樹脂層上に位置精度良く設けることができる。さらに、感光性樹脂層は、金属粒子を含む樹脂層上に有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上させるための緩衝層としても機能させることができる。この理由は以下の通りである。金属粒子を含む樹脂層の表面は粗いため、該樹脂層の表面上に有機半導体層を直接形成してしまうと、有機半導体結晶の分子を均一に配列させることができない。そこで、ソース電極及びドレイン電極を形成するために用いられた感光性樹脂層の表面上に有機半導体層を形成したことで、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好な状態で配列できる。これにより、品質の安定した有機トランジスタを提供することができる。また、感光性樹脂層は、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするために利用するのみならず、有機半導体層と樹脂層との間の緩衝層としても利用できるので、有機トランジスタの品質を容易に向上することができる。
【００２５】
また、請求項２に係る発明の有機トランジスタでは、絶縁層上にゲート電極が形成された「トップゲート型」の有機トランジスタに適用される。例えば、金属粒子を含む樹脂層上に感光性樹脂層がパターニングして形成されている。この感光性樹脂は位置精度良くパターニングできるので、感光性樹脂が形成されていない部分に設けられるソース電極及びドレイン電極を樹脂層上に位置精度良く設けることができる。さらに、感光性樹脂層は、金属粒子を含む樹脂層上に対し、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好な状態で配列させるための緩衝層としても機能させることができる。この理由は次の通りである。金属粒子を含む樹脂層の表面は粗いため、該樹脂層の表面上に有機半導体層を直接形成してしまうと、有機半導体結晶の分子を均一に配列させることができない。そこで、ソース電極及びドレイン電極を形成するために用いられた感光性樹脂層の表面上に有機半導体層を形成したことで、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できる。これにより、品質の安定した有機トランジスタを提供することができる。また、感光性樹脂層は、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするために利用するのみならず、有機半導体層と樹脂層との間の緩衝層としても利用できるので、有機トランジスタの品質を容易に向上することができる。
【００２６】
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又は２に記載の発明の効果に加え、金属粒子は粒径１μｍ以下の粒子であるので、樹脂層の膜厚を薄く形成できるとともに、高密度なメッキを樹脂層の表面に成長させ、電導性の良好なソース電極及びドレイン電極を形成することができる。
【００２７】
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３に記載の発明の効果に加え、金属粒子は、Ａｇ，Ｐｄ，Ｔｉ若しくはＣｕの単体、又は少なくとも何れかを含む複合体であるので、樹脂層の表面に品質の良い安定した無電解メッキを成長させることができる。
【００２８】
また、請求項５に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加え、ソース電極及びドレイン電極は、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキで形成されているので良好な電導性を得ることができる。
【００２９】
また、請求項６に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、感光性樹脂層を形成する感光性樹脂はポジ型であるので、光を当てることによってアルカリ溶液に溶ける化学構造に変化させることができる。また、ポジ型の感光性樹脂はネガ型に比べて解像度が高いので、精細にパターニングすることができる。
【００３０】
また、請求項７に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加え、感光性樹脂層を形成する感光性樹脂はネガ型であるので、光を当てることによってアルカリに溶けない部分のパターンを残すことができる。また、ネガ型の感光性樹脂はポジ型に比べて耐久性が高い。
【００３１】
また、請求項８に係る発明の有機トランジスタでは、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の効果に加え、感光性樹脂層の表面には、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、特に感光性樹脂層が無機物の場合は、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好な状態で配列させることができる（半導体結晶の成長を良好にすることができる）。
【００３２】
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、ボトムゲート型の有機トランジスタが製造される。まず、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、樹脂層形成工程にて、金属粒子を含む樹脂層を絶縁層上に形成する。そして、感光性樹脂層形成工程にて、感光性樹脂層をパターニングして形成することによって、ソース電極及びドレイン電極を設ける部分を位置精度良くパターニングすることができる。さらに、ソース電極・ドレイン電極形成工程にて、樹脂層上にパターニングされた感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させることによって、ソース電極及びドレイン電極を位置精度良く形成することができる。次に、有機半導体層形成工程にて、樹脂層の表面から感光性樹脂を剥がさずに、ソース電極及び前記ドレイン電極の間にそのまま有機半導体層を形成する。よって、有機半導体層は、金属粒子を含む樹脂層の表面上ではなく、感光性樹脂層の表面上に形成されるので、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できる。つまり、感光性樹脂層を、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするために利用するのみならず、有機半導体層と樹脂層との間の緩衝層としても利用できるので、有機トランジスタの品質を容易に向上することができる。こうして、ソース電極及びドレイン電極の位置精度のよいボトムゲート型の有機トランジスタを製造することができる。
【００３３】
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、トップゲート型の有機トランジスタが製造される。まず、樹脂層形成工程にて、基板上に金属粒子を含む樹脂層を形成する。次いで、感光性樹脂層形成工程にて、樹脂層上に、感光性樹脂層をパターニングして形成することによって、ソース電極及びドレイン電極を設ける部分を位置精度良くパターニングすることができる。さらに、ソース電極・ドレイン電極形成工程にて、樹脂層上にパターニングされた感光性樹脂層が形成されていない部分に、無電解メッキを成長させることによって、ソース電極及びドレイン電極を位置精度良く形成することができる。次に、有機半導体層形成工程にて、樹脂層の表面から感光性樹脂を剥がさずに、ソース電極及び前記ドレイン電極の間にそのまま有機半導体層を形成する。よって、有機半導体層は、金属粒子を含む樹脂層の表面上ではなく、感光性樹脂層の表面上に形成されるので、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できる。つまり、感光性樹脂層を、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするために利用するのみならず、有機半導体層と樹脂層との間の緩衝層としても利用できるので、有機トランジスタの品質を容易に向上することができる。さらに、絶縁層形成工程にて、ソース電極、ドレイン電極及び有機半導体層の表面に絶縁層を形成し、ゲート電極形成工程にて、絶縁層上にゲート電極を形成する。こうして、ソース電極及びドレイン電極の位置精度のよいトップゲート型の有機トランジスタを製造することができる。
【００３４】
また、請求項１１に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項９又は１０に記載の発明の効果に加え、樹脂層形成工程において、樹脂層は、スピンコート法によって形成されるので、樹脂層の膜厚を正確に制御することができる。
【００３５】
また、請求項１２に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項９又は１０に記載の発明の効果に加え、樹脂層形成工程において、樹脂層は、バーコーティング法によって形成されるので、樹脂層の形成に用いる樹脂の使用量を節約することができる。
【００３６】
また、請求項１３に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項９乃至１２の何れかに記載の発明の効果に加え、有機半導体層形成工程において、有機半導体層が低分子の場合は蒸着法で形成することによって、感光性樹脂層の表面に有機半導体層を良好に形成することができる。
【００３７】
また、請求項１４に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項９乃至１２の何れかに記載の発明の効果に加え、有機半導体層形成工程において、有機半導体層が高分子の場合はインクジェット法又はスピンコート法で形成することによって、感光性樹脂層の表面に有機半導体層を良好に形成することができる。
【００３８】
また、請求項１５に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項９乃至１４の何れかに記載の発明の効果に加え、組織化膜形成工程にて、感光性樹脂層形成工程で形成された感光性樹脂層の表面に両親媒性分子である自己組織化膜を形成できるので、特に感光性樹脂層が無機物の場合は、有機半導体結晶の分子配列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）。
【００３９】
また、請求項１６に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、請求項１５に記載の発明の効果に加え、組織化膜形成工程において、自己組織化膜は、スピンコート法、ディップコーティング法、インクジェット法、又は蒸着法によって、感光性樹脂層の表面に良好に形成することができる。
【００４０】
また、請求項１７に係る発明の有機トランジスタの製造方法では、まず、感光性樹脂層形成工程にて、基板上に、金属粒子を含む感光性樹脂をパターニングして形成する。次いで、ソース電極・ドレイン電極形成工程にて、樹脂層上の感光性樹脂層が形成された部分に、無電解メッキを成長させることによって、ソース電極及びドレイン電極を位置精度良く形成することができる。そして、有機半導体層形成工程にて、樹脂層の表面から感光性樹脂を剥がさずに、ソース電極及び前記ドレイン電極の間にそのまま有機半導体層を形成する。よって、有機半導体層は、金属粒子を含む樹脂層の表面上ではなく、感光性樹脂層の表面上に形成されるので、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できる。つまり、感光性樹脂層を、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするために利用するのみならず、有機半導体層と樹脂層との間の緩衝層としても利用できるので、有機トランジスタの品質を容易に向上することができる。こうして、ソース電極及びドレイン電極の位置精度のよい有機トランジスタを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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の表面に樹脂層７が形成された状態の断面図であり、図７は、図６に示す樹脂層７の表面に感光性樹脂層８が形成された状態の断面図であり、図８は、図７に示す樹脂層７の表面に、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９は、測定試験１の結果を示すグラフである。
【００４２】
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、所謂「ボトムゲート型」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透明な基板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、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。なお、本実施形態の基板２は透明であるのが好ましく、この理由については後述する製造方法で説明する。
【００４３】
さらに、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。
【００４４】
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、有機化合物からなるゲート絶縁層５が設けられている。このゲート絶縁層５として、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。
【００４５】
さらに、ゲート絶縁層５の表面には樹脂層７が設けられている。この樹脂層７の材質として、有機絶縁膜を採用する場合は、ＰＩ，ＰＭＭＡ，ＰＶＰ等が適用され、無機絶縁膜を採用する場合は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＳｉＮ等が適用可能である。また、樹脂層７には、Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０の金属粒子が含有されている。これらＰｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０は、後述するメッキ剤と反応することによって無電解メッキを成長させ、後述するソース電極３及びドレイン電極４をそれぞれ形成する核となるものである。なお、金属粒子はＡｇ，Ｐｄに限らず、例えば、Ｔｉ，Ｃｕ等が適用可能である。
【００４６】
また、樹脂層７の表面上であって、ゲート電極６に対向する位置には、フォトレジストからなる感光性樹脂層８が設けられている。フォトレジストはフォトリソグラフィにおいて用いる感光剤の樹脂であり、液状のモノが主流である。フォトレジストは露光した部分が現像されるポジ型フォトレジストと、露光されない部分が現像されるネガ型フォトレジストとに大別される。ポジ型はネガ型に比べて解像度が高いので、精細にパターニングすることができるメリットがある。一方、ネガ型はポジ型に比べて耐久性が高いと言われている。なお、本実施形態では何れのタイプも適用可能である。そして、このようなフォトレジストからなる感光性樹脂層８は、ゲート電極６に対向するように樹脂層７の表面上にパターニングされて形成されている。さらに、その断面の横幅の長さは、ゲート電極６の断面の横幅の長さとほぼ同じに調整されている。
【００４７】
さらに、樹脂層７の上面の感光性樹脂層８を除く左右両側の部分には、ソース電極３及びドレイン電極４がそれぞれ設けられている。これらソース電極３及びドレイン電極４は、樹脂層７に含まれる金属粒子（Ａｇ粒子５０及びＰｄ粒子５１）が、後述するメッキ剤が作用することによって成長したメッキからなるものであり、例えば、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキ等が挙げられる。そして、ソース電極３とドレイン電極４との間には「チャネル」が形成され、ソース電極３のチャネル側の側部と、ドレイン電極４のチャネル側の側部との間の距離が「チャネル長」となる。
【００４８】
そして、ソース電極３及びドレイン電極４に挟まれる感光性樹脂層８の表面上には、有機半導体層９が設けられている。この有機半導体層９は、ゲート絶縁層５、樹脂層７及び感光性樹脂層８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。さらに、有機半導体層９の断面の横幅の長さは、ゲート電極６の断面の横幅の長さと同じになるように調整されている。
【００４９】
この理由は以下の通りである。例えば、ゲート電極６の断面の横幅の長さが、有機半導体層９の断面の横幅の長さよりも長い場合、ゲート電極６に電圧が印加されると、有機半導体層９との間で余分な電界を生じるため、薄膜有機トランジスタ１の駆動電圧が変化する恐れがある。これとは逆に、ゲート電極６の断面の横幅の長さが、有機半導体層９の断面の横幅の長さよりも短い場合、有機半導体層９におけるゲート電極６が対向しない部分においては電界がかからないため電荷が誘起されず、電流が流れない恐れがある。これらの理由より、有機半導体層９の断面の横幅の長さを、ゲート電極６の断面の横幅の長さと同じにすることで、チャネルの導電率（電気の通りやすさ）が安定して維持され、ソース電極３とドレイン電極４間に安定した電流を流すことができる。なお、この有機半導体層９の断面の横幅の長さを、ゲート電極６の断面の横幅の長さに合わせる手法については後述する。
【００５０】
一方、有機半導体層９は、樹脂層７の表面上に残された感光性樹脂層８の表面上に設けられていることによって以下のメリットがある。例えば、樹脂層７は金属粒子を含有しているので、その表面では分子が不規則に並んでいる。このため、樹脂層７の表面上に有機半導体層９を直接形成してしまうと、半導体結晶の分子配列の配向性が不規則に配列するので、半導体特性を低下させてしまう恐れがある。そこで、本実施形態のように、ソース電極３及びドレイン電極４を形成するために使用された感光性樹脂層８を剥がさないでそのまま残し、その感光性樹脂層８の表面に有機半導体層９を形成することで、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好な状態で配列できるので、半導体特性を向上することができる。
【００５１】
次に、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、樹脂層７を形成する樹脂層形成工程（Ｓ３）と、樹脂層７の表面にフォトレジストをパターニングして感光性樹脂層８を形成する感光性樹脂層形成工程（Ｓ４）と、樹脂層７の感光性樹脂層８が形成されていない部分に無電解メッキ法によって、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（Ｓ５）と、ソース電極３及びドレイン電極４に挟まれる感光性樹脂層８の表面に有機半導体層９を形成する有機半導体層形成工程（Ｓ６）とから構成されている。以下、各工程について具体的に説明する。
【００５２】
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をアセトンで５分間超音波をかけて十分に洗浄する。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の上面に膜厚が６０ｎｍのゲート電極６を作製することができる。
【００５３】
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、膜厚が３５０ｎｍのゲート絶縁層５を形成できる。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が挙げられる。
【００５４】
次に、Ｓ３の樹脂層形成工程を行う。樹脂層形成工程では、図６に示すように、ゲート絶縁層形成工程（Ｓ２）にて、基板２の上面に形成されたゲート絶縁層５の表面に対し、金属粒子を含む樹脂層７をスピンコート法によって形成する。このスピンコート法では、ゲート絶縁層５の表面に、Ａｇ粒子５０及びＰｄ粒子５１の複合体を５ｗｔ％含有したＰＭＭＡ（三菱化学株式会社製：商品名「アクリペット」）のキシレン溶液を塗布した後、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、膜厚が５０ｎｍの樹脂層７を形成することができる。さらに、樹脂層７に含まれる金属粒子は粒径１μｍ以下に調整されている。これにより、樹脂層７の膜厚を薄く形成できるとともに、高密度なメッキを樹脂層７の表面に成長させ、電導性の良好なソース電極３及びドレイン電極４を形成することができる。
【００５５】
なお、樹脂層７は、バーコーティング法で形成してもよい。この場合、ゲート絶縁層５の表面に、上記キシレン溶液をバーで均一に塗布することで樹脂層７を形成することができる。バーコーティング法は、スピンコート法に比較して余分なキシレン溶液を使用しないので無駄がない。
【００５６】
次に、Ｓ４の感光性樹脂層形成工程を行う。感光性樹脂層形成工程では、図６に示す樹脂層７の表面に、ポジ型のフォトレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名「ＯＦＰＲ８００」）を０．５μｍ塗布した後に、ゲート電極６の断面の横幅と同じになるように露光して余分な部分を除去することによって、感光性樹脂層８を形成する。そして、透明な基板２を用いた場合、基板２の下面側（ゲート電極６が形成されている上面とは反対側の面：図６の下側から上側に向かって）から光を照射することによって、ゲート電極６が「マスク層」となる。そして、そのゲート電極６以外の部分を透過した光によって、フォトレジストの所定部分が溶けて除去され、ゲート電極６に対向する部分を残すことができる。これにより、図７に示すように、ゲート電極６の断面の横幅と同じ横幅を備える感光性樹脂層８を形成することができる。なお、透明でない基板２を用いる場合は、樹脂層７の表面に塗布されたフォトレジストを直接露光してパターニングすることによって、感光性樹脂層８を形成すればよい。
【００５７】
次に、Ｓ５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、樹脂層７の表面上における感光性樹脂層８で覆われていない部分に、ソース電極３及びドレイン電極４を無電解メッキ法にて各々形成する。この無電解メッキ法は以下のようにして行われる。まず、メッキ剤を用意する。このメッキ剤は、商品名「ニムデンＮＰＲ−４」（上村工業株式会社製）を使用した。なお、「ニムデンＮＰＲ−４」は、塩化ニッケル０．１ｍｏｌ／Ｌ、次亜硫酸ナトリウム０．１ｍｏｌ／Ｌ、酒石酸０．１ｍｏｌ／Ｌをそれぞれ溶解した溶液である。次いで、図７に示す膜構造を備える基板２を、この用意したメッキ剤の中に９０℃で約３０秒間浸漬する。すると、樹脂層７に含まれる金属粒子（Ａｇ粒子５０、Ｐｄ粒子５１）にメッキ剤が作用することによって、これら金属粒子が核となってＮｉメッキが各部分で成長する。その後、メッキ剤から基板２を引き揚げることによって、図８に示すように、約１μｍの膜厚を有するソース電極３及びドレイン電極４が各々形成される。このように無電解メッキ法を用いることによって、真空蒸着法や、スパッタリング法のように大型の装置等が不要となるので、簡便かつ位置精度良くソース電極３及びドレイン電極４を各々形成することができる。
【００５８】
最後に、Ｓ６の有機半導体形成工程を行う。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、真空蒸着法によって感光性樹脂層８の表面に作製することによって有機半導体層９が形成される。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気化し、感光性樹脂層８の表面に有機半導体を着床させるものである。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、ソース電極３及びドレイン電極４の間に挟まれた感光性樹脂層８の表面上に、膜厚が６０ｎｍの有機半導体層９を形成することができ、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。
【００５９】
次に、第１の実施形態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１について説明する。この測定試験１では、１．感光性樹脂層８を剥がし、樹脂層７の表面上に有機半導体層９を直接形成した薄膜有機トランジスタと、２．感光性樹脂層８を剥がさずに、該感光性樹脂層８の表面上に有機半導体層９を形成した薄膜有機トランジスタ（本実施形態）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行った。
【００６０】
図９に示すように、まず移動度について比較検討すると、感光性樹脂層８を剥がした薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．００５８ｃｍ２／Ｖｓであったのに対して、感光性樹脂層８を有する薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．０８ｃｍ２／Ｖｓであった。一方、閾電圧について比較検討すると、感光性樹脂層８を剥がした薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が１０Ｖであったのに対して、感光性樹脂層８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。
【００６１】
以上の結果より、感光性樹脂層８を剥がさない薄膜有機トランジスタでは、感光性樹脂層８を剥がした薄膜有機トランジスタに比較して、移動度が約１４倍に向上したことが確認された。この理由は、樹脂層７の表面における分子配列が不規則であって表面がざらついているため、その表面に有機半導体層９を形成すると、有機半導体結晶の分子配列の配向性が低下して、半導体特性が低下するためである。よって、この樹脂層７の表面に感光性樹脂層８をそのまま残し、該感光性樹脂層８の表面に有機半導体層９を形成することによって、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できるので、半導体特性を向上させることができる。
【００６２】
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、「ボトムゲート型」の有機ＴＦＴである。そして、この製造方法においては、感光性樹脂形成工程にて、フォトリソグラフィ法でフォトレジストをパターニングして感光性樹脂層８を形成し、ソース・ドレイン電極形成工程にて、無電解メッキ法でソース電極３及びドレイン電極４を各々形成するので、ソース電極３及びドレイン電極４を簡便にかつ位置精度良く形成できる。そして、感光性樹脂層形成工程にて樹脂層７上に残存する感光性樹脂層８を剥がさずに、そのまま有機半導体層９を形成する点に特徴を備えている。つまり、感光性樹脂層８を、ソース電極３及びドレイン電極４を設けるための「マスク層」として利用するだけでなく、有機半導体層９を樹脂層７の表面上に設けるための「バッファ層（緩衝層）」として利用することで、有機半導体層９を樹脂層７の表面上ではなく、感光性樹脂層８の表面上に設けることができる。これにより、有機半導体層９を剥がして樹脂層７上に有機半導体層９を直接設けるよりも、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できるので、半導体特性の良い薄膜有機トランジスタ１を提供できる。
【００６３】
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１０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１１は、薄膜有機トランジスタ１０の製造フローであり、図１２は、基板１２の断面図であり、図１３は、図１２に示す基板１２の上面に樹脂層１７が形成された状態の断面図であり、図１４は、図１３に示す樹脂層１７の表面に感光性樹脂層１８が形成された状態の断面図であり、図１５は、図１４に示す樹脂層１７の表面にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成された状態の断面図であり、図１６は、図１５に示す感光性樹脂層１８の表面に有機半導体層１９が形成された状態の断面図であり、図１７は、図１６に示す有機半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面にゲート絶縁層１５が形成された状態の断面図であり、図１８は、測定試験２の結果を示すグラフである。
【００６４】
なお、薄膜有機トランジスタ１０は、所謂「トップゲート型」の有機ＴＦＴである。よって、「ボトムゲート型」の薄膜有機トランジスタ１と構造が異なるだけで、各層の材質は同じである。そこで、第２の実施形態では、薄膜有機トランジスタ１０の構造と、その製造方法とを中心に説明し、材質の説明については省略する。
【００６５】
はじめに、薄膜有機トランジスタ１０の断面構造について説明する。図１０に示す薄膜有機トランジスタ１０は、所謂「トップゲート型」の有機ＴＦＴである。薄膜有機トランジスタ１０は、ガラス、プラスチック等の絶縁性材料からなる透明な基板１２を備えている。そして、基板１２の上面には樹脂層１７が設けられ、該樹脂層１７には、Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０の金属粒子が含有されている。これらＰｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０は、後述するメッキ剤と反応することによって無電解メッキを成長させ、後述するソース電極１３及びドレイン電極１４をそれぞれ形成する核となるものである。
【００６６】
そして、樹脂層１７の表面には、フォトレジストがパターニングされて形成された感光性樹脂層１８が設けられている。さらに、樹脂層１７の上面の感光性樹脂層１８を除く左右両側の部分には、ソース電極１３及びドレイン電極１４がそれぞれ設けられている。これらソース電極１３及びドレイン電極１４は、樹脂層１７に含まれる金属粒子（Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０）が、後述するメッキ剤が作用することによって成長した無電解メッキである。この無電解メッキは、例えば、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキが挙げられる。そして、ソース電極１３のチャネル側の側部と、ドレイン電極１４のチャネル側側部との距離がチャネル長となる。
【００６７】
また、ソース電極１３及びドレイン電極１４に挟まれる感光性樹脂層１８の表面上には、有機半導体層１９が設けられている。そして、有機半導体層１９の表面と、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面とには、有機化合物からなるゲート絶縁層１５が設けられている。さらに、そのゲート絶縁層１５の表面には、有機半導体層１９に対向する位置に、ゲート電極１６が設けられている。
【００６８】
次に、薄膜有機トランジスタ１０の製造方法について説明する。薄膜有機トランジスタ１０の製造方法は、図１１に示すように、基板１２の上面に、樹脂層１７を形成する樹脂層形成工程（Ｓ１１）と、樹脂層１７の表面にフォトレジストをパターニングして感光性樹脂層１８を形成する感光性樹脂層形成工程（Ｓ１２）と、樹脂層１７の感光性樹脂層１８が形成されていない部分に無電解メッキ法によって、ソース電極１３及びドレイン電極１４を各々形成するソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ１３）と、ソース電極１３及びドレイン電極１４に挟まれる感光性樹脂層１８の表面に有機半導体層１９を形成する有機半導体層形成工程（Ｓ１４）と、有機半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面にゲート絶縁層１５を形成するゲート絶縁層形成工程（Ｓ１５）と、ゲート絶縁層１５の表面にゲート電極６を形成するゲート電極形成工程（Ｓ１６）とから構成されている。以下、各工程について具体的に説明する。
【００６９】
はじめに、Ｓ１１の樹脂層形成工程を行う。樹脂層形成工程では、まず、図１２に示す基板１２をアセトンで５分間超音波をかけて十分に洗浄する。次に、基板１２の上面に対し、金属粒子を含む樹脂層１７をスピンコート法によって形成する。このスピンコート法では、基板１２の上面に、Ａｇ粒子５０及びＰｄ粒子５１の複合体を５ｗｔ％含有したＰＭＭＡ（三菱化学株式会社製：商品名「アクリペット」）のキシレン溶液を塗布した後、基板１２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、膜厚が５０ｎｍの樹脂層１７を形成することができる（図１３参照）。
【００７０】
次に、Ｓ１２の感光性樹脂層形成工程を行う。感光性樹脂層形成工程では、図１３に示す樹脂層１７の表面に、フォトレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名「ＯＦＰＲ８００」）を０．５μｍ塗布した後に、有機半導体層１９の予定される位置以外の部分を露光して余分な部分を除去することによって、感光性樹脂層１８を形成する（図１４参照）。
【００７１】
次に、Ｓ１３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、樹脂層１７の表面上における感光性樹脂層１８で覆われていない部分に、ソース電極１３及びドレイン電極１４を無電解メッキ法にて各々形成する（図１５参照）。この無電解メッキ法は、上記した第１の実施形態での方法と同じであり、商品名「ニムデンＮＰＲ−４」（上村工業株式会社製）をメッキ剤として使用した。次いで、図１４に示す積層構造を備える基板１２を、この用意したメッキ剤の中に９０℃で約３０秒間浸漬する。すると、樹脂層１７に含まれる金属粒子（Ａｇ粒子５０、Ｐｄ粒子５１）にメッキ剤が作用することによって、これら金属粒子が核となってＮｉメッキが各部分で成長する。その後、メッキ剤から基板１２を引き揚げることによって、図１５に示すように、約１μｍの膜厚を有するソース電極１３及びドレイン電極１４が各々形成される。
【００７２】
次に、Ｓ１４の有機半導体形成工程を行う。有機半導体層形成工程では、図１６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、真空蒸着法によって感光性樹脂層１８の表面に作製することによって有機半導体層１９が形成される。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１２の温度が６０℃になるように加熱する。こうして、ソース電極１３及びドレイン電極１４の間に挟まれた感光性樹脂層１８の表面上に、厚さ６０ｎｍの有機半導体層１９を形成することができる。
【００７３】
次に、Ｓ１５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１７に示すように、有機半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面に対し、スピンコート法によって、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなるゲート絶縁層１５を形成する。このスピンコート法では、基板１２の上面に、ＰＶＡの５ｗｔ％溶液（溶媒は純水）を塗布した後に、基板１２を水平に回転させる。その後、１１０℃で約１時間乾燥することによって、膜厚が３００ｎｍのゲート絶縁層１５を形成することができる。
【００７４】
最後に、Ｓ１６のゲート電極形成工程を行う。ゲート電極形成工程では、図１０に示すように、図１７に示す積層構造を備える基板１２を脱ガスし、図１０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１６を、ゲート絶縁層１５の表面上における有機半導体層１９と対向する位置に作製する。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１２の加熱は不要である。こうして、ゲート絶縁層１５の表面に厚さ６０ｎｍのゲート電極１６を作製することができ、図１０に示す薄膜有機トランジスタ１０を作製することができる。
【００７５】
次に、第２の実施形態の製造方法によって形成された薄膜有機トランジスタ１０の効果を確認するため、移動度及び閾電圧の測定試験２を行った。以下、この測定試験２について説明する。この測定試験２では、１．感光性樹脂層１８を剥がし、樹脂層１７の表面上に有機半導体層１９を直接形成した薄膜有機トランジスタと、２．感光性樹脂層１８を剥がさずに、該感光性樹脂層１８の表面上に有機半導体層１９を形成した薄膜有機トランジスタ（本実施形態）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。
【００７６】
図１８に示すように、まず移動度について比較検討すると、感光性樹脂層１８を剥がした薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．００６ｃｍ２／Ｖｓであったのに対して、感光性樹脂層１８を有する薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．０７ｃｍ２／Ｖｓであった。一方、閾電圧について比較検討すると、感光性樹脂層１８を剥がした薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が８Ｖであったのに対して、感光性樹脂層１８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。
【００７７】
以上の結果より、感光性樹脂層１８を剥がさない薄膜有機トランジスタでは、感光性樹脂層１８を剥がした薄膜有機トランジスタに比較して、移動度が約１２倍に向上したことが確認された。この理由は、樹脂層１７の表面における分子配列が不規則であって表面がざらついているため、その表面に有機半導体層１９を形成すると、有機半導体結晶の分子配列の配向性が不規則な状態で配列して、半導体特性が低下するためである。よって、この樹脂層１７の表面に感光性樹脂層１８をそのまま残し、該感光性樹脂層１８の表面に有機半導体層１９を形成することによって、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できるので、半導体特性を向上させることができる。
【００７８】
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、「トップゲート型」の有機ＴＦＴである。そして、この製造方法においても、感光性樹脂形成工程にて、フォトリソグラフィ法でフォトレジストをパターニングして感光性樹脂層１８を形成し、ソース・ドレイン電極形成工程にて、無電解メッキ法でソース電極１３及びドレイン電極１４を各々形成するので、ソース電極１３及びドレイン電極１４を簡便かつ位置精度良く形成できる。そして、感光性樹脂層形成工程にて樹脂層１７上に残存する感光性樹脂層１８を剥がさずに、そのまま有機半導体層１９を形成する点に特徴を備えている。つまり、感光性樹脂層１８を、ソース電極１３及びドレイン電極１４を設けるための「マスク層」として利用するだけでなく、有機半導体層１９を樹脂層１７の表面上に設けるための「バッファ層（緩衝層）」として利用することで、有機半導体層１９を樹脂層１７の表面上ではなく、感光性樹脂層１８の表面上に設けることができる。これにより、有機半導体層１９を剥がして樹脂層１７上に有機半導体層１９を直接設けるよりも、有機半導体結晶の分子配列の配向性を向上できるので、半導体特性の良い薄膜有機トランジスタ１０を提供できる。また、有機半導体層１９は、一般的に水に濡れると劣化する性質を有するが、「トップゲート型」の薄膜有機トランジスタ１０では、有機半導体層１９の表面はゲート絶縁層１５によって覆われているので、有機半導体層１９の劣化を防ぐことができる。
【００７９】
次に、第３の実施形態の薄膜有機トランジスタ３０について説明する。図１９は、第３の実施形態である薄膜有機トランジスタ３０の断面図であり、図２０は、薄膜有機トランジスタ３０の製造フローであり、図２１は、基板３２の断面図であり、図２２は、図２１に示す基板３２の上面にゲート電極３６が形成された状態の断面図であり、図２３は、図２２に示す基板３２の上面にゲート絶縁層３５が形成された状態の断面図であり、図２４は、図２３に示すゲート絶縁層３５の表面に感光性樹脂層３８が形成された状態の断面図であり、図２５は、図２４に示す感光性樹脂層３８がパターニングされて、感光性樹脂層３８ａ及び３８ｂが各々形成された状態の断面図であり、図２６は、図２５に示す感光性樹脂層３８ａ及び３８ｂの各表面に、ソース電極３３及びドレイン電極３４が各々形成された状態の断面図である。
【００８０】
なお、薄膜有機トランジスタ３０は、所謂「ボトムゲート型」の有機ＴＦＴであり、第１の実施形態である薄膜有機トランジスタ１の変形例である。そして、図１９に示す薄膜有機トランジスタ３０は、金属粒子（例えば、Ａｇ粒子５０，Ｐｄ粒子５１等）を含有するフォトレジストからなる感光性樹脂層３８ａ，３８ｂを備える点に特徴を備えている。
【００８１】
はじめに、薄膜有機トランジスタ３０の断面構造について説明する。図１９に示す薄膜有機トランジスタ３０は、所謂「ボトムゲート型」の有機ＴＦＴである。薄膜有機トランジスタ３０は、ガラス、プラスチック等の絶縁性材料からなる基板３２を備えている。さらに、基板３２の上面には、ゲート電極３６が設けられるとともに、該ゲート電極３６を覆うようにして、有機化合物からなるゲート絶縁層３５が設けられている。
【００８２】
また、ゲート絶縁層３５の表面には、一対の感光性樹脂層３８ａ，３８ｂが左右両側に互いに離間して設けられている。そして、この感光性樹脂層３８ａ，３８ｂは、金属粒子（例えば、Ａｇ粒子５０及びＰｄ５１粒子等）を含むフォトレジストからなるものである。なお、これらＡｇ粒子５０及びＰｄ５１粒子は、後述するメッキ剤と反応することによって無電解メッキを成長させ、後述するソース電極３３及びドレイン電極３４をそれぞれ形成する核となるものである。
【００８３】
そして、感光性樹脂層３８ａの表面にはソース電極３３が設けられ、感光性樹脂層３８ｂの表面にはドレイン電極３４が設けられている。これらソース電極３３及びドレイン電極４４は、感光性樹脂層３８ａ，３８ｂにそれぞれ含まれる金属粒子（Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０）が、後述するメッキ剤が作用することによって成長した無電解メッキからなるものである。なお、この無電解メッキは、例えば、Ａｕメッキ、又はＮｉメッキが挙げられる。
【００８４】
さらに、ソース電極３３及びドレイン電極３４に挟まれる内側であって、かつゲート絶縁層３５の表面には、有機半導体層３９が設けられている。この有機半導体層３９は、ゲート絶縁層３５を介して、ゲート電極３６に対向して配置されている。さらに、有機半導体層３９の断面の横幅の長さは、ゲート電極３６の断面の横幅の長さと同じになるように調整されている。この理由は、第１の実施形態で説明した理由と同じである。
【００８５】
次に、薄膜有機トランジスタ３０の製造方法について説明する。薄膜有機トランジスタ３０の製造方法は、図２０に示すように、基板３２の上面に、ゲート電極３６を形成するゲート電極形成工程（Ｓ２１）と、基板３２の上面に、ゲート電極３６を覆うようにしてゲート絶縁層３５を形成するゲート絶縁層形成工程（Ｓ２２）と、ゲート絶縁層５の表面に、金属粒子を含有するフォトレジストをパターニングして感光性樹脂層３８ａ，３８ｂを形成する感光性樹脂層形成工程（Ｓ２３）と、感光性樹脂層３８ａ，３８ｂが形成された部分に無電解メッキ法によって、ソース電極３３及びドレイン電極３４を各々形成するソース・ドレイン電極形成工程（Ｓ２４）と、ソース電極３３及びドレイン電極３４に挟まれるゲート絶縁層３５の表面に有機半導体層３９を形成する有機半導体層形成工程（Ｓ２５）とから構成されている。以下、各工程について具体的に説明する。
【００８６】
はじめに、Ｓ２１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２１に示す基板３２をアセトンで５分間超音波をかけて十分に洗浄する。次に、基板３２を脱ガスし、図２２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３６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３２の加熱は不要である。こうして、基板３２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。
【００８７】
次に、Ｓ２２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２３に示すように、ゲート電極形成工程（Ｓ２１）にて、ゲート電極３６が形成された基板３２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３２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３２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３５を形成することができる。
【００８８】
次に、Ｓ２３の感光性樹脂層形成工程を行う。感光性樹脂層形成工程では、まず、Ａｇ粒子５０及びＰｄ粒子（日本工業用ペイントコーティング社製：「Ａｇ−Ｐｄナノ粒子」）を、フォトレジスト（東京応化工業株式会社製：商品名「ＯＦＰＲ８００」）に対して２ｗｔ％となるように混合して撹拌し、フォトレジスト溶液を作製する。そして、このフォトレジスト溶液をゲート絶縁層３５の表面に対し、スピンコート法で０．５μｍ塗布して感光性樹脂層３８を形成する（図２４参照）。その後、フォトリソグラフィ法によって、ソース電極３３及びドレイン電極３４を形成する場所以外の部分を露光して除去する。これにより、図２５に示すように、ゲート絶縁層３５上におけるソース電極３３を形成する位置に感光性樹脂層３８ａが形成され、ドレイン電極３４を形成する位置に感光性樹脂層３８ｂが形成される。
【００８９】
次に、Ｓ２４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、ゲート絶縁層３５の表面上における感光性樹脂層３８ａ，３８ｂを形成した位置に、ソース電極３３及びドレイン電極３４を無電解メッキ法にて各々形成する。この無電解メッキ法は第１の実施形態における方法と同じである。これにより、図２６に示すように、約１μｍの膜厚を有するソース電極３３及びドレイン電極３４が、感光性樹脂層３８ａ，３８ｂの各表面上に各々形成される。
【００９０】
最後に、Ｓ２５の有機半導体形成工程を行う。有機半導体層形成工程では、図１９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、真空蒸着法によって、ソース電極３３及びドレイン電極３４に挟まれたゲート絶縁層３５の表面に作製する。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３２の温度が６０℃になるように加熱する。こうして、ソース電極３３及びドレイン電極３４の間に挟まれたゲート絶縁層３５の表面上に、厚さ６０ｎｍの有機半導体層３９を形成することができる。
【００９１】
次に、第３の実施形態の製造方法によって形成された薄膜有機トランジスタ３０の効果を確認するため、移動度及び閾電圧の測定試験３を行った。以下、この測定試験３について説明する。この測定試験２では、１．ゲート絶縁層の表面にニッケル電極をスパッタリングで形成し、フォトリソグラフィ法でパターニング、エッチングすることによってソース電極３３及びドレイン電極３４を形成した薄膜有機トランジスタ（従来の方法）と、２．無電解メッキ法でソース電極３３及びドレイン電極３４を形成した薄膜有機トランジスタ（今回の方法）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。
【００９２】
図２７に示すように、まず移動度について比較検討すると、従来の方法で作製した薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．０６ｃｍ２／Ｖｓであったのに対して、今回の方法で作製した薄膜有機トランジスタでは、移動度が０．０７ｃｍ２／Ｖｓであった。一方、閾電圧について比較検討すると、従来の方法で作製した薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が３Ｖであったのに対して、今回の方法で作製した薄膜有機トランジスタでは、閾電圧が４Ｖであった。
【００９３】
以上の結果より、今回の方法で作製した薄膜有機トランジスタでは、従来の方法で作製した薄膜有機トランジスタに比較して、ほぼ同程度の移動度を得ることができた。つまり、ソース電極３３及びドレイン電極３４をメッキで作製したにも関わらず、従来の方法で作製したものと比較して同程度の性能を有する薄膜有機トランジスタを得ることができた。従来の方法では、ソース電極及びドレイン電極をスパッタリングするために真空装置を用いる必要があるのでコストがかかるという問題があった。そこで、第３の実施形態のように、感光樹脂層３８ａ，３８ｂの上に無電解メッキ法でソース電極３３及びドレイン電極３４を作製することによって、手間がかからず、コストも安くすることができる。
【００９４】
以上説明したように、第３の実施消形態である薄膜有機トランジスタ３０では、上記したように、フォトレジストに金属粒子（Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０）を含有させ、そのフォトレジストをゲート絶縁層３５上にパターニングして形成された一対の感光性樹脂層３８ａ，３８ｂを備えていることに特徴を有する。これにより、感光性樹脂層３８ａ，３８ｂに含有される金属粒子を核として成長したソース電極３３及びドレイン電極３４を備えることができるので、第１の実施形態における樹脂層７（図１参照）が不要となるので、薄膜有機トランジスタの構成を単純化できる。また、有機半導体層３９をゲート絶縁層３９の表面上に設けることができるので、ゲート絶縁層３９を有機物で形成する場合は、有機半導体結晶の分子配列の配向性を良好な状態で配列させることができる。
【００９５】
また、図２０に示すＳ２１〜Ｓ２５からなる各形成工程によって、薄膜有機トランジスタ３０を作製することができる。この製造工程では、感光性樹脂形成工程にて、フォトレジストに金属粒子（Ｐｄ粒子５１及びＡｇ粒子５０）を含有させ、そのフォトレジストをゲート絶縁層３５上に塗布して、フォトリソグラフィ法でパターニングすることによって、一対の感光性樹脂層３８ａ，３８ｂを形成する点に特徴を有する。これにより、感光性樹脂層３８ａ，３８ｂに含有される金属粒子を核として成長したソース電極３３及びドレイン電極３４を形成できるので、第１の実施形態の製造方法における樹脂層形成工程（Ｓ３）が不要となる。つまり、薄膜有機トランジスタ３０の製造方法における工程数を減らして簡便にすることができる。
【００９６】
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、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、第１の実施形態では、薄膜有機トランジスタ１を構成する感光性樹脂層８を有機物で構成した場合を説明したが、無機物である場合は、図２８に示す変形例のように、感光性樹脂層８の表面に自己組織化膜（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であるＳＡＭ膜６０を形成するのが好ましい。
【００９７】
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。この変形例におけるＳＡＭ膜６０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、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、感光性樹脂層８の表面に結合してＳＡＭ膜６０が形成される仕組みである。そして、図２に示す薄膜有機トランジスタ１の製造方法において、Ｓ５のソース・ドレイン電極形成工程の後に、組織化膜形成工程を設け、該組織化膜形成工程にて、加水分解したＨＭＤＳをスピンコート法、ディップコーティング法、インクジェット法、又は蒸着法によって、感光性樹脂層８の表面に形成することによって、ＳＡＭ膜６０を形成することができる。
【００９８】
そして、Ｓ６の有機半導体形成工程にて、感光性樹脂層８の表面に形成されたＳＡＭ膜６０の有機官能基に、有機半導体層９の半導体結晶を結合させることができる。したがって、感光性樹脂層８の表面にＳＡＭ６０を形成することによって、半導体結晶の配向性を良好な状態で配列させることができる（半導体結晶の成長を良好にすることができる）。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
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、所謂ボトムゲート型又はトップゲー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】
【０１００】
【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の表面に樹脂層７が形成された状態の断面図である。
【図７】図６に示す樹脂層７の表面に感光性樹脂層８が形成された状態の断面図である。
【図８】図７に示す樹脂層７の表面に、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９】測定試験１の結果を示すグラフである。
【図１０】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１１】薄膜有機トランジスタ１０の製造フローである。
【図１２】基板１２の断面図である。
【図１３】図１２に示す基板１２の上面に樹脂層１７が形成された状態の断面図である。
【図１４】図１３に示す樹脂層１７の表面に感光性樹脂層１８が形成された状態の断面図である。
【図１５】図１４に示す樹脂層１７の表面にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成された状態の断面図である。
【図１６】図１５に示す感光性樹脂層１８の表面に有機半導体層１９が形成された状態の断面図である。
【図１７】図１６に示す有機半導体層１９の表面、ソース電極１３及びドレイン電極１４の各表面にゲート絶縁層１５が形成された状態の断面図である。
【図１８】測定試験２の結果を示すグラフである。
【図１９】第３の実施形態である薄膜有機トランジスタ３０の断面図である。
【図２０】薄膜有機トランジスタ３０の製造フローである。
【図２１】基板３２の断面図である。
【図２２】図２１に示す基板３２の上面にゲート電極３６が形成された状態の断面図である。
【図２３】図２２に示す基板３２の上面にゲート絶縁層３５が形成された状態の断面図である
【図２４】図２３に示すゲート絶縁層３５の表面に感光性樹脂層３８が形成された状態の断面図である。
【図２５】図２４に示す感光性樹脂層３８がパターニングされて、感光性樹脂層３８ａ及び３８ｂが各々形成された状態の断面図である。
【図２６】図２５に示す感光性樹脂層３８ａ及び３８ｂの各表面に、ソース電極３３及びドレイン電極３４が各々形成された状態の断面図である。
【図２７】測定試験３の結果を示すグラフである。
【図２８】第１の実施形態の薄膜有機トランジスタ１の変形例の断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
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  樹脂層
８  感光性樹脂層
９  有機半導体層
５０  Ａｇ粒子
５１  Ｐｄ粒子
【図１】
2007266367.tif 000003
【図２】
2007266367.tif 000004
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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