(57)【要約】【課題】  この発明は、トランジスタのＯＦＦ電流が少なく、トランジスタのＯＮ電流のばらつきが少ない安価な薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】  この発明の薄膜トランジスタは、ゲート電極２、ソース電極５、ドレイン電極６、およびチャネル部とから構成され、チャネル部が電流を流すための半導体層４が孤立した領域に存在するとともに、半導体層４は、トランジスタのチャネル方向と直交する方向においては液滴を時間的には離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては液滴を時間的には連続に形成されていることを特徴とする。【選択図】    図２
2007088001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極部、ソース電極部、ドレイン電極部、およびチャネル部とから構成され、前記チャネル部が電流を流すための半導体層が孤立した領域に存在するとともに、前記半導体層は、トランジスタのチャネル方向と直交する方向においては液滴を時間的には離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては液滴を時間的には連続に形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記半導体層は前記ソース電極部および前記ドレイン電極部に対して電気的に接触して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記半導体層は有機半導体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体層は高分子有機半導体であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項５】
ゲート電極部、ゲート絶縁膜部、チャネル部、ソース電極部、ドレイン電極部を構成要素として有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記ソース電極部および前記ドレイン電極部を形成した後、前記半導体材料を含む液滴を滴下させる際に、トランジスタのチャネル方向と直交する方向においては液滴を時間的には離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては液滴を時間的には連続に形成して、電流を流すための半導体層を孤立した領域に形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記液滴を滴下させて形成する方法としてディスペンサーを用いることを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記液滴を滴下させて形成する方法としてインクジェット装置を用いることを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜トランジスタをアクティブ素子として用いたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜トランジスタ及びそれを用いた画像表示装置並びに薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に半導体層として有機半導体層を用いた薄膜トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶を表示素子とした電子ブックや電気泳動を表示素子とした電子ブックなどが製品として発売され、紙に代わる表示媒体として話題を呼んでいる。また、オフィスにおいても紙の消費の増大にともない、紙に替わるメディアとして、電子ペーパーの実用化が期待されている。
【０００３】
電子ブックにおいては、液晶や電気泳動素子を駆動するアクティブマトリックス薄膜トランジスタとしてガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン半導体が半導体材料として使用されている。しかし、電子ペーパーにおいては、基板として、フィルム基板を用いる必要があるため、２００℃以上の高温プロセスが使えない。その観点から、フィルム基板上に低温プロセスで薄膜トランジスタが形成可能な有機半導体を用いた薄膜トランジスタが電子ペーパーに用いるアクティブマトリックス薄膜トランジスタとして注目されている。
【０００４】
マトリックス状に薄膜トランジスタを形成する場合、隣接するトランジスタ同士を電気的に分離する必要があるため、半導体層をパターニングする必要がある。有機半導体層をパターニングする方法としては、特許文献１で開示されているようなレーザー照射を用いる方法、特許文献２で開示されているようなインクジェット印刷を用いる方法、特許文献３で開示されているような材料を含有する溶液の液滴を噴射する方法などがある。
【０００５】
また、有機半導体層に限らず、機能性材料をパターニングする一般的な方法としては、特許文献４で開示されているようなフォトリソグラフィー法を用いる方法がある。
【０００６】
上記した従来技術の中で、フォトリソグラフィー法を用いる技術は、微細なパターンが形成できるというメリットがあるが、工程がレジスト塗布からエッチングを経てレジスト除去などその工程数が多く、また工程によるダメージも多いため、有機半導体を用いたアクティブマトリックス薄膜トランジスタ形成にはコストや性能の面で問題が多い。
【０００７】
また、レーザー照射を用いる方法については工程によるダメージが多いため、有機半導体を用いたアクティブマトリックス薄膜トランジスタ形成には性能の面で問題が多い。
【０００８】
一方、インクジェット印刷や液滴を噴射する方法は工程が少なく済み、有機半導体層に与えるダメージが少なく、コストや性能の面でメリットがあるが、有機半導体を溶解または溶融させた液滴を滴下する方法であるため、液滴の体積のばらつき、滴下速度のばらつき、滴下する液滴の滴下位置精度のばらつき、滴下する面の表面性の違いなどにより、滴下して形成された有機半導体層の面積がばらついてしまう問題がある。
【特許文献１】特表２００５−５００５５８号公報
【特許文献２】特表２００３−５１８３３２号公報
【特許文献３】特開２００４−１３３０５０号公報
【特許文献４】特開２００４−０６４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、上述した問題点を解消するためになされたものにして、トランジスタのＯＦＦ電流が少なく、トランジスタのＯＮ電流のばらつきが少ない安価な薄膜トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の請求項１に記載の発明は、ゲート電極部、ソース電極部、ドレイン電極部、およびチャネル部とから構成され、前記チャネル部が電流を流すための半導体層が孤立した領域に存在するとともに、前記半導体層は、トランジスタのチャネル方向と直交する方向においては液滴を時間的には離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては液滴を時間的には連続に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加え、更に、前記半導体層は前記ソース電極部および前記ドレイン電極部に対して電気的に接触して形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明に加え、更に、前記半導体層は有機半導体であることを特徴とする。
【００１３】
この発明の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明に加え、更に、前記有機半導体層は高分子有機半導体であることを特徴とする。
【００１４】
この発明の請求項５に記載の発明は、ゲート電極部、ゲート絶縁膜部、チャネル部、ソース電極部、ドレイン電極部を構成要素として有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記ソース電極部および前記ドレイン電極部を形成した後、前記半導体材料を含む液滴を滴下させる際に、トランジスタのチャネル方向と直交する方向においては液滴を時間的には離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては液滴を時間的には連続に形成して、電流を流すための半導体層を孤立した領域に形成することを特徴とする。
【００１５】
この発明の請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明に加え、更に、前記液滴を滴下させて形成する方法としてディスペンサーを用いることを特徴とする。
【００１６】
この発明の請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明に加え、更に、前記液滴を滴下させて形成する方法としてインクジェット装置を用いることを特徴とする。
【００１７】
この発明の請求項８に記載の発明は、上記記載の薄膜トランジスタをアクティブ素子として用いたことを特徴とする画像表示装置である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、トランジスタ半導体層のチャネル方向の巾のばらつきを、トランジスタ半導体層のチャネル方向と直交する巾のばらつきよりも小さくすることにより、トランジスタのＯＮ電流のばらつきをトランジスタ素子間で抑えることが可能になる。
【００１９】
また、半導体層がソース電極部およびドレイン電極部に対して電気的に接触して形成されていることにより、電気特性の優れたトランジスタを形成することが可能になる。
【００２０】
また、半導体材料として有機半導体を用いることにより、液滴を滴下して半導体層を形成することが容易になる。
【００２１】
また、有機半導体材料として高分子有機半導体用いることにより、半導体を溶媒に溶解して半導体層を形成することが容易になる。
【００２２】
また、この発明の製造方法は、半導体材料を含む液滴を滴下させて形成する工程がソース電極部およびドレイン電極部を形成した後の工程で行う事により、半導体層に損傷を与えることなく、容易に半導体層とソース電極部およびドレイン電極部との電気的な導通が可能になる。
【００２３】
また、液滴を滴下させて形成する方法としてディスペンサーを用いることにより、容易に半導体層を滴下により形成できる。
【００２４】
また、液滴を滴下させて形成する方法としてインクジェット装置を用いることにより、量産性に優れた半導体層の形成が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施形態につき図面を参照して説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、この発明が適用されるの有機薄膜トランジスタの構成を示す模式的断面図、図２は、この発明の実施に形態にかかる有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図、図３は、この発明の比較例の有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図である。
【００２７】
図１に示す有機薄膜トランジスタは、ボトムゲートボトムコンタクト型であり、この有機薄膜トランジスタの構造は、基板１上にゲート電極２を設け、このゲート電極２を被覆するように、ゲート絶縁膜３が形成される。そして、このゲート絶縁膜３上にソース電極５、ドレイン電極６が設けられ、このソース電極５、ドレイン電極６間及びこれらの上に有機半導体層４が設けられる。
【００２８】
この種の薄膜トランジスタにおけるチャネル部の長さはソース電極５とドレイン電極６の間の間隔で規定されるが、チャネル部の幅を規定する方法は２つの方法がある。
【００２９】
一つの方法はソース電極（またはドレイン電極６）の幅を規定することにより、チャネル部の幅を規定する方法がある。一方、他の方法として半導体層４の幅を規定することにより、チャネル部の幅を規定する方法がある。
【００３０】
ソース電極（またはドレイン電極６）の幅を規定することにより、チャネル部の幅を規定する場合は、チャネルの幅がソース電極５（またはドレイン電極６）の幅で規定されるため、有機半導体層４の面積がばらついてもチャネル幅はばらつかないというメリットがある。しかし、ソース電極５（またはドレイン電極６）をはみ出して形成された半導体層４は、ゲート電極２でトランジスタを遮断した場合でもチャネル部としては寄与しない代わりに抵抗成分としては寄与するため、結果的にトランジスタのオフ（ＯＦＦ）電流が増加してしまうという欠点がある。
【００３１】
一方、半導体層４の幅を規定することにより、チャネル部の幅を規定する構成の場合には、半導体層４の幅でチャネル部の幅が規定されるため、チャネルに寄与する部分以外の半導体層はないため、トランジスタのＯＦＦ電流の不要な増加を招く心配は無い。しかし、チャネル部の幅が半導体層の幅のばらつきに依存するため、液滴を滴下する方法で半導体層を形成する場合には、トランジスタのオン（ＯＮ）電流がばらついてしまうことになる。
【００３２】
この発明は、半導体層４の幅を規定することにより、チャネル部の幅を規定する構造において、トランジスタの構成要素である半導体層のチャネル巾のばらつきを抑えることによって、トランジスタ特性のばらつきを小さくすることものである。
【００３３】
具体的には、インクジェット法やディスペンサー法で液滴を滴下して形成される半導体層４、すなわち、複数の半導体層を含む液滴を重ね打ちすることにより形成される半導体層４が、トランジスタのチャネル方向と直交する方向において時間的に離散して、トランジスタのチャネル方向と平行な方向においては時間的に連続して形成される。このようにチャネル部は、電流を流すための半導体層４が孤立した領域に存在することにによって形成され、トランジスタのチャネル方向と直交する方向における半導体層４の巾のばらつきが、トランジスタのチャネル方向と平行な方向における半導体層４の巾のばらつきよりも小さくできる。
【００３４】
この発明の利点は、図２と図３を比較すると理解できる。図２および図３で示した半導体層４はインクジェット法やディスペンサー法を用いて複数の半導体層４を含む液滴を重ね打ちすることにより形成されている。図２は、この発明の実施に形態にかかる有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図、図３は、この発明の比較例の有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図である。
【００３５】
図２は、トランジスタのチャネル方向と平行な走査方向（図中Ａ方向）において、半導体層を含む液滴４１を時間的に連続して、ソース電極５とドレイン電極６との間で重ね打ちして、半導体層４を形成したものである。そして、トランジスタのチャネル方向と直交する方向において時間的に離散して形成される。
【００３６】
図３は、トランジスタのチャネル方向と直交する走査方向（図中Ｂ方向）において、半導体層を含む液滴４１を時間的に連続して重ね打ちした場合である。そして、トランジスタのチャネル方向と平行な方向において時間的に離散して形成される。
【００３７】
図２及び図３から明らかなように、走査方向と直交する液滴形成の間隔を一定とした場合、トランジスタのチャネル方向と平行な走査方向において半導体層を含む液滴を重ね打ちした場合には、チャネル巾のばらつきが小さいのに対し、トランジスタのチャネル方向と直交する走査方向において半導体層を含む液滴を重ね打ちした場合にはチャネル巾のばらつきが大きくなることが判る。
【００３８】
従って、図２の構成の方が、図３の構成よりもトランジスタ特性のばらつきを小さく抑えることが可能になる。
【００３９】
この発明で用いるゲート電極材料／ソース電極材料／ドレイン電極材料としては、真空蒸着法で作成するＡｕ膜、Ａｌ膜、Ｃｒ膜やスクリーン印刷法で形成される銀膜、インクジェット法やディスペンサーを用いて形成される銀や金のナノメタル膜などが上げられる。
【００４０】
また、この発明で用いる半導体層４の材料としては、アモルファスシリコン材料などの無機材料もあるが、この発明で特に有効な材料としては有機半導体材料であり、ペンタセンなどの低分子材料や低分子材料を溶解可能にさせたプリカーサー、チオフェン系の高分子有機半導体材料、トリアリリールアミン系の高分子有機半導体材料などが上げられる。特に、高分子有機半導体材料は有機溶媒に可溶であるため、この発明には好適である。
【００４１】
そして、半導体材料を含む液滴を滴下させて形成する工程がソース電極およびドレイン電極を形成した後の工程で行うことにより、半導体層に損傷を与えることなく、容易に半導体層とソース電極およびドレイン電極との電気的な導通が可能になる。
【００４２】
次に、この発明を具体的実施例に基づき説明する。また、比較のために比較例も作成した。
【００４３】
（実施例）
光学研磨したガラス基板１上に厚さ１００ｎｍのＡｌ膜を真空蒸着法により成膜して、フォトリソグラフィーおよびエッチングを行い、ゲート電極２を形成した。
【００４４】
ゲート電極２を形成後、シアノエチルプルラン絶縁膜（信越化学株式会社製の商品名「シアノレジンＣＲ−Ｓ」）をスピンコートし、ホットプレートを用い１００℃で３０分乾燥させて、ゲート絶縁膜３を形成した。膜厚は２００ｎｍとした。
【００４５】
次に、ゲート絶縁膜３の上に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を、シャドウマスクを用いて真空蒸着法により成膜して、ソース電極５およびドレイン電極６を形成した。ソース電極５とドレイン電極６の間隔は５μｍ、ソース電極巾を１０００μｍとした。
【００４６】
続いて、有機半導体材料として有機溶媒中に溶かしたトリアリリールアミンポリマーを用いて、ソース電極５とドレイン電極６上に孤立した半導体層４を形成する。この半導体層４の形成は、インクジェット法を用いて有機溶媒中に溶かしたトリアリリールアミンポリマーを滴下して行った。液滴の量は滴下し形成された半導体層４１の直径が１００μｍ、時間的に連続して走査して滴下する液滴の滴下中心位置間隔が１０μｍ、走査方向と直交する液滴の滴下の間隔が５０μｍになるように調整した。このサンプルにおいては滴下の走査方向はトランジスタのチャネル方向と平行になるように設定し、トランジスタのチャネル巾が５００μｍとなるように半導体層を形成した。滴下後、８０℃３０分乾燥させた。実施例の製法でサンプルを１０サンプル作成した。これらのサンプルをサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．１０とする。これらのサンプルは図２に対応する。
【００４７】
（比較例）
上記実施例と同様に、光学研磨したガラス基板１上に厚さ１００ｎｍのＡｌ膜を真空蒸着法により成膜して、フォトリソグラフィーおよびエッチングを行い、ゲート電極２を形成した。
【００４８】
ゲート電極２を形成後、シアノエチルプルラン絶縁膜（信越化学株式会社製の商品名「シアノレジンＣＲ−Ｓ」）をスピンコートし、ホットプレートを用い１００℃で３０分乾燥させて、ゲート絶縁膜３を形成した。膜厚は２００ｎｍとした。
【００４９】
次に、ゲート絶縁膜３の上に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜を、シャドウマスクを用いて真空蒸着法により成膜して、ソース電極５およびドレイン電極６を形成した。ソース電極５とドレイン電極６の間隔は５μｍ、ソース電極巾を１０００μｍとした。
【００５０】
続いて、有機半導体材料として有機溶媒中に溶かしたトリアリリールアミンポリマーを用いて、ソース電極５とドレイン電極６上に孤立した半導体層４を形成する。この半導体層４の形成は、インクジェット法を用いて有機溶媒中に溶かしたトリアリリールアミンポリマーを滴下した行った。液滴の量は滴下し形成された半導体層４１の直径が１００μｍ、時間的に連続して走査して滴下する液滴の滴下中心位置間隔が１０μｍ、走査方向と直交する液滴の滴下の間隔が５０μｍになるように調整した。このサンプルにおいては滴下の走査方向はトランジスタのチャネル方向と直交するように設定し、トランジスタのチャネル巾が５００μｍとなるように半導体層を形成した。滴下後、８０℃３０分乾燥させた。比較例の製法でサンプルを１０サンプル作成した。これらのサンプルをサンプルＮｏ．１１〜サンプルＮｏ．２０とする。これらのサンプルは図２に対応する。
【００５１】
実施例で作成したサンプルサンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．１０の試料、および比較例で作成したサンプルＮｏ．１１〜サンプルＮｏ．２０の試料についてトランジスタのＯＮ電流を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2007088001.tif 000003
【００５３】
この表１から判るように、実施例と比較例を比較すると、実施例の方が比較例と比較してＯＮ電流のサンプル間のばらつきが小さいことが判る。よって、この発明による有機薄膜トランジスタによれば、ＯＮ電流のばらつきをトランジスタ素子間で抑えることが可能になる。
【００５４】
次に、この発明の薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス素子に用いた実施例につき説明する。図４は、この発明の薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図、図５は、この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。アクティブマトリックス基板に、液晶、電気泳動、有機ＥＬなどの画像表示装置を組み合わせることで、アクティブマトリックス型表示装置を構成できる。
【００５５】
図４に示すように、ガラス基板などの絶縁性基板１上に厚さ７０ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、走査線２０、ゲート電極２が形成される。ゲート絶縁膜３及び走査線２０と信号配線の層間絶縁膜となる絶縁膜が形成される。
【００５６】
続いて、このゲート絶縁膜３上の所定領域に厚さ５０ｎｍのＡｕ膜をシャドウマスクを用いた真空蒸着法によりパターン成膜し、ソース電極５及びドレイン電極６とドレイン電極６と連なる信号配線２１及びソース電極５と連なる画素電極２２を形成する。
【００５７】
そして、ソース電極５、ドレイン電極６間及びこれらの上にディスペンサーを用いて有機溶媒中に溶かしたトリアリリールアミンポリマーを滴下し、３つに分割された有機半導体層からなる半導体層４を形成した。
【００５８】
続いて、ソース電極５及びドレイン電極６と信号配線２１及びソース電極５と連なる画素電極２２を含み、有機半導体層４上に、パッシベーション保護層７を設けて、アクティブマトリックス基板３１が形成される。
【００５９】
図５に示すように、画像表示装置３０は、前述のアクティブマトリックス基板３１と、透明導電膜３２を第２の基板３３との間に表示素子が設けられ、画素電極２２に連なるソース電極５上の表示素子がスイッチングされる。第２の基板３３としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックなどを用いることができる。表示素子３４としては、液晶、電気泳動、有機ＥＬ等の方式を用いることができる。
【００６０】
液晶パネルを構成する場合には、例えば、アクティブマトリックス基板３１の基板と第２の基板３３には、スピンコート法により、配向膜を形成して、配向処理が施されている。そして、両基板１、３３間にシリカスペーサを配置して接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで液晶パネルが形成される。
【００６１】
また、電機泳動表示パネルは、透明導電膜を成膜後、対向基板にシリカスペーサを配置接合し、ギャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動パネルが形成できる。
【００６２】
なお、上記した実施形態においては、薄膜トランジスタとしてボトムコンタクト型トランジスタを例に取り説明したが、この発明はトップコンタクト型トランジスタにも適用できる。
【００６３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
この発明は、液晶ディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、電子ペーパーなどのアクティブ型薄膜トランジスタとして、有機薄膜トランジスタを用いたものに適用できる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではな
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明が適用されるボトムゲートボトムコンタクト型の薄膜トランジスタを示す模式的断面図である。
【図２】この発明の実施に形態にかかる有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図である。
【図３】この発明の比較例の有機薄膜トランジスタの構成を示す平面図である。
【図４】この発明の薄膜トランジスタを画像表示装置のアクティブマトリックス基板に用いた例を示す平面図である。
【図５】この発明のアクティブマトリックス基板を用いた画像表示装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  基板
２  ゲート電極
３  ゲート絶縁膜
５  ソース電極
６ドレイン電極
４１  半導体層
【図１】
2007088001.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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