(57)【要約】      （修正有）【課題】ソース電極、ドレイン電極と、ゲート絶縁層上のチャネルとの電荷移動をスムースにし、高い移動度を安定して実現した有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】基板１０の上にゲート電極１１を設ける。ゲート電極１１の上にゲート絶縁層１２を設ける。ゲート絶縁層１２の上に有機電子材料層１３を設ける。有機電子材料層１３の上の、ソース電極及びドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部３０を設ける。ソース電極及び／またはドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層１３を、所定の深さまで除去する。ゲート絶縁層１２及び／または有機電子材料層１３の上のソース電極、及びドレイン電極を設ける領域に、ソース電極１５及びドレイン電極１４を設ける。【選択図】  図１
2007012877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板を供するステップと、
該基板の上にゲート電極を設けるステップと、
該ゲート電極の上にゲート絶縁層を設けるステップと、
該ゲート絶縁層の上に有機電子材料層を設けるステップと、
該有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部を設けるステップと、
該ソース電極を設ける領域および／または該ドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層を、所定の深さまで除去するステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ソース電極を設ける領域に、ソース電極を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ドレイン電極を設ける領域に、ドレイン電極を設けるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記ソース電極を設けるステップにおいて、前記ソース電極の上部表面が前記スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、前記ソース電極が設けられ、前記ドレイン電極を設けるステップにおいて、前記ドレイン電極の上部表面が前記スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、前記ドレイン電極が設けられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薄膜トランジスタの製造方法であって、
該基板を供するステップと、
該基板の上にゲート電極を設けるステップと、
該ゲート電極の上にゲート絶縁層を設けるステップと、
該ゲート絶縁層の上に有機電子材料層を設けるステップと、
該有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ソース電極を設ける領域に、該ソース電極の上部表面が該スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ソース電極を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ドレイン電極を設ける領域に、該ドレイン電極の上部表面が該スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ドレイン電極を設けるステップと
を含む方法。
【請求項４】
前記間隙領域にスペーサー部を設けるステップが、
前記有機電子材料層の上に、フォトレジスト性材料を塗布する段階と、
塗布されたフォトレジスト性材料のうち、前記ソース電極を設ける領域および前記ドレイン電極を設ける領域には電磁波を照射することなしに、前記間隙領域に電磁波を照射し、前記間隙領域において前記フォトレジスト性材料を硬化させる段階と、
硬化していないフォトレジスト性材料を除去する段階と
を含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記間隙領域にスペーサー部を設けるステップの前に、前記有機電子材料層の上に、保護層を設けるステップをさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、少なくとも、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層であって、該有機電子材料層が、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域にさらに設けられている場合は、該間隙領域と比べて、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域において、該有機電子材料層の厚さが小さい、有機電子材料層と、
該有機電子材料層の上の該間隙領域に設けられたスペーサー部と
を有する薄膜トランジスタ。
【請求項７】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域ならびに該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域に設けられた有機電子材料層であって、該間隙領域と比べて、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域において、該有機電子材料層の厚さが小さい、有機電子材料層と、
を有する薄膜トランジスタ。
【請求項８】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたソース電極と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層であって、該有機電子材料層が結晶性材料を含み、該結晶性材料が実質的に同一の方向に配向している有機電子材料層と、
を有する薄膜トランジスタ。
【請求項９】
前記有機電子材料層の上の前記間隙領域に設けられたスペーサー部をさらに有する請求項７または８に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１０】
前記スペーサー部の上部表面が、前記ソース電極の上部表面および前記ドレイン電極の上部表面よりも高い請求項６または９に記載の方法。
【請求項１１】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
該ゲート絶縁層の上に設けられた有機電子材料層と、
該有機電子材料層の上に設けられたソース電極と、
該有機電子材料層の上に設けられたドレイン電極と、
該有機電子材料層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられたスペーサー部であって、該スペーサー部の上部表面が、該ソース電極の上部表面および該ドレイン電極の上部表面よりも高いスペーサー部と、
を有する薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
スペーサー部の厚さが、１μｍ以上である請求項６および９〜１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１３】
前記有機電子材料層と前記スペーサー部との間に設けられた保護層をさらに有する請求項６および９〜１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１４】
前記有機電子材料層が、結晶性材料を含む請求項６、７および９〜１３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
【請求項１５】
前記結晶性材料が、下記構造式（Ｉ）で表されるアセン系化合物である請求項８または１４に記載の薄膜トランジスタ。
【化１】
2007012877.tif 000009
（式中、Ｒは、水素、置換基を有しても良い炭素数１〜６のアルキル基、置換基を有しても良いアリール基、置換基を有しても良い炭素数１〜６のアルコキシ基、
【化２】
2007012877.tif 000010
またはアントラセン骨格と芳香環もしくは複素環を形成する残基を表し、ｎは１〜１０の整数を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電子材料を用いた薄膜トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器用のフラットディスプレイの普及が目覚しい。このうち液晶ディスプレイは、液晶の光シャッター機能によりバックライトの光をｏｎ／ｏｆｆ制御し、カラーフィルターを用いて色彩を得る。これに対し、有機ＥＬディスプレイ（あるいは有機ＬＥＤディスプレイ）では各画素が個々に発光する（すなわち、自発光する）。このため、有機ＥＬディスプレイは、視野角が広いという利点ばかりでなく、バックライトが不要であることから薄型化が可能になる点、さらにはフレキシブルな基板上に形成が可能である点等、多くの利点を持っている。このため、有機ＥＬディスプレイは次世代のディスプレイとして期待されている。
【０００３】
これらのディスプレイパネルの駆動方式は、大別して２つの種類に分けることができる。第一の駆動方式は、パッシブマトリックス型（あるいは、デューティー駆動方式、単純マトリックス方式）と呼ばれているものである。これは、複数のストライプ電極が行と列にマトリックス状に組み合わされ、行電極と列電極のそれぞれの交点に位置する画素を行電極と列電極に加えた駆動信号により発光させる。発光制御のための信号は、通常、行方向には１行毎に時系列で走査され、同一行の各列には同時に印加される。各画素には通常はアクティブ素子を設けず、行の走査周期のうち各行のデューティー期間にのみ発光制御するようにした方式である。第二の駆動方式は、各画素にスイッチング素子を持ち、行の走査周期内にわたって発光が可能なアクティブマトリックス型と呼ばれるものである。
【０００４】
例えば、１００行×１５０列のパネル全面を１００Ｃｄ／ｍ2の表示輝度で発光させる場合を想定する。この場合、アクティブマトリックス型では各画素は基本的に常時発光しているため、画素の面積率や各種の損失を考慮しない場合には、１００Ｃｄ／ｍ2で発光させれば良い。しかし、パッシブマトリックス型で同じ表示輝度を得ようとすると、各画素を駆動するデューティー比が１／１００になり、そのデューティー期間（選択期間）のみが発光時間となるため、発光時間内の発光輝度を１００倍の１００００Ｃｄ／ｍ2とする必要がある。
【０００５】
ここで、発光輝度を増すためには発光素子に流す電流を増大させればよい。しかし、例えば有機ＥＬ発光素子においては電流を増大させるとともに発光効率が低下することが知られている。この効率の低下により、アクティブマトリックス型の駆動方式とパッシブマトリックス型の駆動方式を同じ表示輝度で比較した場合、パッシブマトリクス型では相対的に消費電力が大きくなる。また、有機ＥＬ素子に流す電流を増すと、発熱等による材料の劣化が生じやすく、表示装置の寿命が短くなるという不都合がある。一方、これらの効率及び寿命の観点から最大電流を制限すると、同じ表示輝度を得るために発光期間を長くする必要が生じる。しかしながら、パッシブマトリックス型駆動方式での発光時間を定めるデューティー比はパネルの行数の逆数であることから、発光期間の延長は、表示容量（駆動ライン数）の制限に結びつく。これらの点から、大面積、高精細度のパネルを実現するにはアクティブマトリックス型の駆動方式を用いる必要があった。図５に、薄膜トランジスタによる発光素子制御の等価回路を例示する概念図を示す。通常のアクティブマトリックス駆動の基本回路は、図５に示されるようにスイッチング素子として薄膜トランジスタを用いた方式が知られている。
【０００６】
大面積、高精細度に適したアクティブマトリックス型の駆動方式では、画素のスイッチング素子としてポリシリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が最も広く用いられている。しかしながら、例えば、ポリシリコンを用いるＴＦＴを形成するプロセス温度は少なくとも２５０℃以上の高温であり、フレキシブルなプラスチック基板を用いることが困難である問題点がある。
【０００７】
こういった従来のディスプレイパネルが有する種々の問題点に対処するため、従来から有機薄膜トランジスタ素子を用いる事が提案されている。例えば、特許文献１（特開2001-250680号公報）には、有機薄膜整流素子を有機薄膜発光部と直列に接続する技術が開示されている。また、特許文献２（WO01/15233号）には、有機薄膜トランジスタにより画素の駆動制御を行う技術が開示されている。特許文献２の開示によれば、駆動素子が有機材料により構成されるため、低温での製造プロセスが可能であり、従ってフレキシブルなプラスチック基板を用いることが可能となる。また、安価な材料やプロセスを選定できるため低コスト化も可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開2001-250680号公報
【特許文献２】WO01/15233号
【特許文献３】特開2004-266267号公報
【非特許文献１】C.D.Sheraw, et.al., Applied Physics Letters Vol.80 (2002) p.1088
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような有機薄膜トランジスタにおいては以下の問題があった。
【００１０】
図６に、従来のボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの断面図を示す。図７に、従来のトップコンタクト型の有機薄膜トランジスタの断面図を示す。図６および７に示すように、有機薄膜トランジスタの代表的な構造は、ボトムコンタクトと呼ばれるものと、トップコンタクトと呼ばれるものに大別される。
【００１１】
図６に示すように、ボトムコンタクトにおいては、基板１１０上にゲート電極１１１が設けられ、その上に設けられたゲート絶縁層１１２の上にソース電極１１５とドレイン電極１１４が直接、あるいは接着層を介して形成され、その後、有機電子材料層１１３が形成されてなる。一方、図７に示すように、トップコンタクトにおいては、基板２１０上にゲート電極２１１が設けられ、その上に設けられたゲート絶縁層２１２の上に有機電子材料層２１３が形成された後、その上にソース電極２１５とドレイン電極２１４が形成される。いずれの場合もゲート電極に印加されるゲート電圧により、有機電子材料層のゲート絶縁層に接した部分に電荷が誘起され、その電荷がソース電極とドレイン電極の間に印加された電圧により移動することにより電流が流れる。すなわち、ゲート絶縁層に接した有機電子材料層を介して、ソース電極とドレイン電極との間に電流が流れ、この電流はゲート電極の電位により制御することができる。このソース電極とドレイン電極の間の電流経路はチャネル１１６，２１６と呼ばれるものである。チャネルは、通常ゲート絶縁層に接した有機電子材料層の数分子層の極薄い部分に形成される。
【００１２】
有機薄膜トランジスタに用いられる有機電子材料としては、ペンタセン、チオフェン、へキシチオフェン系ポリマー、フルオレンチオフェン系ポリマー、銅フタロシアニン、フラーレンなどがあげられる。このうち特に低分子系のペンタセン、チオフェン、銅フタロシアニン、フラーレンなどの材料は、真空蒸着で形成された場合、多結晶薄膜となる。また、成膜条件や基板の種類によって結晶の配向性が異なり、それがトランジスタの特性に大きな影響を与えることが判明している。
【００１３】
例えば、最も広く用いられているペンタセンの場合、ゲート絶縁層に用いられる金属酸化物上では分子の長手方向が基板に対して立つように配向するのに対し、ソース電極やドレイン電極に用いられる金属膜上では分子の長手方向が基板に対して平行に配向することが知られている。図８に、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタでの有機電子材料の結晶の配向を模式的に示した概念図を示す。ペンタセンの電気抵抗は分子に垂直な方向が長手方向に対して高い。このため、電流がゲート絶縁層に平行に流れる図６，７の構造では、絶縁膜上の結晶配向は好適である。しかしながら、図８に示すように、ボトムコンタクト構造とした場合、ゲート絶縁層とソース電極、ドレイン電極の境界部でのペンタセン等の結晶性に乱れが生じ、そこでの電気抵抗が増大するという特性上の不具合が生じる。
【００１４】
トップコンタクトは、上記のようなボトムコンタクトの問題点を回避するための構造である。すなわち、本構造においては、ペンタセン等の有機電子材料層はゲート絶縁層上のみに形成されるため、結晶の配向に不連続性は生じない。このため一般に電荷移動度はボトムコンタクトに比して高い値が得られるものである。しかしながら、ゲート絶縁層上に形成される電流経路（チャネル）とソース電極、ドレイン電極の間に有機電子材料層があるため、これが電気抵抗の増大などを生じるという別の問題点があった。これは、前述のように、ペンタセン等の薄膜においては、分子長手方向の電気抵抗が分子垂直方向に比して高いことも一因となっている。この問題を軽減するには、有機電子材料層の膜厚を小さくすることが望ましい。図９に、有機電子材料が薄い場合における、トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタでの有機電子材料の結晶の成長状態を模式的に示した概念図を示す。図９に示すように一般に有機材料薄膜は基板上で結晶が島状に成長するため、膜厚が小さい場合には有機電子材料が基板の全面を被覆できず、空間的欠陥２２２を生じやすくなる。このような欠陥があるとチャネル内の電流２２４に対する電気抵抗が高くなるので、トランジスタ素子としての抵抗はかえって低下することになる。このため、トップコンタクトにおいては有機電子材料層は一定以上の厚さが必要であり、上記の問題を解決するには到っていない。
【００１５】
トップコンタクト構造のもう一つの課題は、有機電子材料薄膜が一般に化学的にも機械的にも脆弱であるため、チャネル長（ソース電極とドレイン電極の間隔）の制御が困難である事であった。すなわち、従来は有機電子材料薄膜への損傷を回避するため、例えば真空蒸着での形成の場合は、シャドウマスク蒸着によるパターニングが一般的であった。この場合、マスクボケによるチャネル長のばらつきが不可避であり、かつマスク厚さ等から３０μｍ程度以下のチャネル長は形成が出来なかった。
【００１６】
このように、いずれの構造においても、ソース電極、ドレイン電極とチャネルの間に大きな電気抵抗が存在することとなり、静的な電気特性や高周波数信号への応答性に悪影響を及ぼしていた。電流経路の電気抵抗が大きい場合には、ソース電極とドレイン電極間に印加された電圧がその部分で費やされるため、素子の移動度が低下し、大きな問題となっていた。
【００１７】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極と、ゲート絶縁層上のチャネルとの電荷移動をスムースにし、高い移動度を安定して実現する手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一の側面によると、薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板を供するステップと、
該基板の上にゲート電極を設けるステップと、
該ゲート電極の上にゲート絶縁層を設けるステップと、
該ゲート絶縁層の上に有機電子材料層を設けるステップと、
該有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部を設けるステップと、
該ソース電極を設ける領域および／または該ドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層を、所定の深さまで除去するステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ソース電極を設ける領域に、ソース電極を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ドレイン電極を設ける領域に、ドレイン電極を設けるステップと
を含む方法が提供される。
【００１９】
本発明の他の側面によると、薄膜トランジスタの製造方法であって、
該基板を供するステップと、
該基板の上にゲート電極を設けるステップと、
該ゲート電極の上にゲート絶縁層を設けるステップと、
該ゲート絶縁層の上に有機電子材料層を設けるステップと、
該有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ソース電極を設ける領域に、該ソース電極の上部表面が該スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ソース電極を設けるステップと、
該ゲート絶縁層および／または該有機電子材料層の上の該ドレイン電極を設ける領域に、該ドレイン電極の上部表面が該スペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ドレイン電極を設けるステップと
を含む方法が提供される。
【００２０】
本発明の他の側面によると、薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、少なくとも、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層であって、該有機電子材料層が、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域にさらに設けられている場合は、該間隙領域と比べて、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域において、該有機電子材料層の厚さが小さい、有機電子材料層と、
該有機電子材料層の上の該間隙領域に設けられたスペーサー部と
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【００２１】
本発明の他の側面によると、薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域ならびに該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域に設けられた有機電子材料層であって、該間隙領域と比べて、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域において、該有機電子材料層の厚さが小さい、有機電子材料層と、
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【００２２】
本発明の他の側面によると、薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたソース電極と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたドレイン電極と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層であって、該有機電子材料層が結晶性材料を含み、該結晶性材料が実質的に同一の方向に配向している有機電子材料層と、
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【００２３】
本発明の他の側面によると、薄膜トランジスタであって、
基板と、
該基板の上に設けられたゲート電極と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層と、
該ゲート絶縁層の上に設けられた有機電子材料層と、
該有機電子材料層の上に設けられたソース電極と、
該有機電子材料層の上に設けられたドレイン電極と、
該有機電子材料層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられたスペーサー部であって、該スペーサー部の上部表面が、該ソース電極の上部表面および該ドレイン電極の上部表面よりも高いスペーサー部と、
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極と、ゲート絶縁層上のチャネルとの電荷移動をスムースにし、高い移動度と周波数特性を実現する手段を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施の形態によって、限定されるものではない。
【００２６】
図１〜３に、本発明の第1および第２の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法を示した概念図を示す。本発明の第１および第２の実施の形態によると、薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板１０を供するステップ（図１（ａ）参照）と、
基板の上にゲート電極１１を設けるステップ（図１（ａ）参照）と、
ゲート電極の上にゲート絶縁層１２を設けるステップ（図１（ａ）参照）と、
ゲート絶縁層の上に有機電子材料層１３を設けるステップ（図１（ａ）参照）と、
有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部３０を設けるステップ（図１（ｂ）および（ｃ）参照）と、
ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層を、所定の深さまで除去するステップ（図２（ｄ−１）および図３（ｄ−２）参照）と、
ゲート絶縁層および／または有機電子材料層の上のソース電極を設ける領域に、ソース電極１５を設けるステップ（図２（ｅ−１）および図３（ｅ−２）参照）と、
ゲート絶縁層および／または有機電子材料層の上のドレイン電極を設ける領域に、ドレイン電極１４を設けるステップ（図２（ｅ−１）および図３（ｅ−２）参照）と
を含む方法が提供される。
【００２７】
本発明にかかる製造方法は、基板１０を供するステップを含む（図１（ａ）参照）。基板に用いることができる材料の例として、各種のガラス基板の他、ポリイミド、ＰＥＥＫ、ＰＥＴなどの高分子フィルムを挙げることができる。
【００２８】
本発明にかかる製造方法は、基板の上にゲート電極１１を設けるステップをさらに含む（図１（ａ）参照）。ゲート電極は、真空蒸着、スピンコート、スパッタ等により設けることができる。この際、必要に応じて、ゲート電極は、シャドウマスクやフォトプロセスによりパターニングすることができる。ゲート電極に用いることができる材料の例として、各種金属材料、有機導電性材料を挙げることができる。ゲート電極に用いる材料は、基板への密着性や、後述するゲート絶縁層の形成の容易さなどを勘案して決定することが好ましい。例えば、ゲート電極に用いる材料として、タンタルが好ましい。タンタルに陽極酸化処理を行うことにより得られる陽極酸化膜を、ゲート絶縁層として使用することができるためである。
【００２９】
本発明にかかる製造方法は、ゲート電極の上にゲート絶縁層１２を設けるステップをさらに含む（図１（ａ）参照）。ゲート絶縁層は、真空蒸着やスピンコート等により設けることができる。この際、必要に応じて、ゲート絶縁層は、シャドウマスクやフォトプロセスによりパターニングすることができる。ゲート絶縁層に用いることができる材料の例として、各種金属酸化物、例えばシリコン、アルミ、タンタル、チタン、ストロンチウム、バリウムなどの酸化物、これらの金属の陽極酸化膜、これら酸化物の混合酸化物を挙げることができる。また、高分子材料、例えばポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニールフェノール、アクリルなどのポリマー材料も用いることができる。特に、金属酸化物は高分子材料に比して誘電率が高い材料が多く、トランジスタを比較的低電圧で駆動することが可能であるという特徴を有する。これに対し、高分子材料は比較的誘電率が低いため、高速応答性がよいという特徴がある。
【００３０】
本発明にかかる製造方法は、ゲート絶縁層の上に有機電子材料層１３を設けるステップをさらに含む（図１（ａ）参照）。有機電子材料層は、真空蒸着やスピンコート等により設けることができる。以下に詳細に説明するように、本発明は、有機電子材料層が、結晶性材料を含む場合に好適である。
【００３１】
特に、結晶性材料が、下記構造式（Ｉ）で表されるアセン系化合物であることが好ましい。これは、これらのアセン系化合物薄膜は、結晶性が高く、また基板との密着性が高いため、その他の有機電子材料層に比して、化学的にも機械的にも安定性が高いためである。
【化１】
2007012877.tif 000003
（式中、Ｒは、水素、置換基を有しても良い炭素数１〜６のアルキル基、置換基を有しても良いアリール基、置換基を有しても良い炭素数１〜６のアルコキシ基、
【化２】
2007012877.tif 000004
またはアントラセン骨格と芳香環もしくは複素環を形成する残基を表し、ｎは１〜１０の整数を表す。）
【００３２】
上記式（Ｉ）で示されるアセン系材料におけるＲとして、水素、メチル、フェニル、ｐ−メトキシフェニル、メトキシ、
【化３】
2007012877.tif 000005
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、Ｒは、アントラセン骨格と芳香環もしくは複素環を形成する残基であってもよく、例えば、アントラセン骨格と縮合して芳香環もしくは複素環を形成する残基であってもよい。このようなＲの例として、下式Ｉ−１３〜Ｉ−１５，Ｉ−１８〜Ｉ−２６に記載のものが挙げられる。
【００３３】
有機半導体層材料のアセン系材料としては、具体的には下記構造式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２６）が挙げられる。
【化４】
2007012877.tif 000006
【化５】
2007012877.tif 000007
【００３４】
有機電子材料層に用いることができる材料として、前記アセン系化合物の他、ペンタセン、チオフェン、へキシチオフェン系ポリマー、フルオレンチオフェン系ポリマー、銅フタロシアニン、フラーレン等を挙げることができる。有機電子材料層に用いることができる材料は、これらに限定されるものではなく、多くの有機電子材料が適用可能である。
【００３５】
本発明にあっては、後述するように、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層を除去することができるが、除去されない領域（ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域）における有機電子材料層の厚さが、１〜１００ｎｍであることが好ましく、５〜５０ｎｍであることがさらに好ましい。例えば代表的なアセン系材料であるペンタセンの場合、その分子長さは約１．５ｎｍであり、好ましくはこれが基板上にほぼ垂直方向に立った状態で配向している。そして、その約１．５ｎｍ厚さの層が積層されて薄膜が形成され、電流は分子長手方向に垂直（基板に平行）に流れるものである。特に、本発明の素子では電流はゲート絶縁膜側に集中して流れるが、その領域は数分子層の範囲であとされている。分子層の厚さは有機電子材料の構造により異なるが、凡そ１〜２ｎｍ程度であり、有機電子材料層の下限はその値と同等となる。本発明の構造における有機電子材料層の厚さについては上限は特にないが、上記のように電気伝導に寄与する領域が数分子層であることから、上記の範囲以上に厚くしても有用な効果はなく、上記の値に止めるのがプロセスコストの面から妥当である。
【００３６】
このように、本発明にあっては、ソース電極およびドレイン電極を設ける前に有機電子材料層を設けるので、上記したボトムコンタクト型のトランジスタのように、結晶の配向はソース電極やドレイン電極近傍でも乱れることがない。すなわち、本発明により、有機電子材料層が結晶性材料を含み、結晶性材料が実質的に同一の方向に配向している薄膜トランジスタを提供することができる。
【００３７】
なお、有機電子材料層における結晶性材料の配向状態、すなわち、有機電子材料層において結晶性材料が実質的に同一の方向に配向しているか否かは、以下のように測定することができる。薄膜の配向解析については幾つかの方法があるが、一般的に行われるＸ線回折による方法が最も簡便である。例えば、通常のθ―２θ法（out-of-plane法）と薄膜に対するＸ線の入射角を小さくした低角入射法（in-plane法）での回折角強度の比較によって、配向の概要を知る個とができる。また、レーザー照射の反射光の２次高調波成分の解析によっても可能である。
【００３８】
本発明にかかる製造方法は、有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域にスペーサー部３０を設けるステップをさらに含む（図１（ｂ）および（ｃ）参照）。例えば、当該ステップは、
有機電子材料層の上に、フォトレジスト性材料を塗布する段階（図１（ｂ）参照）と、
塗布されたフォトレジスト性材料のうち、ソース電極を設ける領域およびドレイン電極を設ける領域には電磁波を照射することなしに、前記間隙領域に電磁波を照射し、前記間隙領域においてフォトレジスト性材料を硬化させる段階と、
硬化していないフォトレジスト性材料を除去する段階（図１（ｃ）参照）と
により行うことができる。
【００３９】
フォトレジスト性材料を塗布するステップは、スピンコート等の方法で行うことができる。塗布されたフォトレジスト性材料の所定の領域に電磁波を照射するステップは、フォトリソグラフにより行うことができる。この際、上記間隙領域には電磁波照射するが、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域には電磁波を照射しない。当該ステップにより、光架橋反応を起こさせ、間隙領域においてスペーサー部材料を硬化させることができる。一方で、電磁波を照射していない、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域においては、フォトレジスト性材料は硬化していない。さらに、硬化していないフォトレジスト性材料を除去するステップは、水や有機溶剤等の現像液により洗浄することにより行うことができる。この際の現像液は、用いたフォトレジスト性材料に応じて適宜選択することができる。この際、トランジスタの機能を阻害しない限り、硬化したフォトレジスト性材料の層が、ソース電極を設ける領域およびドレイン電極を設ける領域ならびに上記間隙領域以外の領域に設けられてもよい。
【００４０】
なお、フォトレジスト性材料は、広く、所定の波長を有する電磁波を照射することで硬化させることができる材料をいう。特に、フォトレジスト性材料が、ポリビニルアルコール等に重クロム酸アンモニウム等の感光性付与材料を添加したものであることが好ましい。すなわち、フォトレジスト性材料が、ポリビニルアルコールを含むことが好ましい。なお、ポリビニルアルコール等の数平均分子量（ＧＰＣ測定、ポリスチレン換算）が、30,000〜190,000であることが好ましい。感光性付与材料の例として、重クロム酸アンモニウムを挙げることができる。これは、ポリビニルアルコールが水溶性であり、これをフォトレジストとして用いる場合、現像液として水を用いることが可能であるため、有機電子材料層への化学的影響を小さくすることが可能なためである。一方で、ペンタセン等の有機電子材料を、水以外の有機溶剤に触れさせた場合、有機電子材料と有機溶剤の組み合わせや、処理条件等によっては、有機電子材料の結晶状態などが変化して電気特性が劣化するおそれがある。
【００４１】
なお、ポリビニルアルコール等に重クロム酸アンモニウム等を添加することは、感光性を付与することは従来から行われ、公知の技術である。また、このような材料を用いて、有機電子材料であるペンタセンの薄膜にフォトリソグラフが可能であることは、例えば非特許文献１（Sheraw et al., 2002）に開示されている。
【００４２】
このように、本発明の第１および第２の実施の形態にかかる薄膜トランジスタは、有機電子材料層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域に設けられたスペーサー部を有する。また、上記したように、スペーサー部が、硬化したフォトレジスト性材料を含むことが好ましい。
【００４３】
ここで、スペーサー部を設けるステップにおいて、（Ａ）ソース電極を設けるステップを行う際の、（ｉ）有機電子材料層を除去するステップにおいて有機電子材料層が厚さ方向について一部のみ除去されている場合（第１の実施の形態）または除去されていない場合には、スペーサー部の上部表面と有機電子材料層のソース電極を設ける領域における上部表面との間の厚さ方向の距離、または、（ii）有機電子材料層を除去するステップにおいて有機電子材料層が厚さ方向について完全に除去される場合（第２の実施の形態）には、スペーサー部の上部表面とゲート絶縁層の上部表面との間の厚さ方向の距離が、ソース電極の厚さよりも厚くなるようにスペーサー部を設けることが好ましい。同様に、スペーサー部を設けるステップにおいて、（Ｂ）ドレイン電極を設けるステップを行う際の、（ｉ）有機電子材料層を除去するステップにおいて有機電子材料層が厚さ方向について一部のみ除去されている場合（第１の実施の形態）または除去されていない場合には、スペーサー部の上部表面と有機電子材料層のドレイン電極を設ける領域における上部表面との間の厚さ方向の距離、または、（ii）有機電子材料層を除去するステップにおいて有機電子材料層が厚さ方向について完全に除去される場合（第２の実施の形態）には、スペーサー部の上部表面とゲート絶縁層の上部表面との間の厚さ方向の距離が、ドレイン電極の厚さよりも厚くなるようにスペーサー部を設けることが好ましい。具体的には、薄膜トランジスタ完成時においてスペーサー部の厚さが、１μｍ以上であることが好ましい。また、薄膜トランジスタ完成時のスペーサー部の厚さが、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４４】
これは、スペーサー部に、ソース電極およびドレイン電極の厚さに比して充分大きな厚さを与えることで、スペーサー部を形成した後にソース電極とドレイン電極を形成する際に、両電極間の電気的絶縁を容易に確保することができるためである。通常、ソース電極およびドレイン電極は６０〜１００ｎｍの厚さで形成されるため、スペーサー部の厚さは、それより充分厚い上記範囲であることが好ましい。
【００４５】
例えば、真空蒸着により電極材料を付着させる場合、蒸着時に基板上に飛来する材料の直進性が高い。このため、基板に対して垂直に材料が飛来する場合は、スペーサー部の側面にはほとんど電極材料が付着しない。また多少でも斜めに材料が飛来する場合は、少なくとも片側のスペーサー部の側面には電極材料が付着しないので、ソース電極とドレイン電極の電気的絶縁は良好に保たれる。ただし、このような場合であっても、蒸着時に飛来する材料の散乱などによる短絡の可能性をより減少させるために、スペーサー部の厚さは、ソース電極、ドレイン電極の厚さに比して充分大きいことが好ましい。発明者らは、検討の結果、スペーサー部の厚さが上記範囲で、短絡の可能性をほぼ無視できることを見出したものである。
【００４６】
これに加えて、後述する有機電子材料層のエッチングの後にも、スペーサー部は残存する必要がある。通常、有機電子材料層の厚さは５０ｎｍ程度であり、仮にスペーサー部も、有機電子材料層の厚さと同程度のエッチングを受けたとしても、スペーサー部の厚さが上記範囲であれば、十分な厚さを維持することができる。
【００４７】
また、本発明は、チャネル長に対応する、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の長さを、３０μｍ以下とする場合に好適であり、３〜５μｍとする場合にさらに好適である。また、本発明は、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の幅を、２０μｍ以上とする場合に好適であり、６０μｍ以上とする場合にさらに好適である。
【００４８】
なお、本発明にかかる製造方法は、前記間隙領域にスペーサー部を設けるステップの前に、有機電子材料層の上に、保護層を設けるステップをさらに含むことが好ましい。すなわち、本発明にかかる薄膜トランジスタは、有機電子材料層とスペーサー部との間に設けられた保護層をさらに有することが好ましい。保護層には、有機電子材料層を実質的に劣化させることなしに有機電子材料層の上に設けることができ、用いられるフォトレジスト性材料に対する現像液に耐性であり、エッチング等により所定の領域のみ除去できるものであれば、任意の材料を用いることができる。具体的には、保護層に用いることができる材料の例として、パリレンを挙げることができる。
【００４９】
パリレン膜等の保護層を設けるステップは、ＣＶＤにより行うことができる。このため、パリレン膜を設ける際には、溶剤を用いる必要がない。パリレン膜を設けた後、パリレン膜の上に、フォトレジスト性材料を塗布し、露光、現像を行っても、パリレンに保護された有機電子材料層は現像液により劣化することはない。後述するように、現像によりフォトレジスト性材料を除去した領域を更に酸素プラズマ等によりエッチングすることで所要のスペーサー部を形成することができる。
【００５０】
本発明にかかる製造方法は、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域における有機電子材料層を、所定の深さまで除去するステップをさらに含むことが好ましい（図２（ｄ−１）および図３（ｄ−２）参照）。所定の深さまで除去するとは、有機電子材料層を、厚さ方向に一部のみ除去すること（第１の実施の形態、図２（ｄ−１）参照）と、ゲート絶縁層に至るまで（完全に）除去すること（第２の実施の形態、図３（ｄ−２）参照）とを含む。有機電子材料層を除去するステップは、エッチングにより行うことができる。より具体的には、有機電子材料層を除去するステップは、酸素プラズマや紫外線照射などによるドライエッチングなどにより容易に行うことができる。
【００５１】
これは、スペーサー部（フォトレジスト性材料）を除去することで、有機電子材料層が露出した領域から、スペーサー部の残渣をさらに除去するためである。すなわち、有機電子材料層を除去し、ゲート絶縁層上に形成される電流経路（チャネル）とソース電極またはドレイン電極との間の距離を短くする（またはなくす）ことによって、電流経路（チャネル）とソース電極またはドレイン電極との間の有機電子材料層における電気抵抗を小さくできるためである。本実施の形態にかかる製造方法によれば、有機電子材料層は一旦、均一な厚さの膜として形成された後、エッチング等により膜の厚さを小さくされる。このため、上記したトップコンタクト型おトランジスタで有機電子材料層の厚さを小さくした場合の島状成長のような問題は生じない。
【００５２】
また特に、例えば、上記したようにスペーサー部がフォトレジスト性材料のような絶縁体であり、かつ有機電子材料層が多結晶膜である場合には、結晶粒界（すなわち、有機電子材料層とソース電極またはドレイン電極との間および有機電子材料の結晶粒同士の間）に絶縁性のフォトレジスト性材料が進入する。このため、有機電子材料層の厚さ方向の電気抵抗は、上記したトップコンタクト型トランジスタ（ソース電極およびドレイン電極が有機電子材料層に直接形成される）に比して大きくなる場合がある。有機電子材料層を除去することは、この影響を最小限に抑制するとともに、上記した有機電子材料層の厚さの低減による電気抵抗の低減に大きな効果を持つものである。
【００５３】
このように、本発明にかかる薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層の上の、少なくとも、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層を有する。すなわち、有機電子材料層は、ゲート絶縁層の上の、ソース電極を設ける領域とドレイン電極を設ける領域との間の間隙領域に加えて、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域に設けることもできる。特に、有機電子材料層が、ゲート絶縁層の上の、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域にさらに設けられている場合は、間隙領域と比べて、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域において、有機電子材料層の厚さが小さいことが好ましい。
【００５４】
本発明にかかる製造方法は、ゲート絶縁層および／または有機電子材料層の上のソース電極を設ける領域に、ソース電極を設けるステップと、ゲート絶縁層および／または有機電子材料層の上のドレイン電極を設ける領域に、ドレイン電極を設けるステップとをさらに含む（図２（ｅ−１）および図３（ｅ−２）参照）。すなわち、ソース電極を設ける領域および／またはドレイン電極を設ける領域において、有機電子材料層が、厚さ方向に一部のみ除去されている場合または除去されていない場合、ソース電極およびドレイン電極は、（ゲート絶縁層の上の）有機電子材料層の上に設けられる（図２（ｅ−１）参照）。ソース電極を設ける領域およびドレイン電極を設ける領域において、有機電子材料層が、厚さ方向に完全に（ゲート絶縁層に至るまで）除去されている場合、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁層の上に設けられる（図３（ｅ−２）参照）。電極を設けるステップは、真空蒸着、またはインクジェット等により行うことができる。この際、トランジスタの機能を阻害しない限り、電極に用いられる材料の層が、ソース電極を設ける領域およびドレイン電極を設ける領域以外の領域３１に設けられてもよい。
【００５５】
本発明にあっては、ソース電極を設けるステップにおいて、ソース電極の上部表面がスペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ソース電極が設けられ、ドレイン電極を設けるステップにおいて、ドレイン電極の上部表面がスペーサー部の上部表面よりも低くなるように、ドレイン電極が設けられることが好ましい。上記したように、これにより、より容易に、ソース電極とドレイン電極との電気的絶縁を良好に保つことができ、ソース電極とドレイン電極との間で短絡が生じる可能性をより小さくすることができる。なお、ソース電極、ドレイン電極およびスペーサー部の上部表面とは、薄膜トランジスタ完成時における、基板とは反対側の、それらの表面をいうものとする。
【００５６】
ソース電極およびドレイン電極に用いることができる材料として、各種金属材料、有機導電性材料を挙げることができる。例えば、ソース電極およびドレイン電極に有機電子材料を用い、有機電子材料を移動する電荷がホールである場合は、ソース電極でのホールの注入を促進し、かつドレイン電極での電子の注入を抑制するため、電極材料として、仕事関数の大きい金などの材料が一般に用いられる。
【００５７】
また、本発明にかかる製造方法は、ソース電極と有機電子材料層との間、および／またはドレイン電極と有機電子材料層との間に、補助層を設けるステップをさらに含むことができる。すなわち、図１〜３に示した第１および第２の実施の形態では、ソース電極、ドレイン電極が単一層であるものを示しているが、例えば、電荷注入を容易にする補助層を有機電子材料層との間に設けることも、容易に可能である。補助層に用いることができる材料の例として、有機電子材料に電子受容性材料または電子供与性材料をドーピングしたものを挙げることができる。例えば、有機電子材料ペンタセンの場合は、ｐ型不純物としてＦ４ＴＣＮＱをドーピングすることができる。
【００５８】
また、本発明にかかる製造方法は、上記間隙領域におけるスペーサー部を除去するステップをさらに含むことができる。スペーサー部を除去するステップは、トランジスタに必要なスペーサー部以外の部位が損傷を受けなければ、任意の方法により行うことができる。具体的には、スペーサー部を除去するステップは、基板や薄膜に影響を与えない剥離液(苛性ソーダなど)に浸漬し、必要に応じて超音波で振動を与える事等により行うことができる。
【００５９】
このように、本発明の第１の実施の形態によると、薄膜トランジスタであって、
基板１０と、
該基板の上に設けられたゲート電極１１と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層１２と、
ソース電極１５と、
ドレイン電極１４と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域ならびに該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域に設けられた有機電子材料層であって、該間隙領域と比べて、該ソース電極および／または該ドレイン電極の下の領域において、該有機電子材料層の厚さが小さく、有機電子材料層が結晶性材料を含み、結晶性材料が実質的に同一の方向に配向している有機電子材料層１３と、
該有機電子材料層の上の該間隙領域に設けられたスペーサー部３０と
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【００６０】
また、本発明の第２の実施の形態によると、薄膜トランジスタであって、
基板１０と、
該基板の上に設けられたゲート電極１１と、
該ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁層１２と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたソース電極１５と、
該ゲート絶縁層の上に設けられたドレイン電極１４と、
該ゲート絶縁層の上の、該ソース電極と該ドレイン電極との間の間隙領域に設けられた有機電子材料層であって、有機電子材料層が結晶性材料を含み、結晶性材料が実質的に同一の方向に配向している有機電子材料層１３と、
該有機電子材料層の上の該間隙領域に設けられたスペーサー部３０と
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【００６１】
これらの薄膜トランジスタを、従来の素子構造を有する、図６に示したボトムコンタクト型、図７に示したトップコンタクト型のトランジスタと比較する。図４に、本発明における有機電子材料の結晶の配向を模式的に示した概念図を示す。本発明にかかるトランジスタにおいては、有機電子材料層は基本的にゲート絶縁層上に成膜されているので、結晶の配向はソース電極やドレイン電極近傍でも乱れることがない。すなわち、ボトムコンタクトで課題であった、ソース電極、ドレイン電極近傍での有機電子材料の結晶性の乱れが無いため、電極と有機電子材料の接触抵抗は低減される。特に、図３（ｅ−２）に示すトランジスタの素子構造は、図６に示したボトムコンタクト型のトランジスタの構造と類似しているが、本発明では、有機電子材料層を形成した後、それに接してソース電極とドレイン電極が設けられている。一方、図２（ｅ−１）に示すトランジスタの素子構造は、図４に示したトップコンタクト型のトランジスタの構造と類似しているが、本発明の方法によれば、ソース電極、ドレイン電極を形成する際に有機電子材料層上にチャネル長を規定するスペーサー部が存在するため、短いチャネル長のトランジスタを容易に形成することが可能である。また、図３（ｅ−２）に示すように、有機電子材料層をエッチング等により除去した後にソース電極、ドレイン電極を形成すれば、当該電極とチャネルの電気抵抗を低減することも可能である。これは、トップコンタクト型のトランジスタと比較して、電極とチャネルとの間の有機電子材料が短くなることによるものである。
【００６２】
このように、本発明においては、従来のボトムコンタクト型、トップコンタクト型トランジスタの問題点を回避し、電流経路における電荷移動をスムースにして、高い移動度を安定して実現することができる。
【００６３】
なお、「上に」設ける、または「下の」領域のように、用語「上」「下」を用いた場合、用語「上」は、基板に対して有機電子材料層のある向きを、用語「下」は、その逆の向きを意図する。また、有機電子材料層の上にスペーサー部を設けるとは、有機電子材料層の上にスペーサー部を直接設ける場合の他、有機電子材料層の上に、例えば保護層を介してスペーサー部を設ける場合も含む。その他の部材に関しても同様である。また、スペーサー層の「上部表面」は、スペーサー層の表面のうち、より「上」側の表面、すなわち、より基板から遠い側の表面を意図する。その他の部材に関しても同様である。
【実施例】
【００６４】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施例によって限定されるものではない。
【００６５】
［実施例１］
ガラス基板１０上に、通常のフォトプロセスとスパッタによりタンタルよりなるゲート電極１１を形成した。厚さは１５０ｎｍとした。次にゲート電極１１の上に、ゲート絶縁層１２として陽極酸化膜を形成した。陽極酸化は１ｗｔ％ホウ酸アンモニウム溶液中で７０Ｖ、５０分の処理により形成し、膜厚８０ｎｍとした。次に、有機電子材料層１３としてペンタセン（アルドリッチ社製）を真空蒸着により、膜厚６０ｎｍで成膜した。この時の基板温度は６０℃とした。
【００６６】
その後、以下の手順によりスペーサー部３０を形成した。まず、ポリビニルアルコール２０ｗｔ％、重クロム酸アンモニウム０．５ｗｔ％を含有する水溶液を作製し、感光液とした。これをディップ法により、前記ペンタセン薄膜上に膜厚２．２μｍとなるよう塗布し、その後６０℃で１０分間乾燥処理を行った。このように形成したポリビニルアルコール膜にフォトマスクを通して、水銀灯２．５ｋＷにより紫外線を３分間照射して、照射領域を硬化させた。ソース電極とドレイン電極を形成する部分はフォトマスクにより紫外線が照射されないようにした。その後、流水により非照射部を洗い流して現像した。
【００６７】
その後、酸素プラズマにより硬化したポリビニルアルコール膜と、現像して露出したペンタセン薄膜を同時に約１０ｎｍエッチングした。スペーサー部の形状で定まるチャネル長は３０μｍ、チャネル幅は１００μｍとした。その後、試料を１００℃、１時間、真空中でアニールした後、ソース電極１５とドレイン電極１４を金の蒸着膜で形成した。金膜厚さは８０ｎｍとした。
【００６８】
上記の成膜に用いた蒸着装置は拡散ポンプ排気で、蒸着は４×１０-4Ｐａ（３×１０-6ｔｏｒｒ）の真空度で行った。また、金、ペンタセンの蒸着は抵抗加熱方式により成膜速度はそれぞれ１０ｎｍ／ｓｅｃ、０．４ｎｍ／ｓｅｃで行った。なお、ペンタセン以外の成膜時の基板温度は室温とした。
【００６９】
［実施例２］
チャネル長を５μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例２の試料を得た。
【００７０】
［実施例３］
スペーサー部の厚さを１．１μｍとした以外は実施例１と同様にして実施例３の試料を得た。
【００７１】
［実施例４］
スペーサー部を形成した後の有機電子材料のエッチング深さを当該膜厚相当（すなわち６０ｎｍ）まで行い、ゲート絶縁層上に直接ソース電極とドレイン電極を形成した以外は実施例１と同様にして実施例４の試料を得た。
【００７２】
［実施例５］
ゲート絶縁層１２としてポリストレン樹脂膜をスピンコートにより塗布したもの（厚さ１５０ｎｍ）を使用した以外は、実施例１と同様にして実施例５の試料を得た。
【００７３】
［実施例６］
以下のように、スペーサー部３０を形成し、電極１４，１５を設けた以外は実施例１と同様にして実施例６の試料を得た。すなわち、スペーサー部の形成手段が、ペンタセン薄膜上に膜厚１．１μｍのパリレン膜を形成し、その後フォトレジスト（ＯＦＰＲ−８００、東京応化工業株式会社）をスピンコートにより厚さ２．０μｍで塗布した後、フォトマスクを通して、紫外光４０５ｎｍ、１１ｍＷ／ｃｍ2を４秒間照射し、照射部を硬化させた。ソース電極とドレイン電極を形成する部分はフォトマスクにより紫外光が照射されないようにした。その後、現像液（ＮＭＤ−３東京応化工業株式会社），により非照射部を洗い流して現像した後、プリベーク（１１０℃、９０秒）、ポストベーク（１３０℃、３０分）を行った。次に、酸素プラズマにより露出したパリレン膜と、その下のペンタセン膜をエッチングした。この際、前記の硬化されたフォトレジストも酸素プラズマによりエッチングされるが、膜厚の違いによってその下にあるパリレン膜はエッチされるに到らない。
【００７４】
［実施例７］
酸素プラズマによるエッチングを行わない以外は実施例１と同様にして実施例７の試料を得た。
【００７５】
［比較例１：ボトムコンタクト型１］
ゲート絶縁層を形成後、ソース電極とドレイン電極をフォトリソグラフと真空蒸着を用いて形成し、その後、有機半導体材料層を形成した以外は実施例１と同様にして比較例１の試料を得た。
【００７６】
［比較例２：ボトムコンタクト型２］
チャネル長を５μｍとした以外は比較例１と同様にして比較例２の試料を得た。
【００７７】
［比較例３：ボトムコンタクト型３］
スペーサー部の厚さを０．９μｍとした以外は実施例１と同様にして比較例３の試料を得た。
【００７８】
［比較例４：トップコンタクト型１］
スペーサー部を形成せず、ソース電極とドレイン電極を、シャドウマスクを用いた真空蒸着により直接ゲート絶縁層上に形成した以外は実施例１と同様にして比較例４の試料を得た。
【００７９】
［比較例５：トップコンタクト型２］
チャネル長を５μｍとした以外は比較例４と同様にして比較例５の試料を得た。
【００８０】
［短絡確率、移動度］
以上の実施例、比較例の試料のうち、比較例３においては１０個作製した素子のうち３個でソース電極とドレイン電極の短絡が認められた。また、比較例４においては、同様に１０個作製した素子のうち１個、比較例５は７個でソース電極とドレイン電極の短絡が認められた。また、実施例７では移動度が比較的大きく低下した。これはペンタセン粒界にポリビニルアルコールが浸入し、ソース電極、ドレイン電極との接触抵抗を増大させた結果と推定される。
【００８１】
その他の薄膜トランジスタ素子ではそれぞれｐチャンネル型のトランジスタ動作が確認された。表１に、各試料で得られた移動度およびそのばらつき（標準偏差）ならびに短絡確率を示す。実施例１、２では同じチャネル長の比較例１，２に比較して移動度が著しく改善されており、特に短チャネル長でその効果が著しい。また、比較例４、５の場合は移動度の平均値は同じチャネル長の実施例１、２に比較して大きな差異は無いものの、特性のばらつきを示す標準偏差が大きく、また特に比較例５のように短チャネル長では短絡が多くなる事から、従来のシャドウマスク法に比して本発明の方法の安定性が優れている事が示された。
【００８２】
【表１】
2007012877.tif 000008
【００８３】
このように、本発明により、有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極と、ゲート絶縁層上のチャネルとの電荷移動をスムースにし、短チャネル長においても高い移動度を安定して実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法を示した概念図を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法を示した概念図を示す。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法を示した概念図を示す。
【図４】本発明における有機電子材料の結晶の配向を模式的に示した概念図を示す。
【図５】薄膜トランジスタによる発光素子制御の等価回路を例示する概念図を示す。
【図６】従来のボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの断面図を示す。
【図７】従来のトップコンタクト型の有機薄膜トランジスタの断面図を示す。
【図８】ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタでの有機電子材料の結晶の配向を模式的に示した概念図を示す。
【図９】有機電子材料が薄い場合における、トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタでの有機電子材料の結晶の成長状態を模式的に示した概念図を示す。
【符号の説明】
【００８５】
１０，１１０，２１０：基板
１１，１１１，２１１：ゲート電極
１２，１１２，２１２：ゲート絶縁層
１３，１１３，２１３：有機電子材料層
１４，１１４，２１４：ドレイン電極、
１５，１１５，２１５：ソース電極、
１６，１１６，２１６：チャネル
２０，１２０，２２０：有機電子材料分子の結晶
２２１：有機電子材料層の表面
２２２：有機電子材料層の空間的欠陥
２４，１２４，２２４：チャネル内の電流
３０：スペーサー部
【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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