JP2004266197A

JP2004266197A - 薄膜トランジスタ素子の製造方法、薄膜トランジスタ素子及び薄膜トランジスタ素子シート

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Publication number: JP2004266197A
Application number: JP2003056940A
Authority: JP
Inventors: Katsura Hirai; 桂平井
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: JP4396109B2

Abstract

【課題】異種材料を構成層として有する電極を有する薄膜トランジスタ素子の簡便な製造方法及び、前記製造方法により製造された薄膜トランジスタ素子及び薄膜トランジスタ素子シートを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタ素子の製造方法において、半導体層上に感光層を設ける工程、該感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光する工程、該露光が行われた前記感光層を現像する工程の後、若しくは、前記感光層を現像しながら、該ソース電極または該ドレイン電極を設ける工程の後に、該電極パターンまたは該回路パターンを露光する工程時に未露光の状態で残った前記感光層の一部または全体に露光、現像を行う工程を経て、第２の電極または第２の回路が形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ素子の製造方法、該製造方法により製造した薄膜トランジスタ素子及び薄膜トランジスタ素子シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパあるいはデジタルペーパへのニーズも高まりつつある。
【０００３】
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
【０００４】
薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）は、通常、ガラス基板上に、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）などの半導体薄膜や、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。
【０００５】
このＴＦＴを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフ工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。
【０００６】
特に、さらに、近年のディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ等）の大画面化のニーズに伴い、従来の薄膜トランジスタ素子の電極として異種の材料（例えば、金属材料、樹脂材料等との組み合わせ）を用いた電極形成が求められ、より高度な真空系設備と複雑な工程が必要となり、その結果、製造時のコストは非常に膨大なものとなっている。
【０００７】
一方、近年、従来の薄膜トランジスタ素子（ＴＦＴ）の種々の問題点（デメリット）を補う技術として、有機半導体材料を用いた有機薄膜トランジスタ素子の研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。
【０００８】
有機薄膜トランジスタ素子は、低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを支持体として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できるされ（非特許文献２参照）、また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる。
【０００９】
しかしながら、上記のような異種材料を用いた電極を有する薄膜トランジスタ素子の製造においては、従来の薄膜トランジスタ素子の製造方法と同様の問題点を抱え、特に液晶表示パネル等に用いられる透明導電膜を電極として有する薄膜トランジスタ素子の製造を精度よく、且つ、簡易的に行える方法がないのが現状である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１９０００１号公報
【００１１】
【非特許文献１】
ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー）
【００１２】
【非特許文献２】
ＳＩＤ‘０２Ｄｉｇｅｓｔｐ５７
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、異種材料を構成層として有する電極を有する薄膜トランジスタ素子の簡便な製造方法及び、前記製造方法により製造された薄膜トランジスタ素子及び薄膜トランジスタ素子シートを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は下記の構成１〜１１により達成された。
【００１５】
１．支持体上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極が順次形成されている薄膜トランジスタ素子の製造方法において、
該半導体層上に直接またはその他の層を介して感光層を設ける工程、該感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光する工程、該露光が行われた前記感光層を現像する工程、該電極パターンまたは該回路パターンが付与された前記感光層上に電極材料を供給して該ソース電極または該ドレイン電極を設ける工程の後に、該露光工程時に未露光の状態で残った前記感光層の一部または全体に露光、現像を行う工程を経て、第２の電極または第２の回路が形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００１６】
２．前記感光層上に電極材料反発層を形成する工程の後、前記感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光して、前記感光層及び該電極材料反発層上に該電極パターンまたは該回路パターンを付与する工程の後に、前記電極材料反発層上に前記電極材料を供給して前記ソース電極または該ドレイン電極を設けることを特徴とする前記１に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００１７】
３．前記感光層が光感応性樹脂を含む光感応性樹脂層であることを特徴とする前記１または２に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００１８】
４．前記光感応性樹脂がポジ型フォトレジスト用樹脂であることを特徴とする前記３に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００１９】
５．前記半導体層が有機半導体材料を含むことを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００２０】
６．前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記第２の電極からなる群から選択される少なくとも一つの電極または前記第２の回路が、液体材料またはペースト状材料から形成されることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００２１】
７．前記第２の電極または前記第２の回路が、透明導電膜であることを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００２２】
８．前記透明導電膜が大気圧プラズマ法により形成されることを特徴とする前記７に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００２３】
９．前記支持体が樹脂基板（樹脂フィルム）であることを特徴とする前記１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
【００２４】
１０．前記１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法により製造されたことを特徴とする薄膜トランジスタ素子。
【００２５】
１１．前記１０に記載の薄膜トランジスタ素子が複数配置されていることを特徴とする薄膜トランジスタ素子シート。
【００２６】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の薄膜トランジスタ素子の一態様である、有機薄膜トランジスタ素子の実施形態について述べる。
【００２８】
本発明の有機薄膜トランジスタ素子は、支持体上に下引き層を介してゲート電極を設け、次いで、ゲート絶縁層を介して有機半導体層で連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型である。
【００２９】
ここで、上記ボトムゲート型の具体的な素子の層構成例を図１（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３０】
図１（ａ）はボトムゲート型の層構成の一例である。図１（ａ）では、支持体１上にポリマーまたは無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層２、下引き層２に接してゲート電極３、該ゲート電極３を陽極酸化膜３ａにより被覆処理し、次いで、ゲート絶縁層３ｂを設け、該ゲート絶縁層３ｂを介して有機半導体層４が設けられる。
【００３１】
有機半導体層４上には、ソース電極５、ドレイン電極６が各々設けられているが、該ソース電極５、該ドレイン電極６が配置されていない有機半導体層４の部位及び周囲には、有機半導体保護層７が設けられる。
【００３２】
ソース電極５は、５ａ、５ｂ、５ｃの３層構成、ドレイン電極６も、同様に、６ａ、６ｂ、６ｃの３層構成を有し、各々の層は異種材料から構成されている。
【００３３】
具体的には、層５ａ、層６ａは、各々導電性ポリマを含む層、層５ｂ、層６ｂは、各々金属微粒子を含む層で構成される。
【００３４】
上記のソース電極５、ドレイン電極６において、層５ｃ、層６ｃが、請求項１に記載の、第２の電極または第２の回路であり、前記ソース電極５の層５ｂ上、前記ドレイン電極６の６層ｂ上に、新たに電極材料（回路材料ともいう）として積層されたものである。
【００３５】
図１（ｂ）も、ボトムゲート型の層構成の別の一例を示す。図１（ｂ）においても、支持体１、下引き層２、陽極酸化膜３、ゲート絶縁層３ｂ、有機半導体層４、有機半導体保護層７等の構成は図１（ａ）に記載の層構成と同様である。
【００３６】
また、ソース電極５は、５ａ、５ｂ、５ｄの３層構成、ドレイン電極６は、６ａ、６ｂ、６ｄの３層構成と層構成も同様であり、図１（ａ）での層５ｃ、層６ｃと同様に、これらが第２の電極若しくは第２の回路として形成されている。
【００３７】
図１（ｂ）と図１（ａ）の最大の相違点は、図１（ｂ）では、未露光部の光感応性樹脂層２０及び前記光感応性樹脂層２０上に設けられた電極材料反発層８が薄膜トランジスタ素子作成後も残留していることである。
【００３８】
近年、薄膜トランジスタ素子や有機薄膜トランジスタ素子の電極として異種材料を組み合わせた電極（回路）を形成することや、一度作製したトランジスタ素子に新たに電極や回路を設けることが求められているが、従来では、図１（ａ）、（ｂ）に各々示したような、３層構成のソース電極５、ドレイン電極６の作製工程は、各層を別途で形成するため複雑な工程が必要であり、且つ、各工程には高度な製造技術が必須であった。
【００３９】
本発明では、詳細は後述する有機薄膜トランジスタ素子の製造方法において説明するが、図１（ａ）、図１（ｂ）に記載のソース電極５の層５ａ、層５ｂ、ドレイン電極６の層６ａ、層６ｂの形成時に未露光部位として残留した悲観感応性樹脂層２０（感光層）の少なくとも一部分を再利用して、電極パターン形成（パターン露光、現像処理）を行うことで、新規な電極または回路（層５ｃ及び層６ｃまたは、層５ｄ及び層６ｄ）の作製を簡便に行うことが可能になった。
【００４０】
また、層５ｃ及び層６ｃ、または、層５ｄ及び層６ｄを構成する電極材料としては、詳細は後述するが、具体的には、これも後述する大気圧プラズマ法により形成されたＩＴＯ膜や、ロールコータ等を用いて形成された透明導電膜等が好ましく用いられる。
【００４１】
以下、本発明の薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
《薄膜トランジスタ素子の製造方法》
本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法について説明する。
【００４２】
本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法は、請求項１に記載のように、支持体上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極が順次形成されている薄膜トランジスタ素子の製造方法において、該半導体層上に直接またはその他の層を介して感光層を設ける工程、該感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光する工程、該露光が行われた前記感光層を現像する工程の後、若しくは、前記感光層を現像しながら、該ソース電極または該ドレイン電極を設ける工程の後に、該電極パターンまたは該回路パターンを露光する工程時に未露光の状態で残った前記感光層の一部または全体に露光、現像を行う工程を経て、第２の電極または第２の回路が形成されることを特徴とする。
【００４３】
本発明に係る電極（ソース電極、ドレイン電極、第２の電極）や第２の回路のの形成方法としては、半導体層上に設けた感光層上に電極または回路パターンを形成した後、生成したパターンに電極や回路の構成材料を前記パターンに付与する方法が用いられる。
【００４４】
《フォトリソグラフ法を用いる電極形成》
本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法においては、後述するように、半導体層上に直接またはその他の層を介して感光層を設け、その感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光、現像処理する、いわゆる、フォトリソグラフ法でソース電極、ドレイン電極、第２の電極、第２の回路等を形成することが好ましい。
【００４５】
また、本発明では、請求項２に記載のように、前記感光層上に後述する電極材料反発層を設けた後に、前記感光層に露光及び現像を行ない、前記電極材料反発層のパターニングを行う工程と、前記パターニングを行った電極材料反発層に前記電極材料を供給して電極パターンを形成する工程を設けても良い。
【００４６】
本発明では、上記のようにして、簡便にソース電極やドレイン電極等を作製することができるが、特に本発明の製造方法が優れている点は、一度、前記ソース電極やドレイン電極等を作製した後、未露光部に残留している感光層（光感応性樹脂層等）を再利用することにより、第２の電極または第の２の回路を別途、新規に感光層を設けることなく簡便に作製することを可能にしたことである。
【００４７】
本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法では、このようにすることで、薄膜トランジスタ素子のソース電極、ドレイン電極や第２の電極、第２の回路を簡易に形成することができる。
【００４８】
また、第２の電極、第２の回路は、ソース電極やドレイン電極上に形成してもよく、また、前記ソース電極やドレイン電極とは別途の位置に設けてもよい。
【００４９】
フォトリソグラフ法を用いてソース電極、ドレイン電極、第２の電極、第２の回路等を形成する場合、半導体層上に直接またはその他の層（例えば、後述する下引き層等）上に感光層が設けられるが、本発明に係る感光層としては、光感応性樹脂を含む光感応性樹脂層であることが好ましく、更に好ましくは、前記光感応性樹脂がポジ型フォトレジスト用樹脂である場合である。
【００５０】
（光感応性樹脂層）
光感応性樹脂層としては、ポジ型、ネガ型の公知の材料を用いることができるが、レーザで露光が行えるレーザ感光性の材料を用いることが好ましい。このような光感応性樹脂層に用いられる、レーザ感光性の材料としては、（１）特開平１１−２７１９６９号公報、特開２００１−１１７２１９号公報、特開平１１−３１１８５９号公報、同１１−３５２６９１号公報のような色素増感型の光重合感光材料、（２）特開平９−１７９２９２号公報、米国特許第５，３４０，６９９号明細書、特開平１０−９０８８５号公報、特開２０００−３２１７８０号公報、同２００１−１５４３７４号公報のような赤外線レーザに感光性を有するネガ型感光材料、（３）特開平９−１７１２５４号公報、同５−１１５１４４号公報、同１０−８７７３３号公報、同９−４３８４７号公報、同１０−２６８５１２号公報、同１１−１９４５０４号公報、同１１−２２３９３６号公報、同１１−８４６５７号公報、同１１−１７４６８１号公報、同７−２８５２７５号公報、特開２０００−５６４５２号公報、国際公開第９７／３９８９４号パンフレット、同第９８／４２５０７号パンフレット等のような赤外線レーザに感光性を有するポジ型感光材料が挙げられる。中でも工程が暗所に限定されない点で、（２）と（３）が好ましい。
【００５１】
フォトリソグラフ法による電極形成では、ソース電極、ドレイン電極の形成材料として金属微粒子含有分散体または導電性ポリマーを用いてパターニングし、必要に応じて熱融着することにより、ソース電極またはドレイン電極を容易に高精度に作製することが可能となり、種々の形態でパターニングすることが容易となり、有機薄膜トランジスタ素子を容易に製造することが可能となる。
【００５２】
光感応性樹脂の塗布溶液を形成する溶媒としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキサン、アセトン、シクロヘキサノン、トリクロロエチレン、メチルエチルケトン等が挙げられる。これら溶媒は、単独であるいは２種以上混合して使用する。
【００５３】
光感応性樹脂層を形成する方法としては、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法が用いられる。
【００５４】
光感応性樹脂層は、有機半導体層の光による劣化を抑えるために有機半導体層に到達する光を抑えるという観点から、染料等の色材や紫外線吸収剤を含有させることにより、光透過率を低減させておいてもよく、このとき、光感光性樹脂層の光透過率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１％以下である。
【００５５】
光感応性樹脂層が形成されたら、光感応性樹脂層をパターニング露光を行う。パターニング露光を行う光源としては、Ａｒレーザ、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ等が挙げられ、好ましくは赤外に発振波長があるもので、半導体レーザである。出力は５０ｍＷ以上が適当であり、好ましくは１００ｍＷ以上である。
【００５６】
次に、露光された光感応性樹脂層を現像する。光感応性樹脂の現像に用いられる現像液としては、水系アルカリ現像液が好適である。水系アルカリ現像液としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、第二リン酸ナトリウム、第三リン酸ナトリウム等のアルカリ金属塩の水溶液や、アンモニア、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、１，８−ジアザビシクロ−［５，４，０］−７−ウンデセン、１，５−ジアザビシクロ−［４，３，０］−５−ノナン等のアルカリ性化合物を溶解した水溶液水を挙げることが出来る。本発明におけるアルカリ性化合物のアルカリ現像液中における濃度は、通常１質量％〜１０質量％、好ましくは２質量％〜５質量％である。
【００５７】
現像液には、必要に応じアニオン性界面活性剤、両性界面活性剤やアルコール等の有機溶剤を加えることができる。有機溶剤としては、プロピレングリコール、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ベンジルアルコール、ｎ−プロピルアルコール等が有用である。
【００５８】
必要により、光感応性樹脂層を除去する工程を加えることができる。金属微粒子含有分散体または導電性ポリマー層のパターニング後に光感応性樹脂層を除去する場合、光感応性樹脂材料はポジ型が好ましい。また光感応性樹脂層を形成する組成物には、ノボラック樹脂やポリビニルフェノールの様なフェノール樹脂を混合するのが好ましい。ノボラック樹脂としては、例えばフェノール・ホルムアルデヒド樹脂、クレゾール・ホルムアルデヒド樹脂、特開昭５５−５７８４１号公報に記載されるようなフェノール・クレゾール・ホルムアルデヒド共重縮合体樹脂、特開昭５５−１２７５５３号公報に記載されているような、ｐ−置換フェノールとフェノールもしくは、クレゾールとホルムアルデヒドとの共重縮合体樹脂等が挙げられる。金属微粒子分散物または導電性ポリマー層のパターニング後に光感応性樹脂層を除去する場合、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系、グリコールエーテル系などの前記光感応性樹脂層の有機溶媒から適宜選択して除去に用いる。導電性ポリマー層への影響をより少なくするため、つまり導電性の低下を防止させたり、導電性ポリマー層の残存率を向上させるため、エーテル系またはケトン系の溶媒を用いることが好ましい。最も好ましいのはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル系溶媒である。
【００５９】
本発明に係る電極の形成にはアブレーション層をもちいてもよい。
本発明に用いられるアブレーション層は、エネルギー光吸収剤、バインダー樹脂および必要に応じて添加される各種添加剤から構成することができる。
【００６０】
エネルギー光吸収剤は、照射するエネルギー光を吸収する各種の有機および無機材料が使用可能であり、たとえばレーザ光源を赤外線レーザとした場合、赤外線を吸収する顔料、色素、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属ホウ化物、グラファイト、カーボンブラック、チタンブラック、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等を主成分とするメタル磁性粉末等の強磁性金属粉末などを用いることができ、中でも、カーボンブラック、シアニン系などの色素、Ｆｅ系強磁性金属粉末が好ましい。エネルギー光吸収剤の含有量は、アブレーション層形成成分の３０質量％〜９５質量％程度、好ましくは４０質量％〜８０質量％である。
【００６１】
アブレーション層のバインダー樹脂は、前記色材微粒子を十分に保持できるものであれば、特に制限無く用いることができ、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド系樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができる。バインダー樹脂の含有量は、アブレーション層形成成分５質量％〜７０質量％程度、好ましくは２０質量％〜６０質量％である。
【００６２】
本明細書でいうアブレーション層とは、高密度エネルギー光の照射によりアブレートする層を指し、ここで言うアブレートとは、物理的或いは化学的変化によりアブレーション層が完全に飛散する、一部が破壊される或いは飛散する、隣接する層との界面近傍のみに物理的或いは化学的変化が起こるという現象を含む。このアブレートを利用してレジスト像を形成し、電極を形成させる。
【００６３】
高密度エネルギー光は、アブレートを発生させる活性光であれば特に制限はなく用いることができる。露光方法としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるフラッシュ露光を、フォトマスクを介して行ってもよいし、レーザ光等を収束させ走査露光を行っても良い。レーザ１ビーム当たりの出力は２０ｍＷ〜２００ｍＷである赤外線レーザ、特に半導体レーザが最も好ましく用いられる。エネルギー密度としては、好ましくは５０ｍＪ／ｃｍ^２〜５００ｍＪ／ｃｍ^２、更に好ましくは１００ｍＪ／ｃｍ^２〜３００ｍＪ／ｃｍ^２である。
【００６４】
電極や回路の構成材料を電極パターンや回路パターンに付与する方法としては、蒸着やスパッタリング等の方法を用いて導電性薄膜を形成する方法、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写する方法、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、金属微粒子を含有する分散液等を直接インクジェット法によりパターニング等の種々の方法を用いることが出来る。
【００６５】
更に、電極パターンや回路パターンを直接、半導体層上に設ける方法としては、例えば、導電性物質を含有する塗工膜上に、フォトリソグラフやレーザアブレーションなどにより電極形成や回路形成してもよいし、また、導電性ポリマーや金属微粒子を含有する導電性インク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００６６】
次に、本発明の薄膜トランジスタ素子に係る、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、第２の電極、第２の回路等を構成する電極材料について説明する。
【００６７】
《電極材料反発層》
本発明に係る電極材料反発層について説明する。
【００６８】
本発明において、電極材料反発層とは、電極となる電極材料と反発する性能を有している層であり、後述する感光層に露光及び現像を行うことにより、パターニングを行うことのできる層である。このような電極材料反発層としては、電極材料と反発する性能を有するそうであればどのようなものを用いても構わないが、特開平９−２９２７０３号公報、特開平９−３１９０７５号公報、特開平１０−２４４７７３号公報、特公昭５４−２６９２３号公報、特公昭５６−２３１５０号公報、特公昭６１−６１４号公報、特開平８−８２９２１号公報、特開平１０−３１９５７９号公報、特開２０００−２７５８２４号公報、特開２０００−３３０２６８号公報、特開２００１−２０１８４９号公報、特開２００１−２４９４４５号公報、特開２００１−３２４８００号公報、特開２００２−２２９１８９号公報、特開平４−３２４８６５号公報、特開平５−５３３１８号公報、特開平５−２５７２６９号公報、特開平６−８９０２３号公報、特開平７−１９９４５４号公報、特開平８−３２８２４０号公報、特開平９−６２００１号公報、特開平９−１２０１５７号公報、特開平１１−３０８５２号公報、特開２００１−１８８３３９号公報、特開２００１−３４３７４１号公報、特開２００２−１３１８９４号公報、特開２００２−２６８２１６号公報に記載されるいわゆる水なし平板のインキ反発性層等を用いることができ、より好ましくはシリコーンゴム層を用いることができる。またはシランカップリング剤、チタネートカップリング剤などを用いて、感光層表面に電極材料反発性を付与することもできる。
【００６９】
本発明において、上記の感光層（光感応性樹脂層等）及び電極材料反発層のパターニング方法は、感光層に露光及び現像を行うことにより、電極材料反発層にパターニングを行うことができるものであればどのようなものを用いても構わない。
【００７０】
《ソース電極、ドレイン電極、第２の電極、第２の回路の構成材料》
本発明の薄膜トランジスタ素子において、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、第２の電極、第２の回路等を形成する材料は導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯおよび炭素が好ましい。
【００７１】
また、本発明に係る、ソース電極、ドレイン電極、第２の電極、第２の回路としては、導電性材料を含む、溶液、ペースト、インク、金属薄膜前駆体材料、液状分散物などを用いて作製した電極も好ましく用いることが出来る。
【００７２】
更に、上記材料から形成された、前記第２の電極、第２の回路は、透明導電膜を形成することが好ましい。
【００７３】
ここで、透明とは、光透過率（光としては、紫外光〜可視光）が少なくとも５０％以上のものであり、好ましくは８０％以上である。
【００７４】
導電性材料としては、導電性ポリマーや金属微粒子などを好適に用いることができる。また、溶媒や分散媒体としては、有機半導体へのダメージを抑制するため、水を６０％以上、好ましくは９０％以上含有する溶媒または分散媒体であることが好ましい。
【００７５】
金属微粒子を含有する分散物としては、たとえば公知の導電性ペーストなどを用いても良いが、好ましくは、粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの金属微粒子を含有する分散物である。
【００７６】
金属微粒子の材料としては白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、亜鉛等を用いることができる。
【００７７】
これらの金属からなる微粒子を、主に有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や任意の有機溶剤である分散媒中に分散した分散物を用いて電極を形成するのが好ましい。
【００７８】
このような金属微粒子の分散物の製造方法として、ガス中蒸発法、スパッタリング法、金属蒸気合成法などの物理的生成法や、コロイド法、共沈法などの、液相で金属イオンを還元して金属微粒子を生成する化学的生成法が挙げられるが、好ましくは、特開平１１−７６８００号公報、同１１−８０６４７号公報、同１１−３１９５３８号公報、特開２０００−２３９８５３号公報等に示されたコロイド法、特開２００１−２５４１８５号公報、同２００１−５３０２８号公報、同２００１−３５２５５号公報、同２０００−１２４１５７号公報、同２０００−１２３６３４号公報などに記載されたガス中蒸発法により製造された金属微粒子の分散物である。これらの金属微粒子分散物を用いて前記電極や前記回路を成形し、溶媒を乾燥させた後、必要に応じて１００℃〜３００℃、好ましくは１５０℃〜２００℃の範囲で形状様に加熱することにより、金属微粒子を熱融着させ、目的の形状を有する電極パターン、回路パターンを形成するものである。
【００７９】
さらに、ソース電極、ドレイン電極としては、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマーを用いることも好ましく、例えば、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。これによりソース電極とドレイン電極とのショットキー障壁を低減することができる。
【００８０】
《半導体層》
本発明に係る半導体層は、従来公知の無機または有機の半導体材料を含むことが出来るが、本発明では、有機半導体材料を含むことが好ましい。
【００８１】
《有機半導体材料》
本発明に係る有機半導体材料としては、π共役系材料が用いられ、例えばポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号に記載された多環縮合体などを用いることができる。
【００８２】
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェンα，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。
【００８３】
さらに銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドとともに、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）及びＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン２，３，６，７テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８４等フラーレン類、ＳＷＮＴなどのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などがあげられる。
【００８４】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、これらの置換体またはこれらの２種以上を繰返し単位とし、かつ該繰返し単位の数ｎが４〜１０であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数ｎが２０以上であるポリマー、ペンタセンなどの縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。
【００８５】
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００８６】
本発明においては、有機半導体層に、たとえば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。
【００８７】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセプター）または電子供与性分子（ドナー）をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って，ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしては公知のものを採用することができる。
【００８８】
（有機半導体層の作製方法）
これら有機半導体層の作製方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法およびＬＢ法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単かつ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法、インクジェット法等が好まれる。
【００８９】
尚、ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌１９９９年第６号、ｐ４８０〜４８３に記載の様に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成しても良い。
【００９０】
これら有機半導体材料からなる有機半導体層の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタ素子の特性は、有機半導体層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体材料の種類にもよるが、一般に１μｍ以下、特に１０ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【００９１】
《有機半導体保護層》
本発明の薄膜トランジスタ素子の好ましい一態様である、有機薄膜トランジスタ素子は、有機半導体層に接して有機半導体保護層を有することが好ましい。有機半導体層に接して有機半導体保護層を設けることにより、有機半導体層の空気による劣化や、製造時に用いる塗布溶媒等による劣化等を抑えてトランジスタ素子としての特性の低下を抑えることができる。さらに、有機半導体保護層を設けることにより、折れ曲がり等による耐久性も向上し、これによりトランジスタ素子としての特性の低下を抑えることができる。
【００９２】
有機半導体保護層としては、有機半導体トランジスタ素子の製造過程や製造後に、有機半導体層へ影響を与えない材料を用い、有機半導体保護層の上に光感応性樹脂層等の感光性組成物を形成するような場合には、その塗布工程で影響を受けない材料を用いる。さらに光感応性樹脂層のパターニング時にも影響を受けない材料であるが好ましい。そのような材料として、好ましくは、親水性ポリマーを含有する材料であり、さらに好ましくは、親水性ポリマーの水溶液または水分散液である。親水性ポリマーは、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を有するポリマーである。たとえばポリビニルアルコールや、ＨＥＭＡ、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。またその他の材料として、無機酸化物、無機窒化物を含有する材料も、有機半導体への影響を与えず、その他塗布工程での影響を与えないので好ましい。さらに後述するゲート絶縁層の材料も用いることができる。
【００９３】
無機酸化物または無機窒化物を含有する有機半導体保護層は、大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。
【００９４】
大気圧下でのプラズマ法による薄膜の形成方法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理で、その方法については特開平１１−６１４０６号公報、同１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１２１８０４号公報、同２０００−１４７２０９号公報、同２０００−１８５３６２号公報等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。
【００９５】
本発明にもちいられる有機半導体保護層は、光透過率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１％以下である。これにより、有機半導体層の光による特性の劣化を抑えることができる。
【００９６】
本明細書でいう光透過率とは有機半導体層に光発生キャリアを発生させることのできる波長域における平均透過率を示す。一般的に３５０〜７５０ｎｍの光に対して遮光する性能を有していることが好ましい。
【００９７】
また、この技術は有機半導体層の光による劣化を抑えるために有機半導体層に到達する光を抑えようとするものであることから、有機半導体保護層で光透過率を低減させるだけでなく、有機半導体層上に形成されている他の層（多層の場合はすべての層）で光透過率が１０％以下となるようにしてもよく、１％以下とすることがさらに好ましい。
【００９８】
層の光透過率を下げるためには、層中に顔料や染料等の色材や紫外線吸収剤を含有させるといった手法を用いることができる。
【００９９】
本発明の有機薄膜トランジスタ素子は、有機半導体層に有機半導体保護層を形成し、さらに有機半導体層は貫通孔を有しており、ソース電極及びドレイン電極は、この貫通孔を通じて有機半導体層部分に接していることを特徴とする。これにより、有機薄膜トランジスタ素子製造時に、有機半導体層が、すぐに有機半導体保護層により保護され、さらに、ソース電極、ドレイン電極の形成時でも有機半導体層を空気接触や製造時に用いる塗布溶媒等の接触を極力抑えることができ、トランジスタ素子としての特性の劣化を抑えることができる。
【０１００】
《ゲート絶縁層》
本発明の薄膜トランジスタ素子のゲート絶縁層としては種々の絶縁膜を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【０１０１】
上記皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法などの塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法などのウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。
【０１０２】
ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤などの分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、いわゆるゾルゲル法が用いられる。
【０１０３】
《大気圧プラズマ法》
これらのうち好ましいのは、上述した大気圧プラズマ法である。
【０１０４】
ゲート絶縁層が陽極酸化膜または該陽極酸化膜と絶縁膜とで構成されることも好ましい。陽極酸化膜は封孔処理されることが望ましい。陽極酸化膜は、陽極酸化が可能な金属を公知の方法により陽極酸化することにより形成される。
【０１０５】
陽極酸化処理可能な金属としては、アルミニウムまたはタンタルを挙げることができ、陽極酸化処理の方法には特に制限はなく、公知の方法を用いることができる。陽極酸化処理を行なうことにより、酸化被膜が形成される。陽極酸化処理に用いられる電解液としては、多孔質酸化皮膜を形成することができるものならばいかなるものでも使用でき、一般には、硫酸、燐酸、蓚酸、クロム酸、ホウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸等あるいはこれらを２種類以上組み合わせた混酸あるいそれらの塩が用いられる。陽極酸化の処理条件は使用する電解液により種々変化するので一概に特定し得ないが、一般的には、電解液の濃度が１質量％〜８０質量％、電解液の温度５℃〜７０℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ^２〜６０Ａ／ｄｍ^２、電圧１Ｖ〜１００Ｖ、電解時間１０秒〜５分の範囲が適当である。好ましい陽極酸化処理は、電解液として硫酸、リン酸またはホウ酸の水溶液を用い、直流電流で処理する方法であるが、交流電流を用いることもできる。これらの酸の濃度は５質量％〜４５質量％であることが好ましく、電解液の温度２０℃〜５０℃、電流密度０．５Ａ／ｄｍ^２〜２０Ａ／ｄｍ^２で２０秒〜２５０秒間電解処理するのが好ましい。
【０１０６】
また有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。
【０１０７】
有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。またこれら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは、１００ｎｍ〜１μｍである。
【０１０８】
ゲート絶縁層と有機半導体層の間に、任意の配向処理を施してもよい。シランカップリング剤、たとえばオクタデシルトリクロロシラン、トリクロロメチルシラザンや、アルカン燐酸、アルカンスルホン酸、アルカンカルボン酸などの自己組織化配向膜が好適に用いられる。
【０１０９】
《支持体》
本発明に係る支持体について説明する。
【０１１０】
本発明において支持体は樹脂からなり、例えばプラスチックフィルムシートを用いることができる。前記プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。このように、プラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上できる。
【０１１１】
また本発明の有機薄膜トランジスタ素子上には素子保護層を設けることも可能である。保護層としては前述した無機酸化物または無機窒化物等が挙げられ、上述した大気圧プラズマ法で形成するのが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタ素子の耐久性が向上する。
【０１１２】
次に本発明の有機薄膜トランジスタ素子の製造方法について説明する。
本発明の有機薄膜トランジスタ素子の製造方法は、樹脂からなる支持体上に、ゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層を形成する工程と、有機半導体層を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有しており、さらに、有機半導体層に接して有機半導体保護層を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極を形成する部分の有機半導体保護層を除去する工程と、を有しており、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程は、ソース電極及びドレイン電極を形成する部分の有機半導体保護層を除去する工程で有機半導体保護層を除去した有機半導体層部分に接するようにソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴としている。これにより、有機半導体層の形成後すぐに有機半導体保護層により保護されることから、有機半導体層の空気による劣化や、製造時に用いる塗布溶媒等による劣化等を抑えてトランジスタ素子としての特性の低下を抑えることができる。さらに、有機半導体保護層を設けることにより、折れ曲がり等による耐久性も向上し、これによりトランジスタ素子としての特性の低下を抑えることができる。さらに、ソース電極及びドレイン電極の形成時でも有機半導体層を空気接触や製造時に用いる塗布溶媒等の接触を抑えることができ、トランジスタ素子としての特性の低下をできるだけ抑えることができる。
【０１１３】
本発明の有機薄膜トランジスタ素子の製造方法では、前述したフォトリソグラフ法でソース電極及びドレイン電極を形成することが好ましい。具体的には、有機半導体保護層に接して光感応性樹脂層を形成する工程と、この光感応性樹脂層を露光する工程と、さらに露光が行われた光感応性樹脂層を現像する工程とを有し、光感応性樹脂層を現像する工程と同時、若しくはその後に、ソース電極及びドレイン電極を形成する部分の有機半導体保護層を除去する工程を行い、その後にソース電極及びドレイン電極を形成する工程を行う。本発明の有機薄膜トランジスタ素子は、有機半導体保護層を有しているので、このように光感応性樹脂層の形成、露光、現像の工程を経ても、有機半導体層の劣化が十分に抑えられる。さらに、ソース電極及びドレイン電極を形成する直前に形成する部分の有機半導体保護層を除去するので、有機半導体層のトランジスタ素子としての特性の低下をできるだけ抑えることができる。
【０１１４】
《下引き層》
本発明の薄膜トランジスタ素子は、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層及びポリマーを含む下引き層の少なくとも一方を有することが好ましい。
【０１１５】
下引き層に含有される無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム，チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウム等が挙げられる。また無機窒化物としては窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。
【０１１６】
それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、窒化ケイ素である。
【０１１７】
本発明において、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層は上述した大気圧プラズマ法で形成されるのが好ましい。
【０１１８】
ポリマーを含む下引き層に用いるポリマーとしては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニル、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を挙げることができる。
【０１１９】
図３は、本発明の薄膜トランジスタ素子が複数配置された、薄膜トランジスタ素子シートの一態様を示す等価回路図である。
【０１２０】
薄膜トランジスタ素子シート１０はマトリクス配置された多数の薄膜トランジスタ素子１４を有する。１１は各薄膜トランジスタ素子１４のゲート電極のゲートバスラインであり、１２は各薄膜トランジスタ素子１４のソース電極のソースバスラインである。各有機トランジスタ素子１４のドレイン電極には、出力素子１６が接続され、この出力素子１６は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子１６として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１５は蓄積コンデンサ、１７は垂直駆動回路、１８は水平駆動回路である。
【０１２１】
この様な、フレキシブルな樹脂支持体上にＴＦＴ素子を２次元的に配列したシートにおける、支持体とＴＦＴ構成層との接着性を高め、機械的強度に優れて支持体の曲がりにも強い耐性を持たせることができる。
【０１２２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【０１２３】
実施例１
《薄膜トランジスタ素子１の作製》
以下に記載のようにして、図１に記載のような層構成を有する薄膜トランジスタ素子１を作製した。また、薄膜トランジスタ１の作製手順を図３の（１）〜（５）、図４（６）〜（１０）、続いて、図５の（１１）〜（１３）を参照しながら説明する。
【０１２４】
（支持体の作製）
テトラメトキシシラン３．０４ｇ（２０ｍｍｏｌ）と、塩化メチレン１．５２ｇと、エタノール１．５２ｇとを混合した後、０．５％硝酸水溶液を０．７２ｇ加えて加水分解を行い、室温でそのまま１時間攪拌を続けた。
【０１２５】
エタノール５．３ｇと酢酸メチル６０．９ｇの混合溶媒にジアセチルセルロース（ダイセル化学製、Ｌ５０）を溶解させた後、テトラメトキシシランを加水分解した前記の溶液と混合し、さらに１時間攪拌を行った後、ゴムベルト上にギャップ巾８００μｍのドクターブレードで成膜した。ベルトを搬送させながら、得られたフィルムを１２０℃で３０分間乾燥させ、厚さ２００μｍの支持体１を作製した。動的粘弾性の測定から得られたＴｇは２２６℃であった。
【０１２６】
支持体１の表面に５０Ｗ／ｍ^２／分の条件でコロナ放電処理を施し、下記組成の塗布液を乾燥膜厚２μｍになるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、６０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯下１０ｃｍの距離から４秒間硬化させた。
【０１２７】
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体６０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート２量体２０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３量体以上の成分２０ｇ
ジエトキシベンゾフェノンＵＶ開始剤２ｇ
シリコーン系界面活性剤１ｇ
メチルエチルケトン７５ｇ
メチルプロピレングリコール７５ｇ
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素膜を設け、下引き層２とした。
【０１２８】
（使用ガス）
不活性ガス：ヘリウム９８．２５体積％
反応性ガス：酸素ガス１．５体積％
反応性ガス：テトラエトキシシラン蒸気（ヘリウムガスにてバブリング）０．２５体積％
（放電条件）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ^２
（電極条件）
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを１ｍｍ被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にして、ＪＩＳＢ０６０１に規定の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が５μｍになるように調整した誘電体（比誘電率１０）を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
【０１２９】
（ゲート電極形成工程）：図３の（１）
上記の下引き層２上に、下記組成の光感応性樹脂１を塗布し、１００℃にて１分間乾燥させることで、厚さ２μｍの光感応性樹脂層を形成した。

【０１３０】
【化１】

【０１３１】
発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザで２００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度でゲートラインおよびゲート電極のパターンを露光した後、アルカリ水溶液で現像し、レジスト像を得た。
【０１３２】
さらにその上に、スパッタ法により、厚さ３００ｎｍのアルミニウム皮膜を一面に成膜した後、ＭＥＫで上記光感応性樹脂層の残存部を除去することで、ゲートラインおよびゲート電極３を作製した。
【０１３３】
（陽極酸化皮膜形成工程）：図３の（２）
以上のフィルム基板をよく洗浄した後、３０質量％硫酸水溶液中で、２分間、３０Ｖの低電圧電源から供給される直流を用いて、陽極酸化皮膜の厚さが１２０ｎｍになるように陽極酸化皮膜３ａを作製した。よく洗浄した後に、１気圧、１００℃の飽和した蒸気チャンバーの中で、蒸気封孔処理を施した。
【０１３４】
（ゲート絶縁層形成工程）（図３の（２））
さらにフィルム温度２００℃にて、上述した大気圧プラズマ法の使用ガスを下記に変更し、厚さ３０ｎｍの酸化チタン層であるゲート絶縁層３ｂを設けた。
【０１３５】
（使用ガス）
不活性ガス：アルゴン９８．９体積％
反応性ガス：水素ガス０．８体積％
反応性ガス：テトラプロポキシチタン蒸気（１５０℃に加熱した液体にアルゴンガスをバブリング）０．３体積％
（有機半導体層形成工程）（図３の（３））
次に、ゲート絶縁層３ｂの上に、下記化合物Ｃのクロロホルム溶液を、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき領域に吐出し、窒素ガス中で、５０℃で３分乾燥し、２００℃で１０分の熱処理を行ったところ、厚さ５０ｎｍのペンタセン薄膜である有機半導体層４を形成した。
【０１３６】
【化２】

【０１３７】
（有機半導体保護層形成工程）（図３の（４））
有機半導体層４の上に、十分に精製を行ったポリビニルアルコールを超純水製造装置で精製された水に溶解した水溶液を用いて塗設し、窒素ガス雰囲気中１００℃にて、よく乾燥させ、厚さ１μｍのポリビニルアルコールの有機半導体保護層７を形成した。
【０１３８】
（光感応性樹脂層形成工程）（図３の（５））
次に、下記組成の光感応性樹脂１を塗布し、１００℃にて１分間乾燥させることで、厚さ２μｍの光感応性樹脂層２０を形成した。

（光感応性樹脂層露光工程及び現像工程）（図４の（６））
光感応性樹脂層２０に発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザで２００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度でソース電極５及びドレイン電極６を形成する為のパターンを露光した後、アルカリ水溶液で現像し、レジスト像を得た。
【０１３９】
（有機半導体保護層除去工程）（図４の（６））
さらに水でよく洗浄すると、レジスト像以外の部分のポリビニルアルコールの有機半導体保護層７が除去された。
【０１４０】
《ソース電極５、ドレイン電極６の形成工程》
（ａ）ソース電極５の層５ａ、ドレイン電極６の層６ａの作製
図４の（７）に示すように、上記のレジスト像表面一面に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を塗布し、次いで、１００℃で乾燥させ、図４の（８）に示すように、ソース電極５の層５ａ、ドレイン電極６の層６ａを各々作製した。
【０１４１】
また、図４の（７）で、前記水分散液の供給時には、市販のスキーザー（ブレードまたはスキージロールともいう）を用いて、乾燥後の層５ａ、層６ａの膜厚が所定の値になるように、余分な塗布液を除去した。
【０１４２】
（ｂ）ソース電極５の層５ｂ、ドレイン電極６の層６ｂの作製
図４の（９）に示すように、さらに特開平１１−８０６４７号公報に記載されるＡｇ微粒子の水分散液を塗布し、乾燥させ、図４の（１０）に示すように、ソース電極５の層５ｂ、ドレイン電極６の層６ｂを各々作製し、積層構成を有するソース電極５（層５ａ、５ｂ）、ドレイン電極６（層６ａ、６ｂ）を形成した。
【０１４３】
また、図４の（９）で、前記Ａｇ微粒子の水分散液の供給時には、市販のスキーザーを用いて、乾燥後の層５ｂ、層６ｂの膜厚が所定の値になるように、余分な塗布液を除去した。
【０１４４】
《第２の電極の形成工程》
（ｃ）図４の（１０）に示したレジスト像上の未露光部分の光感応性樹脂層２０に、発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザで２００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度でパターン露光を行い、露光後、アルカリ水溶液を用いて現像し、ドレイン電極６の層６ａ、層６ｂの一方の光反応性樹脂層２０及び有機半導体保護層７を除去し、図５の（１１）に示すようなレジスト像を得た。
【０１４５】
（ｄ）ＩＴＯ膜（層５ｃ、層６ｃ）の形成
大気圧プラズマ放電処理装置を用い、前記レジスト像の全面にＩＴＯ膜を形成し、酸化性ガス処理室を用いて酸化性ガスで処理し、これらＩＴＯ膜形成と酸化性ガス処理を５回繰り返し、図５の（１２）に示すようなＩＴＯ膜を作製した。
【０１４６】
ここで、前記ソース電極５の層５ｂ上のＩＴＯ層を層５ｃとし、前記ドレイン電極６の層６ｂ上のＩＴＯ層を層６ｃとする。
【０１４７】

〈酸化性ガス組成〉
酸化性ガス：酸素（４０体積％）と窒素（６０体積％）の混合ガス
（ｅ）光感応性樹脂層２０の除去
図５の（１２）に残存する光感応性樹脂層２０を、従来公知のリフトオフ法により除去し、図５（１３）に示すような薄膜トランジスタ素子１（図１に示す薄膜トランジスタ素子１と同一である。）を得た。
【０１４８】
《薄膜トランジスタ素子２の作製》
薄膜トランジスタ素子１の作製において、下記に示す工程上の変更を行った以外は同様にして、図７の（５）に示すような層構成を有する薄膜トランジスタ素子２を作製した。
【０１４９】
ここで、工程上の変更点は以下の通りである。
（ａ）電極材料反発層の形成
図３の（５）に記載の光感応性樹脂層２０上に下記の組成物２をアイソパーＥ”（イソパラフィン系炭化水素、エクソン化学（株）製）単独溶媒で固形分濃度１０．３質量％に希釈した液体を塗設し、厚さ０．４μｍのシリコーンゴム層からなる電極材料反発層８を形成した。層構成を図６の（１）に示す。
【０１５０】

（ｂ）光感応性樹脂層露光工程及び現像工程
発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザーで３００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度でソース電極、ドレイン電極（画素電極）の電極パターンを露光した後、露光部のシリコーンゴム層をブラシ処理で除去した。
【０１５１】
（ｃ）有機半導体保護層除去工程
さらに水でよく洗浄すると、露光部の感光層及びポリビニルアルコールからなる有機半導体保護層が除去され、図６の（２）に示す層構成を得た。
【０１５２】
（ｄ）層５ａ、５ｂを有するソース電極５、層６ａ、層６ｂを有するドレイン電極６の作製
薄膜トランジスタ１における、ソース電極５、ドレイン電極６と同様に、電極パターンが形成された面に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）をロールコーターで供給すると、シリコーンゴム層が除去された電極パターン部分のみに分散液が付着した。これを１００℃で乾燥させた。
【０１５３】
さらに、特開平１１−８０６４７号公報に示された方法で作製した平均粒子径８ｎｍの銀微粒子の分散物を、基板上にロールコーターで供給すると、シリコーンゴム層が除去された電極パターン部分のみに分散物が付着した。これを乾燥し、２００℃で１５分加熱処理したところ、良好なソース電極及びドレイン電極の電極パターンが形成された。
【０１５４】
なお、電極は、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）から成る厚さ２０ｎｍの層の上に、厚さ３００ｎｍのＡｇ微粒子の融着層が積層されたものであった。
【０１５５】
得られた層構成（レジスト像ともいう）を図６の（３）に示す。
（ｄ）第２の電極の形成工程
（ｄ）−１：第２電極形成用のパターン露光、現像によるレジスト像形成
図６の（３）に示した層構成（レジスト像）上の未露光部分の光感応性樹脂層２０に、発振波長８３０ｎｍ、出力１００ｍＷの半導体レーザで２００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギー密度でパターン露光を行い、露光後、露光部のシリコーンゴム層をブラシ処理で除去した後、更に水でよく洗浄したところ、露光部の光感応性樹脂層（感光層ともいう）及びポリビニルアルコールからなる有機半導体保護層が除去され、図７の（４）に示す層構成（レジスト像）が得られた。
【０１５６】
（ｄ）−２：第２電極形成（層５ｄ、層６ｄ形成）
図５の（１２）の層５ｃ、層６ｃに示すようなＩＴＯ膜形成の代わりに、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を塗布して、ソース電極５の層５ｂ、ドレイン電極６の層６ｂ上に、各々、第２の電極である、層５ｄ、層６ｄを各々形成した。
【０１５７】
得られた薄膜トランジスタ２の層構成を図７の（５）に示す。
図８に作製した薄膜トランジスタ２を示す。なお、図７の（５）は図８のＡＢの断面図に該当する。
【０１５８】
得られた薄膜トランジスタ１、２は共に、ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な動作特性を示した。
【０１５９】
【発明の効果】
本発明により、異種材料を構成層として有する電極を有する薄膜トランジスタ素子の簡便な製造方法及び、前記製造方法により製造された薄膜トランジスタ素子及び薄膜トランジスタ素子シートを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は、各々本発明の薄膜トランジスタ素子の層構成例（ボトムゲート型）を示す模式図である。
【図２】本発明の薄膜トランジスタ素子シートが組み込まれた等価回路図の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の薄膜トランジスタ素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】本発明の薄膜トランジスタ素子を示す図である。
【符号の説明】
１支持体
２下引き層
３ゲート電極
３ａ陽極酸化膜
３ｂゲート絶縁層
４有機半導体
５ソース電極
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄソース電極の構成層
６ドレイン電極
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄドレイン電極の構成層
７有機半導体保護層
８電極材料反発層
１０薄膜トランジスタシート
１１ゲートバスライン
１２ソースバスライン
１４薄膜トランジスタ素子
１５蓄積コンデンサ
１６出力素子
１７垂直駆動回路
１８水平駆動回路
１９光感応性樹脂層
２０光感応性樹脂層（感光層）

Claims

支持体上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極が順次形成されている薄膜トランジスタ素子の製造方法において、
該半導体層上に直接またはその他の層を介して感光層を設ける工程、該感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光する工程、該露光が行われた前記感光層を現像する工程、該電極パターンまたは該回路パターンが付与された前記感光層上に電極材料を供給して該ソース電極または該ドレイン電極を設ける工程の後に、該露光工程時に未露光の状態で残った前記感光層の一部または全体に露光、現像を行う工程を経て、第２の電極または第２の回路が形成されることを特徴とする薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記感光層上に電極材料反発層を形成する工程の後、前記感光層に電極パターンまたは回路パターンを露光して、前記感光層及び該電極材料反発層上に該電極パターンまたは該回路パターンを付与する工程の後に、前記電極材料反発層上に前記電極材料を供給して前記ソース電極または該ドレイン電極を設け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素子の製造方法。
前記感光層が光感応性樹脂を含む光感応性樹脂層であることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記光感応性樹脂がポジ型フォトレジスト用樹脂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素子の製造方法。
前記半導体層が有機半導体材料を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記第２の電極からなる群から選択される少なくとも一つの電極または前記第２の回路が、液体材料またはペースト状材料から形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記第２の電極または前記第２の回路が、透明導電膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記透明導電膜が大気圧プラズマ法により形成されることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
前記支持体が樹脂基板（樹脂フィルム）であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ素子の製造方法により製造されたことを特徴とする薄膜トランジスタ素子。
請求項１０に記載の薄膜トランジスタ素子が複数配置されていることを特徴とする薄膜トランジスタ素子シート。