JP2005191190A - 有機薄膜トランジスタ装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 水分や溶剤の影響を受けずに製造でき、その影響による有機薄膜トランジスタ装置の不良を無くし高い信頼性が得られる。
【解決手段】 基板（１１）とその上に形成された有機薄膜トランジスタ（５０）とを有する有機薄膜トランジスタ装置（５１）の製造方法であって、基板（１１）の表面（１１ｃ）及び裏面（１１ｄ）のそれぞれに、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含む保護層（１２）を形成する保護層形成工程と、基板（１１）の端面（１１ａ，１１ｂ）を含む端部（２０）をＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含む端面保護膜（１３）で覆う端面保護膜形成工程と、これらの工程の後に、有機薄膜トランジスタ（５０）を保護層（１２）の上に形成するトランジスタ形成工程と、その後に、端部（２０）を切断除去する端部除去工程とを有する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、基板とその表面に形成した有機薄膜トランジスタとを有する有機薄膜トランジスタ装置の製造方法に関する。

従来、樹脂基板上に有機薄膜トランジスタを形成したトランジスタ装置が知られており、このトランジスタ装置の製造の際、有機薄膜トランジスタを樹脂基板上に高密度でアレイ化形成する工程における電極形成工程でフォトリソグラフィ等の微細加工や洗浄工程が必要なのは周知である。

また、樹脂基板やトランジスタは、製造工程において使用される種々の薬品類の影響を受けないように配慮する必要があるのも周知である。

水分や薬品の影響を排除するように配慮された従来技術の例として、基板上に形成した半導体をシリコンゲルや樹脂で被覆する構成の半導体装置が特許文献１に開示されている。
特開平６−１１２３５０号公報

ところで、一般的に、基板に対しては、耐薬品性を向上させるためにこの基板表面上に無機物の層を形成して薬品等の影響を排除することが行われる。

しかしながら、基板のエッジ部（端面）は、その素材が露出するため、フォトリソグラフィ工程や洗浄工程においてこのエッジ部から水分や溶剤等が侵入して基板内に保持され、基板自体の変形あるいはその表面に形成したトランジスタが剥離したりその特性が劣化してしまう。そのため、トランジスタ装置が不良となったり、信頼性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、製造工程における水分や溶剤の影響を受けずに製造することができ、その影響による有機薄膜トランジスタ装置の不良を無くし高い信頼性が得られる有機薄膜トランジスタ装置の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の手順を有する。
即ち、請求項１に係る発明は、基板（１１）と、該基板（１１）上に形成された有機薄膜トランジスタ（５０）とを有する有機薄膜トランジスタ装置（５１）を製造する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板（１１）の表面（１１ｃ）及び裏面（１１ｄ）のそれぞれに、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂０₃のいずれかを含んで成る保護膜（１２）を形成する保護膜形成工程と、前記基板（１１）の端面を含む端部（２０）をＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含んで成る端面保護層（１３）で覆う端面保護層形成工程と、前記保護膜形成工程及び前記端面保護層形成工程の後に、前記有機薄膜トランジスタ（５０）を前記保護膜（１２）の上に形成するトランジスタ形成工程と、前記トランジスタ形成工程の後に、前記端部（２０）を切断して除去する端部除去工程と、を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置（５１）の製造方法である。
また、請求項２に係る発明は、基板（１１）と、該基板（１１）上に形成された有機薄膜トランジスタ（５０）とを有する有機薄膜トランジスタ装置（５１）を製造する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板（１１）の表面（１１ｃ）及び裏面（１１ｄ）のそれぞれに、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含んで成る保護膜（１２）を形成する保護膜形成工程と、前記基板（１１）の端面を含む端部（２０）をアクリレート系樹脂，エポキシ系樹脂又はフェノール系樹脂のいずれかを含んで成る端面保護層（１３）で覆う端面保護層形成工程と、前記保護膜形成工程及び前記端面保護層形成工程の後に、前記有機薄膜トランジスタ（５０）を前記保護膜（１２）の上に形成するトランジスタ形成工程と、前記トランジスタ形成工程の後に、前記端部（２０）を切断して除去する端部除去工程と、を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置（５１）の製造方法である。

本発明によれば、製造工程での水分や溶剤の影響による不良が発生することがなく、高い信頼性が得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図９を用いて説明する。
図１は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の有機薄膜トランジスタを説明する断面図であり、
図２は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第１の断面図であり、
図３は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第２の断面図であり、
図４は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第３の断面図であり、
図５は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第４の断面図であり、
図６は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第５の断面図であり、
図７は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第６の断面図であり、
図８は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第７の断面図であり、
図９は、本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第８の断面図である。

まず、本実施例の有機薄膜トランジスタ装置が有する有機薄膜トランジスタ（以下、単にトランジスタと称する場合がある）の一例について図１を用いて説明する。このトランジスタは、ボトムコンタクト型の電界効果型有機トランジスタであり、その製造方法について説明する。

まず、所定の基板１の表面にゲート膜２を形成する。
次に、ゲート膜２の表面にゲート絶縁膜３を形成する。
さらにゲート絶縁膜３の表面の一部ににソース電極４とドレイン電極５をそれぞれ形成する。
ソース電極４，ドレイン電極５及びこれらを形成していないゲート絶縁膜３の表面を覆うように有機半導体膜６を形成する。
以上により、有機薄膜トランジスタ５０が形成される。

上述したトランジスタ５０（図１）は、このように、各電極４，５が有機半導体膜６に覆われた構成であるボトムコンタクト型であるが、これらの電極を有機半導体の上側に構成したトップコンタクト型であってもよい。
有機半導体の移動度は、無機半導体の移動度比べて一般的に小さい。そのため、無機の電界効果型トランジスタに比べて制御できる電流は小さくなってしまう。
これを改善してより多くの電流が流せるような大きな移動度を有する有機半導体材料の検討が進められており、本実施例のトランジスタに使用する材料は、これらの材料が適宜使用できるものである。

次に、実施例の有機薄膜トランジスタ装置５１の製造方法について詳述する。

（工程Ａ）ポリカーボネート（ＰＣ）基板１１の表面１１ｃ及び裏面１１ｄに、ＳｉＯ₂をＲＦスパッタ法により２００ｎｍの厚さに成膜して保護膜１２とする。

（工程Ｂ）ＵＶ硬化性樹脂を、基板１１の端面１１ａ，１１ｂから２ｍｍ程度までの端部２０にディップ法により塗布する。この塗布後、ＵＶを照射して樹脂を硬化させ、端面１１ａ，１１ｂの保護層１３を形成する（図２参照）。
ＵＶ硬化性樹脂としては、アクリレート系樹脂のものを使用した。

（工程Ｃ）ゲート電極（Ｔａ膜）１４を、スパッタ法により２００ｎｍの厚さで全表面に形成する（図３参照）。

（工程Ｄ）このＴａ膜１４上の全面にレジストを塗布し、それを乾燥させた後にフォトマスクを用いて幅が１００μｍ，長さ３ｍｍの所定パターンを露光する。
その後、現像，純水洗浄を経て、窒素ブローにより基板から水分を除去する。
この時点で、所定のパターンのレジスト１５が形成される（図４参照）。当図においては、このレジストを１５を１つだけ示しているが、任意のパターンで形成してよいものである。
レジストは、東京応化工業株式会社製のポジレジストＯＦＰＲ−８００を使用し、現像液は、東京応化工業株式会社製の無機アルカリ系現像液ＯＦＰＲ−３を使用した。

（工程Ｅ）反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ）により、レジストが形成されていない部分のＴａ膜１４をＣＦ₆と反応させ除去する。
これにより、所定のパターンのＴａ膜１４Ｂが形成される（この膜上にはレジストが形成されている）。

（工程Ｆ）基板１１をＲＩＥから取り出し、剥離液によりＴａ膜１４Ｂ上のレジストを剥離する（図５参照）。そして、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）により洗浄を行い、窒素ブローにより乾燥させる。
剥離液は、東京応化工業株式会社製のエタノールアミン系剥離液１０６を用いた。また、この他の剥離液としてアセトンを使用することもできる。

（工程Ｇ）Ｔａ膜１４Ｂの表面のみに、陽極酸化によりＴａ₂Ｏ₅を１５０ｎｍの厚さで形成しゲート絶縁膜１６とする。

（工程Ｈ）ゲート絶縁膜１６上に蒸着法によりペンタセンを５０ｎｍの厚さで成膜して有機半導体膜１７とする。

（工程Ｉ）有機半導体膜１７の表面の所定位置に、ソース電極１８及びドレイン電極１９としてゲート絶縁膜１６の上方に５０μｍ間隔のチャネルを形成するように、Ａｕを厚さ１００ｎｍで形成する。
以上の工程により、有機薄膜トランジスタ５０を形成する。

（工程Ｊ）端部１１ａ，１１ｂに形成した保護層１３を除去するため、基板１１を、その端部１１ａ，１１ｂから３ｍｍ程度内側の位置で切断する。
以上の工程により、有機薄膜トランジスタ装置５１が形成される。

上述した工程によれば、基板１１の両面１１ｃ，１１ｄが保護膜１２で覆われると共に、製造時に両端面１１ａ，１１ｂが常に保護層１３で覆わているので、水分や薬品等が表裏面１１ｃ，１１ｄや端面１１ａ，１１ｂから基板内部に侵入することがない。
そのため、基板１１及び保護膜１２上に形成した有機薄膜トランジスタが剥離したり、その特性が劣化することがない。従って、この有機薄膜トランジスタ装置５１が不良になることはなく、高い信頼性が得られる。

次に、上述した工程の詳細や変形例について詳述する。
基板１１は、絶縁性の基板であれば材料を限定するものではない。好適に使用できるものとして、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ），ポリスチレン樹脂（ＰＳ），ポリエーテルサルフォン樹脂（ＰＥＳ）がある。

基板１１の表面１１ｃ及び裏面１１ｄを保護する保護膜１２としては、ＳｉＯ₂の他に、ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，Ａｌ₂Ｏ₃を用いることができる。また、これらを複合した層あるいは積層した多層でも良い。

基板１１の端面１１ａ，１１ｂを保護する保護層１３は、実施例に記載したものの他に、アクリレート系樹脂，エポキシ系樹脂あるいはフェノール系樹脂であれば使用可能である。これらを複合して使用してもよく、積層させてもよい。
また、保護膜１２として使用できるＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，Ａｌ₂Ｏ₃を厚く形成して保護層１３としてもよい。

ゲート電極１４Ｂ，ソース電極１８及びドレイン電極１９の材料としては、導電性を有するものであれば良く、Ａｕ，Ｐｔ，ＣｒあるいはＡｌ等の金属や、錫酸化物（ＩＴＯ）でも良い。これらの膜を積層形成しても良い。ただし、これらソ−ス電極やドレイン電極材料は、有機半導体材料により仕事関数を考慮する必要がある。

各電極の形成方法も限定されるものではなく、蒸着法，スパッタ法あるいはメッキ法を用いて形成することができる。膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の範囲で電気抵抗が高くならないように考慮して形成すれば良い。

ゲート電極１４Ｂのゲート膜は、ソース電極１８とドレイン電極１９間のチャネルが形成されるところに形成される必要があり、ソース電極１８とドレイン電極１９とのオーバーラップができるだけ少ない方がよい。

ゲート絶縁膜１６の材質は、Ｔａ₂Ｏ₅に限定されるものではなく、例えば、無機材料，有機材料のいずれであってもよく、誘電率が高く、絶縁性が高い材料が望ましい。
具体的には、蒸着法，スパッタ法，ＣＶＤ法等により酸化シリコン，窒化シリコン，酸化アルミニウム，酸化タンタル，酸化チタンあるいは酸化ジルコンを形成させる。
また、スピンコート法，ＬＢ単分子累積法等により、ポリエチレン，ポリビニルカルバゾールあるいはポリイミドポリパラキシレンを形成させてもよい。これらの絶縁膜の膜厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度が好ましい。

有機半導体膜１７は、蒸着法，スピンコート法あるいはインクジェット法によりペンタセン，テトラセンまたはペルレン等の縮合芳香族炭化水素や、これらの縮合芳香族炭化水素の誘導体と高分子系材、例えば、ポリアセチレン，ポリアセン等の共役炭化水素ポリマー，ポリアニリン，ポリピロル，ポリチオフェン等の共役複素環式ポリマー等を用いて形成することができる。

以上、詳述した実施例の有機薄膜トランジスタ装置５１は、製造時のフォトリソグラフ工程等で使用される溶剤や水分の影響を受けることなく製造されるものであり、基板１１やトランジスタ５０の腐蝕や変質がなく歩留まりが向上すると共に高い信頼性を有する。

本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の有機薄膜トランジスタを説明する断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第１の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第２の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第３の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第４の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第５の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第６の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第７の断面図である。 本発明の有機薄膜トランジスタ装置の製造方法における実施例の工程を説明する第８の断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ ゲート膜
３ ゲート絶縁膜
４ ソース電極
５ ドレイン電極
１１ 基板
１１ａ，１１ｂ 端面
１１ｃ 表面
１１ｄ 裏面
１２ 保護膜
１３ 端面保護層
１４（１４Ａ，１４Ｂ） ゲート電極（Ｔａ膜）
１５ レジスト
１６ ゲート絶縁膜
１７ 有機半導体膜
１８ ソース電極
１９ ドレイン電極
２０ 端部
５０ 有機薄膜トランジスタ
５１ 有機薄膜トランジスタ装置

Claims (2)

1. 基板と、該基板上に形成された有機薄膜トランジスタとを有する有機薄膜トランジスタ装置を製造する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記基板の表面及び裏面のそれぞれに、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含んで成る保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記基板の端面を含む端部をＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含んで成る端面保護層で覆う端面保護層形成工程と、
   前記保護膜形成工程及び前記端面保護層形成工程の後に、前記有機薄膜トランジスタを前記保護膜の上に形成するトランジスタ形成工程と、
   前記トランジスタ形成工程の後に、前記端部を切断して除去する端部除去工程と、を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置の製造方法。
2. 基板と、該基板上に形成された有機薄膜トランジスタとを有する有機薄膜トランジスタ装置を製造する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記基板の表面及び裏面のそれぞれに、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ又はＡｌ₂Ｏ₃のいずれかを含んで成る保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   前記基板の端面を含む端部をアクリレート系樹脂，エポキシ系樹脂又はフェノール系樹脂のいずれかを含んで成る端面保護層で覆う端面保護層形成工程と、
   前記保護膜形成工程及び前記端面保護層形成工程の後に、前記有機薄膜トランジスタを前記保護膜の上に形成するトランジスタ形成工程と、
   前記トランジスタ形成工程の後に、前記端部を切断して除去する端部除去工程と、を有することを特徴とする有機薄膜トランジスタ装置の製造方法。

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