JP2008147465A - Manufacturing method of transistor, transistor, transistor circuit, electronic device, and electronic instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランジスタの製造方法、トランジスタ、トランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a transistor, a transistor, a transistor circuit, an electronic device, and an electronic apparatus.
近年、半導体的な電気伝導を示す有機材料(有機半導体材料)を使用した薄膜トランジスタの開発が進められている。この薄膜トランジスタは、薄型軽量化に適すること、可撓性を有すること、材料コストが安価であること等の長所を有しており、フレキシブルディスプレイ等のスイッチング素子として期待されている。
このような薄膜トランジスタとしては、基板上に、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層が形成され、これら各部の上にゲート絶縁層、ゲート電極がこの順に積層されたトップゲート構造と、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層がこの順に積層され、これら各部の上に、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体層が形成されたボトムゲート構造のものが提案されている。
In recent years, development of a thin film transistor using an organic material (organic semiconductor material) that exhibits semiconducting electrical conduction has been promoted. This thin film transistor has advantages such as being suitable for reduction in thickness and weight, flexibility, and low material cost, and is expected as a switching element for flexible displays and the like.
Such a thin film transistor includes a top gate structure in which a source electrode and a drain electrode and an organic semiconductor layer are formed on a substrate, and a gate insulating layer and a gate electrode are stacked in this order on each portion. A bottom gate structure is proposed in which a gate electrode and a gate insulating layer are laminated in this order, and a source electrode and a drain electrode and an organic semiconductor layer are formed on each of these portions.
ところで、このような薄膜トランジスタのゲート絶縁層を化学的気相成長法により形成する薄膜トランジスタの製造方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の方法では、気相成長法により膜を形成した後、この膜にレーザーや紫外線を照射して、膜中の炭化水素を除去することによりゲート絶縁層を得る。ところが、膜にレーザーや紫外線を照射した際に、ゲート絶縁層に隣接する有機半導体層またはゲート電極の変質・劣化を伴うおそれがある。
By the way, a method of manufacturing a thin film transistor in which the gate insulating layer of such a thin film transistor is formed by a chemical vapor deposition method is disclosed (for example, see Patent Document 1).
In the method described in
また、真空蒸着法により形成した膜は、密度が低いため、ゲート絶縁層中のイオンが隣接する有機半導体層に拡散し易くなる。その結果、薄膜トランジスタのオフ電流が増大するおそれがある。特に、薄膜トランジスタの動作中は、ゲート絶縁層に電圧が印加されるので、イオンが拡散する傾向がより顕著になる。
さらに、ゲート絶縁層の密度が低いと、水分を吸着・吸収し易くなる。このため、ゲート絶縁層の絶縁特性が低下し、ゲートリーク電流が増大するおそれがある。
In addition, since a film formed by a vacuum evaporation method has a low density, ions in the gate insulating layer easily diffuse into the adjacent organic semiconductor layer. As a result, the off current of the thin film transistor may increase. In particular, during the operation of the thin film transistor, since a voltage is applied to the gate insulating layer, the tendency for ions to diffuse becomes more prominent.
Further, when the density of the gate insulating layer is low, moisture is easily adsorbed and absorbed. For this reason, the insulating characteristics of the gate insulating layer may be degraded, and the gate leakage current may increase.
一方、ゲート絶縁層の原材料を溶解した溶液を、スピンコート法やインクジェット法のような方法で塗布して液状被膜を形成し、この液状被膜中から溶媒を除去することにより、ゲート絶縁層を得る方法も知られている。しかしながら、この方法で形成されたゲート絶縁層も、密度が低いので、ゲート絶縁層中のイオンが有機半導体層に拡散することが避けられない。
また、下地の凹凸形状の影響により、液状被膜の厚さが不均一になり易いため、均一な厚さのゲート絶縁層を得ることは困難である。
さらに、溶液中の溶媒として極性溶媒を用いた場合、製造過程で溶媒が含水し易くなる。このため、この水分によって、ゲート絶縁層の絶縁特性が低下するおそれがある。
On the other hand, a solution in which the raw material of the gate insulating layer is dissolved is applied by a method such as a spin coating method or an ink jet method to form a liquid film, and the solvent is removed from the liquid film to obtain the gate insulating layer. Methods are also known. However, since the density of the gate insulating layer formed by this method is low, it is inevitable that ions in the gate insulating layer diffuse into the organic semiconductor layer.
Further, since the thickness of the liquid film is likely to be non-uniform due to the influence of the uneven shape of the base, it is difficult to obtain a gate insulating layer having a uniform thickness.
Furthermore, when a polar solvent is used as the solvent in the solution, the solvent is easily hydrated during the production process. For this reason, there exists a possibility that the insulation characteristic of a gate insulating layer may fall with this water | moisture content.
本発明の目的は、トランジスタ特性および耐候性に優れ、かつ消費電力の少ないトランジスタ、かかるトランジスタを容易に製造可能なトランジスタの製造方法、トランジスタを備えるトランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a transistor having excellent transistor characteristics and weather resistance and low power consumption, a transistor manufacturing method capable of easily manufacturing such a transistor, a transistor circuit including the transistor, an electronic device, and an electronic apparatus. is there.
上記目的は、下記により達成される。
本発明のトランジスタの製造方法は、基板上に設けられ、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して前記ソース電極および前記ドレイン電極を絶縁するゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記基板上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記有機半導体層を覆うように、前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部を、原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成することを特徴とする。
これにより、トランジスタ特性および耐候性に優れ、かつ消費電力の少ない薄膜トランジスタを容易に製造することができる。
The above object is achieved by the following.
A method for manufacturing a transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulation that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode. A thin film transistor manufacturing method for manufacturing a thin film transistor comprising a layer,
Forming the source electrode and the drain electrode on the substrate;
Forming the organic semiconductor layer at least between the source electrode and the drain electrode;
Forming the gate insulating layer so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer;
Forming the gate electrode on the gate insulating layer,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed by plasma polymerizing a source gas and depositing the obtained polymer.
Accordingly, a thin film transistor having excellent transistor characteristics and weather resistance and low power consumption can be easily manufactured.
本発明のトランジスタの製造方法は、基板上に設けられ、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して前記ソース電極および前記ドレイン電極を絶縁するゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記基板上に、前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に、前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部を、原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成することを特徴とする。
これにより、トランジスタ特性および耐候性に優れ、かつ消費電力の少ない薄膜トランジスタを容易に製造することができる。
A method for manufacturing a transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulation that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode. A thin film transistor manufacturing method for manufacturing a thin film transistor comprising a layer,
Forming the gate electrode on the substrate;
Forming the gate insulating layer on the gate electrode;
Forming the organic semiconductor layer on the gate insulating layer;
Forming the source electrode and the drain electrode on the organic semiconductor layer,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed by plasma polymerizing a source gas and depositing the obtained polymer.
Accordingly, a thin film transistor having excellent transistor characteristics and weather resistance and low power consumption can be easily manufactured.
本発明のトランジスタの製造方法では、前記原料ガスは、フッ素系ガスを主成分とするものであることが好ましい。
フッ素系ガスを含む原料ガスは、プラズマ重合により、フッ素原子を含有する緻密質の重合物を形成することができる。この重合物は、フッ素原子に起因する撥水性と、かかる撥水性に伴う耐湿性を示すものとなる。したがって、このような原料ガスを用いることにより、水分の吸着・吸収を抑制または防止し得るゲート絶縁膜を容易に形成することができる。
In the method for manufacturing a transistor of the present invention, the source gas is preferably one containing a fluorine-based gas as a main component.
A source gas containing a fluorine-based gas can form a dense polymer containing fluorine atoms by plasma polymerization. This polymer exhibits water repellency due to fluorine atoms and moisture resistance associated with such water repellency. Therefore, by using such a source gas, a gate insulating film capable of suppressing or preventing moisture adsorption / absorption can be easily formed.
本発明のトランジスタの製造方法では、前記フッ素系ガスは、CHF3であることが好ましい。
CHF3は、プラズマ重合により、より緻密で密度の高い重合物を形成することができる。また、気体分子中のフッ素原子の含有率が高いため、より撥水性の高い重合物を得ることができる。
In the method for manufacturing a transistor of the present invention, the fluorine-based gas is preferably CHF 3 .
CHF 3 can form a denser and higher density polymer by plasma polymerization. Moreover, since the content rate of the fluorine atom in a gas molecule is high, a polymer with higher water repellency can be obtained.
本発明のトランジスタの製造方法では、前記原料ガスは、フッ素を含有する液状物質の気化物を含むものであることが好ましい。
これにより、原料の取り扱いが容易になる。
本発明のトランジスタの製造方法では、前記フッ素を含有する液状物質は、C8F18であることが好ましい。
C8F18によれば、フッ素原子の含有率が高いため、より撥水性および耐湿性に優れた重合物を形成することができる。
In the transistor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the source gas contains a vaporized liquid substance containing fluorine.
Thereby, handling of a raw material becomes easy.
In the method for manufacturing a transistor of the present invention, the liquid material containing fluorine is preferably C 8 F 18 .
According to C 8 F 18, because the content of fluorine atom is high, it is possible to form a more excellent water repellency and moisture resistance polymer.
本発明のトランジスタの製造方法では、前記有機半導体層は、p型の有機半導体材料で構成されており、
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層のうちの少なくとも前記有機半導体層側の部分を、フッ素を含む原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成することが好ましい。
フッ素は、電気陰性度が非常に高いため、電子を引き付け易い。このため、フッ素を含むプラズマ重合膜が有機半導体層に接していることにより、撥水性および耐湿性に優れるという効果に加え、チャネル領域の電子移動性が向上するという効果も得られる。その結果、薄膜トランジスタのトランジスタ特性の向上(動作速度の向上やオン電流の増大)を図ることができる。また、かかる効果は、プラズマ重合膜が緻密なため、フッ素原子を高密度で含むことができることに起因して得られるものである。
In the method for producing a transistor of the present invention, the organic semiconductor layer is composed of a p-type organic semiconductor material,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a portion of the gate insulating layer on the organic semiconductor layer side is formed by plasma polymerizing a source gas containing fluorine and depositing the obtained polymer. Is preferred.
Since fluorine has a very high electronegativity, it is easy to attract electrons. For this reason, when the plasma polymerized film containing fluorine is in contact with the organic semiconductor layer, in addition to the effect of being excellent in water repellency and moisture resistance, the effect of improving the electron mobility in the channel region is also obtained. As a result, transistor characteristics of the thin film transistor can be improved (an increase in operating speed and an increase in on-state current). Such an effect is obtained because the plasma polymerized film is dense and can contain fluorine atoms at a high density.
本発明のトランジスタの製造方法では、前記プラズマ重合におけるプラズマ出力を設定することにより、前記ゲート絶縁層の密度を調整することが好ましい。
これにより、プラズマ重合膜の密度、すなわちゲート絶縁層の密度を容易に調整することができる。
本発明のトランジスタの製造方法では、前記プラズマ重合における前記原料ガスの流量および圧力の少なくとも一方を設定することにより、前記ゲート絶縁層の成膜速度を調整することが好ましい。
これにより、プラズマ重合を生じる確率を制御することができ、その結果、成膜速度を容易に調整することができる。このため、成膜速度を調整して、効率よく重合物を形成することができ、プラズマ重合膜の形成効率を高めることができる。
In the transistor manufacturing method of the present invention, it is preferable to adjust the density of the gate insulating layer by setting a plasma output in the plasma polymerization.
Thereby, the density of the plasma polymerized film, that is, the density of the gate insulating layer can be easily adjusted.
In the transistor manufacturing method of the present invention, it is preferable to adjust the film formation rate of the gate insulating layer by setting at least one of the flow rate and pressure of the source gas in the plasma polymerization.
Thereby, the probability of causing plasma polymerization can be controlled, and as a result, the film formation rate can be easily adjusted. For this reason, the film formation rate can be adjusted to efficiently form a polymer, and the formation efficiency of the plasma polymerization film can be increased.
本発明のトランジスタは、本発明の薄膜トランジスタの製造方法により製造されたことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い薄膜トランジスタが得られる。
本発明のトランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して、前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記有機半導体層を絶縁するゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部が、緻密質のプラズマ重合膜で構成されていることを特徴とする。
これにより、トランジスタ特性および耐候性に優れ、かつ消費電力の少ない薄膜トランジスタが得られる。
The transistor of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.
Thereby, a highly reliable thin film transistor can be obtained.
The transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer from the gate electrode. A thin film transistor comprising:
At least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed of a dense plasma polymerized film.
Thus, a thin film transistor having excellent transistor characteristics and weather resistance and low power consumption can be obtained.
本発明のトランジスタでは、前記有機半導体層は、p型の有機半導体材料で構成されており、
前記ゲート絶縁層のうち、少なくとも前記有機半導体層に隣接する部分が、フッ素を含むプラズマ重合膜で構成されていることが好ましい。
これにより、撥水性および耐湿性に優れ、かつ、トランジスタ特性が特に高い(動作速度が特に速い、または、オン電流が特に大きい)薄膜トランジスタが得られる。
In the transistor of the present invention, the organic semiconductor layer is made of a p-type organic semiconductor material,
It is preferable that at least a portion of the gate insulating layer adjacent to the organic semiconductor layer is composed of a plasma polymerization film containing fluorine.
Accordingly, a thin film transistor having excellent water repellency and moisture resistance and particularly high transistor characteristics (the operation speed is particularly fast or the on-current is particularly large) can be obtained.
本発明のトランジスタは、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、有機半導体層と、前記ゲート電極に対して、前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記有機半導体層を絶縁するゲート絶縁層とを備える薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層の密度が、1.5〜2.5g/cm3であることを特徴とする。
これにより、トランジスタ特性および耐候性に優れ、かつ消費電力の少ない薄膜トランジスタが得られる。
本発明のトランジスタでは、前記ゲート絶縁層の平均厚さは、10〜5000nmであることが好ましい。
これにより、ゲートリーク電流を十分に小さくするとともに、ゲート絶縁層の厚さが厚くなり過ぎて、ゲート電圧が増大するのを防止することができる。
The transistor of the present invention includes a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer from the gate electrode. A thin film transistor comprising:
The density of the gate insulating layer is 1.5 to 2.5 g / cm 3 .
Thus, a thin film transistor having excellent transistor characteristics and weather resistance and low power consumption can be obtained.
In the transistor of the present invention, the gate insulating layer preferably has an average thickness of 10 to 5000 nm.
As a result, the gate leakage current can be made sufficiently small and the gate voltage can be prevented from increasing due to the thickness of the gate insulating layer becoming too thick.
本発明のトランジスタ回路は、本発明のトランジスタを備えることを特徴とする。
これにより、動作特性と信頼性の高い薄膜トランジスタ回路が得られる。
本発明の電子デバイスは、本発明のトランジスタ回路を備えることを特徴とする。
これにより、動作特性と信頼性の高い電子デバイスが得られる。
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、動作特性と信頼性の高い電子機器が得られる。
The transistor circuit of the present invention includes the transistor of the present invention.
Thereby, a thin film transistor circuit having high operating characteristics and high reliability can be obtained.
The electronic device of the present invention includes the transistor circuit of the present invention.
Thereby, an electronic device with high operational characteristics and reliability can be obtained.
An electronic apparatus according to the present invention includes the electronic device according to the present invention.
Thereby, an electronic device with high operating characteristics and reliability can be obtained.
以下、本発明の薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器について、好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<アクティブマトリクス装置の第1実施形態>
まず、本発明の薄膜トランジスタを備えるアクティブマトリクス装置(本発明の薄膜トランジスタ回路)の第1実施形態について説明する。
Hereinafter, a thin film transistor manufacturing method, a thin film transistor, a thin film transistor circuit, an electronic device, and an electronic apparatus according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
<First Embodiment of Active Matrix Device>
First, a first embodiment of an active matrix device (thin film transistor circuit of the present invention) including the thin film transistor of the present invention will be described.
図1は、アクティブマトリクス装置の第1実施形態を示す平面図、図2は、図1中のX−X線断面図である。なお、以下の説明では、図2中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示すアクティブマトリクス装置30は、互いに直交する複数のデータ線31と、複数の走査線32と、これらのデータ線31と走査線32との各交点付近に設けられた薄膜トランジスタ1とを有している。
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of an active matrix device, and FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. In the following description, the upper side in FIG. 2 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
The
各薄膜トランジスタ1は、それぞれ、図2に示すように、ソース電極3およびドレイン電極4と、有機半導体層5と、ゲート絶縁層6と、ゲート電極7とを有している。
本実施形態では、図1中横方向(左右方向に)一列に配設された薄膜トランジスタ1は、それらのゲート電極7が一体的に形成され、走査線32を構成している。そして、この走査線32の一端部は、基板50に設けられた接続用電極33に接続されている。この接続用電極33は外部電極と接続を行う接続端子である。
As shown in FIG. 2, each
In the present embodiment, the
また、各薄膜トランジスタ1が備えるソース電極3はデータ線31に、ドレイン電極4は後述する電気泳動表示部40が備える画素電極(個別電極)41に、それぞれ接続されている。
なお、各画素電極41は、それぞれ、各薄膜トランジスタ1に対応してマトリクス状に配置されている。
Further, the
Each
以下、薄膜トランジスタ1の構成について、詳述する。
薄膜トランジスタ1では、基板50上に、ソース電極3およびドレイン電極4が分離して設けられ、これらのソース電極3およびドレイン電極4に接触して有機半導体層5が設けられている。また、この有機半導体層5に接触してゲート絶縁層6が設けられている。さらに、このゲート絶縁層6上には、少なくともソース電極3とドレイン電極4との間の領域に重なるようにゲート電極7が設けられ、また、ゲート絶縁層6のほぼ全面を覆うように保護膜8が設けられている。
Hereinafter, the configuration of the
In the
この薄膜トランジスタ1では、有機半導体層5のうち、ソース電極3とドレイン電極4との間の領域が、キャリアが移動するチャネル領域51となっており、このチャネル領域51に誘起された大部分のキャリアは、有機半導体層5のゲート絶縁層6との界面に沿って移動する。
以下、このチャネル領域51において、キャリアの移動方向の長さ、すなわちソース電極3とドレイン電極4との間の距離をチャネル長L、チャネル長L方向と直交する方向の長さをチャネル幅Wと言う。
In the
Hereinafter, in this
このような薄膜トランジスタ1は、ソース電極3およびドレイン電極4が、ゲート絶縁層6を介してゲート電極7よりも基板50側に設けられた構成の薄膜トランジスタ、すなわち、トップゲート構造の薄膜トランジスタである。
基板50は、薄膜トランジスタ1を構成する各層(各部)を支持するものである。基板50には、例えば、ガラス基板、ポリイミド、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)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)等で構成されるプラスチック基板(樹脂基板)、石英基板、シリコン基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。薄膜トランジスタ1に可撓性を付与する場合には、基板50には、樹脂基板が選択される。
Such a
The
この基板50上には、下地層が設けられていてもよい。下地層としては、例えば、基板50表面からのイオンの拡散を防止する目的、ソース電極3およびドレイン電極4と、基板50との密着性(接合性)を向上させる目的等により設けられる。
この下地層は、例えば、酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(SiN)、ポリイミド、ポリアミド、架橋により不溶化したポリマー等により構成することができる。
An underlayer may be provided on the
This underlayer can be made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), polyimide, polyamide, a polymer insolubilized by crosslinking, or the like.
基板50上には、ソース電極3およびドレイン電極4が、チャネル長L方向に沿って、所定距離離間して並設されている。
これらのソース電極3およびドレイン電極4の構成材料としては、例えば、Pd、Pt、Au、W、Ta、Mo、Al、Cr、Ti、Cuまたはこれらを含む合金等の金属材料が挙げられ、チャネル領域を移動するキャリアに応じて適宜選択するのが好ましい。
例えば、チャネル領域をホールが移動するpチャネル薄膜トランジスタの場合には、仕事関数が比較的大きいPd、Pt、Au、Ni、Cuまたはこれら金属を含む合金を使用するのが好ましい。
On the
Examples of the constituent material of the
For example, in the case of a p-channel thin film transistor in which holes move in the channel region, it is preferable to use Pd, Pt, Au, Ni, Cu, or an alloy containing these metals having a relatively large work function.
また、ソース電極3およびドレイン電極4の構成材料としては、前記の金属材料の他、ITO、FTO、ATO、SnO2等の導電性酸化物、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレン等の炭素材料、ポリアセチレン、ポリピロール、PEDOT(poly−ethylenedioxythiophene)のようなポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ(p−フェニレン)、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリフルオレン、ポリカルバゾール、ポリシランまたはこれらの誘導体等の導電性高分子材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、前記導電性高分子材料は、通常、塩化鉄、ヨウ素、無機酸、有機酸、ポリスチレンサルフォニック酸のようなポリマー等がドープされ、導電性を付与された状態で用いられる。
In addition to the above metal materials, the constituent materials of the
The conductive polymer material is usually used in a state where it is doped with a polymer such as iron chloride, iodine, an inorganic acid, an organic acid, or polystyrene sulfonic acid, and imparted with conductivity.
ソース電極3およびドレイン電極4の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、30〜300nm程度であるのが好ましく、50〜150nm程度であるのがより好ましい。
ソース電極3とドレイン電極4との間の距離(離間距離)、すなわち、チャネル長Lは、2〜30μm程度であるのが好ましく、5〜20μm程度であるのがより好ましい。チャネル長Lを前記下限値より小さくすると、得られた薄膜トランジスタ1同士でチャネル長に誤差が生じ、特性(トランジスタ特性)がばらつくおそれがある。一方、チャネル長Lを前記上限値より大きくすると、しきい値電圧の絶対値が大きくなるとともに、ドレイン電流の値が小さくなり、薄膜トランジスタ1の特性が不十分となるおそれがある。
The average thickness of the
The distance (separation distance) between the
また、チャネル幅Wは、0.1〜5mm程度であるのが好ましく、0.5〜3mm程度であるのがより好ましい。チャネル幅Wを前記下限値より小さくすると、ドレイン電流の値が小さくなり、薄膜トランジスタ1の特性が不十分となるおそれがある。一方、チャネル幅Wを前記上限値より大きくすると、薄膜トランジスタ1が大型化してしまうとともに、寄生容量の増大や、ゲート絶縁層6を介したゲート電極7へのリーク電流(ゲートリーク電流)の増大を招くおそれがある。
また、基板50上には、ソース電極3とドレイン電極4との間、および、これらのソース電極3およびドレイン電極4の一部を覆うように、有機半導体層5が設けられている。
Further, the channel width W is preferably about 0.1 to 5 mm, and more preferably about 0.5 to 3 mm. If the channel width W is made smaller than the lower limit value, the drain current value becomes small and the characteristics of the
An
有機半導体層5は、有機半導体材料(半導体的な電気伝導を示す有機材料)を主材料として構成されている。
この有機半導体層5は、少なくともチャネル領域51においてチャネル長L方向とほぼ平行となるように配向しているのが好ましい。これにより、チャネル領域51におけるキャリア移動度が高いものとなり、その結果、薄膜トランジスタ1は、その作動速度がより速いものとなる。
The
The
有機半導体材料としては、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミン、オリゴチオフェン、フタロシアニンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ポリアリールアミン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体またはこれらの誘導体のような高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に、高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)を主とするものを用いるのが好ましい。共役系高分子材料は、その特有な電子雲の広がりにより、キャリアの移動能が特に高い。 Examples of the organic semiconductor material include naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, phthalocyanine, perylene, hydrazone, triphenylmethane, diphenylmethane, stilbene, arylvinyl, pyrazoline, triphenylamine, triarylamine, oligothiophene, phthalocyanine or Low molecular organic semiconductor materials such as these derivatives, poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene, polyalkylthiophene, polyhexylthiophene, poly (p-phenylene vinylene), polytinylene vinylene, Polyarylamine, pyrene formaldehyde resin, ethylcarbazole formaldehyde resin, fluorene-bithiophene copolymer, fluorene-ary Examples thereof include high molecular organic semiconductor materials (conjugated polymer materials) such as amine copolymers or derivatives thereof, and one or more of these can be used in combination. It is preferable to use a material mainly composed of a molecular organic semiconductor material (conjugated polymer material). The conjugated polymer material has a particularly high carrier mobility due to its unique electron cloud spread.
高分子の有機半導体材料は、簡易な方法で成膜することができるとともに、比較的容易に配向させることができる。また、このうち、空気中で酸化され難く、安定であること等の理由から、高分子の有機半導体材料(共役系高分子材料)としては、フルオレン−ビチオフェン共重合体、フルオレン−アリールアミン共重合体、ポリアリールアミンまたはこれらの誘導体のうちの少なくとも1種を主成分とするものを用いるのが特に好ましい。
また、高分子の有機半導体材料を主材料として構成される有機半導体層5は、薄型化・軽量化が可能であり、可撓性にも優れるため、フレキシブルディスプレイのスイッチング素子等として用いられる薄膜トランジスタへの適用に適している。
A polymer organic semiconductor material can be formed by a simple method and can be oriented relatively easily. Of these, fluorene-bithiophene copolymer, fluorene-arylamine copolymer are used as high-molecular organic semiconductor materials (conjugated polymer materials) because they are not easily oxidized in the air and are stable. It is particularly preferable to use a compound, a polyarylamine or a derivative containing at least one of these derivatives as a main component.
In addition, the
有機半導体層5の平均厚さは、1〜200nm程度であるのが好ましく、10〜100nm程度であるのがより好ましい。
なお、有機半導体層5は、ソース電極3およびドレイン電極4を覆うように設けられる構成のものに限定されず、少なくともソース電極3とドレイン電極4との間の領域(チャネル領域51)に設けられていればよい。
The average thickness of the
Note that the
有機半導体層5上には、ゲート絶縁層6が設けられている。本実施形態では、ゲート絶縁層6は、ソース電極3、ドレイン電極4および有機半導体層5を覆うように設けられている。
このゲート絶縁層6は、ソース電極3およびドレイン電極4に対してゲート電極7を絶縁するものである。
A
This
ゲート絶縁層6は、プラズマ重合膜で構成されている。このプラズマ重合膜は、後に詳述するが、原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成される。
このようなプラズマ重合膜によれば、緻密で、密度の大きいゲート絶縁層6が得られる。
The
According to such a plasma polymerized film, a dense and dense
ところで、一般に、いかなる方法で形成した層(膜)中にも、微量なイオンが存在している。従来、ゲート絶縁層中のイオンが、有機半導体層に拡散することにより、チャネル領域のキャリア移動性に影響を与えていた。このため、このイオンにより、薄膜トランジスタ1のオフ電流が増大するという問題があった。
これに対し、本発明では、ゲート絶縁層6が緻密かつ密度の大きいプラズマ重合膜で構成されているので、このイオンが、ゲート絶縁層6に隣接する有機半導体層5に拡散し難くなる。このため、薄膜トランジスタ1のオフ電流が増大するのを防止することができる。その結果、薄膜トランジスタ1の消費電力の低減を図ることができる。
By the way, generally, a trace amount of ions exists in a layer (film) formed by any method. Conventionally, ions in the gate insulating layer have diffused into the organic semiconductor layer, thereby affecting the carrier mobility in the channel region. For this reason, the off current of the
On the other hand, in the present invention, since the
また、プラズマ重合膜で構成されたゲート絶縁層6は、緻密なため、絶縁特性が高い。このため、薄膜化してもゲートリーク電流の増大を防止することができる。したがって、ゲート絶縁層6の厚さを薄くして、しきい値電圧(Vth)を低下させることができる。その結果、ゲート電圧を低く設定することができ、薄膜トランジスタ1のさらなる省電力化を図ることができる。
Moreover, since the
また、ゲート絶縁層6の密度が高いと、水分を吸着・吸収し難くなる。このため、この水分によって、ゲート絶縁層6の絶縁特性が低下するのを防止することができる。換言すれば、水分量が変化するような環境で薄膜トランジスタ1を動作させても、一定のトランジスタ特性を維持しつつ、安定的に動作可能な薄膜トランジスタ1を得ることができる。
なお、オフ電流とは、ゲート電圧が0のときに、ソース電極−ドレイン電極間に流れる電流のことを言う。
Moreover, when the density of the
Note that the off-state current refers to a current that flows between the source electrode and the drain electrode when the gate voltage is zero.
このようなゲート絶縁層6の密度は、1.5〜2.5g/cm3程度であるのが好ましく、1.8〜2.2g/cm3程度であるのがより好ましい。ゲート絶縁層6の密度が前記範囲のように大きいと、ゲート絶縁層6中のイオンが、有機半導体層5に特に拡散し難くなる。このため、薄膜トランジスタ1のオフ電流が増大するのを、特に確実に防止することができる。
Such density of the
さらに、上記のような高い密度を有するゲート絶縁層6は、水分の吸着・吸収を抑制または防止する効果がより確実に発揮される。このため、この水分によって、ゲート絶縁層6の絶縁特性が低下するのをより確実に防止することができる。
なお、ゲート絶縁層6の密度が前記上限値を上回ってもよいが、より優れた効果を期待することはできない。
Furthermore, the
In addition, although the density of the
ゲート絶縁層6は、例えば、フッ素系、炭化水素系、有機シリコン系等のプラズマ重合膜で構成することができるが、特に、主としてフッ素系のプラズマ重合膜で構成されるのが好ましい。これにより、ゲート絶縁層6は、フッ素原子に起因する撥水性と、この撥水性に伴う耐湿性を示すものとなる。このため、ゲート絶縁層6において、水分の吸着・吸収を抑制または防止する効果がより顕著なものとなる。そして、耐候性に特に優れた薄膜トランジスタ1を得ることができる。
The
このようなゲート絶縁層6の平均厚さは、10〜5000nm程度であるのが好ましく、100〜1000nm程度であるのがより好ましい。ゲート絶縁層6の厚さが前記範囲内であれば、ゲートリーク電流を十分に小さくするとともに、ゲート絶縁層6の厚さが厚くなり過ぎて、ゲート電圧が増大するのを防止することができる。
なお、ゲート絶縁層6の平均厚さが前記下限値を下回った場合、ゲートリーク電流が大きくなり、薄膜トランジスタ1の消費電力が著しく増大するおそれがある。
The average thickness of the
Note that when the average thickness of the
一方、ゲート絶縁層6の平均厚さが前記上限値を上回った場合、ゲート電圧を著しく高める必要がある。このため、薄膜トランジスタ1の消費電力が著しく増大するおそれがある。
なお、ゲート絶縁層6は、単層構成であってもよいが、複数の層を積層した積層体で構成されていてもよい。
On the other hand, when the average thickness of the
Note that the
ゲート絶縁層6上には、ゲート電極7が設けられている。
ゲート電極7の構成材料としては、前記ソース電極3および前記ドレイン電極4で挙げたものと同様のものを用いることができる。
ゲート電極7の平均厚さは、特に限定されないが、0.1〜5000nm程度であるのが好ましく、1〜5000nm程度であるのがより好ましく、10〜5000nm程度であるのがさらに好ましい。
A
As the constituent material of the
The average thickness of the
また、ゲート絶縁層6上には、そのほぼ全面を覆うように保護膜8が設けられている。
この保護膜8は、各薄膜トランジスタ1を機械的に保護するとともに、例えば、アクティブマトリクス装置30を後述するような電気泳動表示装置20に適用する場合に、マイクロカプセル42に封入された電気泳動分散液420(親油性の液体)が、何らかの要因で外部に流出した際でも、薄膜トランジスタ1側に拡散するのを防止する機能を有するものである。
A
The
このような保護膜8の構成材料としては、例えば、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、塩化ビニル−ビニルアルコール共重合体および酢酸ビニル−ビニルアルコール共重合体のような有機材料や、SiO2のような無機材料を用いることができる。
保護膜8の平均厚さは、特に限定されないが、100〜5000nm程度であるのが好ましく、300〜3000nmであるのがより好ましい。これにより、保護膜8は、その機能を十分に発揮することができる。
なお、保護膜8は必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
Examples of the constituent material of the
The average thickness of the
The
このような薄膜トランジスタ1において、ゲート電極7に印加する電圧を変化させることにより、ソース電極3とドレイン電極4との間に流れる電流量が制御される。
すなわち、ゲート電極7に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極3とドレイン電極4との間に電圧を印加しても、有機半導体層5中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。一方、ゲート電極7に電圧が印加されているON状態では、有機半導体層5のゲート絶縁層6に面した部分に可動電荷(キャリア)が誘起され、チャネル領域51に流路が形成される。この状態でソース電極3とドレイン電極4との間に電圧を印加すると、チャネル領域51を通って電流が流れる。
In such a
That is, in the OFF state in which no voltage is applied to the
<第1実施形態にかかるアクティブマトリクス装置の製造方法>
次に、図1に示すアクティブマトリクス装置の製造方法(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。
図3および図4は、それぞれ、図1および図2に示すアクティブマトリクス装置の製造方法を説明するための図(縦断面図)、図5は、プラズマ重合装置の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、図3および図4中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
アクティブマトリクス装置30の製造方法は、[1]電極(ゲート電極を除く)および配線形成工程と、[2]有機半導体層形成工程と、[3]ゲート絶縁層形成工程と、[4]ゲート電極形成工程と、[5]保護膜形成工程を有している。以下、これらの各工程について、順次説明する。
<Method for Manufacturing Active Matrix Device According to First Embodiment>
Next, a method for manufacturing the active matrix device shown in FIG. 1 (a method for manufacturing a thin film transistor of the present invention) will be described.
3 and 4 are diagrams (longitudinal sectional views) for explaining a method of manufacturing the active matrix device shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the plasma polymerization apparatus. In the following description, the upper side in FIGS. 3 and 4 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
The manufacturing method of the
[1]電極および配線形成工程
図3(a)に示すように基板50を用意し、この基板50上に、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、データ線31および接続用電極33を形成する。
図3(b)に示すように、まず、基板50上に金属膜(金属層)9を形成する。
これは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
[1] Electrode and Wiring Formation
As shown in FIG. 3B, first, a metal film (metal layer) 9 is formed on the
This includes, for example, chemical vapor deposition (CVD) such as plasma CVD, thermal CVD, and laser CVD, vacuum deposition, sputtering (low temperature sputtering), dry plating methods such as ion plating, electrolytic plating, immersion plating, and electroless plating. It can be formed by a wet plating method such as a thermal spraying method, a sol-gel method, a MOD method, or a metal foil bonding.
この金属膜9上に、フォトリソグラフィー法により、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、データ線31および接続用電極33の形状に対応する形状のレジスト層を形成する。このレジスト層をマスクとして用いて、金属膜9の不要部分を除去する。
この金属膜9の除去には、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
その後、レジスト層を除去することにより、図3(c)に示すように、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、データ線31および接続用電極33が得られる。
A resist layer having a shape corresponding to the shapes of the
For the removal of the metal film 9, for example, one or more of physical etching methods such as plasma etching, reactive ion etching, beam etching, and light-assisted etching, and chemical etching methods such as wet etching are used. Can be used in combination.
Then, by removing the resist layer, the
なお、これらのソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、データ線31および接続用電極33は、それぞれ、例えば、導電性粒子を含有するコロイド液(分散液)、導電性ポリマーを含有する液体(溶液または分散液)等の液状材料を基板50上に供給して被膜を形成した後、必要に応じて、この被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することもできる。
The
前記液状材料を基板50上に供給する方法としては、例えば、ディッピング法、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of a method for supplying the liquid material onto the
これらの中でも、特に、インクジェット法(液滴吐出法)を用いるのが好ましい。インクジェット法(液滴吐出法)によれば、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、データ線31および接続用電極33を、容易かつ寸法精度よく形成することができる。
なお、基板50の表面には、あらかじめ酸素プラズマ処理を施しておくのが好ましい。これにより、各電極3、4と基板50との密着性が向上する。
Among these, it is particularly preferable to use an ink jet method (droplet discharge method). According to the ink jet method (droplet discharge method), the
The surface of the
[2]有機半導体層形成工程
次に、図3(d)に示すように、ソース電極3およびドレイン電極4が形成された基板50上に、ソース電極3とドレイン電極4との間および各電極3、4の一部を覆うように、有機半導体層5を形成する。
このとき、ソース電極3とドレイン電極4との間(ゲート電極7に対応する領域)には、チャネル領域51が形成される。
[2] Organic Semiconductor Layer Forming Step Next, as shown in FIG. 3D, on the
At this time, a
例えば、有機半導体層5を有機高分子材料で構成する場合、有機半導体層5は、有機高分子材料またはその前駆体を含有する液状材料を、基板50上にソース電極3およびドレイン電極4を覆うように供給して被膜を形成した後、必要に応じて、この被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
前記液状材料を基板50上に供給する方法としては、前記工程[1]で挙げたのと同様の方法を用いることができる。
For example, when the
As a method for supplying the liquid material onto the
なお、有機半導体層5の形成領域は、図示の構成に限定されず、有機半導体層5は、ソース電極3とドレイン電極4との間の領域(チャネル領域51)にのみ形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の薄膜トランジスタ1(素子)を並設する場合に、各素子の有機半導体層5を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。
また、チャネル領域51にのみ有機半導体層5を形成する際、インクジェット法(液滴吐出法)は非接触で行える点で特に適している。また、薄膜トランジスタ1を製造するのに要求される解像度も5〜100μmであり、インクジェット法の解像度に適合している。
The formation region of the
Further, when the
[3]ゲート絶縁層形成工程
次に、図4(e)に示すように、有機半導体層5上に、ゲート絶縁層6を形成する。
このゲート絶縁層6は、例えば、図5に示すプラズマ重合装置100を用いて、プラズマ重合法により形成することができる。
図5に示すプラズマ重合装置100は、真空ポンプ110が接続された真空チャンバ120を備え、この真空チャンバ120内に、電極130およびステージ140が設けられている。
[3] Gate Insulating Layer Formation Step Next, as shown in FIG. 4 (e), the
The
A
電極130は、真空チャンバ120の上部に絶縁体121を介して取り付けられ、真空チャンバ120の外部に配設された高周波電源150に接続されている。この高周波電源150により高周波電力が出力される。
この高周波電力の出力(プラズマ出力)は、5〜500W程度であるのが好ましく、10〜100W程度であるのがより好ましい。
また、高周波電力の周波数は、特に限定されず、例えば一般的な工業用周波数である13.56MHzとすることができる。
The
The output (plasma output) of the high frequency power is preferably about 5 to 500 W, and more preferably about 10 to 100 W.
Moreover, the frequency of high frequency electric power is not specifically limited, For example, it can be set to 13.56 MHz which is a general industrial frequency.
ステージ140は、各電極3、4と有機半導体層5とを形成した基板50が載置されるものであり、真空チャンバ120の下部に、電極130と対向するように配設されている。このステージ140には、基板50の温度を調整する温度調節機構が設けられている。
また、真空チャンバ120には、ガス供給管160および原料供給管170が接続されている。
The
In addition, a
ガス供給管160には、ガス供給源180が流量制御弁161を介して接続されている。この流量制御弁161の開閉操作によって、真空チャンバ120へ供給されるガスの流量が調整される。
また、ガス供給源180より供給する添加ガスとしては、例えば、アルゴン、ヘリウム、窒素等が挙げられるが、これらの中でも、アルゴンを用いるのが好ましい。
A
Examples of the additive gas supplied from the
原料供給管170には、原料ガスを収納する原料容器190が流量制御弁171を介して接続されている。この原料容器190の下部にはヒータ191が設置され、原料容器190内の原料が液状物質である場合に、ヒータ191で液状物質を加熱して気化させ、ガス状にすることができる。
原料ガスは、真空チャンバ120の負圧により吸引され、原料供給管170を通って真空チャンバ120に供給される。この真空チャンバ120へ供給される原料ガスの流量は、流量制御弁171の開閉操作によって制御される。
A
The source gas is sucked by the negative pressure in the
次に、図5に示すプラズマ重合装置100を用いて、ゲート絶縁層6を形成する方法について説明する。
[3−1]まず、各電極3、4と有機半導体層5とを形成した基板50を、真空チャンバ120内のステージ140上に載置する。
Next, a method for forming the
[3-1] First, the
[3−2]次に、ポンプ110を作動させることにより、真空チャンバ120内の圧力を設定値まで減圧する。
この減圧による真空チャンバ120内の圧力は、1Torr(1.3×10−4MPa)以下であるのが好ましく、1×10−4Torr(1.3×10−8MPa)以下であるのがより好ましい。
次に、ステージ140の温度調整機構を調整することにより、基板50の温度を、原料ガスのプラズマ重合反応が促進されるように温度を設定する。
このとき、基板50の温度は、25℃以上であるのが好ましく、25〜100℃程度であるのがより好ましい。
[3-2] Next, the pressure in the
The pressure in the
Next, by adjusting the temperature adjustment mechanism of the
At this time, the temperature of the
次に、添加ガスをガス供給管160から、原料ガスを原料供給管170から、それぞれ真空チャンバ120内に供給する。
添加ガスの流量は、10〜500sccm程度であるのが好ましい。
一方、原料ガスの流量は、1〜100sccm程度であるのが好ましく、30〜70sccm程度であるのがより好ましい。
また、原料ガスの供給後の真空チャンバ120内の圧力は、0.01〜1Torr(1.3×10−6〜1.3×10−4MPa)程度であるのが好ましく、0.1〜0.5Torr(1.3×10−5〜6.7×10−5MPa)程度であるのがより好ましい。
Next, the additive gas is supplied from the
The flow rate of the additive gas is preferably about 10 to 500 sccm.
On the other hand, the flow rate of the source gas is preferably about 1 to 100 sccm, and more preferably about 30 to 70 sccm.
The pressure in the
[3−3]次に、高周波電源150よって高周波電力を電極130に印加する。これにより、真空チャンバ120内にアルゴンプラズマが生成する。そして、このアルゴンプラズマの電子衝突励起によって原料ガスが活性化されて重合反応を生じ、有機半導体層5上に重合物が堆積する。その結果、有機半導体層5上に、プラズマ重合膜で構成されたゲート絶縁層6が形成される。
[3-3] Next, high frequency power is applied to the
真空チャンバ120内に供給される原料ガスとしては、例えば、CHF3(トリフルオロメタン)、C2F4(テトラフルオロエチレン)、C2F6(ヘキサフルオロエタン)、C4F8(オクタフルオロシクロブタン)のようなフッ素系ガス、C2H4(エチレン)、C3H6(プロピレン)、C8H8(スチレン)のような炭化水素系ガス、C6H18OSi2(ヘキサメチルジシロキサン)、C8H24O2Si3(オクタメチルトリシロキサン)のような有機シリコン系ガス、またはこれらの混合ガス等が挙げられる。
Examples of the source gas supplied into the
このうち、原料ガスとしては、フッ素系ガスを主成分とするものが好ましい。フッ素系ガスを含む原料ガスは、プラズマ重合により、フッ素原子を含有する緻密質の重合物を形成することができる。この重合物は、フッ素原子に起因する撥水性と、かかる撥水性に伴う耐湿性を示すものとなる。したがって、このような原料ガスを用いることにより、水分の吸着・吸収を抑制または防止し得るゲート絶縁層6を容易に形成することができる。
Among these, as the source gas, a gas mainly containing a fluorine-based gas is preferable. A source gas containing a fluorine-based gas can form a dense polymer containing fluorine atoms by plasma polymerization. This polymer exhibits water repellency due to fluorine atoms and moisture resistance associated with such water repellency. Therefore, by using such a source gas, the
また、フッ素系ガスの中でも、特にCHF3を用いるのが好ましい。このフッ素系ガスは、プラズマ重合により、より緻密で密度の高い重合物を形成することができる。さらに、気体分子中のフッ素原子の含有率が高いため、より撥水性の高い重合物を得ることができる。
また、本発明に用いられる原料ガスは、フッ素を含有する液状物質を気化させたもの(気化物)を主成分とするものでもよい。これにより、原料の取り扱いが容易になる。
Of the fluorine-based gases, it is particularly preferable to use CHF 3 . This fluorine-based gas can form a denser and denser polymer by plasma polymerization. Furthermore, since the content of fluorine atoms in the gas molecules is high, a polymer with higher water repellency can be obtained.
In addition, the source gas used in the present invention may be mainly composed of a vaporized liquid material (vaporized material) containing fluorine. Thereby, handling of a raw material becomes easy.
このようなフッ素を含有する液状物質としては、例えば、C8F18(オクタデカフルオロオクタン)、C6F6(ヘキサフルオロベンゼン)、C6H3F3(トリフルオロベンゼン)、C6H2F4(テトラフルオロベンゼン)、またはこれらの混合物等が挙げられるが、特に、C8F18が好ましい。この液状物質によれば、フッ素原子の含有率が高いため、より撥水性および耐湿性に優れた重合物を形成得ることができる。 Examples of such a liquid substance containing fluorine include C 8 F 18 (octadecafluorooctane), C 6 F 6 (hexafluorobenzene), C 6 H 3 F 3 (trifluorobenzene), and C 6 H. Examples thereof include 2 F 4 (tetrafluorobenzene) or a mixture thereof, and C 8 F 18 is particularly preferable. According to this liquid substance, since the fluorine atom content is high, a polymer having more excellent water repellency and moisture resistance can be formed.
高周波電力を印加する時間(重合物の形成時間)は、10〜60分程度であるのが好ましく、20〜30分程度であるのがより好ましい。
また、特に、有機半導体層5がp型の有機半導体材料で構成されている場合、ゲート絶縁層6のうち、少なくとも有機半導体層5に隣接する部分(半導体層隣接部分)が、フッ素系のプラズマ重合膜で構成されているのが好ましい。フッ素は、電気陰性度が非常に高いため、電子を引き付け易い。フッ素と接している有機半導体は、フッ素に電子を引き抜かれ、正孔キャリアが発生する。このため、フッ素を含むプラズマ重合膜が有機半導体層5に接していることにより、前述のような効果に加え、チャネル領域51において、より多くの正孔キャリアが発生するという効果も得られる。その結果、薄膜トランジスタ1のトランジスタ特性の向上(動作速度の向上やオン電流の増大)を図ることができる。また、かかる効果は、プラズマ重合膜が緻密なため、フッ素原子を高密度で含むことができることに起因して得られるものである。
The time for applying the high-frequency power (polymer formation time) is preferably about 10 to 60 minutes, and more preferably about 20 to 30 minutes.
In particular, when the
なお、この場合、ゲート絶縁層6の全体がフッ素系のプラズマ重合膜で構成されていてもよいが、前記半導体層隣接部分以外の部分は、フッ素を含まない層で構成されていてもよい。このフッ素を含まない層は、プラズマ重合で形成するのが好ましいが、気相成膜法、液相成膜法等の他の形成方法で形成するようにしてもよい。
ここで、ゲート絶縁層6の前記半導体層隣接部分がフッ素系のプラズマ重合膜で構成され、かつ、ゲート絶縁層6の前記半導体層隣接部分以外の部分が炭化水素系のプラズマ重合膜で構成されている場合、プラズマ重合の途中で原料ガスの種類を切り替えるようにすればよい。
すなわち、まず、フッ素系ガスを用いて、前述のようにしてプラズマ重合を行う。そして、所定厚さのプラズマ重合膜が形成されたら、原料ガスの種類を炭化水素系ガスに切り替えて、同様にプラズマ重合を行う。このようにすれば、1回の成膜過程にもかかわらず、組成の異なる2つの層を積層した積層体を容易に得ることができる。
In this case, the entire
Here, the portion of the
That is, first, plasma polymerization is performed as described above using a fluorine-based gas. Then, after the plasma polymerization film having a predetermined thickness is formed, the type of the raw material gas is switched to the hydrocarbon gas, and the plasma polymerization is similarly performed. In this way, a laminated body in which two layers having different compositions are laminated can be easily obtained in spite of a single film formation process.
一方、有機半導体層5がn型の有機半導体材料で構成されている場合、ゲート絶縁層6のうち、少なくとも有機半導体層5に隣接する部分(半導体層隣接部分)は、フッ素を含まない層で構成されていて、かつ、前記半導体層隣接部分以外の部分が、フッ素系のプラズマ重合膜で構成されているのが好ましい。n型の有機半導体材料では、電子がキャリアであるため、電気陰性度の高いフッ素がチャネル領域51の近傍に存在すると、フッ素の電子引き抜き効果によって生成したホールが、キャリアである電子を捕捉してしまい、トランジスタ特性が低下するおそれがある。したがって、半導体層隣接部分がフッ素を含まない層で構成されていることにより、フッ素による電子の捕捉が防止され、トランジスタ特性が低下するのを防止することができる。
On the other hand, when the
また、前記半導体層隣接部分以外の部分はフッ素系のプラズマ重合膜で構成されているので、ゲート絶縁層6の密度が向上し、かつ撥水性と耐湿性が付与されるという前述の効果が併せて発揮される。
なお、この場合も、フッ素を含まない層は、プラズマ重合で形成するのが好ましいが、その他の形成方法で形成するようにしてもよい。
また、上記のようなゲート絶縁層6は、前述のように、プラズマ重合の途中で原料ガスの種類を切り替える等の方法により、容易に形成することができる。
Further, since the portion other than the adjacent portion of the semiconductor layer is made of a fluorine-based plasma polymerized film, the above-described effects of improving the density of the
In this case, the fluorine-free layer is preferably formed by plasma polymerization, but may be formed by other forming methods.
Further, as described above, the
[3−4]なお、このようにして重合物を成膜してプラズマ重合膜を得た後、このプラズマ重合膜に加熱処理(アニール処理)を行うようにしてもよい。これにより、プラズマ重合膜の緻密性を高めることができる。その結果、ゲート絶縁層6から有機半導体層5へのイオンの拡散や、ゲート絶縁層6の水分の吸着・吸収を、より確実に抑制または防止することができる。
この熱処理は、窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気下、100〜450℃程度×1〜10分程度で行うのが好ましく、150〜230℃程度×1〜3分程度で行うのがより好ましい。
[3-4] In addition, after forming a polymer film in this way to obtain a plasma polymerized film, the plasma polymerized film may be subjected to a heat treatment (annealing process). Thereby, the denseness of a plasma polymerization film | membrane can be improved. As a result, diffusion of ions from the
This heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere at about 100 to 450 ° C. for about 1 to 10 minutes, more preferably about 150 to 230 ° C. for about 1 to 3 minutes.
また、上記のようなプラズマ重合の際に、原料ガスの流量および圧力の少なくとも一方を適宜設定することにより、得られる重合物(プラズマ重合膜)の成膜速度を調整することができる。
具体的には、例えば、原料ガスの流量を前述の範囲内で大きくすることにより、成膜速度を速くすることができる。また、プラズマ重合の際の原料ガスの圧力(分圧)を大きくすることによっても、成膜速度を速くすることができる。
In addition, during the plasma polymerization as described above, the film formation rate of the resulting polymer (plasma polymerization film) can be adjusted by appropriately setting at least one of the flow rate and pressure of the source gas.
Specifically, for example, the film formation rate can be increased by increasing the flow rate of the source gas within the aforementioned range. The film forming speed can also be increased by increasing the pressure (partial pressure) of the raw material gas during plasma polymerization.
このように原料ガスの流量や圧力を設定することにより、プラズマ重合を生じる確率を制御することができ、その結果、成膜速度を容易に調整することができる。このため、成膜速度を調整して、効率よく重合物を形成することができ、プラズマ重合膜の形成効率を高めることができる。
このようにして調整される成膜速度は、特に限定されるものではないが、3〜70nm/min程度に調整されるのが好ましく、5〜30nm/min程度に調整されるのがより好ましい。成膜速度が前記範囲内であれば、特に効率よく重合物を得ることができる。
By setting the flow rate and pressure of the source gas in this way, the probability of plasma polymerization can be controlled, and as a result, the film formation rate can be easily adjusted. For this reason, the film formation rate can be adjusted to efficiently form a polymer, and the formation efficiency of the plasma polymerization film can be increased.
The film formation speed adjusted in this way is not particularly limited, but is preferably adjusted to about 3 to 70 nm / min, more preferably about 5 to 30 nm / min. If the film formation rate is within the above range, a polymer can be obtained particularly efficiently.
一方、高周波電力の出力(プラズマ出力)を適宜設定すれば、得られる重合物、すなわちプラズマ重合膜の密度を調整することができる。
例えば、プラズマ出力を前述の範囲内で大きくすることにより、得られるプラズマ重合膜の密度を高めることができる。
これにより、原料ガスの気体分子とプラズマとが接触した際に、気体分子に付与されるプラズマエネルギーを調整して、プラズマ重合膜の重合度を制御することができる。したがって、プラズマ出力を適宜設定することにより、プラズマ重合膜の密度を容易に調整することができる。
さらに、プラズマ重合装置100の構成(例えば、電極130とステージ140との間の距離等)を設定することによっても、成膜速度やプラズマ重合膜の密度等を調整することができる。
以上のようにして、ゲート絶縁層6が得られる。
On the other hand, if the output of high-frequency power (plasma output) is appropriately set, the density of the obtained polymer, that is, the plasma polymerized film can be adjusted.
For example, by increasing the plasma output within the above range, the density of the obtained plasma polymerized film can be increased.
Thereby, when the gas molecule of source gas and plasma contact, the plasma energy provided to a gas molecule can be adjusted, and the polymerization degree of a plasma polymerization film | membrane can be controlled. Therefore, the density of the plasma polymerized film can be easily adjusted by appropriately setting the plasma output.
Furthermore, by setting the configuration of the plasma polymerization apparatus 100 (for example, the distance between the
As described above, the
[4]走査線(ゲート電極)形成工程
次に、図4(f)に示すように、ゲート絶縁層6上に、走査線32(ゲート電極7)を形成する。
走査線32は、前記ソース電極3および前記ドレイン電極4と同様にして形成することができる。
[4] Scanning Line (Gate Electrode) Formation Step Next, as shown in FIG. 4 (f), the scanning line 32 (gate electrode 7) is formed on the
The
すなわち、前述したような液状材料を、一列に配列された薄膜トランジスタ1のゲート電極7を形成するように、ほぼ直線状に供給して被膜を形成した後、必要に応じて、この被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより走査線32を形成することができる。
なお、前記液状材料を供給する方法には、特に、インクジェット法を用いるのが好ましい。インクジェット法によれば、走査線32に対応して、液状材料を精度よく供給することができる。これにより、走査線32を高い寸法精度で形成することができる。
That is, after the liquid material as described above is supplied in a substantially straight line so as to form the
In addition, it is particularly preferable to use an ink jet method for supplying the liquid material. According to the ink jet method, the liquid material can be supplied with high precision corresponding to the scanning lines 32. Thereby, the
[5]保護膜形成工程
次に、図4(g)に示すように、ゲート絶縁層6のほぼ全面を覆うように、保護膜8を形成する。
保護膜8は、有機高分子材料またはその前駆体を含有する液状材料を、ゲート絶縁層6上に供給して被膜を形成した後、必要に応じて、この被膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
[5] Protective Film Formation Step Next, as shown in FIG. 4G, the
The
この場合、前記液状材料をゲート絶縁層6上に供給する方法としては、前記工程[1]で挙げたのと同様の方法を用いることができる。
また、この場合、前記液状材料中における有機高分子材料の濃度(含有率)は、3%wt/vol以下であるのが好ましく、0.5〜2%wt/vol程度であるのがより好ましい。有機高分子材料の濃度が前記範囲よりも大きい場合には、液状材料の粘度や曳糸性が高くなり、液状材料の供給(塗布)操作が不安定になるおそれがある。
In this case, as a method for supplying the liquid material onto the
In this case, the concentration (content) of the organic polymer material in the liquid material is preferably 3% wt / vol or less, more preferably about 0.5 to 2% wt / vol. . When the concentration of the organic polymer material is higher than the above range, the viscosity and spinnability of the liquid material are increased, and the supply (application) operation of the liquid material may become unstable.
以上のような工程を経て、図1および図2に示すアクティブマトリクス装置30が得られる。
このようなアクティブマトリクス装置30では、ゲート絶縁層6が緻密で密度が大きいため、ゲート絶縁層6中のイオンが、有機半導体層5に拡散することが抑制または防止される。これにより、薄膜トランジスタ1、ひいてはアクティブマトリクス装置30のオフ電流の増大を防止し、消費電力の低減を図ることができる。
また、このようなゲート絶縁層6は、薄膜化しても、ゲートリーク電流の増大が防止される。このため、オフ電流を低く維持しつつ、しきい値電圧も低減することができる。その結果、ゲート電圧の低減を図り、薄膜トランジスタ1(アクティブマトリクス装置30)の消費電力のさらなる低減を図ることができる。
Through the steps described above, the
In such an
Further, even if such a
<アクティブマトリクス装置の第2実施形態>
次に、本発明の薄膜トランジスタを備えるアクティブマトリクス装置(本発明の薄膜トランジスタ回路)の第2実施形態について説明する。
図6は、アクティブマトリクス装置の第2実施形態を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
<Second Embodiment of Active Matrix Device>
Next, a second embodiment of an active matrix device (thin film transistor circuit of the present invention) including the thin film transistor of the present invention will be described.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the active matrix device. In the following description, the upper side in FIG. 6 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
以下、第2実施形態にかかるアクティブマトリクス装置およびその製造方法について説明するが、それぞれ、前記第1実施形態にかかるアクティブマトリクス装置およびその製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態にかかるアクティブマトリクス装置30は、各薄膜トランジスタ1を構成する各部の積層順が異なり、それ以外は、前記第1実施形態にかかるアクティブマトリクス装置30と同様である。
Hereinafter, the active matrix device and the manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described. However, the differences from the active matrix device and the manufacturing method according to the first embodiment will be mainly described, and the same matters will be described. The description is omitted.
The
図6に示すアクティブマトリクス装置30における各薄膜トランジスタ1は、ゲート電極7と、ゲート絶縁層6と、ソース電極3およびドレイン電極4と、有機半導体層5と、保護膜8とが、この順で基板50側から積層されて構成されている。
すなわち、各薄膜トランジスタ1は、ゲート7電極がゲート絶縁層6を介してソース電極3およびドレイン電極4よりも基板50側に設けられた構成の薄膜トランジスタ、すなわち、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタである。
Each
That is, each
具体的には、薄膜トランジスタ1では、基板50上に、ゲート電極7が設けられ、このゲート電極7を覆うようにゲート絶縁層6が設けられている。また、ゲート絶縁層6上には、ゲート電極7に対応する領域を間隙として、ソース電極3およびドレイン電極4が分離して設けられている。そして、ソース電極3とドレイン電極4との間隙と、これらの電極3、4の一部とを覆うように、有機半導体層5が設けられている。
また、有機半導体層5と、各電極3、4とを覆うように、保護膜8が設けられている。
Specifically, in the
A
このようなアクティブマトリクス装置30は、前記第1実施形態にかかるアクティブマトリクス装置30の製造方法における[4]ゲート電極形成工程、[3]ゲート絶縁層形成工程、[1]電極および配線形成工程、[2]有機半導体層形成工程、[5]保護膜形成工程を、この順序で行うことにより製造することができる。
以上のような第2実施形態にかかるアクティブマトリクス装置30およびその製造方法によっても、前記第1実施形態にかかるアクティブマトリクス装置30およびその製造方法と同様の作用・効果が得られる。
Such an
The
<電子デバイス>
次に、前述したようなアクティブマトリクス装置30を備える電子デバイス(本発明の電子デバイス)について、電気泳動表示装置を一例に説明する。
図7は、本発明の電子デバイスを電気泳動表示装置に適用した場合の実施形態を示す縦断面図である。
<Electronic device>
Next, an electrophoretic display device will be described as an example of an electronic device (an electronic device of the present invention) including the
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing an embodiment when the electronic device of the present invention is applied to an electrophoretic display device.
図7に示す電気泳動表示装置20は、基板50上に設けられたアクティブマトリクス装置30と、このアクティブマトリクス装置30に電気的に接続された電気泳動表示部40とで構成されている。
図7に示すように、電気泳動表示部40は、基板50上に、順次積層された、画素電極41と、マイクロカプセル42と、透明電極(共通電極)43および透明基板44とを有している。
そして、マイクロカプセル42がバインダ材45により、画素電極41と透明電極43との間に固定されている。
The
As shown in FIG. 7, the
The
画素電極41は、マトリクス状に、すなわち、縦横に規則正しく配列するように分割されている。
各カプセル42内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色(色相)の異なる2種の電気泳動粒子421、422を含む電気泳動分散液420が封入されている。
The
In each
このような電気泳動表示装置20では、1本あるいは複数本の走査線32に選択信号(選択電圧)を供給すると、この選択信号(選択電圧)が供給された走査線32に接続されている薄膜トランジスタ1がONとなる。
これにより、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線31と画素電極41とは、実質的に導通する。このとき、データ線31に所望のデータ(電圧)を供給した状態であれば、このデータ(電圧)は画素電極41に供給される。
これにより、画素電極41と透明電極43との間に電界が生じ、この電界の方向、強さ、電気泳動粒子421、422の特性等に応じて、電気泳動粒子421、422は、いずれかの電極の方向に向かって電気泳動する。
In the
Thereby, the
As a result, an electric field is generated between the
一方、この状態から、走査線32への選択信号(選択電圧)の供給を停止すると、薄膜トランジスタ1はOFFとなり、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線31と画素電極41とは非導通状態となる。
したがって、走査線32への選択信号の供給および停止、あるいは、データ線31へのデータの供給および停止を適宜組み合わせて行うことにより、電気泳動表示装置20の表示面側(透明基板44側)に、所望の画像(情報)を表示させることができる。
特に、本実施形態にかかる電気泳動表示装置20では、電気泳動粒子421、422の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
On the other hand, when the supply of the selection signal (selection voltage) to the
Therefore, by supplying and stopping the selection signal to the
In particular, in the
また、本実施形態にかかる電気泳動表示装置20は、アクティブマトリクス装置30を有することにより、特定の走査線32に接続された薄膜トランジスタ1を選択的にON/OFFすることができるので、クロストークの問題が生じにくく、また、回路動作の高速化が可能であることから、高い品質の画像(情報)を得ることができる。
また、本実施形態にかかる電気泳動表示装置20は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。特に、アクティブマトリクス装置30が備える薄膜トランジスタ1は、オフ電流が小さいので、待機時(非動作時)の消費電力を低減することができる。
なお、本発明の電子デバイスは、このような電気泳動表示装置20への適用に限定されるものではなく、液晶表示装置、有機または無機EL表示装置等に適用することもできる。
In addition, since the
In addition, since the
Note that the electronic device of the present invention is not limited to the application to the
<電子機器>
このような電気泳動表示装置20は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置20を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
<Electronic equipment>
Such an
<< Electronic Paper >>
First, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper will be described.
FIG. 8 is a perspective view showing an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to electronic paper.
An
In such an
<<ディスプレイ>>
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図9は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
この図に示すディスプレイ800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図8に示す構成と同様のものである。
<< Display >>
Next, an embodiment when the electronic apparatus of the present invention is applied to a display will be described.
9A and 9B are diagrams showing an embodiment in which the electronic apparatus of the invention is applied to a display, in which FIG. 9A is a cross-sectional view and FIG. 9B is a plan view.
A
本体部801は、その側部(図中、右側)に電子ペーパー600を挿入可能な挿入口805が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対802a、802bが設けられている。電子ペーパー600を、挿入口805を介して本体部801内に挿入すると、電子ペーパー600は、搬送ローラ対802a、802bにより挟持された状態で本体部801に設置される。
The
また、本体部801の表示面側(下図(b)中、紙面手前側)には、矩形状の孔部803が形成され、この孔部803には、透明ガラス板804が嵌め込まれている。これにより、本体部801の外部から、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を視認することができる。すなわち、このディスプレイ800では、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を、透明ガラス板804において視認させることで表示面を構成している。
Further, a
また、電子ペーパー600の挿入方向先端部(図中、左側)には、端子部806が設けられており、本体部801の内部には、電子ペーパー600を本体部801に設置した状態で端子部806が接続されるソケット807が設けられている。このソケット807には、コントローラー808と操作部809とが電気的に接続されている。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
In addition, a
In such a
In such a
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置20を適用することが可能である。
Note that the electronic apparatus of the present invention is not limited to the application to the above, and for example, a television, a viewfinder type, a monitor direct view type video tape recorder, a car navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, an electronic Examples include newspapers, word processors, personal computers, workstations, videophones, POS terminals, and devices equipped with touch panels. The
以上、本発明の薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタ回路、電子デバイスおよび電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法では、必要に応じて、任意の工程を追加することもできる。
The method for manufacturing a thin film transistor, the thin film transistor, the thin film transistor circuit, the electronic device, and the electronic device of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these.
For example, the configuration of each part of the thin film transistor, the thin film transistor circuit, the electronic device, and the electronic apparatus of the present invention can be replaced with an arbitrary one that can exhibit the same function, or an arbitrary configuration can be added. it can.
Moreover, in the manufacturing method of the thin-film transistor of this invention, arbitrary processes can also be added as needed.
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.表示装置の製造
(実施例1)
まず、平均厚さ1mmのガラス基板を用意し、水(洗浄液)を用いて洗浄した。なお、ガラス基板には、あらかじめ、酸素プラズマ処理を施した。
次に、基板上にAuを蒸着することにより、ソース電極およびドレイン電極を形成した。
次に、ソース電極とドレイン電極とを覆うように、F8T2(フルオレン−ビチオフェン共重合体)を溶解したトリメチルベンゼン溶液を、スピンコート法により塗布して液状被膜を形成した後、この液状被膜を乾燥した。これにより、平均厚さ30nmの有機半導体層を形成した。なお、F8T2は、p型の有機半導体材料である。
Next, specific examples of the present invention will be described.
1. Production of display device (Example 1)
First, a glass substrate having an average thickness of 1 mm was prepared and washed with water (cleaning liquid). Note that the glass substrate was previously subjected to oxygen plasma treatment.
Next, a source electrode and a drain electrode were formed by vapor-depositing Au on the substrate.
Next, a trimethylbenzene solution in which F8T2 (fluorene-bithiophene copolymer) is dissolved is applied by a spin coating method so as to cover the source electrode and the drain electrode, and then the liquid film is dried. did. Thereby, an organic semiconductor layer having an average thickness of 30 nm was formed. Note that F8T2 is a p-type organic semiconductor material.
次に、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を形成したガラス基板を、図5に示す真空チャンバ内のステージ上に載置した。
そして、真空チャンバ内を9×10−5Torr(1.2×10−8MPa)まで減圧した後、真空チャンバ内にアルゴンガス(添加ガス)とCHF3ガス(原料ガス)を導入し、以下の条件でCHF3のプラズマ重合を行い、プラズマ重合膜を得た。
Next, the glass substrate on which the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer were formed was placed on the stage in the vacuum chamber shown in FIG.
Then, after reducing the pressure in the vacuum chamber to 9 × 10 −5 Torr (1.2 × 10 −8 MPa), argon gas (addition gas) and CHF 3 gas (raw material gas) are introduced into the vacuum chamber, Plasma polymerization of CHF 3 was performed under the conditions described above to obtain a plasma polymerization film.
<プラズマ重合の条件>
・ガス圧力 :0.2Torr(2.7×10−5MPa)
・ガス流量 :50sccm
・プラズマ出力 :25W
・高周波電力周波数 :13.56MHz
・処理時間 :6分
・成膜速度 :8nm/min
以上により、有機半導体層上に平均厚さ50nmのゲート絶縁層を形成した。
次に、ゲート絶縁層上の、ソース電極とドレイン電極との間の領域に対応する部分に、Auを蒸着することにより、ゲート電極を形成した。
以上により、薄膜トランジスタを得た。
<Conditions for plasma polymerization>
・ Gas pressure: 0.2 Torr (2.7 × 10 −5 MPa)
・ Gas flow rate: 50sccm
・ Plasma output: 25W
・ High frequency power frequency: 13.56 MHz
・ Processing time: 6 minutes ・ Deposition rate: 8 nm / min
Thus, a gate insulating layer having an average thickness of 50 nm was formed on the organic semiconductor layer.
Next, Au was vapor-deposited on a portion of the gate insulating layer corresponding to a region between the source electrode and the drain electrode, thereby forming a gate electrode.
Thus, a thin film transistor was obtained.
(実施例2)
CHF3ガスをC2F6ガスに変更した以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを得た。
(実施例3)
CHF3ガスに代えて、C8F18を気化させたガスを用いた以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
(Example 2)
A thin film transistor was obtained in the same manner as in Example 1 except that the CHF 3 gas was changed to C 2 F 6 gas.
(Example 3)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a gas obtained by vaporizing C 8 F 18 was used instead of the CHF 3 gas.
(実施例4)
プラズマ重合の際のプラズマ出力を、10Wに変更した以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
(実施例5)
CHF3ガスの流量を100sccmとした以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
なお、プラズマ重合の際の成膜速度は、12nm/minであった。
(実施例6)
プラズマ重合の際の雰囲気圧力を、0.4Torr(5.3×10−5MPa)に変更した以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
なお、プラズマ重合の際の成膜速度は、15nm/minであった。
Example 4
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the plasma output during plasma polymerization was changed to 10 W.
(Example 5)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the flow rate of CHF 3 gas was set to 100 sccm.
The film formation rate during plasma polymerization was 12 nm / min.
(Example 6)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the atmospheric pressure during the plasma polymerization was changed to 0.4 Torr (5.3 × 10 −5 MPa).
The film formation rate during plasma polymerization was 15 nm / min.
(実施例7)
以下のようにしてゲート絶縁層を形成するようにした以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
まず、原料ガスとしてC2H4(エチレン)ガスを用い、前記実施例1と同様にしてプラズマ重合膜を形成した。なお、プラズマ重合の処理時間を3分間とした。
次に、原料ガスをCHF3ガスに変更し、同様にプラズマ重合膜を形成した。なお、プラズマ重合の処理時間は3分間とした。これにより、有機半導体層上に平均厚さ50nmのゲート絶縁層を形成した。
(実施例8)
蒸着法により、フッ素化銅フタロシアニンで構成された有機半導体層を形成するようにした以外は、前記実施例7と同様にして薄膜トランジスタを製造した。なお、フッ素化銅フタロシアニンは、n型の有機半導体材料である。
(Example 7)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating layer was formed as follows.
First, a plasma polymerized film was formed in the same manner as in Example 1 using C 2 H 4 (ethylene) gas as a source gas. In addition, the processing time of plasma polymerization was 3 minutes.
Next, the raw material gas was changed to CHF 3 gas, and a plasma polymerization film was similarly formed. The plasma polymerization treatment time was 3 minutes. Thereby, a gate insulating layer having an average thickness of 50 nm was formed on the organic semiconductor layer.
(Example 8)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 7 except that an organic semiconductor layer composed of fluorinated copper phthalocyanine was formed by vapor deposition. Note that fluorinated copper phthalocyanine is an n-type organic semiconductor material.
(比較例1)
ゲート絶縁層を以下の方法で形成した以外は、前記実施例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
まず、ポリビニルフェノール(PVP)を溶解した1−プロパノール溶液を、スピンコート法により、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を形成したガラス基板上に塗布して液状被膜を形成した。
次に、この液状被膜を乾燥させ、平均厚さ100nmのゲート絶縁層を形成した。
(比較例2)
前記実施例8と同様にしてフッ素化銅フタロシアニンで構成された有機半導体層を形成するようにした以外は、前記比較例1と同様にして薄膜トランジスタを製造した。
(Comparative Example 1)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the gate insulating layer was formed by the following method.
First, the 1-propanol solution which melt | dissolved polyvinylphenol (PVP) was apply | coated on the glass substrate in which the source electrode, the drain electrode, and the organic-semiconductor layer were formed with the spin coat method, and the liquid film was formed.
Next, this liquid film was dried to form a gate insulating layer having an average thickness of 100 nm.
(Comparative Example 2)
A thin film transistor was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1 except that an organic semiconductor layer composed of fluorinated copper phthalocyanine was formed in the same manner as in Example 8.
2.評価
2.1 ゲート絶縁層の密度の評価
各実施例および各比較例で得られた薄膜トランジスタについて、それぞれ、ゲート絶縁層の密度を測定した。
なお、密度は、X線反射率測定法(GIXR)により測定した。
測定結果を表1に示す。なお、各薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁層の密度は、各比較例で得られた薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁層の密度を1としたときの相対値とした。
2. Evaluation 2.1 Evaluation of Density of Gate Insulating Layer The density of the gate insulating layer was measured for each thin film transistor obtained in each example and each comparative example.
In addition, the density was measured by the X-ray reflectivity measuring method (GIXR).
The measurement results are shown in Table 1. Note that the density of the gate insulating layer in each thin film transistor was a relative value when the density of the gate insulating layer in the thin film transistor obtained in each comparative example was 1.
2.2 オフ電流の評価
各実施例および各比較例で得られた薄膜トランジスタについて、それぞれオフ電流を測定し、以下の基準にしたがって評価した。
◎:オフ電流が非常に小さい
○:オフ電流がやや大きいが、実用上問題ない
△:オフ電流がやや大きいが、用途によっては使用可能である
×:オフ電流が非常に大きく、実用性に乏しい
なお、オフ電流の測定は、各薄膜トランジスタの製造直後と、30日間放置後とに行った。
また、各薄膜トランジスタを放置した環境は、気温23℃、湿度70%R.H.とした。
評価結果を表1に示す。
2.2 Evaluation of off-state current About the thin-film transistor obtained in each Example and each comparative example, off-current was measured, respectively, and evaluated according to the following criteria.
◎: Off current is very small ○: Off current is slightly large, but there is no practical problem △: Off current is slightly large, but can be used depending on the application ×: Off current is very large and practicality is poor Note that the off-current was measured immediately after the manufacture of each thin film transistor and after being left for 30 days.
In addition, the environment in which each thin film transistor is left is as follows: air temperature 23 ° C., humidity 70% H. It was.
The evaluation results are shown in Table 1.
2.3 キャリア移動度の評価
各実施例および各比較例で得られた薄膜トランジスタについて、それぞれチャネル領域のキャリア移動を測定し、以下の基準にしたがって評価した。
◎:キャリア移動度が非常に大きい
○:キャリア移動度がやや大きい
△:キャリア移動度がやや小さい
×:キャリア移動度が非常に小さい
評価結果を表1に示す。
2.3 Evaluation of Carrier Mobility Regarding the thin film transistors obtained in the respective examples and comparative examples, the carrier movement in the channel region was measured and evaluated according to the following criteria.
A: Very high carrier mobility B: Slightly high carrier mobility B: Slightly low carrier mobility X: Very low carrier mobility Table 1 shows the evaluation results.
表1からも明らかなように、各実施例で得られた薄膜トランジスタが備えるゲート絶縁層は、いずれも、比較例で得られた薄膜トランジスタが備えるゲート絶縁層よりも密度が高かった。
また、各実施例で得られた薄膜トランジスタは、比較例で得られた薄膜トランジスタに比べて、オフ電流が低く抑えられていた。特に、実施例1、3、5、6、8では、長期にわたって、その傾向が顕著であった。この傾向は、実施例1、3、5、6、8のゲート絶縁層の密度が特に高かったことに起因すると推察される。
一方、実施例8は、n型の有機半導体層を用いた比較例2の薄膜トランジスタに比べ、キャリア移動度が大きかった。
As is clear from Table 1, the density of the gate insulating layer included in the thin film transistor obtained in each example was higher than that of the gate insulating layer included in the thin film transistor obtained in the comparative example.
In addition, the thin film transistor obtained in each example had a lower off current than the thin film transistor obtained in the comparative example. In particular, in Examples 1, 3, 5, 6, and 8, the tendency was remarkable over a long period of time. This tendency is presumed to be due to the particularly high density of the gate insulating layers of Examples 1, 3, 5, 6, and 8.
On the other hand, Example 8 had higher carrier mobility than the thin film transistor of Comparative Example 2 using an n-type organic semiconductor layer.
1……薄膜トランジスタ 3……ソース電極 4……ドレイン電極 5……有機半導体層 51……チャネル領域 6……ゲート絶縁層 7……ゲート電極 8……保護膜 9……金属膜 20……電気泳動表示装置 30……アクティブマトリクス装置 31……データ線 32……走査線 33……接続用電極 40……電気泳動表示部 41……画素電極 42……マイクロカプセル 420……電気泳動分散液 421、422……電気泳動粒子 43……透明電極 44……透明基板 45……バインダ材 50……基板 100……プラズマ重合装置 110……真空ポンプ 120……真空チャンバ 121……絶縁体 130……電極 140……ステージ 150……高周波電源 160……ガス供給管 161、171……流量制御弁 170……原料供給管 180……ガス供給源 190……原料容器 191……ヒータ 600……電子ペーパー 601……本体 602……表示ユニット 800……ディスプレイ 801……本体部 802a、802b……搬送ローラ対 803……孔部 804……透明ガラス板 805……挿入口 806……端子部 807……ソケット 808……コントローラー 809……操作部
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記基板上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極および前記有機半導体層を覆うように、前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極を形成する工程とを有し、
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部を、原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成することを特徴とするトランジスタの製造方法。 A thin film transistor for manufacturing a thin film transistor provided on a substrate and comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode A manufacturing method of
Forming the source electrode and the drain electrode on the substrate;
Forming the organic semiconductor layer at least between the source electrode and the drain electrode;
Forming the gate insulating layer so as to cover the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer;
Forming the gate electrode on the gate insulating layer,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed by plasma polymerizing a source gas and depositing the obtained polymer. Production method.
前記基板上に、前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に、前記ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、前記有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程とを有し、
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部を、原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成することを特徴とするトランジスタの製造方法。 A thin film transistor for manufacturing a thin film transistor provided on a substrate and comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode and the drain electrode from the gate electrode A manufacturing method of
Forming the gate electrode on the substrate;
Forming the gate insulating layer on the gate electrode;
Forming the organic semiconductor layer on the gate insulating layer;
Forming the source electrode and the drain electrode on the organic semiconductor layer,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed by plasma polymerizing a source gas and depositing the obtained polymer. Production method.
前記ゲート絶縁層を形成する工程において、前記ゲート絶縁層のうちの少なくとも前記有機半導体層側の部分を、フッ素を含む原料ガスをプラズマ重合し、得られた重合物を堆積させることにより形成する請求項1ないし6のいずれかに記載のトランジスタの製造方法。 The organic semiconductor layer is composed of a p-type organic semiconductor material,
In the step of forming the gate insulating layer, at least a portion of the gate insulating layer on the organic semiconductor layer side is formed by plasma polymerizing a source gas containing fluorine and depositing the obtained polymer. Item 7. A method for producing a transistor according to any one of Items 1 to 6.
前記ゲート絶縁層の厚さ方向の少なくとも一部が、緻密質のプラズマ重合膜で構成されていることを特徴とするトランジスタ。 A thin film transistor comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer from the gate electrode,
A transistor characterized in that at least a part of the gate insulating layer in the thickness direction is formed of a dense plasma polymerized film.
前記ゲート絶縁層のうち、少なくとも前記有機半導体層に隣接する部分が、フッ素を含むプラズマ重合膜で構成されている請求項11に記載のトランジスタ。 The organic semiconductor layer is composed of a p-type organic semiconductor material,
The transistor according to claim 11, wherein at least a portion of the gate insulating layer adjacent to the organic semiconductor layer is formed of a plasma polymerization film containing fluorine.
前記ゲート絶縁層の密度が、1.5〜2.5g/cm3であることを特徴とするトランジスタ。 A thin film transistor comprising a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an organic semiconductor layer, and a gate insulating layer that insulates the source electrode, the drain electrode, and the organic semiconductor layer from the gate electrode,
The density of the said gate insulating layer is 1.5-2.5 g / cm < 3 >, The transistor characterized by the above-mentioned.
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