JP2012109560A - 有機薄膜トランジスタの製造方法及び該方法で製造された有機薄膜トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲート電極、及び該ゲート電極を被覆し、有機絶縁材料を含むゲート絶縁層を形成する工程;該ゲート絶縁層上に塗布法、無電解めっき法又は原子層堆積法を用いて導電性材料からなる第1導電層を成膜する工程;該第1導電層上にパターンニングされた第2導電層を形成する工程;該第2導電層で被覆されていない第1導電層の部分を除去して、第1導電層及び第2導電層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程;及びソース電極、ドレイン電極、及び該ソース電極と該ドレイン電極に挟まれた領域のゲート絶縁層が被覆されるように、有機半導体層を形成する工程;を有する、有機薄膜トランジスタの製造方法。
【選択図】図1
Description
ゲート電極、及び該ゲート電極を被覆し、有機絶縁材料を含むゲート絶縁層を形成する工程;
該ゲート絶縁層上に塗布法、無電解めっき法又は原子層堆積法からなる群の内の一つを用いて導電性材料からなる第1導電層を成膜する工程;
該第1導電層上に更に導電性材料からなる導電層を成膜後、該導電層を所定の形状にパターニングすることにより第2導電層を形成する工程;
該第2導電層で被覆されていない第1導電層の部分を除去して、第1導電層及び第2導電層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程;
ソース電極、ドレイン電極、及び該ソース電極と該ドレイン電極に挟まれた領域のゲート絶縁層が被覆されるように、有機半導体層を形成する工程;
を有する方法を提供する。
該ゲート絶縁層3上に塗布法、無電解めっき法又は原子層堆積法からなる群から選択される一つの方法を用いて導電性材料からなる第1導電層4を成膜する工程;
該第1導電層4上に更に導電性材料からなる導電層を成膜後、該導電層を所定の形状にパターニングすることにより第2導電層5を形成する工程;
該第2導電層5で被覆されていない第1導電層4の部分を除去して、第1導電層4及び第2導電層5からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程;
ソース電極、ドレイン電極、及び該ソース電極と該ドレイン電極に挟まれた領域のゲート絶縁層が被覆されるように、有機半導体層8を形成する工程;
を有する方法である。該方法は、以下に述べるような実施形態を包含する。
本発明の第1の実施形態を、図1から図7を用いて説明する。
より好ましくは、耐エレクトロ・ストレスマイグレーション性の高い高融点金属の合金、酸化物、窒化物である。また、金属表面の仕事関数を調整するため、必要に応じて、ゲート電極を積層構造にしたり、表面改質の処理を実施してもよい。本発明において、高融点金属とは、融点が1000℃以上の金属を指す。
前記ゲート絶縁層3上に塗布法、無電解めっき法又は原子層堆積法からなる群から選択される一つの方法を用いて導電性材料からなる第1導電層4を成膜する工程;
該第1導電層4上に更に導電性材料からなる導電層を成膜後、該導電層を所定の形状にパターニングすることにより第2導電層5を形成する工程;及び
該第2導電層5で被覆されていない第1導電層4の部分を除去して、第1導電層4及び第2導電層5からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程。
acetamidopentacene(NSFAAP))、6,13−ジヒドロ−6,13−メタノペンタセン−15−オン(6,13-Dihydro-6,13-methanopentacene-15-one(DMP))、ペンタセン−N−スルフィニル−n−ブチルカルバマート付加物(Pentacene-N -sulfinyl-n -butylcarbamate adduct)、ペンタセン−N−スルフィニル−tert−ブチルカルバマート(Pentacene-
N -sulfinyl-tert -butylcarbamate)等のペンタセン前駆体、[1]ベンゾチエノ[3,2−b]ベンゾチオフェン([1]Benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT))、ポルフィリ
ン、可溶性基としてアルキル基等を有するオリゴチオフェン等の低分子化合物、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(P3HT)等のポリチオフェン、フルオレンコポリマー(例えば、フルオレンジイル基とチオフェンジイル基とを有する共重合体)等の高分子化合物等が挙げられる。
次に、本発明の第2の実施形態を、図8から図16を用いて説明する。
また、第3導電層6は第2導電層5の上面及び側面を覆い、有機半導体層8への電荷注入層としての機能を有している。
(高分子化合物1の合成)
スチレン(和光純薬製)2.06g、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン(アルドリッチ製)2.43g、2−〔O−[1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ〕エチル−メタクリレート(昭和電工製、商品名「カレンズMOI−BM」)1.00g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.06g、2−ヘプタノン(和光純薬製)14.06gを、50ml耐圧容器(エース製)に入れ、窒素をバブリングした後、密栓し、60℃のオイルバス中で48時間重合させて、高分子化合物1が溶解している粘稠な2−ヘプタノン溶液を得た。高分子化合物1は下記繰り返し単位を有している。ここで、( )の添え数字は繰り返し単位のモル分率を示している。
(高分子化合物2の合成)
4−アミノスチレン(アルドリッチ製)3.50g、2,3,4,5,6−ペンタフルオロスチレン(アルドリッチ製)13.32g、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)0.08g、2−ヘプタノン(和光純薬製)25.36gを、125ml耐圧容器(エース製)に入れ、窒素をバブリングした後、密栓し、60℃のオイルバス中で48時間重合させて、高分子化合物2が溶解している粘稠な2−ヘプタノン溶液を得た。
高分子化合物2は下記繰り返し単位を有している。ここで、( )の添え数字は繰り返し単位のモル分率を示している。
(高分子化合物3の合成)
9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジ(エチレンボロネート)6.40g、及び5,5’−ジブロモ−2,2’−バイチオフェン4.00gを含むトルエン(80mL)中に、窒素下において、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.18g、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(Aldrich製、商品名「Aliquat 336」(登録商標))1.0g、及び2Mの炭酸ナトリウム水溶液24mLを加えた。この混合物を激しく攪拌し、加熱して24時間還流した。粘稠な反応混合物をアセトン500mLに注ぎ、繊維状の黄色のポリマーを沈澱させた。このポリマーを濾過によって集め、アセトンで洗浄し、真空オーブンにおいて60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーを高分子化合物3とよぶ。高分子化合物3は、下記繰り返し単位を有している。nは繰り返し単位の数を示している。高分子化合物3の標準ポリスチレンから求めた重量平均分子量は、61000であった(島津製GPC、「Tskgel super HM−H」1本+「Tskgel super H2000」1本、移動相=THF)。
(有機薄膜トランジスタの製造)
本発明の有機薄膜トランジスタの実施例を、図1から図7を用いて説明する。
最初に、洗浄済の基板1上にスパッタリング法でMo(モリブデン)層を形成し、フォトリソグラフィにより、ゲート電極2を形成した。フォトリソグラフィにおいて、フォトレジストは、東京応化工業社製「TFR−H PL」を、現像液は、ナガセケムテックス社製「NPD−18」を、レジスト剥離液は、東京応化工業社製「106」を、Moエッチング液は、関東化学社製の「S−80520」を使用した。フォトリソグラフィは、以下の工程により行った。Mo層上にフォトレジスト「TFR−H PL」の膜を形成し、フォトマスクを介して365nm UV光を照射した。次いで、現像液「NPD−18」を用いてフォトレジストの現像を行った。次いで、現像したフォトレジストをマスクとして、Mo層のMoが露出している部分を、Moエッチング液「S−80520」を用いて除去し、レジスト剥離液「106」を用いて残りのフォトレジストを剥離して、ゲート電極2のパターニングを行った。
ゲート絶縁層表面接触角は自動接触角測定装置(英弘精機社製、商品名「OCA20」)を用いて測定した。移動度μ、最大電流Ion、スレッショルド電圧Vth、ヒステリシス、Swing Factor(サブスレッショルドスイング)、On/Off比は、伝達(Vg−Id)特性から求めた。また、伝達(Vg−Id)特性のドレイン電流Idが立ち上がる弱反転領域形成開始電圧をドレイン電流立ち上り電圧Vonと定義し、スレッショルド電圧Vthとは別に表2に示す。
比較例として、基板(ガラス)1、該基板1上にゲート電極(Mo)2、該ゲート電極2上にゲート絶縁層(有機絶縁層)3、該ゲート絶縁層3上に本発明の第2導電層5と同材料の単一金属1層による単層のソース電極、及び、ドレイン電極を形成し、該ソース電極と該ドレイン電極との間に有機半導体層を形成して、有機薄膜トランジスタを製造した。
実施例1と同様の方法で、基板1上にゲート電極2を形成し、該ゲート電極上にゲート絶縁層3を形成した。該ゲート絶縁層のゲート絶縁層表面ラフネスRa及びゲート絶縁層表面接触角を測定した。結果を表2のプロセス未通過ゲート絶縁層の欄に示す。
2…ゲート電極、
3…ゲート絶縁層、
4…第1導電層、
5…第2導電層、
6…第3導電層、
7…ソース・ドレイン電極、
8…有機半導体層、
9…マスク、
10…保護層。
Claims (7)
- ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
ゲート電極、及び該ゲート電極を被覆し、有機絶縁材料を含むゲート絶縁層を形成する工程;
該ゲート絶縁層上に塗布法、無電解めっき法又は原子層堆積法からなる群から選択される一つの方法を用いて導電性材料からなる第1導電層を成膜する工程;
該第1導電層上に更に導電性材料からなる導電層を成膜後、該導電層を所定の形状にパターニングすることにより第2導電層を形成する工程;
該第2導電層で被覆されていない第1導電層の部分を除去して、第1導電層及び第2導電層からなるソース電極及びドレイン電極を形成する工程;
ソース電極、ドレイン電極、及び該ソース電極と該ドレイン電極に挟まれた領域のゲート絶縁層が被覆されるように、有機半導体層を形成する工程;
を有する方法。 - 前記第1導電層を成膜する工程は、酸化銀、酸化銅、酸化亜鉛、銀塩、銀及び銅からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料を含む導電性材料の前駆体及び/又は前記導電性材料のナノ粒子を溶解もしくは分散させたインクを前記ゲート絶縁層上に塗布法で成膜し焼成することにより、前記導電性材料からなる導電層を得る工程である請求項1に記載の方法。
- 前記第1導電層を成膜する工程は、タングステンアルコキサイドから作られたゾルゲル液を塗布法で該ゲート絶縁層上に成膜し、ゲル化したタングステンアルコキサイドを焼成処理して酸化タングステンからなる導電層を得る工程である請求項1に記載の方法。
- 前記タングステンアルコキサイドのゾルゲル液の溶媒は、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)もしくは、2,3,4,5,6−ペンタフルオロトルエンである請求項3に記載の方法。
- 前記第1導電層の除去は、前記第2導電層をマスクとして用いて湿式エッチング法により行い、そのときに用いられるエッチング液はアルカリ溶液であり、第1導電層と第2導電層のエッチング選択比が10:1以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極は第3導電層を備えており、
前記第3導電層の形成は、パターンニングされた第2導電層と、第1導電層の露出している部分の上に導電性材料の層を成膜した後、該導電性材料の層を第2導電層が完全に被覆されるようにパターニングすることにより行われる請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法により製造されるボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタ。
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