JP2015177099A - トランジスタおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程での特性の低下を抑えたトランジスタおよびそのトランジスタを備えた表示装置を提供する。【解決手段】ゲート電極と、前記ゲート電極に対向する有機半導体膜と、前記有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、前記有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、前記ソース・ドレイン電極は前記保護膜を覆い、前記ソース・ドレイン電極の間隙から前記保護膜が露出されているトランジスタ。【選択図】図１

Description

本技術は、有機半導体膜を有するトランジスタ、およびそのトランジスタを備えた表示装置に関する。

近年、チャネルとして有機半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）、所謂有機ＴＦＴが注目されている（例えば、特許文献１）。有機ＴＦＴの有機半導体膜は塗布法を用いて形成することができ、これにより製造コストを抑えることが可能となる。また、このような塗布法等を用いた有機半導体膜の成膜は、蒸着法等の他の方法に比べて低温で行うことが可能である。したがって、耐熱性の低いプラスチックフィルム上に有機ＴＦＴを実装させることもでき、フレキシブルなデバイスが実現可能となる。有機ＴＦＴは、例えば表示装置等のスイッチング素子として用いることが検討されている。

このような有機ＴＦＴには、無機半導体材料を用いたＴＦＴと同様に、ゲート電極およびソース・ドレイン電極等が設けられている。有機ＴＦＴでは、有機半導体膜とソース・ドレイン電極とが電気的に接続されている。有機半導体膜の裏面（下面）にソース・ドレイン電極が接するように配置された有機ＴＦＴがボトムコンタクト型、有機半導体膜の表面（上面）にソース・ドレイン電極が接するように配置された有機ＴＦＴが、トップコンタクト型とそれぞれ呼ばれている。トップコンタクト型の有機ＴＦＴでは、有機半導体膜とソース・ドレイン電極との接触抵抗が低くなり、また、機械的安定性も向上する。このため、トップコンタクト型の有機ＴＦＴへの期待が高まっている。トップコンタクト型の有機ＴＦＴでは、有機半導体膜を形成した後にソース・ドレイン電極が形成される。

特開２００６−９３３３２号公報

しかしながら、有機半導体膜を構成する有機半導体材料は、有機溶剤への耐性が低く、有機半導体膜形成後の工程で使用する有機溶剤等により劣化する虞がある。この有機半導体膜の劣化により、ＴＦＴ特性が低下する。

本技術はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、製造工程での特性の低下を抑えたトランジスタおよびそのトランジスタを備えた表示装置を提供することにある。

本技術によるトランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極に対向する有機半導体膜と、有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、ソース・ドレイン電極は保護膜を覆い、ソース・ドレイン電極の間隙から保護膜が露出されているものである。

本技術による表示装置は、表示素子およびこの表示素子を駆動する上記本技術のトランジスタを備えたものである。

本技術のトランジスタまたは表示装置では、ソース・ドレイン電極が保護膜を覆い、その間隙から保護膜が露出されている。即ち、このトランジスタおよび表示装置は、保護膜上でソース・ドレイン電極がパターニングされて形成されたものである。このような保護膜を設けることにより、ソース・ドレイン電極形成時に有機半導体膜が保護され、有機半導体膜への有機溶剤等の付着が抑えられる。

本技術のトランジスタおよび表示装置によれば、有機半導体膜の一部を覆う保護膜を設けるようにしたので、製造工程での有機半導体膜の劣化を防ぐことができる。よって、製造工程での特性の低下を抑えることが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本技術の一実施の形態に係るトランジスタの構成を表す図である。 図１に示したトランジスタの製造工程を表す断面図である。 図２Ａに続く工程を表す断面図である。 図２Ｂに続く工程を表す断面図である。 図２Ｃに続く工程を表す断面図である。 図３Ａに続く工程を表す断面図である。 図３Ｂに続く工程を表す断面図である。 比較例に係るトランジスタの構成を表す断面図である。 変形例１に係るトランジスタの構成を表す断面図である。 変形例２に係るトランジスタの構成を表す断面図である。 変形例３に係るトランジスタの構成を表す断面図である。 図１等に示したトランジスタを有する表示装置の全体構成を表す図である。 図８に示した画素駆動回路の一例を表す等価回路図である。 適用例１の外観を表す斜視図である。 適用例１の外観を表す他の斜視図である。 適用例２の外観を表す斜視図である。 適用例３の外観を表す斜視図である。 適用例４の表側から見た外観を表す斜視図である。 適用例４の裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例５の外観を表す斜視図である。 適用例６の外観を表す斜視図である。 適用例７の閉じた状態を表す図である。 適用例７の開いた状態を表す図である。

以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明
は以下の順序で行う。
１．実施の形態（トランジスタ：ボトムゲート型の例）
２．変形例１（保護膜が積層構造を有する例）
３．変形例２（保護膜が複数の構成材料を含んでいる例）
４．変形例３（トップゲート型の例）
５．実施例

＜実施の形態＞
図１は、本技術の一実施の形態に係る有機ＴＦＴ（トランジスタ１）の構成を表したものであり、図１（Ａ）が断面構成、図１（Ｂ）が平面構成をそれぞれ表している。トランジスタ１は、電界効果型のトランジスタであり、例えば液晶，有機ＥＬ（Electroluminescence）および電気泳動型の表示体を用いたディスプレイの駆動素子として用いられる。このトランジスタ１は、トップコンタクト・ボトムゲート型構造のＴＦＴであり、基板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３、有機半導体膜１４およびソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂをこの順に有している。

基板１１は、ガラス基板、石英基板またはプラスチックフィルムなどにより構成されている。プラスチック材料としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＥＫ（ポリエチルエーテルケトン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネート）あるいはＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などを用いることができる。アルミニウム、ニッケルおよびステンレス等の金属材料により基板１１を構成するようにしてもよい。基板１１の厚み（Ｚ方向の距離）は、例えば２０ｎｍ〜１ｍｍ程度である。

ゲート電極１２は、トランジスタ１にゲート電圧を印加し、このゲート電圧により有機半導体膜１４中のキャリア密度を制御する役割を有するものである。ゲート電極１２は基板１１上の選択的な領域に設けられ、例えば金属材料、無機導電材料、有機導電材料または炭素材料等により構成されている。金属材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）および白金（Ｐｔ）等の金属単体または合金が挙げられる。無機導電材料としては、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。有機導電性材料としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）およびポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）などが挙げられる。炭素材料としては、例えば、グラファイトがあげられる。これらの構成材料を２種以上用いてゲート電極１２を構成するようにしてもよく、ゲート電極１２は積層構造を有していてもよい。ゲート電極１２の厚みは、例えば５０ｎｍ〜２００ｎｍである。

ゲート絶縁膜１３は、ゲート電極１２とソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂに電気的に接続された有機半導体膜１４とを絶縁するため、ゲート電極１２と有機半導体膜１４との間に設けられている。ゲート絶縁膜１３は、例えば無機絶縁材料または有機絶縁材料により構成されている。無機絶縁材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_x）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_x）およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）などが挙げられる。有機絶縁材料としては、例えば、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリイミド、ポリメタクリル酸アクリレート、感光性ポリイミド、感光性ノボラック樹脂およびポリパラキシリレン等が挙げられる。これらの構成材料を２種以上用いてゲート絶縁膜１３を構成するようにしてもよく、ゲート絶縁膜１３は積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁膜１３の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１０００ｎｍである。

有機半導体膜１４は、ゲート絶縁膜１３上にゲート電極１２に対向して設けられ、かつソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂに接している。有機半導体膜１４は、島状にパターニングされている。有機半導体膜１４の構成材料には、例えば、低分子材料、溶解性低分子材料または高分子材料などを用いることができる。ここで低分子材料は一般的に溶媒に溶解しにくい材料を指し、溶解性低分子材料は低分子材料を化学修飾などして溶解性を改善した材料を指す。低分子材料としては、例えば、ペンタセン、アントラジチオフェン、ジナフト［２，３−ｂ：２’，３’−ｆ］チエノ［３，２−ｂ］チエノフェン、２，９−ジフェニル−ペリ−キサンテノキサンテン、２，９−ジナフチル−ペリ−キサンテノキサンテンおよび銅フタロシアニンなどが挙げられる。溶解性低分子材料としては、例えば、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン、２，７−ジドデシル［１］ベンゾチエノ［３，２−ｂ］［１］ベンゾチオフェンおよび２，９−ビス（ｐ−エチルフェニル）−ペリ−キサンテノキサンテンなどが挙げられる。高分子材料としては、例えば、α−クウォーターチオフェン、ポリ−（β−ヘキシルチオフェン）およびポリ（２，５−ビス（３−ドデシル−５−（３−ドデシルチオフェン−２−イル）チオフェン−２−イル）チアゾロ［５，４−ｄ］チアソールなどが挙げられる。これらの構成材料を２種以上用いて有機半導体膜１４を構成するようにしてもよい。

有機半導体膜１４は、例えばアセン類化合物により構成されていてもよい。アセン類化合物としては、例えば、テトラセン、アントラセン、２，９−ジメチルペンタセン、ルブレンおよびパーフルオロペンタセン等が挙げられる。有機半導体膜１４は、アントラジチオフェン類化合物、ペリ−キサンテノキサンテン類化合物、ナフト［１，８−ｂｃ：５，４−ｂ’ｃ’］ジチオフェン類化合物、ベンゾジチオフェン類化合物、［１］ベンゾチエノ［３，２−ｂ］［１］ベンゾチオフェン類化合物、オリゴチオフェン類化合物、オリゴセレノフェン類化合物、β置換チオフェンポリマーおよびオリゴマー類化合物、α，ω置換チオフェンオリゴマー類化合物、縮環チオフェンオリゴマー類化合物、チオフェン−フェニレンオリゴマー類化合物、チオフェン−フルオレンオリゴマー類化合物、チオフェン−アセンオリゴマー類化合物、フタロシアニン類化合物、ポルフィリン類化合物あるいはフラーレン類化合物等により構成されていてもよい。

アントラジチオフェン類化合物としては、例えばα，ω−ジアルキルアントラジチオフェン等が挙げられる。ペリ−キサンテノキサンテン類化合物としては、例えば２，９−ビス（ｐ−プロピルフェニル）−ペリ−キサンテノキサンテン等が挙げられる。ナフト［１，８−ｂｃ：５，４−ｂ’ｃ’］ジチオフェン類化合物としては、例えば２，６−ジ（２−ナフチル）ナフト［１，８−ｂｃ：５，４−ｂ’ｃ’］ジチオフェン等が挙げられる。ベンゾジチオフェン類化合物としては例えば、２，６−ジフェニルベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジチオフェン等が挙げられる。［１］ベンゾチエノ［３，２−ｂ］［１］ベンゾチオフェン類化合物としては例えば２，７−ジフェニル［１］ベンゾチエノ［３，２−ｂ］［１］ベンゾチオフェン等が挙げられる。オリゴセレノフェン類化合物としてはα−クウォーターセレノフェン等が挙げられる。β置換チオフェンポリマーおよびオリゴマー類化合物としてはポリ−（３，３’”−ジドデシルクオーターチオフェン）等が挙げられる。α，ω置換チオフェンオリゴマー類化合物としてはα，ω−ジヘキシルクウォーターチオフェン等が挙げられる。縮環チオフェンオリゴマー類化合物としてはビス（ベンゾジチオフェン）等が挙げられる。チオフェン−フェニレンオリゴマー類化合物としては２，５−ビス（４−ｎ−ヘキシルフェニル）チオフェン等が挙げられる。チオフェン−フルオレンオリゴマー類化合物としては５，５’−ビス−（７−ヘキシル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）−［２，２’］ビチオフェン等が挙げられる。チオフェン−アセンオリゴマー類化合物としては６，６’−ジヘキシル−［２，２’］ビアントラセニル等が挙げられる。フタロシアニン類化合物としてはフタロシアニンおよび亜鉛フタロシアニン等が挙げられる。ポルフィリン類化合物としてはテトラベンゾポルフィリン等が挙げられる。フラーレン類化合物としてはＣ₆₀等が挙げられる。有機半導体膜１４の厚みは、例えば１ｎｍ〜１０００ｎｍである。

本実施の形態では、この有機半導体膜１４の一部を覆う保護膜１６が設けられている。詳細は後述するが、これによりトランジスタ１の製造工程での有機半導体膜１４の劣化を抑えることができる。

保護膜１６は、有機半導体膜１４の表面（基板１１との対向面と反対の面）に接しており、例えば有機半導体膜１４の中央部を覆っている。この保護膜１６から露出された有機半導体膜１４の端部にソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂが接している。保護膜１６は、無機絶縁材料により構成されており、その厚みは例えば５０ｎｍ〜２５０ｎｍである。製造工程での有機半導体膜１３の溶解を防ぐため、保護膜１６をパターニングする際に使用する溶媒には有機半導体膜１３の構成材料が溶解しにくいことが好ましい。即ち、保護膜１６の構成材料は、有機半導体膜１３の構成材料が不溶の所定の溶媒に、溶解することが好ましい。保護膜１６を構成する無機絶縁材料としては、例えば酸化物または窒化物を用いることができる。具体的には、保護膜１６の構成材料として窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_X）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_X）、およびチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）等が挙げられるが、窒化ケイ素を用いて保護膜１６を構成することが好ましい。窒化ケイ素により構成された保護膜１６では、Ｎ（窒素）−Ｈ（水素）の結合密度が１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下であることが好ましく、８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下であることがより好ましい。Ｎ−Ｈの結合密度を小さくすることにより、トランジスタ１の特性、具体的には飽和移動度の低下を抑えることができる。保護膜１６を２種類以上の無機絶縁材料を用いて構成するようにしてもよい。

この保護膜１６を覆うように、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂが設けられている。ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂは、有機半導体膜１４の表面に接しており、有機半導体膜１４に電気的に接続されている。ソース・ドレイン電極１５Ａとソース・ドレイン電極１５Ｂとは、間隙１５Ｃを間にして対をなしている。有機半導体膜１４のうち、間隙１５Ｃと平面視で重なる領域が、ソース・ドレイン電極１５Ａとソース・ドレイン電極１５Ｂとの間の実質的な電流の経路となる。このソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの間隙１５Ｃからは、保護膜１６が露出されている。即ち、間隙１５Ｃでは有機半導体膜１４が保護膜１６により覆われている。換言すれば、平面視で保護膜１６と重なる領域に、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの間隙１５Ｃが設けられている。間隙１５Ｃを間にしたソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの互いの対向面（面１５ＡＦ，１５ＢＦ）は、保護膜１６上に設けられており、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂは、保護膜１６の表面から端面を覆っている。即ち、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの間隙１５Ｃの幅（Ｘ方向の距離）は、保護膜１６の幅よりも小さくなっている。ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂには、上記ゲート電極１２の構成材料と同様の導電材料を用いることができ、その厚みは例えば２ｎｍ〜１０μｍである。

このトランジスタ１は、例えば次のようにして製造することができる（図２Ａ〜図３Ｃ）。

まず、基板１１上にゲート電極１２、ゲート絶縁膜１３および有機半導体膜１４をこの順に形成する（図２Ａ）。ゲート電極１２は、まず、基板１１の全面に例えば、蒸着法およびスパッタリング法等の真空成膜法を用いて銅等の導電膜を厚み１００ｎｍで成膜した後、これをフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより形成する。フォトリソグラフィ法では、まず、導電膜上にフォトレジストを塗布した後、これに露光および現像を行って、導電膜上にレジストパターンを形成する。次いで、このレジストパターンをマスクにして導電膜をエッチングする。エッチングとしては、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いることができる。ドライエッチングとしては、例えば、イオンミリング法および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等が挙げられる。導電膜をエッチングした後、レジストパターンを除去する。レジストパターンは、例えば、これに紫外光を照射した後、現像液（例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド３％水溶液）に浸すことにより除去される。レジストパターンに代えて、金属材料からなるマスクを用いてゲート電極１２を形成するようにしてもよい。

ゲート絶縁膜１３は、ゲート電極１２が設けられた基板１１の全面に、例えばＰＶＰと硬化剤（例えばメラミン樹脂）とを含むインクを塗布することにより形成する。インクの塗布には、例えばスピンコート法を用いることができる。インクを塗布した後、これを焼成することによりゲート絶縁膜１３が形成される。

有機半導体膜１４は、例えばペンタセンまたは（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン等を含むインクを塗布した後、これをパターニングすることにより形成する。インクの塗布には、例えば、スピンコート法、キャップコート法およびディップコート法等の塗布法、あるいは、インクジェット法等の印刷法を用いることができる。パターニングには、上記ゲート電極１２と同様の方法を用いることができる。真空蒸着法等の真空成膜法を用いて有機半導体膜１４を形成するようにしてもよい。

有機半導体膜１４を形成した後、図２Ｂ〜図３Ａに示したようにして有機半導体膜１４上に保護膜１６を形成する。保護膜１６は、例えば以下のようにして形成する。まず、有機半導体膜１４上を含む基板１１の全面に、例えばスパッタリング法またはＰＥＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）法等を用いて絶縁材料膜１６Ｍを成膜する（図２Ｂ）。絶縁材料膜１６Ｍには、例えば厚み１００ｎｍの窒化ケイ素を用いることができる。次いで、絶縁材料膜１６Ｍ上の、有機半導体膜１４と対向する領域にレジストパターン１７を形成する（図２Ｃ）。レジストパターン１７は、上記ゲート電極１２の形成で用いたレジストパターンと同様の方法で形成することができる。続いて、このレジストパターン１７をマスクにして、絶縁材料膜１６Ｍのエッチングを行う。これにより保護膜１６が形成される。このエッチングには、例えばフッ化水素（ＨＦ）の水溶液を用いることができる。絶縁材料膜１６Ｍをエッチングした後、レジストパターン１７を除去する（図３Ａ）。

保護膜１６を設けた後、図３Ｂ，図３Ｃに示したようにしてソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂを形成する。詳細は後述するが、ここでは、保護膜１６が設けられているので、このソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの形成工程での有機半導体膜１４の劣化が抑えられる。ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂは、例えば以下のようにして形成する。まず、保護層１６上および有機半導体膜１４上を含む基板１１の全面に、例えば抵抗加熱蒸着法等の真空成膜法を用いて導電材料膜１５Ｍを成膜する（図３Ｂ）。導電材料膜１５Ｍには、例えば厚み１００ｎｍの金、クロムあるいはアルミニウム等を用いることができる。導電材料膜１５Ｍは、スパッタリング法等の他の真空成膜法を用いて成膜するようにしてもよい。次いで、導電材料膜１５Ｍ上にレジストパターン１８Ａ，１８Ｂを形成する（図３Ｃ）。レジストパターン１８Ａとレジストパターン１８Ｂとの間には、間隙１８Ｃが設けられている。この間隙１８Ｃが保護膜１６上に配置されるようにして、レジストパターン１８Ａ，１８Ｂを形成する。レジストパターン１８Ａ，１８Ｂは、上記ゲート電極１２の形成で用いたレジストパターンと同様の方法で形成することができる。続いて、このレジストパターン１８Ａ，１８Ｂをマスクにして、導電材料膜１５Ｍのエッチングを行う。導電材料膜１５Ｍのエッチングには、例えばウェットエッチングを用いることができる。エッチャントは、導電材料膜１５Ｍの種類に応じて選択すればよい。例えば、金を用いて導電材料膜１５Ｍを形成した場合には、ヨウ化カリウム水溶液等を用いることができる。クロムを用いて導電材料膜１５Ｍを形成した場合には、塩酸（ＨＣｌ）、フッ化水素または塩化鉄（ＦｅＣｌ₂）と塩酸（ＨＣｌ）との混合液等を用いることができる。アルミニウム（Ａｌ）を用いて導電材料膜１５Ｍを形成した場合には、リン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）、酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）または硝酸（ＨＮＯ₃）等を用いることができる。この導電材料膜１５Ｍのエッチングにより間隙１５Ｃ（図１）が設けられ、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂが形成される。最後に、レジストパターン１８Ａ，１８Ｂを除去することにより、図１に示したトランジスタ１が完成する。

トランジスタ１では、ゲート電極１２に所定の電位が供給されると、有機半導体膜１４のチャネルに電界が生じて、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂ間に電流が流れ、いわゆる電界効果トランジスタとして機能する。ここでは、有機半導膜１４を覆う保護膜１６が設けられているので、製造工程での有機半導体膜１４の劣化がおさえられる。以下、これについて説明する。

図４は比較例に係るトランジスタ（トランジスタ１００）の断面構成を表したものである。このトランジスタ１００は、トランジスタ１と同様にトップコンタクト・ボトムゲート型のＴＦＴであるが、トランジスタ１００には有機半導体膜１４を覆う保護膜が設けられていない。ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの間隙１５Ｃからは、有機半導体膜１４が露出されている。このようなトランジスタ１００では、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂを形成する際にウェット処理で使用するフォトレジスト材料、現像液およびエッチャント等、あるいはドライ処理で使用するガス種等が有機半導体膜１４に付着し、有機半導体膜１４を劣化させる虞がある。

これに対し、トランジスタ１では、有機半導体膜１４を覆う保護膜１６を設けた後に、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂを形成している。このソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの形成工程では、保護膜１６上にレジストパターン１８Ａ，１８Ｂの間隙１８Ｃを配置するようにして、導電材料膜１５Ｍをパターニングしている（図３Ａ〜図３Ｃ）。即ち、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの間隙１５Ｃでは、有機半導体膜１４が保護膜１６で覆われるので、ウェット処理では有機半導体膜１４へのフォトレジスト材料、現像液およびエッチャント等の付着が抑えられる。ドライ処理では、例えば酸素等のプラズマダメージが抑えられる。よって、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂの形成工程で有機半導体膜１４が保護され、有機半導体膜１４の劣化を防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態では、有機半導体膜１４を覆う保護膜１６を設けるようにしたので、有機半導体膜１４の劣化に起因したＴＦＴ特性の低下を抑えることが可能となる。

更に、保護膜１６を窒化ケイ素により構成し、保護膜１６におけるＮ−Ｈの結合密度を１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下、より好ましくは８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下にすることで、トランジスタ１の飽和移動度の低下を防ぐことができる。

以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜変形例１＞
図５は、変形例１に係るトランジスタ（トランジスタ１Ａ）の断面構成を表したものである。このトランジスタ１Ａの保護膜（保護膜２６）は、複数の層（第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂ）を含む積層構造を有している。この点を除き、トランジスタ１Ａはトランジスタ１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

保護膜２６では、有機半導体膜１４に近い位置から、第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂがこの順に設けられている。例えば、第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂの構成元素の種類は同じであるが、第１保護層２６Ａと第２保護層２６Ｂとでは各元素の組成が異なっている。第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂはともに、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ_X）により構成されており、第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度と、第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度とが異なっている。第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度が、第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度よりも高くてもよく、第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度が、第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度よりも低くてもよい。第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度および第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度の平均が、１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下であることが好ましく、８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下であることがより好ましい。

この保護膜２６は、例えば、ＰＥＣＶＤ法を用いて成膜する。まず、有機半導体膜１４上に所定の条件で例えば窒化ケイ素を成膜する。続けて、下層の窒化ケイ素膜とＮ−Ｈ結合密度が異なるように成膜条件を変更した後、更に窒化ケイ素を成膜する。この互いに異なる条件で成膜された２種類の窒化ケイ素膜をパターニングすることにより第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂを含む保護膜２６が形成される。

このように、互いに異なる組成を有するように成膜条件を変更して第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂを積層することにより、保護膜２６の形成が容易となる。以下、これについて説明する。

有機半導体膜１４上に例えばＰＥＣＶＤ法を用いて、無機絶縁材料を成膜すると、熱伸縮ひずみに起因して無機絶縁材料膜の膜剥がれが生じやすい。このため、無機絶縁材料膜の加工（パターニング）を行うことが困難となる。有機半導体膜１４に表面処理を施した後、無機絶縁材料を成膜することも考え得る。この場合には、有機半導体膜１４と無機絶縁材料膜との密着性が向上し、保護膜の形成工程を容易にすることが可能となる。しかしながら、有機半導体膜１４に表面処理を施すと、膜減りおよびＴＦＴ特性（移動度または閾値変動等）の劣化等が生じる虞がある。

これに対し、トランジスタ１Ａでは成膜条件を変更して、無機絶縁材料を成膜していくので、有機半導体膜１４との密着性が高い第１保護層２６Ａ、有機半導体膜１４の保護機能が高い第２保護層２６Ｂをそれぞれ形成することができる。よって、無機絶縁材料膜の膜剥がれを防ぎ、保護膜２６を容易に形成することが可能となる。特に、第１保護層２６Ａおよび第２保護層２６Ｂを窒化ケイ素を用いて形成し、第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度と、第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度とを変えることで、無機絶縁材料膜の加工が容易となる。また、有機半導体膜１４の表面処理が不要となるので、膜の厚みおよびＴＦＴ特性等が維持される。

更に、第１保護層２６ＡのＮ−Ｈ結合密度および第２保護層２６ＢのＮ−Ｈ結合密度の平均を、１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下、より好ましくは８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下とすることにより、トランジスタ１Ａの飽和移動度の低下を防ぐことができる。

＜変形例２＞
図６は、変形例２に係るトランジスタ（トランジスタ１Ｂ）の断面構成を表したものである。このトランジスタ１Ｂの保護膜（保護膜３６）は、互いに異なる材料からなる複数の層（第１保護層３６Ａおよび第２保護層３６Ｂ）を含む積層構造を有している。この点を除き、トランジスタ１Ｂはトランジスタ１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

保護膜３６では、有機半導体膜１４に近い位置から、第１保護層３６Ａおよび第２保護層３６Ｂがこの順に設けられている。第１保護層３６Ａおよび第２保護層３６Ｂをともに無機絶縁材料により構成するようにしてもよい。例えば、第１保護層３６Ａが窒化ケイ素で構成され、第２保護層３６Ｂが酸化ケイ素または酸化アルミニウム等で構成されている。第１保護層３６を無機絶縁材料、第２保護層３６Ｂを有機絶縁材料によりそれぞれ構成するようにしてもよい。第１保護層３６を有機絶縁材料、第２保護層３６Ｂを無機絶縁材料により構成することも可能である。保護膜３６を構成する有機絶縁材料としては、例えばポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリイミド、ポリメタクリル酸アクリレート、感光性ポリイミド、感光性ノボラック樹脂およびポリパラキシリレン等が挙げられる。

＜変形例３＞
図７は、変形例３に係るトランジスタ（トランジスタ１Ｃ）の断面構成を表したものである。このトランジスタ１Ｃでは、基板１１上に半導体膜１４、保護膜１６、ソース・ドレイン電極１５Ａ，１５Ｂ、ゲート絶縁膜１３およびゲート電極１２がこの順に設けられている。即ち、トランジスタ１Ｃはトップゲート・トップコンタクト型のＴＦＴである。この点を除き、トランジスタ１Ｃはトランジスタ１と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

＜適用例＞
図８は、上記トランジスタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃのいずれかを駆動素子として備えた表示装置（表示装置９０）の回路構成を表すものである。表示装置９０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイまたは電気泳動方式に代表される電子ペーパーなどであり、駆動パネル９１上の表示領域１１０に、マトリクス状に配設された複数の画素１０と、画素１０を駆動するための各種駆動回路とが形成されたものである。駆動パネル９１上には、駆動回路として、例えば映像表示用のドライバである信号線駆動回路１２０および走査線駆動回路１３０と、画素駆動回路１５０とが配設されている。この駆動パネル９１には、図示しない封止パネルが貼り合わせられ、この封止パネルにより画素１０および上記駆動回路が封止されている。

図９は、画素駆動回路１５０の等価回路図である。画素駆動回路１５０は、上記トランジスタ１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃのいずれかとして、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が配設されたアクティブ型の駆動回路である。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の間にはキャパシタＣｓが設けられ、第１の電源ライン（Ｖcc）および第２の電源ライン（ＧＮＤ）の間において、画素１０がトランジスタＴｒ１に直列に接続されている。このような画素駆動回路１５０では、列方向に信号線１２０Ａが複数配置され、行方向に走査線１３０Ａが複数配置されている。各信号線１２０Ａは、信号線駆動回路１２０に接続され、この信号線駆動回路１２０から信号線１２０Ａを介してトランジスタＴｒ２のソース電極に画像信号が供給されるようになっている。各走査線１３０Ａは走査線駆動回路１３０に接続され、この走査線駆動回路１３０から走査線１３０Ａを介してトランジスタＴｒ２のゲート電極に走査信号が順次供給されるようになっている。この表示装置では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が、上記実施の形態の有機ＴＦＴの１，２により構成されているので、このトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の良好なＴＦＴ特性により、高品質な表示が可能となる。このような表示装置９０は、例えば次の適用例１〜７に示した電子機器に搭載することができる。

［適用例１］
図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ、上記表示装置９０が適用される電子ブックの外観を表したものである。この電子ブックは、例えば、表示部２１０および非表示部２２０を有しており、この表示部２１０が上記表示装置９０により構成されている。

［適用例２］
図１１は、上記表示装置９０が適用されるスマートフォンの外観を表したものである。このスマートフォンは、例えば、表示部２３０および非表示部２４０を有しており、この表示部２３０が上記表示装置９０により構成されている。

［適用例３］
図１２は、上記表示装置９０が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル３１０およびフィルターガラス３２０を含む映像表示画面部３００を有しており、この映像表示画面部３００は、上記表示装置９０により構成されている。

［適用例４］
図１３Ａ，図１３Ｂは、上記表示装置９０が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部４１０、表示部４２０、メニュースイッチ４３０およびシャッターボタン４４０を有しており、この表示部４２０が上記表示装置９０により構成されている。

［適用例５］
図１４は、上記表示装置９０が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５１０，文字等の入力操作のためのキーボード５２０および画像を表示する表示部５３０を有しており、この表示部５３０が上記表示装置９０により構成されている。

［適用例６］
図１５は、上記表示装置９０が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部６１０，この本体部６１０の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ６２０，撮影時のスタート／ストップスイッチ６３０および表示部６４０を有している。そして、この表示部６４０が上記表示装置９０により構成されている。

［適用例７］
図１６Ａ，図１６Ｂは、上記表示装置９０が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。そして、これらのうちのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０が、上記表示装置９０により構成されている。

更に、本技術の具体的な実施例について説明する。

（実験例１）
上記実施の形態で説明したのと同様にしてトランジスタを作製した。有機半導体膜上の保護膜は、ＰＥＣＶＤ法を用いて窒化ケイ素を成膜することにより形成した。ベア基板に同様の方法で窒化ケイ素を成膜しておき、この窒化ケイ素膜のＦＴＩＲ（フーリエ変換型赤外分光）測定および膜厚測定を行うことにより保護膜におけるＮ−Ｈ結合密度を求めた。保護膜のＮ−Ｈ結合密度は、７．７×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³であった。

（実験例２）
保護膜のＮ−Ｈ結合密度を８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³としたこと以外は、実験例１と同様にしてトランジスタを作製した。

（実験例３）
保護膜のＮ−Ｈ結合密度を１．２×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³としたこと以外は、実験例１と同様にしてトランジスタを作製した。

上記のように作製した実験例１〜３の移動度を調べた。この結果を表１に表す。表１中、線形移動度は線形領域における移動度、飽和移動度は飽和領域における移動度をそれぞれ表している。

線形移動度は、実験例１が０．７０ｃｍ²／Ｖｓ、実験例２が０．６２ｃｍ²／Ｖｓ、実験例３が０．５８ｃｍ²／Ｖｓであり、飽和移動度は、実験例１が０．６０ｃｍ²／Ｖｓ、実験例２が０．４９ｃｍ²／Ｖｓ、実験例３が０．３０ｃｍ²／Ｖｓであった。実験例１〜３のいずれのトランジスタも、線形移動度に比べて飽和移動度の方が低い値を示している。線形移動度の約７割以上の飽和移動度を有するトランジスタであればデバイスとして正常に動作できることがわかっている。実験例１〜３の比較から、保護膜のＮ−Ｈ結合密度が低くなるにつれて線形移動度および飽和移動度が向上することが確認された。特に、飽和移動度がＮ−Ｈ結合密度の値により大きく変化する。保護膜のＮ−Ｈ結合密度を８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下にすることにより、飽和移動度の値が線形移動度の約７割以上となり、トランジスタが安定して動作する。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）ゲート電極と、前記ゲート電極に対向する有機半導体膜と、前記有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、前記有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、前記ソース・ドレイン電極は前記保護膜を覆い、前記ソース・ドレイン電極の間隙から前記保護膜が露出されているトランジスタ。
（２）前記ソース・ドレイン電極は、前記保護膜の表面から端面を覆っている前記（１）に記載のトランジスタ。
（３）前記間隙を間にした前記ソース・ドレイン電極の互いの対向面は、前記保護膜上に設けられている前記（１）または（２）に記載のトランジスタ。
（４）前記保護膜は、第１層および第２層を含む積層構造を有している前記（１）乃至（３）のうちいずれか１つに記載のトランジスタ。
（５）前記保護膜は、無機絶縁材料を含んでいる前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載のトランジスタ。
（６）前記保護膜は、窒化ケイ素を含んでいる前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つに記載のトランジスタ。
（７）前記保護膜のＮ―Ｈ結合密度は、１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下である前記（ ６）に記載のトランジスタ。
（８）前記保護膜のＮ―Ｈ結合密度は、８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下である前記（６）に記載のトランジスタ。
（９）前記第１層および前記第２層が窒化ケイ素を含み、前記第１層と前記第２層では、互いにＮ―Ｈ結合密度が異なる前記（４）に記載のトランジスタ。
（１０）前記第１層の構成材料と前記第２層の構成材料とが互いに異なる前記（４）に記載のトランジスタ。
（１１）前記保護膜の構成材料は所定の溶媒に溶解し、前記溶媒に、前記有機半導体膜は不溶である前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載のトランジスタ。
（１２）表示素子および前記表示素子を駆動するトランジスタを備え、前記トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極に対向する有機半導体膜と、前記有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、前記有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、前記ソース・ドレイン電極は前記保護膜を覆い、前記ソース・ドレイン電極の間隙から前記保護膜が露出されている表示装置。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…トランジスタ、１１…基板、１２…ゲート電極、１３…ゲート絶縁膜、１４…有機半導体膜、１５Ａ，１５Ｂ…ソース・ドレイン電極、１６，２６，３６…保護膜、２６Ａ，３６Ａ…第１層、２６Ｂ，３６Ｂ…第２層、９０・・・表示装置、９１・・・駆動パネル、１０・・・画素、１１０・・・表示領域、１２０・・・信号線駆動回路、１３０・・・走査線駆動回路、１５０・・・画素駆動回路、Ｔｒ１，Ｔｒ２・・・トランジスタ。

Claims (12)

1. ゲート電極と、
   前記ゲート電極に対向する有機半導体膜と、
   前記有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、
   前記有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、
   前記ソース・ドレイン電極は前記保護膜を覆い、前記ソース・ドレイン電極の間隙から前記保護膜が露出されている
   トランジスタ。
2. 前記ソース・ドレイン電極は、前記保護膜の表面から端面を覆っている
   請求項１に記載のトランジスタ。
3. 前記間隙を間にした前記ソース・ドレイン電極の互いの対向面は、前記保護膜上に設けられている
   請求項１に記載のトランジスタ。
4. 前記保護膜は、第１層および第２層を含む積層構造を有している
   請求項１に記載のトランジスタ。
5. 前記保護膜は、無機絶縁材料を含んでいる
   請求項１に記載のトランジスタ。
6. 前記保護膜は、窒化ケイ素を含んでいる
   請求項１に記載のトランジスタ。
7. 前記保護膜のＮ―Ｈ結合密度は、１．０×１０²²ａｔｍ／ｃｍ³以下である
   請求項６に記載のトランジスタ。
8. 前記保護膜のＮ―Ｈ結合密度は、８．０×１０²¹ａｔｍ／ｃｍ³以下である
   請求項６に記載のトランジスタ。
9. 前記第１層および前記第２層が窒化ケイ素を含み、
   前記第１層と前記第２層では、互いにＮ―Ｈ結合密度が異なる
   請求項４に記載のトランジスタ。
10. 前記第１層の構成材料と前記第２層の構成材料とが互いに異なる
    請求項４に記載のトランジスタ。
11. 前記保護膜の構成材料は所定の溶媒に溶解し、
    前記溶媒に、前記有機半導体膜は不溶である
    請求項１に記載のトランジスタ。
12. 表示素子および前記表示素子を駆動するトランジスタを備え、
    前記トランジスタは、
    ゲート電極と、
    前記ゲート電極に対向する有機半導体膜と、
    前記有機半導体膜の一部を覆う保護膜と、
    前記有機半導体膜に電気的に接続され、間隙を間にして対をなすソース・ドレイン電極とを備え、
    前記ソース・ドレイン電極は前記保護膜を覆い、前記ソース・ドレイン電極の間隙から前記保護膜が露出されている
    表示装置。

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