JP4419383B2 - 薄膜トランジスタ用シートの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便な方法で低価格を実現できる薄膜トランジスタ用シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばコンピュータディスプレイの表示素子を駆動するスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ素子（以下、ＴＦＴ素子と称す）においては、支持体の上にゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極及びドレイン電極（表示電極若しくは画素電極）を形成し、ゲートバスラインを順次作動させる、即ち線順次書き込みによりソースバスライン及びドレイン電極間の電流のオン・オフを制御している。このＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の半導体が用いられ、これらの半導体（必要に応じて金属膜）を多層化し、ゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極及びドレイン電極を基板上に順次形成してゆくことでＴＦＴ素子が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には通常、スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。
【０００３】
近年、有機半導体を用いた有機ＴＦＴ装置が提案されており（特許文献１，２）、印刷やインクジェット法により簡便に作製できることが記載されている。また、電界を印加することで導電性が低下する特殊な挙動を示す有機半導体材料を用いれば、電界を印加することで電流を遮断するトランジスタも構成できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１９０００１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３０７１７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、同一のゲートバスライン上のＴＦＴ素子に、各々ソースバスラインから独立した信号を入力するために、半導体活性層であるａ−Ｓｉやｐ−ＳｉはＴＦＴ素子毎に独立すべくパターニングされている。これは有機ＴＦＴにおいても全く同様である。
【０００７】
しかしながら、半導体活性層のパターニングはプロセスの工程数を大幅に増大させることになり、低価格化の実現が困難である。
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で半導体活性層のパターニング工程を削減することにより、低価格を実現できる薄膜トランジスタ用シートの製造方法を提案することを本発明の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記の何れかの手段により達成される。
【００１０】
１．シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法であって、前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、インクジェットにより実質的に前記領域のみへ有機溶媒を付着させる工程のみにより行われることを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。
【００１１】
２．シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法において、前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、レーザーにより実質的に前記領域のみへ光照射する工程のみにより行われることを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の薄膜トランジスタ用シートについて図を参照して詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明に係わる有機薄膜トランジスタシートの等価回路図を図１に基づいて説明する。
【００１４】
有機薄膜トランジスタシート１０はマトリクス配置された多数の有機薄膜トランジスタ素子１４を有する。１１は各有機薄膜トランジスタ素子１４のゲート電極のゲートバスラインであり、１２は各有機薄膜トランジスタ素子１４のソース電極のソースバスラインである。各有機薄膜トランジスタ素子１４のドレイン電極には、出力素子１６が接続され、この出力素子１６は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子１６として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１５は蓄積コンデンサ、１７は垂直駆動回路、１８は水平駆動回路である。
【００１５】
次に、各種の有機薄膜トランジスタ素子の構成を図２により説明する。
有機薄膜トランジスタ素子は、支持体上に有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。
【００１６】
図２は、これらに対して光熱変換層を設けた場合の例である。
図２（ａ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上に有機半導体層（チャネル）２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設け、更にゲート絶縁層５を介してゲート電極６を設けたトップゲート型の例である。
【００１７】
図２（ｂ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、ゲート絶縁層５を介して有機半導体層２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例である。
【００１８】
図２（ｃ）は、ボトムゲート型において光熱変換層７を最上層に形成した例である。
【００１９】
図２（ｄ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、更にゲート絶縁層５、有機半導体層２を形成し、その上にソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例である。
【００２０】
図２（ｅ）は、支持体１上にゲート電極６を設け、その上にゲート絶縁層５、有機半導体層２を形成してソース電極３とドレイン電極４を設け、ソース電極３とドレイン電極４を覆う光熱変換層７を形成した例である。
【００２１】
図２（ｆ）は、ソース電極３とドレイン電極４を保護層８で覆い、光熱変換層７を形成した例である。
【００２２】
また、後述するように、光照射により有機半導体層２を分断する場合は、光熱変換層７が必要であるが、有機溶媒の付着により有機半導体層２を分断する場合は、光熱変換層７は不要である。
【００２３】
ここで、ソース電極３とドレイン電極４を連結する有機半導体層としては、π共役系材料が用いられる。例えば、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）等のポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類、ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類、ポリチエニレンビニレン等のポリチエニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）等のポリアニリン類、ポリアセチレン等のポリアセチレン類、ポリジアセチレン等のポリジアセチレン類、ポリアズレン等のポリアズレン類、ポリピレン等のポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）等のポリカルバゾール類、ポリセレノフェン等のポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフラン等のポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）等のポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドール等のポリインドール類、ポリピリダジン等のポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン等のポリアセン類及びポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏ等の原子、カルボニル基等の官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド等のポリマーや特開平１１−１９５７９０に記載された多環縮合体などを用いることができる。
【００２４】
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有する例えばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体等のオリゴマーも好適に用いることができる。
【００２５】
更に、銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドと共に、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）及びＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ84等フラーレン類、ＳＷＮＴ等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素などが挙げられる。
【００２６】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チエニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、これらの置換体またはこれらの２種以上を繰返し単位とし、且つ該繰返し単位の数ｎが４〜１０であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数ｎが２０以上であるポリマー、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。
【００２７】
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体も用いることができる。更に、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００２８】
本発明においては、有機半導体層に、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基等の官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレン及びテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体等のように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基等の官能基を有する材料、フェニレンジアミン等の置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾール及びその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体等のように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、所謂ドーピング処理を施してもよい。
【００２９】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセプター）または電子供与性分子（ドナー）をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。
【００３０】
このアクセプターとして、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＩＣｌ、ＩＣｌ3、ＩＢｒ、ＩＦ等のハロゲン、ＰＦ5、ＡｓＦ5、ＳｂＦ5、ＢＦ3、ＢＣ１3、ＢＢｒ3、ＳＯ3等のルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、ＨＣｌＯ4、ＦＳＯ3Ｈ、ＣｌＳＯ3Ｈ、ＣＦ3ＳＯ3Ｈ等のプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸等の有機酸、ＦｅＣｌ3、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣｌ4、ＺｒＣｌ4、ＨｆＣｌ4、ＮｂＦ5、ＮｂＣｌ5、ＴａＣｌ5、ＭｏＣｌ5、ＷＦ5、ＷＣｌ6、ＵＦ6、ＬｎＣｌ3（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、等のランタノイドとＹ）等の遷移金属化合物、Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＣｌＯ4 -、ＰＦ6 -、ＡｓＦ5 -、ＳｂＦ6 -、ＢＦ4 -、スルホン酸アニオン等の電解質アニオンなどを挙げることができる。
【００３１】
また、ドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ等の希土類金属、アンモニウムイオン、Ｒ4Ｐ+、Ｒ4Ａｓ+、Ｒ3Ｓ+、アセチルコリンなどを挙げることができる。
【００３２】
これらのドーパントのドーピングの方法として、予め有機半導体の薄膜を作製しておきドーパントを後で導入する方法、有機半導体の薄膜作製時にドーパントを導入する方法のいずれも使用可能である。前者の方法のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを該薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを該薄膜に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングの方法を挙げることができる。また、液相ドーピングにおいては電解を施すことによってドーピングの効率を調整することができる。後者の方法では、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥してもよい。例えば真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合物と共にドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することができる。また、スパッタリング法で薄膜を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入させることができる。更に他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピング及び例えば刊行物「工業材料」３４巻、第４号、５５頁（１９８６年）に示されたイオン注入法等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。
【００３３】
これら有機薄膜の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法及びＬＢ法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単且つ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好まれる。
【００３４】
これら有機半導体からなる薄膜の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
【００３５】
ソース電極３、ドレイン電極４、ゲート電極６を構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯ及び炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の錯体なども好適に用いられる。ソース電極、ドレイン電極は、上に挙げた中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００３６】
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００３７】
ゲート絶縁層５を構成する材料としては、種々の絶縁物を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００３８】
無機酸化物皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、所謂ゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは大気圧プラズマ法である。
【００３９】
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法については以下にように説明される。上記大気圧下でのプラズマ製膜処理とは、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理を指し、その方法については特開平１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１８５３６２号公報、特開平１１−６１４０６号公報、特開２０００−１４７２０９号公報、同２０００−１２１８０４号公報等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。
【００４０】
また、有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。
【００４１】
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。また、これら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。ゲート絶縁層６の厚さは０．１〜１．０μｍ程度が好ましい。
【００４２】
支持体１としては、ガラスやフレキシブル樹脂制のシートで構成され、例えばプラスチックフィルムをシートとして用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【００４３】
これらの高分子フィルムには、トリオクチルホスフェートやジブチルフタレート等の可塑剤を添加してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系等の公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。また、テトラエトキシシラン等の無機高分子の原料を添加し、化学触媒や熱、光等のエネルギーを付与することにより高分子量化する、所謂有機−無機ポリマーハイブリッド法を適用して作製した樹脂を原料として用いることもできる。
【００４４】
次に、有機薄膜トランジスタ用シートを形成する製造工程の一例を図３に基づいて説明する。
【００４５】
先ず、図３（ａ）において、ポリイミド若しくはＰＥＳの厚さ２００μｍのフィルム上にフォトリソグラフ用の感光性レジストを塗設した後、リフトオフ法により幅２０μｍのゲートバスライン（ゲート電極）２１を形成する。なお、ゲートバスライン２１は例えば金を用いてスパッタ法により厚さ２０００オングストロームの成膜を行う。
【００４６】
次に、図３（ｂ）において、大気圧プラズマ法により厚さ２０００オングストロームの酸化珪素膜を全面に設けてゲート絶縁層２２を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）において、よく精製されたｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ型ポリ−（３−ヘキシルチオフェン）のクロロホルム溶液を乾燥膜厚２０ｎｍで塗布し、有機半導体層２３を形成する。
【００４８】
次に、図３（ｄ）において、金属微粒子の水分散液を用いて重層塗布し、１００℃、３分間で予備乾燥して原電極層２４を形成する。なお、原電極層２４には、金、銀、銅等の金属、ＩＴＯ等の金属酸化物、導電性ポリマー、導電性微粒子の分散体が用いられる。ここにおいては、原電極層２４の下層をＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ錯体（バイエル社、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ）の２０ｎｍ厚とし、上層を銅の２００ｎｍ厚とした。
【００４９】
次に、図３（ｅ）において、ポジ型フォトレジスト感光層を塗設して感光層２５を形成する。
【００５０】
最後に、図３（ｆ）において、アルカリ水溶液により現像することで感光層２５と原電極層２４を同時に除去する。原電極層２４は水で再分散されるため、除去可能である。感光層２５を有機媒体で除去し、１８０℃、２０分間で金属微粒子を融着し、ソースバスライン（信号線）３１、ソース電極３２、ドレイン電極（表示電極）３３を一度に形成する。このようにソースバスライン３１とソース電極３２とを兼ねた構成にしてもよい。
【００５１】
以上の如く形成した有機薄膜トランジスタ素子はｐチャネルの良好なＦＥＴ特性を示した。しかし、同じゲートバスライン上に隣接する一方の有機薄膜トランジスタ素子は、隣接する他方のソースバスラインから入力される信号の影響が確認された。
【００５２】
そこで、後述するようにインクジェットによりキシレンを吐出して付着させた後、すばやく乾燥させたところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５３】
また、半導体にペンタセンの蒸着膜（厚さ５０ｎｍ）を用い、インクジェットでヘキサンを付着させ、同様に評価したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５４】
その他に、ソースバスライン（信号線）３１、ソース電極３２、ドレイン電極（表示電極）３３を形成した後、最上層にカーボンブラック２０質量％、ノボラック樹脂８０質量％からなる光熱変換層（厚さ５００ｎｍ）を形成した。前述と同様に隣接するソースバスラインから入力される信号の影響が確認されたので、後述するように表面側から２００ｍＷのレーザーダイオードを用いて、３００ｍｊ／ｃｍ2のエネルギー密度で波長８３０ｎｍの赤外光を照射したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。また、レーザー照射部で有機半導体層の断面をＳＥＭで観察したところ、凝集破壊していることが判明した。
【００５５】
また、有機半導体層にペンタセンの蒸着膜（厚さ５０ｎｍ）を用い、これ以外は同様に評価したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５６】
図４（ａ）は以上の如き製造方法で形成した有機薄膜トランジスタ素子におけるソースバスライン３１、ソース電極３２、ドレイン電極（画素電極）３３及びゲートバスライン３４の図である。隣接するソースバスラインから入力される信号の影響を受けないようにするには、ゲートバスライン３４上の有機半導体層の一部３５を分断すればよい。
【００５７】
また、図４（ｂ）の如くソースバスライン４１、ドレイン電極（画素電極）４３及びゲートバスライン４４を形成して、ゲートバスライン４４上の有機半導体層の一部４５を分断してもよいし、図４（ｃ）の如くソースバスライン５１、ドレイン電極（画素電極）５３及びゲートバスライン５４を形成して、ゲートバスライン５４上の有機半導体層の一部５５を分断してもよい。
【００５８】
図５は、図４（ａ）における有機薄膜トランジスタ素子において、インクジェットで有機溶媒６１を滴下し、ゲートバスライン３４上の有機半導体の一部を分断する図である。これには有機半導体が溶解若しくは分散可能な有機溶媒や、単にゲート絶縁膜との接着性を低下させる有機溶媒を用いることができ、特にヘキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒が好ましい。
【００５９】
図６は、図４（ａ）における有機薄膜トランジスタ素子において、光照射７１により、ゲートバスライン３４上の有機半導体の一部を分断する図である。これには、光熱変換層を設けて高照度光を照射することにより、有機半導体層の一部を凝集破壊を起こさせるが、光熱変換層に用いる光熱変換剤としては、従来公知の近赤外光吸収剤を用いることができ、例えば、シアニン系、ポリメチン系、アズレニウム系、スクワリウム系、チオピリリウム系、ナフトキノン系、アントラキノン系色素等の有機化合物、フタロシアニン系、アゾ系、チオアミド系の有機金属錯体などが好適に用いられ、具体的には、特開昭６３−１３９１９１号公報、同６４−３３５４７号公報、特開平１−１６０６８３号公報、同１−２８０７５０号公報、同１−２９３３４２号公報、同２−２０７４号公報、同３−２６５９３号公報、同３−３０９９１号公報、同３−３４８９１号公報、同３−３６０９３号公報、同３−３６０９４号公報、同３−３６０９５号公報、同３−４２２８１号公報、同３−９７５８９号公報及び同３−１０３４７６号公報に記載の化合物が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。又、カーボンブラック等も好ましいものの一つである。これらの光熱変換剤を樹脂溶液中に分散或いは溶解し、塗布、乾燥して、或いは、光熱変換剤を樹脂中に混練し延伸してフィルムとし、光熱変換層を得ることができる。
【００６０】
光熱変換層の塗布方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレイコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることができ、連続塗布又は薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いられる。
【００６１】
光熱変換法に用いる光源としては高照度光が用いられる。レーザー光の場合は、ビーム状に絞り、目的に応じた走査露光を行うことが可能であり、更に、露光面積を微小サイズに絞ることが容易で、安価に入手可能なことから、好適に用いることができる。
【００６２】
なお、レーザー光による露光で、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める電磁波、特に波長が１ｎｍ〜１ｍｍの紫外線、可視光線、赤外線が好ましく、このようなレーザー光源としては、一般によく知られている、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、Ｋｒイオンレーザー、ＣＯ2レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ｎ2レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー、ＩｎＧａＰレーザー、ＡｌＧａＡｓレーザー、ＧａＡｓＰレーザー、ＩｎＧａＡｓレーザー、ＩｎＡｓＰレーザー、ＣｄＳｎＰ2レーザー、ＧａＳｂレーザー等の半導体レーザー、化学レーザー、色素レーザー等を挙げることができ、これらの中でも波長が７００〜１２００ｎｍの半導体レーザーが好ましい。
【００６３】
レーザー１ビーム当たりの出力は２０〜２００ｍＷである赤外線レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度をしては、好ましくは５０〜５００ｍＪ／ｃｍ2、更に好ましくは１００〜２００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００６４】
なお、光熱変換層としては最上層にＣＢ＋ノボラックを塗設し、８３０ｎｍの赤外レーザーを用いて３００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度で分断することが特に望ましい。
【００６５】
その他に、隣接するソースバスラインからのキャリアパスを分断し、ゲートバスラインやゲート絶縁層に悪影響を与えない方法であれば特に上述の分断方法に限定されるものではなく、機械的な切削やレーザー切削、またはドーピング処理等を用いてもよい。
【００６６】
このようにゲートバスライン上の有機半導体層の一部を実質的に分断する加工を施すことにより、π共役化合物の分子配列を乱し、移動度を低下させることができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の薄膜トランジスタ用シートの製造方法によれば、簡便な方法で半導体活性層のパターニング工程を削減することにより、低価格を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機薄膜トランジスタシートの等価回路図である。
【図２】各種の有機薄膜トランジスタ素子の構成図である。
【図３】有機薄膜トランジスタ用シートを形成する製造工程の図である。
【図４】有機薄膜トランジスタ素子におけるゲートバスライン上の有機半導体層の一部を分断する図である。
【図５】有機薄膜トランジスタ素子において、インクジェットで有機溶媒を滴下し、ゲートバスライン上の有機半導体の一部を分断する図である。
【図６】有機薄膜トランジスタ素子において、光照射により、ゲートバスライン上の有機半導体の一部を分断する図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２，２３ 有機半導体層
３，３２ ソース電極
４，３３，４３，５３ ドレイン電極
５，２２ ゲート絶縁層
６ ゲート電極
７ 光熱変換層
１０ 有機薄膜トランジスタシート
１１，２１，３４，４４，５４ ゲートバスライン
１２，３１，４１，５１ ソースバスライン
１４ 有機薄膜トランジスタ素子
２４ 原電極層
６１ 有機溶媒
７１ 光照射
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便な方法で低価格を実現できる薄膜トランジスタ用シートの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばコンピュータディスプレイの表示素子を駆動するスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタ素子（以下、ＴＦＴ素子と称す）においては、支持体の上にゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極及びドレイン電極（表示電極若しくは画素電極）を形成し、ゲートバスラインを順次作動させる、即ち線順次書き込みによりソースバスライン及びドレイン電極間の電流のオン・オフを制御している。このＴＦＴ素子には主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の半導体が用いられ、これらの半導体（必要に応じて金属膜）を多層化し、ゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極及びドレイン電極を基板上に順次形成してゆくことでＴＦＴ素子が製造される。こうしたＴＦＴ素子の製造には通常、スパッタリング、その他の真空系の製造プロセスが必要とされる。
【０００３】
近年、有機半導体を用いた有機ＴＦＴ装置が提案されており（特許文献１，２）、印刷やインクジェット法により簡便に作製できることが記載されている。また、電界を印加することで導電性が低下する特殊な挙動を示す有機半導体材料を用いれば、電界を印加することで電流を遮断するトランジスタも構成できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１９０００１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３０７１７２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、同一のゲートバスライン上のＴＦＴ素子に、各々ソースバスラインから独立した信号を入力するために、半導体活性層であるａ−Ｓｉやｐ−ＳｉはＴＦＴ素子毎に独立すべくパターニングされている。これは有機ＴＦＴにおいても全く同様である。
【０００７】
しかしながら、半導体活性層のパターニングはプロセスの工程数を大幅に増大させることになり、低価格化の実現が困難である。
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡便な方法で半導体活性層のパターニング工程を削減することにより、低価格を実現できる薄膜トランジスタ用シートの製造方法を提案することを本発明の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は下記の何れかの手段により達成される。
【００１０】
１．シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法であって、前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、インクジェットにより実質的に前記領域のみへ有機溶媒を付着させる工程のみにより行われることを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。
【００１１】
２．シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法において、前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、レーザーにより実質的に前記領域のみへ光照射する工程のみにより行われることを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の薄膜トランジスタ用シートについて図を参照して詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本発明に係わる有機薄膜トランジスタシートの等価回路図を図１に基づいて説明する。
【００１４】
有機薄膜トランジスタシート１０はマトリクス配置された多数の有機薄膜トランジスタ素子１４を有する。１１は各有機薄膜トランジスタ素子１４のゲート電極のゲートバスラインであり、１２は各有機薄膜トランジスタ素子１４のソース電極のソースバスラインである。各有機薄膜トランジスタ素子１４のドレイン電極には、出力素子１６が接続され、この出力素子１６は例えば液晶、電気泳動素子等であり、表示装置における画素を構成する。図示の例では、出力素子１６として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１５は蓄積コンデンサ、１７は垂直駆動回路、１８は水平駆動回路である。
【００１５】
次に、各種の有機薄膜トランジスタ素子の構成を図２により説明する。
有機薄膜トランジスタ素子は、支持体上に有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型と、支持体上にまずゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体チャネルで連結されたソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型に大別される。
【００１６】
図２は、これらに対して光熱変換層を設けた場合の例である。
図２（ａ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上に有機半導体層（チャネル）２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設け、更にゲート絶縁層５を介してゲート電極６を設けたトップゲート型の例である。
【００１７】
図２（ｂ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、ゲート絶縁層５を介して有機半導体層２で連結されたソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例である。
【００１８】
図２（ｃ）は、ボトムゲート型において光熱変換層７を最上層に形成した例である。
【００１９】
図２（ｄ）は、支持体１上に光熱変換層７を形成し、その上にゲート電極６を設け、更にゲート絶縁層５、有機半導体層２を形成し、その上にソース電極３とドレイン電極４を設けたボトムゲート型の例である。
【００２０】
図２（ｅ）は、支持体１上にゲート電極６を設け、その上にゲート絶縁層５、有機半導体層２を形成してソース電極３とドレイン電極４を設け、ソース電極３とドレイン電極４を覆う光熱変換層７を形成した例である。
【００２１】
図２（ｆ）は、ソース電極３とドレイン電極４を保護層８で覆い、光熱変換層７を形成した例である。
【００２２】
また、後述するように、光照射により有機半導体層２を分断する場合は、光熱変換層７が必要であるが、有機溶媒の付着により有機半導体層２を分断する場合は、光熱変換層７は不要である。
【００２３】
ここで、ソース電極３とドレイン電極４を連結する有機半導体層としては、π共役系材料が用いられる。例えば、ポリピロール、ポリ（Ｎ−置換ピロール）、ポリ（３−置換ピロール）、ポリ（３，４−二置換ピロール）等のポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ（３−置換チオフェン）、ポリ（３，４−二置換チオフェン）、ポリベンゾチオフェン等のポリチオフェン類、ポリイソチアナフテン等のポリイソチアナフテン類、ポリチエニレンビニレン等のポリチエニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）等のポリ（ｐ−フェニレンビニレン）類、ポリアニリン、ポリ（Ｎ−置換アニリン）、ポリ（３−置換アニリン）、ポリ（２，３−置換アニリン）等のポリアニリン類、ポリアセチレン等のポリアセチレン類、ポリジアセチレン等のポリジアセチレン類、ポリアズレン等のポリアズレン類、ポリピレン等のポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）等のポリカルバゾール類、ポリセレノフェン等のポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフラン等のポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）等のポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドール等のポリインドール類、ポリピリダジン等のポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン等のポリアセン類及びポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏ等の原子、カルボニル基等の官能基に置換した誘導体（トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−６，１５−キノンなど）、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィド等のポリマーや特開平１１−１９５７９０に記載された多環縮合体などを用いることができる。
【００２４】
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有する例えばチオフェン６量体であるα−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体等のオリゴマーも好適に用いることができる。
【００２５】
更に、銅フタロシアニンや特開平１１−２５１６０１号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドと共に、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）及びＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78、Ｃ84等フラーレン類、ＳＷＮＴ等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素などが挙げられる。
【００２６】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チエニレンビニレン、フェニレンビニレン、ｐ−フェニレン、これらの置換体またはこれらの２種以上を繰返し単位とし、且つ該繰返し単位の数ｎが４〜１０であるオリゴマーもしくは該繰返し単位の数ｎが２０以上であるポリマー、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニンよりなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。
【００２７】
また、その他の有機半導体材料としては、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、ＢＥＤＴＴＴＦ−ヨウ素錯体、ＴＣＮＱ−ヨウ素錯体、等の有機分子錯体も用いることができる。更に、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００２８】
本発明においては、有機半導体層に、例えば、アクリル酸、アセトアミド、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基等の官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレン及びテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体等のように電子を受容するアクセプターとなる材料や、例えばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基等の官能基を有する材料、フェニレンジアミン等の置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾール及びその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体等のように電子の供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、所謂ドーピング処理を施してもよい。
【００２９】
前記ドーピングとは電子授与性分子（アクセプター）または電子供与性分子（ドナー）をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。本発明に用いるドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。
【００３０】
このアクセプターとして、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＩＣｌ、ＩＣｌ3、ＩＢｒ、ＩＦ等のハロゲン、ＰＦ5、ＡｓＦ5、ＳｂＦ5、ＢＦ3、ＢＣ１3、ＢＢｒ3、ＳＯ3等のルイス酸、ＨＦ、ＨＣ１、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、ＨＣｌＯ4、ＦＳＯ3Ｈ、ＣｌＳＯ3Ｈ、ＣＦ3ＳＯ3Ｈ等のプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸等の有機酸、ＦｅＣｌ3、ＦｅＯＣｌ、ＴｉＣｌ4、ＺｒＣｌ4、ＨｆＣｌ4、ＮｂＦ5、ＮｂＣｌ5、ＴａＣｌ5、ＭｏＣｌ5、ＷＦ5、ＷＣｌ6、ＵＦ6、ＬｎＣｌ3（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、等のランタノイドとＹ）等の遷移金属化合物、Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-、ＣｌＯ4 -、ＰＦ6 -、ＡｓＦ5 -、ＳｂＦ6 -、ＢＦ4 -、スルホン酸アニオン等の電解質アニオンなどを挙げることができる。
【００３１】
また、ドナーとしては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ等の希土類金属、アンモニウムイオン、Ｒ4Ｐ+、Ｒ4Ａｓ+、Ｒ3Ｓ+、アセチルコリンなどを挙げることができる。
【００３２】
これらのドーパントのドーピングの方法として、予め有機半導体の薄膜を作製しておきドーパントを後で導入する方法、有機半導体の薄膜作製時にドーパントを導入する方法のいずれも使用可能である。前者の方法のドーピングとして、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを該薄膜に接触させてドーピングする液相ドーピング、個体状態のドーパントを該薄膜に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングの方法を挙げることができる。また、液相ドーピングにおいては電解を施すことによってドーピングの効率を調整することができる。後者の方法では、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液あるいは分散液を同時に塗布、乾燥してもよい。例えば真空蒸着法を用いる場合、有機半導体化合物と共にドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することができる。また、スパッタリング法で薄膜を作製する場合、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入させることができる。更に他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピング及び例えば刊行物「工業材料」３４巻、第４号、５５頁（１９８６年）に示されたイオン注入法等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。
【００３３】
これら有機薄膜の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、デイップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法及びＬＢ法等が挙げられ、材料に応じて使用できる。ただし、この中で生産性の点で、有機半導体の溶液を用いて簡単且つ精密に薄膜が形成できるスピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等が好まれる。
【００３４】
これら有機半導体からなる薄膜の膜厚としては、特に制限はないが、得られたトランジスタの特性は、有機半導体からなる活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、有機半導体により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。
【００３５】
ソース電極３、ドレイン電極４、ゲート電極６を構成する材料としては、導電性材料であれば特に限定されず、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペースト及びカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム混合物、リチウム／アルミニウム混合物等が用いられるが、特に、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ＩＴＯ及び炭素が好ましい。あるいはドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）の錯体なども好適に用いられる。ソース電極、ドレイン電極は、上に挙げた中でも半導体層との接触面において電気抵抗が少ないものが好ましい。
【００３６】
電極の形成方法としては、上記を原料として蒸着やスパッタリング等の方法を用いて形成した導電性薄膜を、公知のフォトリソグラフ法やリフトオフ法を用いて電極形成する方法、アルミニウムや銅等の金属箔上に熱転写、インクジェット等によるレジストを用いてエッチングする方法がある。また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェットによりパターニングしてもよいし、塗工膜からリソグラフやレーザーアブレーションなどにより形成してもよい。更に、導電性ポリマーや導電性微粒子を含むインク、導電性ペーストなどを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷等の印刷法でパターニングする方法も用いることができる。
【００３７】
ゲート絶縁層５を構成する材料としては、種々の絶縁物を用いることができるが、特に、比誘電率の高い無機酸化物皮膜が好ましい。無機酸化物としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化スズ、酸化バナジウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコニウム酸チタン酸バリウム、ジルコニウム酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、フッ化バリウムマグネシウム、チタン酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ストロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキサイドイットリウムなどが挙げられる。それらのうち好ましいのは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタンである。窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の無機窒化物も好適に用いることができる。
【００３８】
無機酸化物皮膜の形成方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法等のドライプロセスや、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェット等のパターニングによる方法等のウェットプロセスが挙げられ、材料に応じて使用できる。ウェットプロセスは、無機酸化物の微粒子を、任意の有機溶剤あるいは水に必要に応じて界面活性剤等の分散補助剤を用いて分散した液を塗布、乾燥する方法や、酸化物前駆体、例えばアルコキシド体の溶液を塗布、乾燥する、所謂ゾルゲル法が用いられる。これらのうち好ましいのは大気圧プラズマ法である。
【００３９】
大気圧下でのプラズマ製膜処理による絶縁膜の形成方法については以下にように説明される。上記大気圧下でのプラズマ製膜処理とは、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に薄膜を形成する処理を指し、その方法については特開平１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１８５３６２号公報、特開平１１−６１４０６号公報、特開２０００−１４７２０９号公報、同２０００−１２１８０４号公報等に記載されている（以下、大気圧プラズマ法とも称する）。これによって高機能性の薄膜を、生産性高く形成することができる。
【００４０】
また、有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、光ラジカル重合系、光カチオン重合系の光硬化性樹脂、あるいはアクリロニトリル成分を含有する共重合体、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ノボラック樹脂、及びシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物皮膜の形成法としては、前記ウェットプロセスが好ましい。
【００４１】
無機酸化物皮膜と有機酸化物皮膜は積層して併用することができる。また、これら絶縁膜の膜厚としては、一般に５０ｎｍ〜３μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。ゲート絶縁層６の厚さは０．１〜１．０μｍ程度が好ましい。
【００４２】
支持体１としては、ガラスやフレキシブル樹脂制のシートで構成され、例えばプラスチックフィルムをシートとして用いることができる。プラスチックフィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ボリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【００４３】
これらの高分子フィルムには、トリオクチルホスフェートやジブチルフタレート等の可塑剤を添加してもよく、ベンゾトリアゾール系やベンゾフェノン系等の公知の紫外線吸収剤を添加してもよい。また、テトラエトキシシラン等の無機高分子の原料を添加し、化学触媒や熱、光等のエネルギーを付与することにより高分子量化する、所謂有機−無機ポリマーハイブリッド法を適用して作製した樹脂を原料として用いることもできる。
【００４４】
次に、有機薄膜トランジスタ用シートを形成する製造工程の一例を図３に基づいて説明する。
【００４５】
先ず、図３（ａ）において、ポリイミド若しくはＰＥＳの厚さ２００μｍのフィルム上にフォトリソグラフ用の感光性レジストを塗設した後、リフトオフ法により幅２０μｍのゲートバスライン（ゲート電極）２１を形成する。なお、ゲートバスライン２１は例えば金を用いてスパッタ法により厚さ２０００オングストロームの成膜を行う。
【００４６】
次に、図３（ｂ）において、大気圧プラズマ法により厚さ２０００オングストロームの酸化珪素膜を全面に設けてゲート絶縁層２２を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｃ）において、よく精製されたｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ型ポリ−（３−ヘキシルチオフェン）のクロロホルム溶液を乾燥膜厚２０ｎｍで塗布し、有機半導体層２３を形成する。
【００４８】
次に、図３（ｄ）において、金属微粒子の水分散液を用いて重層塗布し、１００℃、３分間で予備乾燥して原電極層２４を形成する。なお、原電極層２４には、金、銀、銅等の金属、ＩＴＯ等の金属酸化物、導電性ポリマー、導電性微粒子の分散体が用いられる。ここにおいては、原電極層２４の下層をＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ錯体（バイエル社、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ）の２０ｎｍ厚とし、上層を銅の２００ｎｍ厚とした。
【００４９】
次に、図３（ｅ）において、ポジ型フォトレジスト感光層を塗設して感光層２５を形成する。
【００５０】
最後に、図３（ｆ）において、アルカリ水溶液により現像することで感光層２５と原電極層２４を同時に除去する。原電極層２４は水で再分散されるため、除去可能である。感光層２５を有機媒体で除去し、１８０℃、２０分間で金属微粒子を融着し、ソースバスライン（信号線）３１、ソース電極３２、ドレイン電極（表示電極）３３を一度に形成する。このようにソースバスライン３１とソース電極３２とを兼ねた構成にしてもよい。
【００５１】
以上の如く形成した有機薄膜トランジスタ素子はｐチャネルの良好なＦＥＴ特性を示した。しかし、同じゲートバスライン上に隣接する一方の有機薄膜トランジスタ素子は、隣接する他方のソースバスラインから入力される信号の影響が確認された。
【００５２】
そこで、後述するようにインクジェットによりキシレンを吐出して付着させた後、すばやく乾燥させたところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５３】
また、半導体にペンタセンの蒸着膜（厚さ５０ｎｍ）を用い、インクジェットでヘキサンを付着させ、同様に評価したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５４】
その他に、ソースバスライン（信号線）３１、ソース電極３２、ドレイン電極（表示電極）３３を形成した後、最上層にカーボンブラック２０質量％、ノボラック樹脂８０質量％からなる光熱変換層（厚さ５００ｎｍ）を形成した。前述と同様に隣接するソースバスラインから入力される信号の影響が確認されたので、後述するように表面側から２００ｍＷのレーザーダイオードを用いて、３００ｍｊ／ｃｍ2のエネルギー密度で波長８３０ｎｍの赤外光を照射したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。また、レーザー照射部で有機半導体層の断面をＳＥＭで観察したところ、凝集破壊していることが判明した。
【００５５】
また、有機半導体層にペンタセンの蒸着膜（厚さ５０ｎｍ）を用い、これ以外は同様に評価したところ、隣接するソースバスラインからの信号は全く観測されなかった。
【００５６】
図４（ａ）は以上の如き製造方法で形成した有機薄膜トランジスタ素子におけるソースバスライン３１、ソース電極３２、ドレイン電極（画素電極）３３及びゲートバスライン３４の図である。隣接するソースバスラインから入力される信号の影響を受けないようにするには、ゲートバスライン３４上の有機半導体層の一部３５を分断すればよい。
【００５７】
また、図４（ｂ）の如くソースバスライン４１、ドレイン電極（画素電極）４３及びゲートバスライン４４を形成して、ゲートバスライン４４上の有機半導体層の一部４５を分断してもよいし、図４（ｃ）の如くソースバスライン５１、ドレイン電極（画素電極）５３及びゲートバスライン５４を形成して、ゲートバスライン５４上の有機半導体層の一部５５を分断してもよい。
【００５８】
図５は、図４（ａ）における有機薄膜トランジスタ素子において、インクジェットで有機溶媒６１を滴下し、ゲートバスライン３４上の有機半導体の一部を分断する図である。これには有機半導体が溶解若しくは分散可能な有機溶媒や、単にゲート絶縁膜との接着性を低下させる有機溶媒を用いることができ、特にヘキサン、クロロホルム、ジクロロメタン、トルエン、キシレン等の有機溶媒が好ましい。
【００５９】
図６は、図４（ａ）における有機薄膜トランジスタ素子において、光照射７１により、ゲートバスライン３４上の有機半導体の一部を分断する図である。これには、光熱変換層を設けて高照度光を照射することにより、有機半導体層の一部を凝集破壊を起こさせるが、光熱変換層に用いる光熱変換剤としては、従来公知の近赤外光吸収剤を用いることができ、例えば、シアニン系、ポリメチン系、アズレニウム系、スクワリウム系、チオピリリウム系、ナフトキノン系、アントラキノン系色素等の有機化合物、フタロシアニン系、アゾ系、チオアミド系の有機金属錯体などが好適に用いられ、具体的には、特開昭６３−１３９１９１号公報、同６４−３３５４７号公報、特開平１−１６０６８３号公報、同１−２８０７５０号公報、同１−２９３３４２号公報、同２−２０７４号公報、同３−２６５９３号公報、同３−３０９９１号公報、同３−３４８９１号公報、同３−３６０９３号公報、同３−３６０９４号公報、同３−３６０９５号公報、同３−４２２８１号公報、同３−９７５８９号公報及び同３−１０３４７６号公報に記載の化合物が挙げられる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。又、カーボンブラック等も好ましいものの一つである。これらの光熱変換剤を樹脂溶液中に分散或いは溶解し、塗布、乾燥して、或いは、光熱変換剤を樹脂中に混練し延伸してフィルムとし、光熱変換層を得ることができる。
【００６０】
光熱変換層の塗布方法としては、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレイコート、ダイコート等の公知の塗布方法を用いることができ、連続塗布又は薄膜塗布が可能な塗布方法が好ましく用いられる。
【００６１】
光熱変換法に用いる光源としては高照度光が用いられる。レーザー光の場合は、ビーム状に絞り、目的に応じた走査露光を行うことが可能であり、更に、露光面積を微小サイズに絞ることが容易で、安価に入手可能なことから、好適に用いることができる。
【００６２】
なお、レーザー光による露光で、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める電磁波、特に波長が１ｎｍ〜１ｍｍの紫外線、可視光線、赤外線が好ましく、このようなレーザー光源としては、一般によく知られている、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、Ｋｒイオンレーザー、ＣＯ2レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、Ｎ2レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー、ＩｎＧａＰレーザー、ＡｌＧａＡｓレーザー、ＧａＡｓＰレーザー、ＩｎＧａＡｓレーザー、ＩｎＡｓＰレーザー、ＣｄＳｎＰ2レーザー、ＧａＳｂレーザー等の半導体レーザー、化学レーザー、色素レーザー等を挙げることができ、これらの中でも波長が７００〜１２００ｎｍの半導体レーザーが好ましい。
【００６３】
レーザー１ビーム当たりの出力は２０〜２００ｍＷである赤外線レーザーが最も好ましく用いられる。エネルギー密度をしては、好ましくは５０〜５００ｍＪ／ｃｍ2、更に好ましくは１００〜２００ｍＪ／ｃｍ2である。
【００６４】
なお、光熱変換層としては最上層にＣＢ＋ノボラックを塗設し、８３０ｎｍの赤外レーザーを用いて３００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度で分断することが特に望ましい。
【００６５】
その他に、隣接するソースバスラインからのキャリアパスを分断し、ゲートバスラインやゲート絶縁層に悪影響を与えない方法であれば特に上述の分断方法に限定されるものではなく、機械的な切削やレーザー切削、またはドーピング処理等を用いてもよい。
【００６６】
このようにゲートバスライン上の有機半導体層の一部を実質的に分断する加工を施すことにより、π共役化合物の分子配列を乱し、移動度を低下させることができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の薄膜トランジスタ用シートの製造方法によれば、簡便な方法で半導体活性層のパターニング工程を削減することにより、低価格を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機薄膜トランジスタシートの等価回路図である。
【図２】各種の有機薄膜トランジスタ素子の構成図である。
【図３】有機薄膜トランジスタ用シートを形成する製造工程の図である。
【図４】有機薄膜トランジスタ素子におけるゲートバスライン上の有機半導体層の一部を分断する図である。
【図５】有機薄膜トランジスタ素子において、インクジェットで有機溶媒を滴下し、ゲートバスライン上の有機半導体の一部を分断する図である。
【図６】有機薄膜トランジスタ素子において、光照射により、ゲートバスライン上の有機半導体の一部を分断する図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２，２３ 有機半導体層
３，３２ ソース電極
４，３３，４３，５３ ドレイン電極
５，２２ ゲート絶縁層
６ ゲート電極
７ 光熱変換層
１０ 有機薄膜トランジスタシート
１１，２１，３４，４４，５４ ゲートバスライン
１２，３１，４１，５１ ソースバスライン
１４ 有機薄膜トランジスタ素子
２４ 原電極層
６１ 有機溶媒
７１ 光照射
Claims (2)
- シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法であって、
前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、
実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、
前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、インクジェットにより実質的に前記領域のみへ有機溶媒を付着させる工程のみにより行われる
ことを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。 - シート状の支持体の上に少なくともゲートバスライン、ソースバスライン、ソース電極、ドレイン電極及び半導体活性層を形成する薄膜トランジスタ用シートの製造方法であって、
前記半導体活性層を全面に成膜する工程と、
実質的に前記ゲートバスライン上の領域で前記半導体活性層を分断する加工を施す工程と、を備え、
前記半導体活性層を分断する加工を施す工程は、レーザーにより実質的に前記領域のみへ光照射する工程のみにより行われる
ことを特徴とする薄膜トランジスタ用シートの製造方法。
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