JP4507513B2

JP4507513B2 - 有機薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP4507513B2
Application number: JP2003176201A
Authority: JP
Inventors: 洋祐 ▲高▼島
Original assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Current assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2023-06-20
Also published as: JP2005012061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機薄膜トランジスタ素子の製造方法に関し、より詳しくは、基材へのパターニング精度を高め、微細なパターニング精度が必要とされる有機薄膜トランジスタの作製方法およびパターニング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基材上に電極パターンを形成する方法としては、従来、フォトリソグラフ技術で回路形状をパターニングするのが一般的である。
【０００３】
フォトリソグラフ技術とは、パターニングしたい薄膜上に感光性レジストを塗布し、フォトマスクを介して露光、現像した後、露光した薄膜部分をドライエッチング或いはウェットエッチングする方法である。通常、その後に、レジスト剥離を行い、更なる材料を成膜してからフォトリソグラフ工程が繰り返される。
【０００４】
また情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。又、更なる情報化の発展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズが高まりつつある。
【０００５】
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機ＥＬ、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。
【０００６】
薄膜トランジスタは、通常、ガラス基板上に、ゲート、ソース、ドレイン電極を構成する金属薄膜、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等の半導体膜等を順次積層していくことにより製造される。このＴＦＴを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、ＣＶＤ、スパッタリングなどの真空系設備における高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、高精度のフォトリソグラフ工程が必要になり、設備コスト、ランニングコスト、材料コストの負荷が非常に大きくなっている。
【０００７】
近年、従来の薄膜トランジスタの高温・真空といったデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴ素子の研究開発が盛んに進められている（特許文献１、非特許文献１等参照）。この有機ＴＦＴ素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい可撓性基材やプラスチック基材を用いることが可能であり、更に樹脂フィルムを基材としたフレキシブルディスプレイの実現が可能といわれている（非特許文献２参照）。又、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで成膜できる有機半導体を用いることで、生産性に優れた、非常に低コストでのディスプレイが実現可能といわれている。
【０００８】
さて従来の有機薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極の電極パターンを形成する方法としても、スパッタリング、蒸着などの真空プロセスで、全面に導電体膜、絶縁層、半導体膜、誘電体膜などを形成した後に、フォトリソグラフ技術で回路形状にソース・ドレイン電極を形成するのが一般的である。
【０００９】
一方、特許文献２には有機薄膜トランジスタを低温・大気圧下でインクジェットプロセスを利用して形成する技術が開示されている。これによれば、インクジェットヘッドから吐出された材料で、転写部材であるロールに一旦形成して転写することにより、電子回路をプラスチック基材に形成する。また電極形成にインクジェットを用いた有機ＴＦＴの技術としては、非特許文献３に開示されているものがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１９０００１号公報
【００１１】
【特許文献２】
世界公開第００／３６６６６号パンフレット
【００１２】
【非特許文献１】
ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌２００２年第２号９９頁（レビュー）
【００１３】
【非特許文献２】
ＳＩＤ‘０２Ｄｉｇｅｓｔｐ５７
【００１４】
【非特許文献３】
応用物理第７０巻第１２号（２００１）第１４５２〜１４５６頁
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特許文献２に記載の技術では、材料が転写ロールに着弾してからプラスチック基材に転写されるまでの間に遠心力を受けるため、着弾液滴の形状を維持できない、又、材料物性が限定されてしまうという問題がある。
【００１６】
また非特許文献３の技術では、真空系を用いないプロセスが可能となるが、ソース、ドレイン電極の間のチャネル領域に、依然フォトリソグラフ技術で形成したポリイミド皮膜を用いているため、煩雑な工程が必要になり製造コストも高くなってしまう。
【００１７】
この様に、基材上に電極パターンを形成する従来の製造方法では、製造工程が複雑なので、有機薄膜トランジスタの製造において、パターニング形成を簡易に行う製造方法が望まれているが、インクジェット装置自体のパターニング精度は、電気回路のような精細なパターン形成を実現するには不十分であるという問題も有る。
【００１８】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、真空系やフォトリソグラフ技術を用いなくとも、精度の高い有機ＴＦＴ素子を簡易かつ効率的に作成でき、素子のバラツキを抑制し、製造安定性を高めることができる有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、
１）基材上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層にて連結されたソース電極及びドレイン電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ゲート電極を予め帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ゲート電極と逆極性に帯電させた有機半導体層材料を前記ゲート電極上に対応する前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法、
２）基材上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層にて連結されたソース電極及びドレイン電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ゲート電極を予め帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ゲート電極と同極性に帯電させたソース電極及びドレイン電極材料を前記ゲート電極に沿うように前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法、
３）基材上に有機半導体層にて連結されたソース電極およびドレイン電極、ゲート絶縁層、ゲート電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ソース電極及び前記ドレイン電極を予め同極性に帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極と同極性に帯電したゲート電極材料を前記両電極の間に沿うように前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法、
４）前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極を形成する材料が導電性ポリマーを含有することを特徴とする１）〜３）の何れかの有機薄膜トランジスタの製造方法、
５）前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極を形成する材料が金属微粒子を含有する導電性ペースト、導電性インク又は金属薄膜前駆体材料であることを特徴とする１）〜３）の何れかの有機薄膜トランジスタの製造方法、
６）前記ゲート絶縁層が親水性ポリマーを含有することを特徴とする１）〜５）の何れかの有機薄膜トランジスタの製造方法、
７）前記ゲート絶縁層が親水性ポリマーの水溶液又は水分散液から形成されることを特徴とする６）の有機薄膜トランジスタの製造方法、
８）前記ゲート絶縁層が無機酸化物又は無機窒化物を含有することを特徴とする１）〜５）の何れかの有機薄膜トランジスタの製造方法、
により達成される。
【００２０】
即ち本発明者は、インクジェット方式のパターニング装置の機械精度およびノズル精度が、電気回路のような精細なパターン形成には不十分なレベルであるところ、当該機械精度およびノズル精度を、電気的なクーロン力を利用した液滴の自己制御性によりカバーし、電気回路として十分なレベルのパターン形成を達成して有機薄膜トランジスタの製造における歩留まりを改善しようと考え、本発明に至った。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、予め基材上に形成した導電性領域を帯電させ、材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、前記導電性領域と逆極性に帯電させた材料を該導電性領域上に供給して、該導電性領域と同パターンのパターニングを行うか、前記導電性領域と同極性に帯電させた材料を該導電性領域に沿うように供給して、該導電性領域を挟む形状のパターニングを行うことを特徴とする。
【００２２】
なお導電性領域の帯電量は、材料をパターニングする表面をわずかに帯電させ、液滴の吐出挙動に影響を与えない程度に設定する。
【００２３】
また液滴の吐出位置および吐出量に関しては、従来のパターニング装置と同様に、液滴の吐出位置はパターニング装置のプログラムにより、液滴吐出量は装置のノズル径および装置に加えられるドライビングフォースにより決定される。
【００２４】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、例えば下引き層を有する基材上に形成したゲート電極を予め帯電させ、ゲート電極と逆極性に帯電させた有機半導体層材料をゲート電極上に対応するゲート絶縁層上に供給することにより有機半導体層を形成する。
【００２５】
他の本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、下引き層を有する基材上に形成したゲート電極を予め帯電させ、ゲート電極と同極性に帯電させたソース電極及びドレイン電極材料をゲート電極に沿うようにゲート絶縁層上に供給することにより、ゲート電極を挟む位置でソース電極及びドレイン電極を形成する。
【００２６】
更に他の本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、例えば下引き層を有する基材上に形成したソース電極及びドレイン電極を予め同極性に帯電させ、ソース電極及びドレイン電極と同極性に帯電したゲート電極材料を前記両電極の間に沿うようにゲート絶縁層上に供給することによりソース電極、ドレイン電極の間隙に沿う形でゲート電極を形成する。
【００２７】
導電性領域、又はソース・ドレイン・ゲートの各電極を帯電させる方法としては、例えば有機薄膜トランジスタアレイをシート状支持体に形成する場合は、ゲートバスライン又はソースバスラインから電圧印加を行うことが好ましい。また基材上の導電性領域や電極に電圧を印加できれば、特に制限はなく、接触式では導電性ロールを用いての帯電、非接触式では微小電子線源による微小領域の直接帯電等が挙げられる。
【００２８】
またパターニングする材料を帯電させる方法としては、材料のタンク及びパターニング装置の吐出ノズルが導電性材料から形成されている場合は、材料タンクに電圧発生装置を接続しての帯電が可能である。電圧発生装置としては、高圧直流発生回路、高圧交流発生回路、高圧矩形電流発生回路、高圧台形波発生回路等が使用できる。
【００２９】
材料タンク及びノズルが絶縁性材料から形成されている場合、電圧印加方法としては、材料タンク内部に電圧印加電極を設け、該電極に電圧発生装置で電圧を印加することにより帯電させることができる。電圧印加電極は、各種金属材料や炭素材料により形成することができる。
【００３０】
帯電させるのは直流印加による電圧印加が好ましいが、商用交流の様な正弦波を印加しても良く、矩形波及び台形波等、各種波形を有する電流を印加しても良い。
【００３１】
ここでは特に、本発明の製造方法で製造される有機薄膜トランジスタ素子について説明する。
【００３２】
本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基材上に有機半導体層に接し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、基材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、具体的な素子の層構成例は図１、図２に示す如くになる。
【００３３】
図１はトップゲート型の層構成例を示し、樹脂からなる基材１上にポリマー又は、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含む下引き層２を有し、下引き層２上にソース電極３及びドレイン電極４を有し、そのソース電極及びドレイン電極と接する有機半導体層５を有し、その上にゲート絶縁層６を介して、ゲート電極７を有するものである。
【００３４】
図２はボトムゲート型の層構成例を示し、樹脂からなる基材１上にポリマー又は、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含む下引き層２を有し、下引き層２上にゲート電極７、ゲート絶縁層６を有し、そのゲート絶縁層６と接する有機半導体層５を有し、その上にソース電極３及びドレイン電極４を有するものである。
【００３５】
図３は有機薄膜トランジスタアレイの配置の１例であり、有機ＴＦＴとしては、基材１上にまずゲート電極６を有し、ゲート絶縁層６を介して有機半導体層５からなるチャネルで連結されたソース電極３及びドレイン電極４を有し、シート状基材にそれらがゲートバスライン８及びソースバスライン９を介して連結されている。なおこの図ではドレイン電極４が画素電極を兼ねる。
【００３６】
図４は、有機薄膜トランジスタアレイの１例の概略等価回路図である。
有機ＴＦＴシート１０はマトリクス配置された多数の有機ＴＦＴ１１を有する。８は各ＴＦＴ１１のゲート電極のゲートバスラインであり、９は各ＴＦＴ１１のソース電極のソースバスラインである。各ＴＦＴ１１のドレイン電極には、出力１２が接続され、この出力１２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。画素電極は光センサの入力電極として用いてもよい。図示の例では、出力素子として液晶が、抵抗とコンデンサからなる等価回路で示されている。１３は蓄積コンデンサ、１４は垂直駆動回路、１５は水平駆動回路である。
【００３７】
下引き層２に含有される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、トリオキシサイドイットリウムなどが挙げられる。また無機窒化物としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等が挙げられる。
【００３８】
そ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、窒化ケイ素である。
【００３９】
本発明においては、無機酸化物及び無機窒化物から選ばれる化合物を含有する下引き層は大気圧プラズマ法で形成されることが好ましい。
【００４０】
大気圧下でのプラズマ法での成膜の形成方法は、大気圧又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で、その方法については特開平１１−６１４０６号公報、同１１−１３３２０５号公報、特開２０００−１２１８０４、同２０００−１４７２０９、同２０００−１８５３６２などに記載されている。これによって高機能性薄膜を生産性高く形成することができる。
【００４１】
ポリマーを含む下引き層の場合に用いるポリマーとしては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノキシ樹脂、ノルボルネン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、酢酸ビニルとビニルアルコールの共重合体、部分加水分解した塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−塩化ピニリデン共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、塩素化ポリ塩化ビニレン、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系重合体、ポリアミド樹脂、エチレン−ブタジエン樹脂、ブタジエン−アクリロニトリル樹脂等のゴム系樹脂、シリコーン樹脂、フッソ系樹脂などを挙げることができる。
【００４２】
ゲート電極７、ソース電極３、ドレイン電極４、ゲートバズライン８及びソースバスライン９を形成する材料は、導電性材料を含むものであればどのような材料を用いても構わないが、特に後述の導電性ポリマーや、金属微粒子を含有する導電性ペースト、導電性インク又は金属薄膜前駆体材料を好適に用いることができる。
【００４３】
金属微粒子の材料としては白金、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、亜鉛等を用いることができる。
【００４４】
また、溶媒や分散媒体としては、有機半導体へのダメージを抑制するため、水を６０％以上、好ましくは９０％以上含有する溶媒または分散媒体であることが好ましい。
【００４５】
さらに、ソース電極３およびドレイン電極４としては、ドーピング等により導電率を向上させた公知の導電性ポリマーの分散物から形成した電極を用いることも好ましく、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とポリスルホン酸の錯体なども好適に用いられる。これによりソース電極とドレイン電極とのショットキー障壁を低減することが可能である。
【００４６】
本発明に係る有機薄膜トランジスタ素子に用いる有機半導体層の材料としては、π共役系材料が用いられ、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）などのポリピロール類、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などのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（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）などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ（Ｎ−置換カルバゾール）などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ（ｐ−フェニレン）などのポリ（ｐ−フェニレン）類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなど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などのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をＮ、Ｓ、Ｏなどの原子、カルボニル基など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、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平１１−１９５７９０号公報に記載された多環縮合体などを用いることができる。
【００４７】
また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン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などのオリゴマーも好適に用いることができる。
【００４８】
さら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など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ともに、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など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などのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類など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など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などの色素などがあげられる。
【００４９】
これらのπ共役系材料のうちでも、チオフェン、ビニレン、チェニレンビニレン、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、か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、ペンタセンなど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。
【００５０】
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、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや特開２０００−２６０９９９に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
【００５１】
本発明においては、有機半導体層に、たとえば、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、ニトロ基など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およびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容するアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、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、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体など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、いわゆるドーピング処理を施してもよい。
【００５２】
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は公知のものを採用することができる。
【００５３】
これら有機半導体層の作製法としては、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、ダイコート法および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か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、デイップコート法、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。
【００５４】
なおＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌ誌１９９９年第６号、ｐ４８０〜４８３に記載の様に、ペンタセン等前駆体が溶媒に可溶であるものは、塗布により形成した前駆体の膜を熱処理して目的とする有機材料の薄膜を形成しても良い。
【００５５】
これら有機半導体層の膜厚としては、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。
【００５６】
本発明に係る有機薄膜トランジスタのゲート絶縁層６としては種種の絶縁層を用いることができる。
【００５７】
絶縁層としての有機化合物皮膜としては、ポリイミド、ポリアミドポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、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、ノボラック樹脂、およびシアノエチルプルラン等を用いることができる。上記有機化合物皮膜の形成方法としては、スプレーコート法、ブレードコート法、スピンコート法、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、ダイコート法などの塗布による方法、印刷法、インクジェット法などのパターニングによる方法などが挙げられ、材料に応じて使用できる。
【００５８】
無機酸化物絶縁層としては、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テロンチウム、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、チタン酸ステロンチウムビスマス、タンタル酸ステロンチウムビスマス、タンタル酸ニオブ酸ビスマス、トリオキシサイドイットリウムなどが挙げられる。そ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。
【００５９】
上記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、大気圧プラズマ法などのドライプロセスや、スプレーコート法、ブレードコート法、スピンコート法、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、ダイコート法などの塗布による方法、印刷法、インクジェット法などのパターニングによる方法などが挙げられ、材料に応じて使用できる。
【００６０】
本発明において基材１に特に制限はないが、樹脂材料、例えばプラスチックフィルムシートを好ましく用いることができる。前記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、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート等からなるフィルム等が挙げられる。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６２】
実施例１
＜基材の作製＞
テトラメトキシシラン３．０４ｇ（２０ｍｍｏｌ）と、塩化メチレン１．５２ｇと、エタノール１．５２ｇとを混合した後、０．５％硝酸水溶液を０．７２ｇ加えて加水分解を行い、室温でそのまま１時間撹拌を続けた。
【００６３】
エタノール５．３ｇと酢酸メチル６０．９ｇの混合溶媒にジアセチルセルロース（ダイセル化学（株）製、Ｌ５０）を溶解させた後、テトラメトキシシランを加水分解した前記の溶液と混合し、さらに１時間撹拌を行った後、ゴムベルト上にギャップ巾８００μｍのドクターブレードで成膜した。ベルトを搬送させながら、得られたフィルムを１２０℃で３０分間乾燥させ、厚さ２００μｍの基材１を作製した。動的粘弾性の測定から得られたＴｇは２２６℃であった。
【００６４】
基材１の表面に５０Ｗ／ｍ²・ｍｉｎの条件でコロナ放電処理を施し、
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート単量体６０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート２量体２０ｇ
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート３量体以上の成分２０ｇ
ジエトキシベンゾフェノンＵＶ開始剤２ｇ
シリコーン系界面活性剤１ｇ
メチルエチルケトン７５ｇ
イソプロピルグリコール７５ｇ
からなる組成の材料を乾燥膜厚２μｍになるように塗布し、９０℃で５分間乾燥した後、６０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯下１０ｃｍの距離から４秒間硬化させた。
【００６５】
さらにその層の上に下記条件で連続的に大気圧プラズマ処理して厚さ５０ｎｍの酸化ケイ素膜を設け、これらの層を下引き層２とした。
【００６６】
（使用ガス）

（放電条件）
放電出力：１０Ｗ／ｃｍ²
（電極条件）
電極は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材に対して、セラミック溶射によるアルミナを１ｍｍ被覆し、その後、テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により封孔処理を行い、表面を平滑にしてＲｍａｘ５μｍとした誘電体（比誘電率１０）を有するロール電極であり、アースされている。一方、印加電極としては、中空の角型のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆した。
【００６７】
＜ゲート電極形成工程＞
ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ１００ｎｍのゲート電極を形成した。
【００６８】
＜ゲート絶縁層形成工程＞
十分に精製を行ったポリビニルアルコールを超純水製造装置で精製された水に溶解した水溶液を用いて塗設し、窒素ガス雰囲気中で１００℃にてよく乾燥させ、厚さ２００ｎｍのポリビニルアルコールのゲート絶縁膜を形成した。
【００６９】
＜有機半導体層形成工程＞
ここではゲート電極に＋１００Ｖの正の電圧を印加し、有機半導体層を形成する材料に−１００Ｖの負の電圧を印加した。
【００７０】
ゲート絶縁層の上に、下記化合物のクロロホルム溶液を、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき領域に吐出し、窒素ガス中で、５０℃で３分間乾燥し、２００℃で１０分の熱処理を行ったところ、厚さ５０ｎｍのペンタセン薄膜である有機半導体層が形成された。
【００７１】
【化１】

【００７２】
＜ソース電極およびドレイン電極形成工程＞
ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ５０ｎｍのソース電極・ドレイン電極を形成した。
【００７３】
作製した有機薄膜トランジスタ素子は、Ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な特性を示した。
【００７４】
実施例２
＜ゲート電極形成工程＞
実施例１で作製した下引き層を有する基材上に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ１００ｎｍのゲート電極を形成した。
【００７５】
＜ゲート絶縁層形成工程＞
十分に精製を行ったポリビニルアルコールを超純水製造装置で精製された水に溶解した水溶液を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、窒素ガス雰囲気中で１００℃にてよく乾燥させ、厚さ２００ｎｍのポリビニルアルコールのゲート絶縁層を形成した。
【００７６】
＜有機半導体層形成工程＞
次に、ゲート絶縁層の上に、前記化合物のクロロホルム溶液を、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき領域に吐出し、窒素ガス中で、５０℃で３分間乾燥し、２００℃で１０分の熱処理を行ったところ、厚さ５０ｎｍのペンタセン薄膜である有機半導体層が形成された。
【００７７】
＜ソース電極およびドレイン電極形成工程＞
ここではゲート電極に＋１００Ｖの正の電圧を印加し、ソース・ドレイン電極を形成する材料に＋１００Ｖの正の電圧を印加した。
【００７８】
ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ５０ｎｍのソース電極・ドレイン電極を形成した。
【００７９】
作製した有機薄膜トランジスタ素子は、Ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な特性を示した。
【００８０】
実施例３
＜ソース電極およびドレイン電極形成工程＞
実施例１で作製した下引き層を有する基材上に、ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ５０ｎｍのソース電極・ドレイン電極を形成した。
【００８１】
＜有機半導体層形成工程＞
次に、ソース電極とドレイン電極間に、前記化合物のクロロホルム溶液を、ピエゾ方式のインクジェット法を用いて、チャネルを形成すべき領域に吐出し、窒素ガス中で、５０℃で３分間乾燥し、２００℃で１０分の熱処理を行ったところ、厚さ５０ｎｍのペンタセン薄膜である有機半導体層が形成された。
【００８２】
＜ゲート絶縁層形成工程＞
十分に精製を行ったポリビニルアルコールを超純水製造装置で精製された水に溶解した水溶液を用いて塗設し、窒素ガス雰囲気中１００℃にてよく乾燥させ、厚さ２００ｎｍのポリビニルアルコールのゲート絶縁膜を形成した。
【００８３】
＜ゲート電極形成工程＞
ここではソース電極およびドレイン電極に＋１００Ｖの正の電圧を印加し、ゲート電極を形成する材料に＋１００Ｖの電圧を印加した。
【００８４】
ポリスチレンスルホン酸とポリ（エチレンジオキシチオフェン）の水分散液（バイエル製ＢａｙｔｒｏｎＰ）を用いてピエゾ方式のインクジェット法で描画し、１００℃で乾燥させ、厚さ１００ｎｍのゲート電極を形成した。
【００８５】
作製した有機薄膜トランジスタ素子は、Ｐチャネルエンハンスメント型ＦＥＴの良好な特性を示した。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりよく知られているパターン形成方式と比較して、以下の点の改善が確認された。
【００８７】
基材に形成されている電極に正または負の電圧を印加し、材料に電極と同符号もしくは逆符号の電圧を印加することにより、着弾直前あるいは着弾直後に液滴が着弾位置を自己制御することが可能となり、より高精彩なパターニングが可能となった。
【００８８】
よって、高精細なパターンを容易に形成する有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】トップゲート型の有機薄膜トランジスタ素子の層構成例を示す図である。
【図２】ボトムゲート型の有機薄膜トランジスタ素子の層構成例を示す図である。
【図３】有機薄膜トランジスタアレイの配置の１例を示す図である。
【図４】有機薄膜トランジスタアレイの１例の概略等価回路図である。
【符号の説明】
１基材
２下引き層
３ソース電極
４ドレイン電極
５有機半導体層
６ゲート絶縁層
７ゲート電極
８ゲートバスライン
９ソースバスライン
１０有機ＴＦＴシート
１１有機ＴＦＴ
１２出力
１３蓄積コンデンサ
１４垂直駆動回路
１５水平駆動回路

Claims

基材上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層にて連結されたソース電極及びドレイン電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ゲート電極を予め帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ゲート電極と逆極性に帯電させた有機半導体層材料を前記ゲート電極上に対応する前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
基材上にゲート電極、ゲート絶縁層、有機半導体層にて連結されたソース電極及びドレイン電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ゲート電極を予め帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ゲート電極と同極性に帯電させたソース電極及びドレイン電極材料を前記ゲート電極に沿うように前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
基材上に有機半導体層にて連結されたソース電極およびドレイン電極、ゲート絶縁層、ゲート電極がこの順に形成された有機薄膜トランジスタを製造するにあたり、
前記基材上に形成した前記ソース電極及び前記ドレイン電極を予め同極性に帯電させ、
材料を液滴として所望の位置に供給するパターン形成装置を用いて、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極と同極性に帯電したゲート電極材料を前記両電極の間に沿うように前記ゲート絶縁層上に供給する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極を形成する材料が導電性ポリマーを含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極を形成する材料が金属微粒子を含有する導電性ペースト、導電性インク又は金属薄膜前駆体材料であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ゲート絶縁層が親水性ポリマーを含有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ゲート絶縁層が親水性ポリマーの水溶液又は水分散液から形成されることを特徴とする請求項６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
前記ゲート絶縁層が無機酸化物又は無機窒化物を含有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。