JP4715086B2 - Ｓｉｔ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関し、特に、自己整合によるＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関する。
従来、集積回路の高集積化に伴い、集積回路を構成する素子の１つである薄膜トランジスタの様々な製造方法が提案されている。一般的によく用いられる製造方法としてフォトリソグラフィ技術がある。フォトリソグラフィ技術は、例えば、基板上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜に所望のパターンが形成されたマスクを通して紫外線を照射し、マスクパターンをフォトレジスト膜に転写して現像することで、マスクのパターンに基づいたフォトレジストパターンを形成する。次に、基板上及びレジスト膜上の全面に亙って金属薄膜を形成し、フォトレジストパターンとそのフォトレジストパターン上に形成された金属薄膜をリフトオフすることで所望のパターンの電極を形成する。
薄膜トランジスタを製造する工程において、マスクパターンをレジスト膜に転写する工程を、ゲート電極をパターニングする工程とソース電極,ドレイン電極をパターニングする工程において少なくとも２回行う。そこで、後にパターニングする電極のパターンを転写する際には、先にパターニングされた電極のパターンに対する相対位置がズレないようにマスクの位置を正確に決めるマスク合わせの工程が必要となる。しかし、薄膜トランジスタの小型化に伴い、このマスク合わせの工程に非常に高い精度が要求されることになり、もし、マスク合わせにおいて、先にパターニングされた電極のパターンに対して後のマスクの相対位置がズレると寄生容量や寄生抵抗を原因とする素子性能の低下を招くことになる。
そこで、近年、マスク合わせをせずに薄膜トランジスタを作製することが可能な自己整合の技術が提案されている。例えば、非特許文献１に記載の自己整合による薄膜トランジスタの製造方法は、紫外線を透過可能なガラス基板上にゲート電極をパターニングし、その上からSiO2層(絶縁層)、アモルファスシリコン薄膜、レジスト膜を順に形成し、次に、ゲート電極をマスクパターンとし、ガラス基板の背面から紫外線を照射してフォトレジストパターンを形成し、そのフォトレジストパターンに基づいてソース電極及びドレイン電極をパターニングし、再度、チャネルを構成するアモルファスシリコンをソース電極及びドレイン電極の間で露出しているアモルファスシリコン上に蒸着する。即ち、先にパターニングされているゲート電極のパターンをマスクパターンとして露光することになるので、マスク合わせの工程をなくすことができ、更に、先に形成されたゲート電極と、後にパターニングされるソース電極及びドレイン電極との相対位置を正確に位置決めすることができる。
IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.EDL-3 NO.7,JULY 1982 (１頁,２頁、Fig１)
IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.EDL-3 NO.7,JULY 1982 (１頁,２頁、Fig１)
しかし、アモルファスシリコンによりチャネルを構成するには、ソース電極およびドレイン電極が形成されたSiO2層上に直接アモルファスシリコンを蒸着させることは困難なため、ソース電極およびドレイン電極を形成する前に、SiO2層上にアモルファスシリコンの薄膜を形成しなければならず、工程の複雑化及び長時間化といった問題が生じる。SiO2層上にアモルファスシリコンが形成されているため、背面露光される紫外線がアモルファスシリコンの薄膜により遮られるため、露光時間が長時間化するといった問題が生じる。
アモルファスシリコンなどの無機半導体を蒸着させるためには、基板を数百度まで加熱する必要があるため、基板には数百度まで耐えることができる材質を選択しなければならず、基板の材質の自由度が非常に低い。特に、有機ＥＬを用いたディスプレイなどは基板に合成樹脂などのフレキシブルな材質で構成することで、変形自在なディスプレイを作製することができるが、フレキシブルな材質は熱に弱いものが多く、無機半導体により構成されている薄膜トランジスタを適用することは非常に困難である。
本発明の目的は、素子性能の高いＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタを製造すること、工程を簡単化すること、基板の選択の自由度を大きくすることができるＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供することにある。
請求項１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、光を透過可能な基板表面にソース電極をパターニングする第１の工程と、前記基板上に絶縁性のネガ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ネガ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してネガ型のフォトレジストパターンを形成し、前記ネガ型のフォトレジストパターンをパターニングして絶縁膜を形成する第２の工程と、前記ソース電極上にポジ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ポジ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してポジ型のフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、前記ポジ型のフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する第４の工程と、前記ソース電極及び前記ゲート電極上に有機半導体層を形成する第５の工程と、前記有機半導体層上にドレイン電極を形成する第６の工程とを備えたものである。
このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、第１の工程でソース電極をパターニングし、第２の工程においてソース電極上に形成されたネガ型のフォトレジスト膜に基板背面から光を照射してネガ型のフォトレジスト膜による絶縁膜を形成し、第３の工程において、ソース電極のパターンをマスクパターンとして、フォトレジスト膜に基板背面から光を照射してポジ型のフォトレジストパターンを形成し、ポジ型のフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成し、第７の工程において、ソース電極及びゲート電極上に有機半導体層を形成する。
このように、ソース電極のパターンをマスクパターンとして形成されたポジ型のフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成するので、ソース電極に対するゲート電極の相対位置を正確に位置決めすることができ、寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができる。
ソース電極上に形成されてチャネルを構成する有機半導体層は、低温で形成することができるので、基板に適用できる材質の自由度が非常に大きくなる。有機半導体層は、直接ソース電極上に形成することができるのでＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の工程を簡単化することができる。光を照射する際にソース電極以外に光を遮るものがないため、光の照射時間の短時間化を実現することができる。
ソース電極上に形成されてチャネルを構成する有機半導体層は、低温で形成することができるので、基板に適用できる材質の自由度が非常に大きくなる。有機半導体層は、直接ソース電極上に形成することができるのでＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の工程を簡単化することができる。光を照射する際にソース電極以外に光を遮るものがないため、光の照射時間の短時間化を実現することができる。
請求項２のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１の発明において、前記背面から照射される光は紫外線である。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、背面から紫外線が照射されてフォトレジストパターンを形成するので、マスクパターンである各電極の裏面に照射された紫外線がほとんど回り込むことがない。従って、各電極のパターンとほぼ同じパターンのフォトレジストパターンを形成することができる。
請求項３のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１又は２の何れかの発明において、前記有機半導体層が形成される前に、前記有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄する第１洗浄工程を備えたものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄するので、基板,絶縁膜,電極上に直接有機半導体層を形成しても、有機半導体層に有機汚染物が混入することがない。
請求項４に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記有機半導体層が形成される前に、前記有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄する第２洗浄工程を備えたものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄するので、基板,絶縁膜,電極上に直接有機半導体層を形成しても、有機半導体層内での可動イオンの発生を大幅に減少させることができる。
請求項５に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記有機半導体層は、ペンタセンにより構成したものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、有機半導体層がキャリア移動度の高いペンタセンにより構成されているので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。
請求項６に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ゲート電極,前記ソース電極,前記ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auの何れかで構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項７に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ソース電極,前記ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auのうち何れか２種類の金属による二層構造に構成したものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項８に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ゲート電極をTaまたはAlで構成し、陽極酸化するものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項９に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ゲート電極を導電性ポリマーで構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項１０に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜９の何れか１項の発明において、前記絶縁膜を光感光性の有機材料により構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜９と同様の作用を奏することができる。
請求項１１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１０の発明において、前記光感光性の有機材料は、アクリルポリマー系化合物、ポリビニルシンナメート系、合成ゴム系化合物の何れかである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１０と同様の作用を奏することができる。
請求項１２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜１１の何れか１項の発明において、前記有機薄膜電界効果型トランジスタの最上面に保護層を形成したものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜１１と同様の作用を奏することができる。
請求項１３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１２の発明において、前記保護層をGeOＸ,SiOＸ,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１２と同様の作用を奏することができる。
請求項７に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ソース電極,前記ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auのうち何れか２種類の金属による二層構造に構成したものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項８に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ゲート電極をTaまたはAlで構成し、陽極酸化するものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項９に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記ゲート電極を導電性ポリマーで構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の作用を奏することができる。
請求項１０に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜９の何れか１項の発明において、前記絶縁膜を光感光性の有機材料により構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜９と同様の作用を奏することができる。
請求項１１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１０の発明において、前記光感光性の有機材料は、アクリルポリマー系化合物、ポリビニルシンナメート系、合成ゴム系化合物の何れかである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１０と同様の作用を奏することができる。
請求項１２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１〜１１の何れか１項の発明において、前記有機薄膜電界効果型トランジスタの最上面に保護層を形成したものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜１１と同様の作用を奏することができる。
請求項１３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、請求項１２の発明において、前記保護層をGeOＸ,SiOＸ,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成しているものである。このＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１２と同様の作用を奏することができる。
請求項１のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、寄生容量の低減により電荷分配などの信号電圧の損失を減少することができ、書き込みレベルを向上することができる。また、寄生抵抗の減少により駆動電流を増加させることができる。各電極間の相対位置を正確に決定することができるので、有機薄膜電界効果型トランジスタを小型化することができ、この小型化に伴って、基板上の空き領域が増加するので、有機薄膜電界効果型トランジスタのチャネル幅を大きくすることができ、駆動能力を向上させることができる。
チャネルを有機半導体層により構成することで、基板選択の自由度が広がるため、基板にフレキシブルな材質の合成樹脂などを適用することもでき、このような基板により有機ＥＬディスプレイを構成することで、フレキシブルなディスプレイを製造することができる。
チャネルを有機半導体層により構成することで、基板選択の自由度が広がるため、基板にフレキシブルな材質の合成樹脂などを適用することもでき、このような基板により有機ＥＬディスプレイを構成することで、フレキシブルなディスプレイを製造することができる。
請求項２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、紫外線が各電極の裏面に回り込むことがほとんどないため、各電極間がほとんどオーバーラップしないため、寄生容量の発生を更に減少させることができ、電化分配等による信号電圧の損失の減少、書き込みレベルの変化の現象といった問題を解決することができる。その他、請求項１と同様の効果を奏することができる。
請求項３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、有機半導体層内に有機汚染物が混入することがほとんどないので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項１又は２と同様の効果を奏することができる。
請求項３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、有機半導体層内に有機汚染物が混入することがほとんどないので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項１又は２と同様の効果を奏することができる。
請求項４に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法により製造された有機薄膜電界効果型トランジスタは、有機半導体層に可動イオンが混入することがなく、素子性能を向上させることができる。その他、請求項１〜３と同様の効果を奏することができる。
請求項５に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、有機半導体層にキャリア移動度の高いペンタセンを適用しているので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項１〜４と同様の効果を奏することができる。
請求項５に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、有機半導体層にキャリア移動度の高いペンタセンを適用しているので、有機薄膜電界効果型トランジスタの素子性能を向上させることができる。その他、請求項１〜４と同様の効果を奏することができる。
請求項６に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項７に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項８に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項９に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項７に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項８に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項９に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜５と同様の効果を奏することができる。
請求項１０に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜９と同様の効果を奏することができる。
請求項１１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１０と同様の効果を奏することができる。
請求項１２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜１１と同様の効果を奏することができる。
請求項１３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１２と同様の効果を奏することができる。
請求項１１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１０と同様の効果を奏することができる。
請求項１２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１〜１１と同様の効果を奏することができる。
請求項１３に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によれば、請求項１２と同様の効果を奏することができる。
素子性能の高いＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタを製造すること、工程を簡単化すること、基板の選択の自由度を大きくすることができるＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供するという本発明の目的を、光を透過可能な基板表面にソース電極をパターニングする第１の工程と、前記基板上に絶縁性のネガ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ネガ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してネガ型のフォトレジストパターンを形成し、前記ネガ型のフォトレジストパターンをパターニングして絶縁膜を形成する第２の工程と、前記ソース電極上にポジ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ポジ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してポジ型のフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、前記ポジ型のフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する第４の工程と、前記ソース電極及び前記ゲート電極上に有機半導体層を形成する第５の工程と、前記有機半導体層上にドレイン電極を形成する第６の工程とを備えることで実現した。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。まず、図１を参照して、ＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタ１(以下ＴＦＴと記載する)の構成について説明する。尚、図１,図２は、ＴＦＴ１の概略断面図であるが、夫々の図における縦横の比や各層の厚さの比は、実際の比とは異なる。
ＴＦＴ１は、紫外線Ｕを透過可能なガラス基板２上にパターニングされたソース電極３と、ガラス基板２上のソース電極３が形成されていない個所に形成された絶縁膜４と、絶縁膜４上にパターニングされたゲート電極５と、ゲート電極５及びソース電極３上に形成されたチャネル領域を構成する有機半導体層７と、有機半導体層７上にパターニングされたドレイン電極６とを備えている。
ＴＦＴ１は、紫外線Ｕを透過可能なガラス基板２上にパターニングされたソース電極３と、ガラス基板２上のソース電極３が形成されていない個所に形成された絶縁膜４と、絶縁膜４上にパターニングされたゲート電極５と、ゲート電極５及びソース電極３上に形成されたチャネル領域を構成する有機半導体層７と、有機半導体層７上にパターニングされたドレイン電極６とを備えている。
ソース電極３は、下層が約１０ｎｍのＣｒ(図示略)と上層が５０ｎｍのＡｕ(図示略)の２層構造をパターニングしてガラス基板２上に形成されている。絶縁膜４は、ネガ型のフォトレジスト膜により厚さ約２００ｎｍで形成されている。尚、ネガ型のフォトレジスト膜としては、アクリルポリマー系化合物、ポリビニルシンナメート系、合成ゴム系のレジスト膜が適応可能である。ゲート電極５は、タンタルで構成され、厚さ約５０ｎｍでパターニングされて絶縁膜４上に形成されている。尚、ゲート電極５は、ソース電極３と一部オーバーラップしているが、オーバーラップ部の紙面左右方向の長さＤは約０.８μｍ程度であるため、寄生容量がほとんど発生しない。有機半導体層７は、キャリア移動度が約１ｃｍ2/Vsのペンタセンで構成され、ソース電極３上に及びゲート電極５上にパターニングされてチャネル領域を構成している。ドレイン電極６は、ソース電極３と同じ構成の金属の２層構造がパターニングされて有機半導体層７上に形成されている。
次に、図２を参照して、ＴＦＴ１の製造方法について説明する。
まず、ソース電極形成工程において、洗浄されたガラス基板２上に所望のフォトレジストパターン(図示略)を形成する。次に、ソース電極３を構成するＡｕと密着性が良好なＣｒ膜を厚さ約１０ｎｍで電子ビーム蒸着法によりガラス基板２上及びフォトレジストパターン上に形成し、更に、このＣｒ膜上に抵抗加熱真空蒸着法によりＡｕ膜を厚さ約５０ｎｍで形成する。次に、Ｃｒ膜及びＡｕ膜が形成されたガラス基板２をアセトン浸漬し、フォトレジストパターン上に形成されたＣｒ膜及びＡｕ膜を除去し、パターニングされたソース電極３を形成する。(第１の工程に相当する)。
まず、ソース電極形成工程において、洗浄されたガラス基板２上に所望のフォトレジストパターン(図示略)を形成する。次に、ソース電極３を構成するＡｕと密着性が良好なＣｒ膜を厚さ約１０ｎｍで電子ビーム蒸着法によりガラス基板２上及びフォトレジストパターン上に形成し、更に、このＣｒ膜上に抵抗加熱真空蒸着法によりＡｕ膜を厚さ約５０ｎｍで形成する。次に、Ｃｒ膜及びＡｕ膜が形成されたガラス基板２をアセトン浸漬し、フォトレジストパターン上に形成されたＣｒ膜及びＡｕ膜を除去し、パターニングされたソース電極３を形成する。(第１の工程に相当する)。
次に、絶縁膜形成工程において、ガラス基板２上及びソース電極３上にアクリルポリマー系化合物やポリビニルシンナメート系や合成ゴム系で構成される絶縁性のネガ型のフォトレジスト膜１２を形成する(図２(ａ))。次に、ソース電極３のパターンをマスクパターンとして、フォトレジスト膜１２にガラス基板２の背面から、Ｈｇランプによる紫外線Ｕの平行光を照射し、ソース電極３のパターンをフォトレジスト膜１２に転写し、現像することでソース電極３のパターンとは逆パターンにパターニングされたネガ型のフォトレジストパターン、即ち、絶縁膜４を形成する(図２(ｂ))(第２の工程に相当する)。尚、紫外線Ｕがソース電極３の上方に回り込むため、ソース電極３の左右両端上に約０.８μ程度、重なって絶縁膜４が形成される。
次に、フォトレジストパターン形成工程において、絶縁膜４及びソース電極３上にナフトキノンジアジド化合物で構成されるポジ型のフォトレジスト膜１０を形成し、ソース電極３のパターンをマスクパターンとして、フォトレジスト膜１０にガラス基板２の背面からＨｇランプによって紫外線Ｕの平行光を照射する(図２(ｃ))。次に、フォトレジスト膜１０を現像して、ソース電極３のパターンとほぼ同じパターンのフォトレジストパターン１０ａを形成する(図２(ｄ))(第３の工程に相当する)。尚、紫外線Ｕがソース電極３の上方に回り込むため、フォトレジストパターン１０ａはソース電極３に対して左右両端が約０.８μｍ程度細く形成される。
次に、ゲート電極形成工程において、ゲート電極５を構成するタンタル膜１１,１１ａを絶縁膜４及びフォトレジストパターン１０ａ上に対抗ターゲット方式のスパッタリングにより約５０ｎｍ形成する(図２(ｅ))。次に、フォトレジストパターン１０ａと共にフォトレジストパターン１０ａ上に形成されたタンタル膜１１ａをリフトオフして除去し、更に、タンタル膜１１をパターニングしてゲート電極５を形成する(図２(ｆ))(第４の工程に相当する)。上述したように、フォトレジストパターン１０ａは、ソース電極３に対して左右両端が約０.８μｍ程度細く形成されるため、ゲート電極５はソース電極３の左右両端に約０.８μｍ程度重なるように形成されるが(図１のオーバーラップ部Ｄ参照)、オーバーラップ部Ｄが約０.８μｍ程度では寄生容量がほとんど発生しないため素子性能が劣化することがない。
次に、第１洗浄工程において、有機半導体層７が形成する個所のカーボン等の有機汚染物を、例えば、酸ボイル、紫外線オゾンクリナー、酸素プラズマ処理などにより除去する。次に、第２洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所の可動イオンの原因となる重金属やアルカリ金属などを、例えば、適切な純度で構成された酸による酸洗浄若しくは９０℃以上の熱水流水洗浄処理などにより除去する。
次に、有機半導体層形成工程において、ガラス基板２の温度を７０℃に保ちつつ抵抗加熱真空蒸着法にペンタセンで構成される有機半導体層７をゲート電極５及びソース電極３上に全面に亙って形成した後、パターニングする。
次に、ドレイン電極形成工程において、有機半導体層７上に、所望のフォトレジストパターン(図示略)を形成した後、ソース電極３と同様の手法及び同様の厚さでドレイン電極６を構成するＣｒ膜及びＡｕ膜を形成し、フォトレジストパターン上のＣｒ膜及びＡｕ膜をリフトオフしてドレイン電極６を形成し(第５の工程に相当する)、ＴＦＴ１が完成する(図１)。
次に、ドレイン電極形成工程において、有機半導体層７上に、所望のフォトレジストパターン(図示略)を形成した後、ソース電極３と同様の手法及び同様の厚さでドレイン電極６を構成するＣｒ膜及びＡｕ膜を形成し、フォトレジストパターン上のＣｒ膜及びＡｕ膜をリフトオフしてドレイン電極６を形成し(第５の工程に相当する)、ＴＦＴ１が完成する(図１)。
次に、本実施の形態の作用及び効果について説明する。
上述のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、ソース電極３をマスクパターンとして形成されたフォトレジストパターン１０ａに基づいてゲート電極５を形成するので、ゲート電極５とソース電極３との相対位置を正確に且つ簡単に位置決めすることができ、ゲート電極５とソース電極３との間に形成される寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができ、ＴＦＴ１の素子性能を大幅に向上させることができる。
上述のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法によると、ソース電極３をマスクパターンとして形成されたフォトレジストパターン１０ａに基づいてゲート電極５を形成するので、ゲート電極５とソース電極３との相対位置を正確に且つ簡単に位置決めすることができ、ゲート電極５とソース電極３との間に形成される寄生抵抗及び寄生容量の発生を大幅に減少させることができ、ＴＦＴ１の素子性能を大幅に向上させることができる。
紫外線Ｕにより背面露光することで、ソース電極３の側方を通過した光がソース電極３の上方に回り込まないため、ソース電極３とゲート電極５とのオーバーラップを約０.８μｍ以下に抑え、寄生容量を減少させることができる。有機半導体層７によりチャネル領域を形成するため、ゲート電極５及びソース電極３上に直接有機半導体層７を形成することができ、無機半導体によるＴＦＴに比べ工程を大幅に削減することができる。
第１洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所の有機汚染物を除去しているので、蒸着された有機半導体層７に有機汚染物が混入することを防ぐことができる。第２洗浄工程において、有機半導体層７を形成する個所の重金属及びアルカリ金属などを除去しているので、蒸着された有機半導体層７内での可動イオンの発生を大幅に減少させることができ、ＴＦＴ１の素子性能を向上させることができる。
次に、本発明の一部を部分的に変更した変更形態について説明する。
１）上述の実施の形態においては、有機半導体層７をペンタセンにより構成したが、アントラセン,テトラセンなどの有機半導体で構成してもよく、特定の有機半導体に限定するものではないが、キャリア移動度が大きいものが望ましい。
２）上述の実施の形態においては、基板にガラス基板２を適用したが、基板の材質は、少なくとも紫外線Ｕを透過可能であって絶縁性を有するものであればよく、特定の材質に限定するものではない。チャネルを有機半導体層７により構成することで、全工程を低温で進行させることができるので、耐熱性の悪い可撓性及び非可撓性の合成樹脂を適用することもでき、特に、可撓性の基板上に形成した有機ＴＦＴを有機ＥＬディスプレイなどに適用することで、フレキシブルなディスプレイを実現することもできる。このようにフレキシブルなディスプレイを構成した場合にも、各電極間の相対位置が正確に位置決めされているので、ディスプレイを変形させても動作不良が起こることがない。
１）上述の実施の形態においては、有機半導体層７をペンタセンにより構成したが、アントラセン,テトラセンなどの有機半導体で構成してもよく、特定の有機半導体に限定するものではないが、キャリア移動度が大きいものが望ましい。
２）上述の実施の形態においては、基板にガラス基板２を適用したが、基板の材質は、少なくとも紫外線Ｕを透過可能であって絶縁性を有するものであればよく、特定の材質に限定するものではない。チャネルを有機半導体層７により構成することで、全工程を低温で進行させることができるので、耐熱性の悪い可撓性及び非可撓性の合成樹脂を適用することもでき、特に、可撓性の基板上に形成した有機ＴＦＴを有機ＥＬディスプレイなどに適用することで、フレキシブルなディスプレイを実現することもできる。このようにフレキシブルなディスプレイを構成した場合にも、各電極間の相対位置が正確に位置決めされているので、ディスプレイを変形させても動作不良が起こることがない。
３）ゲート電極,ソース電極,ドレイン電極を構成する金属は、Ta、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auで構成し、特に、ソース電極及びドレイン電極においては上記金属材料のうち何れか２種類の金属による２層構造に構成してもよい。ゲート電極をTaまたはAlで構成する場合には陽極酸化を行うことが望ましい。ゲート電極は、導電性ポリマーにより構成してもよい。
４）上述の実施の形態の各ＴＦＴ１の最上面にGeOX,SiOX,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールなどで構成した保護層を形成してもよい。
５）上述の実施の形態においては、対抗ターゲット方式のスパッタリングによりゲート電極５及びドレイン電極６を形成したが、ポリマー系や低分子系材料により両電極を形成する場合にはインクジェット方式による塗布などの湿式法で形成してもよい。
５）上述の実施の形態においては、対抗ターゲット方式のスパッタリングによりゲート電極５及びドレイン電極６を形成したが、ポリマー系や低分子系材料により両電極を形成する場合にはインクジェット方式による塗布などの湿式法で形成してもよい。
尚、本発明のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
尚、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更例をも包含するものである。
１ ＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタ
２ ガラス基板
３ ソース電極
４ 絶縁膜
５ ゲート電極
６ ドレイン電極
７ 有機半導体層
１０,１２ フォトレジスト膜
１０ａ フォトレジストパターン
２ ガラス基板
３ ソース電極
４ 絶縁膜
５ ゲート電極
６ ドレイン電極
７ 有機半導体層
１０,１２ フォトレジスト膜
１０ａ フォトレジストパターン
Claims (13)
- 光を透過可能な基板表面にソース電極をパターニングする第１の工程と、
前記基板上に絶縁性のネガ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ネガ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してネガ型のフォトレジストパターンを形成し、前記ネガ型のフォトレジストパターンをパターニングして絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ソース電極上にポジ型のフォトレジスト膜を形成し、前記ソース電極のパターンをマスクパターンとし、前記ポジ型のフォトレジスト膜に前記基板背面から光を照射してポジ型のフォトレジストパターンを形成する第３の工程と、
前記ポジ型のフォトレジストパターンに基づいてゲート電極を形成する第４の工程と、
前記ソース電極及び前記ゲート電極上に有機半導体層を形成する第５の工程と、
前記有機半導体層上にドレイン電極を形成する第６の工程と、
を備えたことを特徴とするＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。 - 前記背面から照射される光は紫外線であることを特徴とする請求項１に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記有機半導体層が形成される前に、前記有機半導体層が形成される個所の有機汚染物を洗浄する第１洗浄工程を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記有機半導体層が形成される前に、前記有機半導体層が形成される個所の重金属及びアルカリ金属を洗浄する第２洗浄工程を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記有機半導体層は、ペンタセンにより構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記ゲート電極,前記ソース電極,前記ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auの何れかで構成していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記ソース電極,前記ドレイン電極の夫々をTa、Cr、Al、Ti、Ni、Cu、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Er、W、Pt、Auのうち何れか２種類の金属による二層構造に構成したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記ゲート電極をTaまたはAlで構成し、陽極酸化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ＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記ゲート電極を導電性ポリマーで構成していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記絶縁膜を光感光性の有機材料により構成していることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方向。
- 前記光感光性の有機材料は、アクリルポリマー系化合物、ポリビニルシンナメート系、合成ゴム系化合物の何れかであることを特徴とする請求項１０に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記有機薄膜電界効果型トランジスタの最上面に保護層を形成したことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
- 前記保護層をGeOＸ,SiOＸ,有機絶縁性膜,ポリパラキシリレン,パリレン,ポリビニルフェノールの何れかで構成していることを特徴とする請求項１２に記載のＳＩＴ型有機薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。
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