JP5055844B2 - 有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタ及び有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。

近年、次世代の高品質・低価格のフラットパネルディスプレイデバイスあるいは電子ペーパーの画素駆動のためのスイッチング素子として、有機薄膜トランジスタ（有機ＴＦＴ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＯＴＦＴ）が注目されている。

有機薄膜トランジスタは、シリコン薄膜トランジスタと構造的には、ほぼ同じ形態を有するが、半導体活性層領域に、シリコンの代りに有機物を使用するという相違点がある。有機薄膜トランジスタは、製作工程の面において、真空装置を使用せず、インクジェット法、印刷法等により作製できるため、シリコンＴＦＴに比べて簡単且つ低コストであり、衝撃により割れず、曲げたり折り畳むことが可能である電子回路基板に適しているという長所がある。特に、広い面積上に素子を製作する必要がある時、低い工程温度を必要とする場合、曲げる製品に対して有効であることから大型ディスプレイ用のマトリクス駆動素子、有機ＥＬや電子ペーパーの駆動素子として期待され、各社で開発が進められている。

有機薄膜トランジスタの動作原理は、電圧で抵抗を制御することであり、ゲート電圧を制御し、絶縁層の作用により、有機半導体と絶縁層の接触表面のキャリアに累積層（ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を発生させることで二つのオームコンタクト間の導通電流を制御する。

上述の絶縁層を形成する方法として、真空プロセスを用いない大気圧プラズマ法を用いて絶縁層を設ける方法として以下がある。

ソース電極、ドレイン電極、ソース電極とドレイン電極を連結する有機半導体部、ゲート電極、および有機半導体部とゲート電極間に配置される絶縁膜を有するとともに、絶縁膜が大気圧下におけるプラズマ処理によって形成された絶縁膜である有機半導体素子がある（特許文献１参照）。

しかし、上記の文献に記載されている有機半導体素子（有機薄膜トランジスタ）は、シリコン薄膜トランジスタに比べてキャリア移動度が低く、スイッチング性能が劣るという問題があり、実用化に到っていない。キャリア移動度を高くしてスイッチング性能を改善する方法として以下がある。

大気圧プラズマ法にて形成されたゲート絶縁膜と配向膜に隣接する有機半導体層を有する有機トランジスタ素子がある（特許文献２参照）。
特開２００３−１７９２３４号公報 特開２００４−１０３６３８号公報

特許文献２によれば、大気圧プラズマ法を用いてゲート絶縁膜を設けた後、ゲート絶縁膜の上に、例えば、ポリイミドの薄膜を形成後、ラビング処理を行い配向膜を形成し、この配向膜の上に有機半導体層を形成することで有機半導体の分子整合を促進させて移動度を向上さ、スイッチング特性の改善を行っている。また、有機半導体層を形成後、加熱処理を行うことで配向性を更に良くすることができるとしている。配向に関して、ラビング処理以外に、電磁場中で配向させ方法、光照射による配向させる方法が挙げてある。

これらの方法は、ゲート絶縁膜の形成後、煩雑な処理を必要としており、また、ラビング処理の場合、配向膜に対し、均一に配向処理を行うことが困難であり、配向膜の効果が安定しないため、有機薄膜トランジスタのスイッチング性能にバラツキが生じやすいといった問題が生じる。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡便な方法によりスイッチング特性が良好で安定した有機薄膜トランジスタ及び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。

上記の課題は、以下の構成により解決される。

１． 基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体、ゲート電極及び前記有機半導体と該ゲート電極との間にある複数の膜でなる絶縁膜、を有し、
前記有機半導体と接する前記絶縁膜は、導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた無機酸化膜であることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。

２． 前記複数の膜でなる絶縁膜は、前記大気圧プラズマ法で連続して積層された積層構造を有していることを特徴とする１に記載の有機薄膜トランジスタ。

３． 前記複数の膜でなる絶縁膜の少なくとも一つの該膜は、他の前記複数の膜より絶縁性が高い、導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた無機酸化膜であることを特徴とする１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ。

４． 前記基板がガラス基板の場合、前記ガラス基板に接する前記絶縁膜は、導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた該ガラス基板に密着性の良い無機酸化膜であることを特徴とする１乃至３の何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタ。

５． 前記基板が樹脂フィルム基板の場合、前記樹脂フィルム基板に接する前記絶縁膜は、導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた該樹脂フィルムと密着性の良い無機酸化膜であることを特徴とする１乃至３の何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタ。

６． 基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体、ゲート電極及び前記有機半導体と該ゲート電極との間にある絶縁膜、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
複数の膜を積層して前記絶縁膜を成すための絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に前記有機半導体を設けるための有機半導体形成工程と、を含み、
前記絶縁膜形成工程は、導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で前記有機半導体と接する無機酸化膜を設けるための工程を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。

７． 前記絶縁膜形成工程は、前記大気圧プラズマ法で連続して積層して前記絶縁膜を設けることを特徴とする６に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

８． 前記絶縁膜形成工程は、導入するガスに酸素ガスを含む前記大気圧プラズマ法で無機酸化膜の少なくとも一層を設けるための工程を含むことを特徴とする６又は７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

９． 前記絶縁膜形成工程は、前記基板がガラス基板の場合、導入するガスに酸素ガスを含む前記大気圧プラズマ法で前記ガラス基板に接する無機酸化膜を設けるための工程を含むことを特徴とする６乃至８の何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

１０． 前記絶縁膜形成工程は、前記基板が樹脂フィルム基板の場合、導入するガスに水素ガスを含む前記大気圧プラズマ法で前記樹脂フィルム基板に接する無機酸化膜を設けるための工程を含むことを特徴とする６乃至８の何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

本発明によれば、有機半導体とゲート電極との間にある複数の膜が積層されてなる絶縁膜で、有機半導体と接する絶縁膜は、導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けられた撥水性を有する無機酸化膜である。

大気圧プラズマ法は、高価となる真空機能を必要とせず大気圧下で成膜することができ、設けられる絶縁膜の組成は、容易に制御できる流量制御により水素ガスの供給量で制御することができる。また、水素ガスを含む導入ガスを用いて設けられた絶縁膜は、撥水性を有することができる。この撥水性を有する絶縁膜に接して設けられた有機半導体はその撥水作用により有機半導体の分子配列が規制されて並びが良くなり、スイッチング特性を良好とすることができる。

従って、簡便な方法によりスイッチング特性が良好で安定した有機薄膜トランジスタ及び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る。

以下、本発明に係わる有機薄膜トランジスタに関して図を用いて説明する。図１に有機薄膜トランジスタ（以下、有機ＴＦＴと称する。）の構成の一例を示す。基板１、ゲート電極２、絶縁膜３、ソース電極４Ｓ、ドレイン電極４Ｄ、有機半導体５から構成されている。基板１の上にゲート電極２が設けられ、ゲート電極２を覆うようにゲート絶縁膜を含む絶縁膜３が設けてある。絶縁膜３の上に、有機半導体によるチャネル形成部となる空間を設けてソース電極４Ｓ及びドレイン電極４Ｄを設けてある。このソース電極４Ｓとドレイン電極４Ｄとの間の空間に有機半導体５を設けることでこれらを連結している。以下に、有機ＴＦＴの各部材の構成、材質、プロセスについて説明する。

基板１は、特に限定されることはなく、例えば、ガラスやフレキシブルなプラスチックフィルム等の樹脂製シートを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、具体的には、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。このようなプラスチックフィルムを用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて軽量化を図ることができ、可搬性を高めることができるとともに、衝撃に対する耐性を向上させることができる。

次に、ゲート電極２は、導電性材料であれば特に限定されず、導電性が十分確保できる金属材料が好ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｇ、Ｍｏやこれらにドーピングを加えた材料等が挙げることができる。

更に、例えば、基板１と電極との密着性を高めるために、Ｃｒ、Ｔｉ等を上述の基板と一層目との間に積層して、基板から順に基板／Ｃｒ／ＡｌＮｄ／ＩＴＯとする２層以上の構成とすることができる。

ゲート電極２を形成するためには、まず基板１の上に導電薄膜を設ける必要がある。この導電薄膜の形成方法としては、上述の材料を原料として公知の蒸着やスパッタリング等の方法を用いることができる。この後、公知のフォトリソグラフィー処理（レジストの塗布、露光、現像）及びエッチング処理を用いてゲート電極２を形成することができる。

また、ゲート電極２の形成方法として、流動性電極材料を用い、凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法、インクジェット法等によって形成することができる。

流動性電極材料としては、導電性微粒子分散液、また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液等がある。

導電性微粒子分散液としては、例えば金属等からなる導電性微粒子を、好ましくは有機材料からなる分散安定剤を用いて、水や有機溶剤又はその混合物である分散媒中に分散させたペースト或いはインク等の導電性微粒子分散液が挙げられる。有機半導体の上に形成されることから特に水を主体とする分散媒として用いた上述の分散液とするのが好ましい。

導電性微粒子の金属材料（金属微粒子）としては、白金、金、銀、コバルト、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が、特に仕事関数が４．５ｅＶ以上の白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンが好ましい。

また導電性ポリマーとしては、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とポリスチレンスルホン酸の錯体（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）などが好適に用いられる。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。

以降で説明する絶縁膜３の上にあるソース電極４Ｓ及びドレイン電極４Ｄは、上記で説明したゲート電極２と同じとして設けることができる。

次に、本発明に係わる絶縁膜３に関して説明する。絶縁膜３は、大気圧下でのプラズマ成膜処理（以下、大気圧プラズマ法と称する。）によって形成することができる。

大気圧プラズマ法は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガス（原料ガス及び場合によっては放電ガスに含まれているガス）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、特開２０００−１８５３６２号、特開平１１−６１４０６号、特開２０００−１４７２０９号、同２０００−１２１８０４号等に記載されている。これによって高機能性の薄膜を、高価な真空装置を用いることなく、生産性高く形成することができる。

発明者らは、大気圧プラズマ法を用いて絶縁膜として無機酸化膜であるＳｉＯ₂膜を形成する際、プラズマ励起させるガスとして、原料ガス（ＴＥＯＳ）と放電ガスを構成する不活性ガスと反応ガスである酸素ガス又は水素ガスを導入して成膜する実験を行った。その結果、以下に示す特徴があることを見いだした。尚、以降、原料ガス、不活性ガス、酸素ガス又は水素ガスを含むガスを導入ガスと称する。

表に示す◎、○、△、は、それぞれ以下を表している。
絶縁性においては、次の通りとした
○：要求されるゲート電圧全域において、問題なく動作する。

△：要求されるゲート電圧において、一部の電圧域で問題なく動作する。
有機半導体の配向性においては、次の通りとした
◎：ＯＮ／ＯＦＦ比が６桁以上
○：ＯＮ／ＯＦＦ比が４桁以上６桁未満
△：ＯＮ／ＯＦＦ比が３桁以上４桁未満
基板（ガラス又は樹脂フィルム）との密着性においては、次の通りとした
○：強くこすっても剥がれない。

△：強くこすると、一部にはがれが確認できる。
尚、上記のＯＮ／ＯＦＦ比は、オン電流とオフ電流と比率を示しており、オン電流はゲート電圧を印加した時の、ソースードレイン間に流れた最大電流値で、オフ電流は最小電流値としている。また、ＯＮ／ＯＦＦ比は、４桁以上であることが実用的であるとされている。

上記の表１の結果となる原理は、明かとなっていないが、以下のように推測する。

（反応ガスに水素を含む場合）
絶縁膜として形成された無機酸化膜であるＳｉＯ₂膜の表面は、水素ガスが導入されているため、組成が完全なＳｉＯ₂になっていない、例えば、ＴＥＯＳとＳｉＯ₂との中間物、或いは、ＳｉＯやＳｉといった状態になっているものと推測されることから、撥水性が高く、有機物が付着しやすい状態となっていると考えられる。

従って、撥水性の効果により、この上に有機半導体を設けた場合、有機半導体の分子配列が規制されることで、分子の配列の並びが改善されスイッチング特性の良い有機半導体とすることができ、また、不完全な酸化膜が形成されていることから酸化膜本来の絶縁性が得られず、更に有機物である樹脂フィルムとの密着性が非常に良好となるものと考えられる。

（反応ガスに酸素を含む場合）
絶縁膜として形成された無機酸化膜であるＳｉＯ₂膜の表面は、酸素ガスが導入されているため、組成が完全なＳｉＯ₂になっていると推測される。

従って、ＳｉＯ₂が有している親水性の効果により、この上に有機半導体を設けた場合、有機半導体の分子配列が不規則となるため、スイッチング特性の良い有機半導体は得られないが、酸化膜本来の良好な絶縁性が得られ、更に同等な組成のガラス基板との密着性が非常に良好となるものと考えられる。

発明者らが見いだした上記の実験結果より、大気圧プラズマ法により形成する無機酸化膜からなる絶縁膜を以下のように有機ＴＦＴ素子に適用することができる。
（１）有機半導体に接する絶縁膜は、水素ガスを含む導入ガスを用いて絶縁膜を形成するのが好ましい。有機半導体の分子の配列の並びが改善され有機ＴＦＴ素子のスイッチング特性を良好とすることができる。
（２）基板をガラス基板とする場合、基板の上に形成される絶縁膜は、酸素ガスを含む導入ガスを用いて絶縁膜を形成するのが好ましい。絶縁膜とガラス基板との密着性が良好となり剥がれることのない信頼性の高い有機ＴＦＴ素子とすることができる。
（３）基板を樹脂フィルム基板とする場合、基板の上に形成される絶縁膜は、水素ガスを含む導入ガスを用いて絶縁膜を形成するのが好ましい。絶縁膜と樹脂フィルム基板との密着性が良好となり剥がれることのない信頼性の高い有機ＴＦＴ素子とすることができる。（４）良好な絶縁性を有する絶縁膜を必要とする場合、酸素ガスを含む導入ガスを用いて形成する絶縁膜とするが好ましい。リーク電流が少なく絶縁破壊が生じにくい良好な有機ＴＦＴ素子とすることができる。

不活性ガスと反応ガス（酸素ガス又は水素ガス）とを混合したガスを放電ガスとし、この放電ガスに原料ガスを混合したガスを導入ガスとすると、好ましい導入ガスの内容は次の通りである。
（１）放電ガスの割合は、９０体積％以上９９．９体積％以下が好ましい。このうち、反応ガスが占める割合は、０．１体積％以上１０体積％以下が好ましい。
（２）原料ガスの割合は、０．１体積％以上１０体積％以下が好ましい。

原料ガスの割合を小さくしすぎないことは、成膜レートが遅くならないようになり、成膜時間を長引かせることがなく製造コストを抑えることができるので好ましい。また、原料ガスの割合を大きくしすぎないことは、プラズマ放電を安定させることで、均一な膜とすることができるので好ましい。

上記の特徴を有する絶縁膜となる原料ガスは、プラズマＣＶＤ法で無機酸化膜を形成することができるものであれば良く、例えば、ＳｉＯ₂膜を形成することができる有機シリコン化合物ガスである、テトラエチキシシラン（ＴＥＯＳ）、ヘキサジメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）等を挙げることができる。また、不活性ガスは、特に限定されることはなく、Ｈｅ，Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ₂が挙げられ、取り扱いの容易さ、廉価である観点からＡｒが好ましい。

上記の特性を有する絶縁膜は、それぞれ独立して使用することができ、また、複数の膜を組み合わせた構成とすることもできる。例えば、図１の基板１を樹脂フィルム基板とする場合、まず樹脂フィルム基板との密着性のよい水素ガスを含む導入ガスを用いて絶縁膜３ａを形成し、その後、酸素ガスを含む導入ガスを用いて良好な絶縁性を有する絶縁膜３ｂを積層し、更に、後で設けられる有機半導体５の配向を良好にすることができる水素ガスを含む導入ガスを用いて絶縁膜３ｃを設ける。このような積層構成とすることで、有機ＴＦＴの絶縁膜として好ましい特性を有する絶縁膜３（ゲート絶縁膜）を設けることができる。

また、上記の特性を有するそれぞれの膜を独立して使用する場合、例えば、プラズマＣＶＤによりＳｉＯ₂のゲート絶縁膜を形成した後、この上に酸素ガスを含む導入ガスを用いた大気圧プラズマ法で絶縁膜を積層することで、有機半導体の配向を良好とすることができる。また、図２に示すような、樹脂フィルム基板１の上に、水素ガスを含む導入ガスを用いた大気圧プラズマ法で絶縁膜を設けて樹脂フィルム基板１と密着性が良い配向膜とすることで、有機半導体５の配向を良好とすることができ、スイッチング特性のよい有機ＴＦＴを作製することができる。尚、図２において、１は基板、２はゲート電極、３は絶縁膜、４Ｓはソース電極、４Ｄはドレイン電極、５は有機半導体５を示している。

上記に酸素ガス、水素ガスを含む導入ガスによる大気圧プラズマ法を用いた絶縁膜を利用した例を示しているが、これらの組み合わせに限らず、必要な仕様に合わせて、上記の絶縁膜を適宜組み合わせて利用することができる。

また、上記の大気圧プラズマ法を用いた無機酸化物からなる絶縁膜と別の成膜方法による無機酸化物や無機窒化物、例えば、酸化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化チタン等からなる絶縁膜とを組み合わせて用いることもできる。

大気圧プラズマ法以外の無機酸化物や無機窒化物からなる絶縁膜の形成方法としては、ドライプロセスやウェットプロセスがある。ドライプロセスは、例えば、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、スパッタリング法等が挙げられる。また、ウェットプロセスは、例えば、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法等の塗布による方法、印刷やインクジェットなどのパターニングによる方法等が挙げられる。

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など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、いわゆるゾルゲル法が用いることができる。

また、上記の大気圧プラズマ法を用いた無機酸化物からなる絶縁膜と有機化合物の絶縁膜とを組み合わせて用いることができる。有機化合物の絶縁膜としては、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、およびシアノエチルプルラン等を用いることもできる。有機化合物の絶縁膜の形成法としては、ウェットプロセスが好ましい。

次に、ゲート絶縁膜３の上に設ける有機半導体５に関して説明する。有機半導体５を構成する材料としては、特に限定されることは無く、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が適用可能である。

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、へプタセン、フタロシアニン、ポルフィリンなどの化合物及びこれらの誘導体が挙げられる。

共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタンなどのシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体或いは混合物を挙げることができる。

また、有機半導体５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してもよい。

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上述の有機半導体の薄膜に導入することを意味する。従って、ドーピングされた薄膜は、上述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。ここで用いられ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。

有機半導体５を形成する方法は、公知の方法で形成することができ、例えば、真空蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、レーザー蒸着、電子ビーム蒸着、スピンコート、ディップコート、バーコート法、ダイコート法、およびスプレーコート法等、またスクリーン印刷、インクジェット印刷、ブレード塗布などの方法を挙げることができる。

また、有機半導体のパターニングは、蒸着の場合はマスク蒸着、全面成膜後のフォトリソグラフィー処理によるパターニング、インクジェット印刷等のダイレクトパターニングを挙げることができる。

有機半導体５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、有機半導体膜の膜厚に大きく左右される場合が多く、その膜厚は、用いる有機半導体材料により異なるが、一般に１μｍ以下、特に１０〜３００ｎｍが好ましい。

次に有機ＴＦＴの上を覆うように設ける保護膜に関して説明する。有機半導体保護層（図示しない）としては、有機半導体５に影響を与えない材料を用い、有機半導体保護層の上にパターニングのために、感光性樹脂層等の感光性組成物を形成するような場合には、その塗布工程において、さらに光感応性樹脂層のパターニング処理時にも影響を受けない材料であるが好ましい。そのような材料として、好ましくは、親水性ポリマーを含有する材料であり、さらに好ましくは、親水性ポリマーの水溶液又は水分散液である。親水性ポリマーは、水、または酸性水溶液、アルカリ性水溶液、アルコール水溶液、各種の界面活性剤の水溶液に対して、溶解性または分散性を有するポリマーである。たとえばポリビニルアルコールや、ＨＥＭＡ、アクリル酸、アクリルアミドなどの成分からなるホモポリマー、コポリマーを好適に用いることができる。ポリビニルアルコールが好ましい。

上述の有機半導体保護層を、印刷法またインクジェット法等により有機半導体チャネル上にパターン形成することができる。この保護層の膜厚は１００ｎｍ〜１０μｍの層である。また、有機半導体保護層は、光透過率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１％以下である。これにより、有機半導体膜が光により特性劣化するのを抑えることができる。

（実施例１）
図３に示す有機ＴＦＴを作製した。以下にこれに関して説明する。図３において、１は基板、２はゲート電極、３は絶縁膜、４Ｓはソース電極、４Ｄはドレイン電極、５は有機半導体５を示している。

ガラス基板１の上にゲート電極２となるアルミニウム系合金であるアルミニウム−ネオジム（ＡｌＮｄ）膜を厚み１５０ｎｍとしてスパッタ法を用いて成膜した。このＡｌＮｄ膜に対し、フォトリソグラフィー処理及びエッチング処理を行うことでゲート電極２を形成した。

次に、絶縁膜３として、大気圧プラズマ法を用いて以下の通り絶縁膜３を設けた。
（絶縁膜３ｂ）
導入ガスに酸素ガスを含めて膜厚４００ｎｍの膜を作製した。不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを使用した。Ａｒガスの供給量は流量２０リットル／ｍｉｎとした。反応ガスとして酸素（Ｏ₂）ガスを導入した。Ｏ₂ガスの供給量は流量０．１リットル／ｍｉｎとした。原料ガスとしてＴＥＯＳを使用した。ＴＥＯＳの供給量は流量０．２リットル／ｍｉｎとした。上記の導入ガスは、放電ガスの割合が９９体積％、原料ガスが１体積％となる。また、反応ガスである酸素ガスは、放電ガスのうち０．５体積％を占めている。

基板の温度は１００℃、導入ガスの温度は９０℃、プラズマ放電電力は３００Ｗ、電極間隔は１ｍｍとした。
（絶縁膜３ｃ）
導入ガスに水素ガスを含めて膜厚１０ｎｍの膜を絶縁膜３ｂに重ねて作製した。不活性ガスとしてアルゴン（Ａｒ）ガスを使用した。Ａｒガスの供給量は流量２０リットル／ｍｉｎとした。反応ガスとして酸素（Ｈ₂）ガスを導入した。Ｈ２ガスの供給量は流量０．１リットル／ｍｉｎとした。原料ガスとしてＴＥＯＳを使用した。ＴＥＯＳの供給量は流量０．２リットル／ｍｉｎとした。上記の導入ガスは、放電ガスの割合が９９体積％、原料ガスが１体積％となる。また、反応ガスである酸素は、放電ガスのうち０．５体積％を占めている。

基板の温度は１００℃、導入ガスの温度は９０℃、プラズマ放電電力は３００Ｗ、電極間隔は１ｍｍとした。

次に、絶縁膜３ｃの上にソース電極４Ｓとドレイン電極４Ｄをリフトオフで形成するためのレジストパターンをフォトリソグラフィー処理及びエッチング処理にて設けた。

次にソース電極４Ｓ及びドレイン電極４Ｄとなる膜としてまず厚み５ｎｍのクロム（Ｃｒ）膜を形成し、これに重ねて厚み５０ｎｍの金（Ａｕ）をスパッタ法にて設けた。この後、レジスト剥離液にて、レジストパターンを除去（リフトオフ）することで、ソース電極４Ｓ及びドレイン電極４Ｄを形成した。

次に、有機半導体材料溶液として６、１３−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン（以下、ペンタセンと称する。）溶液をインクジェット法を用いて、ソース電極４Ｓとドレイン電極４Ｄのほぼ中央に有機半導体５を形成する有機半導体材料溶液を滴下することでドレイン電極４Ｄとソース電極４Ｓとを連結するように有機半導体５を設けた。この時、滴下したペンタセン溶液の量は、溶媒が揮発して有機半導体５を形成した時に厚みが約１００ｎｍとなるように予め実験により求めておいた滴下量とした。

次にパッシベーション層（図示しない）として、ＰＶＡ１２４Ｃ（商品名、株式会社クラレ：非感光性ポリビニルアルコール樹脂）をスピンコート法を用いて厚み約２μｍ形成し、有機ＴＦＴ３００を完成した。

本実施例で製造した有機ＴＦＴ３００を動作させたところ、問題なく動作した。この有機ＴＦＴ３００のＩｄ−Ｖｇ（ドレイン電流−ゲート電圧）特性を図４のグラフＪ１に示す。このグラフＪ１から明らかなように、ＯＮ／ＯＦＦ比が６桁以上となり良好なスイッチング特性を有していることが分かる。

ここで、Ｉｄ−Ｖｇ特性は、Ｖｓｄ（ソース電極−ドレン電極間電圧）＝−４０Ｖ、Ｖｓ（ソース電圧）をＧＮＤとして、Ｖｇ（ゲート電圧）を＋４０Ｖから−１００Ｖに変化させた時のＩｄ（ドレイン電流）を測定したものである。測定は半導体パラメータアナライザＢ１５００Ａ（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ製）を用いて測定した。

（比較例１）
絶縁膜３を厚み４００ｎｍの絶縁膜３ｃのみで構成した以外は、実施例１と同じとした。ゲート電圧を印加すると、Ｖｇが−４０Ｖ近傍で絶縁破壊され、十分な動作をしなかった。

（比較例２）
絶縁膜３を厚み４００ｎｍの絶縁膜３ｂのみで構成した以外は、実施例１と同じとした。本比較例２で製造した有機ＴＦＴを動作させた。この有機ＴＦＴのＩｄ−Ｖｇ（ドレイン電流−ゲート電圧）特性を図４のグラフＨ２に示す。このグラフＳ１から明らかなように、ＯＮ／ＯＦＦ比が３桁以上４桁未満となり実施例１より劣ったスイッチング特性を示し、実用上十分でないことが分かる。

有機薄膜トランジスタの構成の一例を示す図である。 有機薄膜トランジスタの構成の一例を示す図である。 実施例における有機薄膜トランジスタの構成の一例を示す図である。 実施例１及び比較例２におけるＩｄ−Ｖｇ（ドレイン電流−ゲート電圧）特性を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ ゲート電極
３ 絶縁層
３ａ、３ｃ 水素ガスを含む導入ガスを用いて作製した絶縁膜
３ｂ 酸素ガスを含む導入ガスを用いて作製した絶縁膜
４Ｓ ソース電極
４Ｄ ドレイン電極
５ 有機半導体
１００、２００、３００ 有機薄膜トランジスタ

Claims (4)

1. 基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体、ゲート電極及び前記有機半導体と該ゲート電極との間にある複数の膜でなる絶縁膜、を有し、
   前記絶縁膜の複数の膜のうち、
   前記有機半導体と接する膜は、導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた無機酸化膜であり、
   前記基板としてのガラス基板に接する膜は、導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法で設けた無機酸化膜であることを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
2. 前記複数の膜でなる絶縁膜は、導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法および導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で膜が連続して積層された積層構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ。
3. 基板の上に、少なくともソース電極、ドレイン電極、前記ソース電極と前記ドレイン電極とを連結する有機半導体、ゲート電極及び前記有機半導体と該ゲート電極との間にある絶縁膜、を有する有機薄膜トランジスタの製造方法において、
   複数の膜を積層して前記絶縁膜を成すための絶縁膜形成工程と、
   前記絶縁膜の上に前記有機半導体を設けるための有機半導体形成工程と、を含み、
   前記絶縁膜形成工程は、
   導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で前記有機半導体と接する無機酸化膜を設けるための工程と、
   導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法で前記基板としてのガラス基板に接する無機酸化膜を設けるための工程とを含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
4. 前記絶縁膜形成工程では、導入するガスに酸素ガスを含む大気圧プラズマ法および導入するガスに水素ガスを含む大気圧プラズマ法で連続して膜を積層して前記絶縁膜を設けることを特徴とする請求項３に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。

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