JP5182603B2

JP5182603B2 - 有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法

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Publication number: JP5182603B2
Application number: JP2007080404A
Authority: JP
Inventors: 潔中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008244027A

Description

本発明は、有機トランジスタ及び有機トランジスタの製造方法に関するものである。

有機半導体は、シリコン、化合物半導体に続く第三の半導体として、種々の電子デバイスへの応用が期待されている。特に、有機トランジスタの開発は、薄型、軽量で自由に折り曲げることのできるフレキシブルデバイスの実現や、無線での個別製品管理を実現する電子値札(情報タグ)の作製などを可能にすることから、近年その実用化に向けた研究開発が進められている。例えば、電子ペーパーに代表されるフレキシブルディスプレイは、携帯時の軽さに加え、衝撃に対する吸収や、手に馴染む柔軟性など、ユビキタス社会の一役を担う電子機器となり得るものである。このようなフレキシブルディスプレイとしては、電気泳動現象を利用したものや、電子粉流体（株式会社ブリヂストンの登録商標）を利用したもの等が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２２３２８６号公報

しかしながら、有機材料を用いた有機トランジスタでは、フォトリソグラフィ法のような薬液を用いたパターニングが行えないため、高精度なアライメントが行えないという問題があった。例えば、トップゲート構造の有機トランジスタでは、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層及びゲート絶縁膜を形成した後、ゲート電極が形成されるが、ゲート絶縁膜は一般に有機半導体層と良好な界面を形成し易い有機絶縁材料で形成されるため、ゲート電極は、ゲート絶縁膜にダメージを与えない印刷法やマスク蒸着法等を用いて形成される。そのため、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間でオーバーラップする部分が生じてしまい、その結果、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間でリーク電流が発生するという問題があった。特に、電子ペーパー等のフレキシブルデバイスに適用する場合、基板としてプラスチック基板が用いられるため、プロセス中の基板の寸法変化に対応するためにオーバーラップする部分を大きくする必要があり、有機トランジスタのオンオフ比等に大きな影響を与える場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間のリーク電流を防止することのできる有機トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。また、このような有機トランジスタを備えることにより、性能が高く、信頼性に優れた電子機器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の有機トランジスタは、有機半導体からなる半導体層と、前記半導体層とゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、前記半導体層を介して対向配置されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記ソース電極と前記ゲート電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とはそれぞれ前記ゲート絶縁膜を介して部分的に対向すると共に、前記ソース電極と前記ゲート絶縁膜との間及び前記ドレイン電極と前記ゲート絶縁膜との間に前記ゲート絶縁膜とは異なる絶縁材料からなるキャップ層が設けられ、前記ソース電極と前記ゲート電極との対向部分及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との対向部分において前記キャップ層と前記ゲート電極との対向部分には前記半導体層が設けられておらず、前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられており、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面は、前記ソース電極と前記キャップ層との境界部及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との境界部に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間がゲート絶縁膜とキャップ層によって２重に絶縁されるため、リーク電流の少ない有機トランジスタが提供できる。

ここで、「前記ソース電極と前記ゲート絶縁膜との間及び前記ドレイン電極と前記ゲート絶縁膜との間に前記ゲート絶縁膜とは異なる絶縁材料からなるキャップ層が設けられている」とは、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とが平面的に重なる部分にキャップ層が形成されていることいい、必ずしもキャップ層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極の前記ゲート電極と対向する面全体に設けられていることを要しない。少なくとも前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とが平面的に重なる部分にキャップ層が配置されていれば、当該部分におけるリーク電流は防止できる。

本発明においては、前記キャップ層は、前記ゲート絶縁膜よりも抵抗の高い材料によって形成されていることが望ましい。この構成によれば、リーク電流の少ない有機トランジスタが提供できる。このような材料としては、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁材料を用いることができる。ゲート絶縁膜は通常、有機半導体層と良好な界面を形成し易い有機絶縁材料で形成されるため、有機絶縁材料よりも一般に抵抗が高いとされる無機絶縁材料を用いることで、リーク電流の問題を有効に回避できるからである。

本発明においては、前記キャップ層は、有機絶縁材料又は酸化シリコンによって形成されていることが望ましい。この構成によれば、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間の寄生容量を防止することができる。有機絶縁材料は一般に無機絶縁材料よりも誘電率が小さいため、寄生容量の低減に効果があり、有機トランジスタの応答速度の向上に寄与することができる。ただし、無機絶縁材料であっても、酸化シリコンは比較的誘電率が小さいため、寄生容量の低減に効果がある。酸化シリコンは絶縁性にも優れるため、酸化シリコンをキャップ層として用いた場合には、応答速度が速く、オンオフ比に優れた有機トランジスタが提供できる。

本発明においては、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面は、前記ソース電極と前記キャップ層との境界部及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との境界部に配置されていることが望ましい。この構成によれば、有機トランジスタをオンした場合に、半導体層のチャネル領域（ゲート電極に供給した電圧によって電荷が誘起される領域）をソース電極及びドレイン電極と直接接続することができる。このため、ソース電極とドレイン電極との間の抵抗（オン抵抗）が小さくなり、駆動電圧の小さい有機トランジスタが提供できる。

ここで、「境界部」とは、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面が、前記ソース電極と前記キャップ層との界面及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との界面と一致する場合だけでなく、製造誤差を考慮した範囲で前記界面に配置されているとみなすことができる場合も含む意味である。すなわち、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面が、前記ソース電極と前記キャップ層との界面の近傍及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との界面の近傍に配置され、前記半導体層のチャネル領域と前記ソース電極及び前記ドレイン電極とが直接接続される場合には、本発明と同一の作用効果を奏するものとして本発明の範囲に含まれるものとする。

本発明の有機トランジスタの製造方法は、基板上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜上に絶縁材料からなるキャップ層を形成する工程と、前記キャップ層をマスクとして前記導電膜をエッチングし、前記キャップ層の配置された領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に有機半導体からなる半導体層を形成する工程と、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記半導体層及び前記キャップ層を覆ってゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備え、前記ソース電極と前記ゲート電極との対向部分及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との対向部分において前記キャップ層と前記ゲート電極との対向部分には前記半導体層が設けられておらず、前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられており、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面は、前記ソース電極と前記キャップ層との境界部及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との境界部に配置されていることを特徴とする。この方法によれば、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間がゲート絶縁膜とキャップ層によって２重に絶縁されるため、リーク電流の少ない有機トランジスタが提供できる。また、ソース電極及びドレイン電極をパターニングするためのマスクをキャップ層としてそのまま流用した場合には、キャップ層を形成するための新たな工程が不要になり、製造工程が簡略化できる。

本発明においては、前記キャップ層は、前記導電膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上にレジストを形成した後、前記レジストをマスクとして前記絶縁膜をエッチングすることにより形成されることが望ましい。この方法によれば、キャップ層をレジスト以外の材料で形成できるため、キャップ層として適切な材料を選択することができる。

本発明においては、前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機半導体を含む溶液を配置することにより形成され、前記キャップ層は、前記溶液に対して撥液性を有する材料によって形成されることが望ましい。或いは、前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機半導体を含む溶液を配置することにより形成され、前記半導体層を形成する前に、前記キャップ層の表面に撥液性を付与するための表面処理が施されることが望ましい。この方法によれば、前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面をソース電極とキャップ層との境界部及びドレイン電極とキャップ層との境界部に配置できるため、有機トランジスタをオンした場合に、半導体層のチャネル領域（ゲート電極に供給した電圧によって電荷が誘起された領域）をソース電極及びドレイン電極と直接接続することができる。このため、ソース電極とドレイン電極との間の抵抗（オン抵抗）が小さくなり、駆動電圧の小さい有機トランジスタが提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではない。下記の実施形態において、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の有機トランジスタの一実施形態であるトップゲート構造の有機トランジスタ１の概略構成図である。有機トランジスタ１は、有機半導体からなる半導体層１３と、該半導体層１３と対向して設けられたゲート電極１５と、半導体層１３とゲート電極１５とを絶縁するゲート絶縁膜１４と、ゲート電極１５と部分的に対向して設けられたソース電極１１及びドレイン電極１２と、ソース電極１１及びドレイン電極１２のゲート電極１５と対向する部分に設けられたキャップ層１６，１７とを備えている。

基板１０としては、ガラス基板、シリコン基板、アルミニウム若しくはステンレス等の金属基板、ＧａＡｓ等の半導体基板、プラスチック基板等、いかなる基板を用いることもできる。有機トランジスタは低温かつ簡易な方法で形成できることから、これらのうち価格が安価で軽量、柔軟性の高いプラスチック基板を用いることが好ましい。

このようなプラスチック基板としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれを原料に用いてもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルベンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオ共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、プリシクロヘキサンテレフタレート（ＰＣＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、変形ポリフェニレンオキシド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうち１種、または２種以上を積層した積層体を用いることができる。

基板１０上には、ソース電極１１及びドレイン電極１２が設けられている。ソース電極１１及びドレイン電極１２の電極材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄやそれらの金属を用いた合金等、ＩｎＯ_２、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ_６、ＡｓＦ_５、ＦｅＣｌ_３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の導電性を有する材料が挙げられる。

ソース電極１１及びドレイン電極１２は、これらの導電膜をエッチングすることにより形成することができる。また、所定の形状に穴のあいたメタルスルーマスクを通して基板１０上に導電膜の蒸着処理を行うことにより、エッチングを行うことなく、ソース電極１１及びドレイン電極１２のパターンを得ることも可能である。また、金属微粒子およびグラファイトのような導電性粒子を含むポリマー混合物を電極材料に用いても良い。このような溶液から電極を形成する場合には、インクジェット法のような溶液パターニングの手法を用いることにより、より簡易に低コストで電極形成を行うことが可能である。また、ソース電極１１とドレイン電極１２とで異なる材料を用いても良い。

ソース電極１１とドレイン電極１２との間に半導体層１３が設けられている。半導体層１３は有機半導体によって形成された有機半導体層である。この有機半導体の材料としては、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３−オクチルチオフェン）、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）（ＰＴＶ）、ポリ（パラ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ＰＦＯ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ビス−Ｎ，Ｎ’−（４−メトキシフェニル）−ビス−Ｎ，Ｎ’−フェニル−１，４−フェニレンジアミン）（ＰＦＭＯ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ベンゾチアジアゾール）（ＢＴ）、フルオレン−トリアリルアミン共重合体、トリアリルアミン系ポリマー、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−コ−ジチオフェン）（Ｆ８Ｔ２）のようなフルオレン−ビチオフェン共重合体等のポリマー有機半導体材料、またＣ_６０あるいは金属フタロシアニンあるいはそれらの置換誘導体、あるいは、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン等のアセン分子材料、あるいは、α−オリゴチオフェン類、具体的にはクォーターチオフェン（４Ｔ）、セキシチオフェン（６Ｔ）、オクタチオフェンのような低分子系有機半導体のうち１種または２種以上を混合して用いることができる。

有機半導体の成膜方法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、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、イオンプレーティング法、スピンコート法、キャスト法、引き上げ法、ラングミュアブロジェット法、スプレー法、インクジェット法、ロールコート法、バーコート法、ディスペンス法、シルクスクリーン法、デイップコート法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例えば、基板１０上にパターン状に穴の空いたマスクを合わせた後にこれらの方法を用いて成膜を行うことや、一様に成膜された有機半導体層を部分的にエッチングすることにより、部分的に膜厚の異なる半導体層１３を形成することが可能である。これらの方法の中でも、インクジェット法やディスペンス法を用いて溶液材料から半導体層を塗布形成する方法が、最も簡便に膜厚をコントロールすることが可能であるという点から好ましい。

半導体層１３を覆ってゲート絶縁膜１４が設けられている。ゲート絶縁膜１４の形成材料としては、絶縁性を有する素材で形成されていれば、種類は特に限定されるものではない。有機材料、無機材料のいずれも使用可能であるが、一般に有機絶縁膜は有機半導体層と良好な界面を形成しやすいことから、有機絶縁材料が好ましく採用される。一般的に良好な電気特性が得られるゲート絶縁膜１４としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルフェノール、ポリカーボネート、あるいはパリレン膜が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

ゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５が設けられている。ゲート電極１５は、ソース電極１１とドレイン電極１２との間に跨るように設けられており、ゲート電極１５の一部は、ソース電極１１及びドレイン電極１２と部分的に対向している。ゲート電極１５の形成材料としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄやそれらの金属を用いた合金等、ＩｎＯ_２、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の導電性の酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子及びそれに塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＰＦ_６、ＡｓＦ_５、ＦｅＣｌ_３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウムカリウム等の金属原子等のドーパントを添加したもの、カーボンブラックや金属粒子を分散した導電性の複合材料等の、導電性を有する材料が挙げられる。

ゲート電極１５は、これらの導電膜をエッチングすることにより形成することができる。また、所定の形状に穴のあいたメタルスルーマスクを通して基板１０上に導電膜の蒸着処理を行うことにより、エッチングを行うことなく、ゲート電極１５のパターンを得ることも可能である。また、金属微粒子およびグラファイトのような導電性粒子を含むポリマー混合物を電極材料に用いても良い。このような溶液から電極を形成する場合は、インクジェット法のような溶液パターニングの手法を用いることにより、より簡易に低コストで電極形成を行うことが可能である。

ソース電極１１のゲート電極１５と対向する部分には、絶縁材料からなるキャップ層１６が設けられている。キャップ層１６は、ソース電極１１のゲート電極１５側の面（上面）全体を覆って設けられている。また、ドレイン電極１２のゲート電極１５と対向する部分には、絶縁材料からなるキャップ層１７が設けられている。キャップ層１７は、ドレイン電極１２のゲート電極１５側の面（上面）全体を覆って設けられている。キャップ層１６及びキャップ層１７は、それぞれソース電極１１及びドレイン電極１２のゲート電極１５と対向する面（上面）に設けられており、ソース電極１１及びドレイン電極１２の互いに対向する面（側面）には設けられていない。半導体層１３は、キャップ層１６，１７を介してソース電極１１及びドレイン電極１２に跨るように形成されている。

なお、上記キャップ層１６，１７の構成は一例であり、キャップ層１６，１７の構成は図１のものに限定されない。キャップ層１６，１７は、少なくともソース電極１１とゲート電極１５とが平面的に重なる部分、及びドレイン電極１２とゲート電極１５とが平面的に重なる部分に設けられていれば良く、ソース電極１１及びドレイン電極１２の当該部分にのみ選択的に設けられていても良い。

キャップ層１６，１７の形成材料としては、絶縁性を有する素材で形成されていれば、種類は特に限定されるものではない。有機材料、無機材料のいずれも使用可能であるが、いずれを用いるかは、有機トランジスタ１に要求される性能に応じて適切に選択される。例えば、ソース電極１１及びドレイン電極１２とゲート電極１５との間のリーク電流を防止する観点（オンオフ比を向上する観点）からは、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁膜が用いられる。ゲート絶縁膜１４は通常、有機半導体層と良好な界面を形成し易い有機絶縁材料で形成されるため、有機絶縁材料よりも一般に抵抗が高いとされる無機絶縁材料を用いることで、リーク電流の問題を有効に回避できるからである。また、ソース電極１１及びドレイン電極１２とゲート電極１５との間の寄生容量を防止する観点（応答速度を向上する観点）からは、ポリビニルアルコール等の有機絶縁膜が用いられる。有機絶縁材料は一般に無機絶縁材料よりも誘電率が小さいため、無機絶縁膜をキャップ層１６，１７として用いる場合よりも寄生容量の低減に寄与できるからである。ただし、無機絶縁膜の中でも酸化シリコンは比較的誘電率が小さいことから採用可能である。酸化シリコンは絶縁性にも優れるため、酸化シリコンをキャップ層１６，１７として採用した場合には、応答速度が速く、オンオフ比に優れた有機トランジスタが提供できる。

表１にゲート絶縁膜１４として利用可能な有機絶縁材料の一例を示す。表２に、キャップ層１６，１７として利用可能な無機絶縁材料の一例を示す。表１及び表２に示した絶縁材料は一例であり、これ以外の絶縁材料を用いることも可能である。寄生容量を低減する観点からは、表中に示した比誘電率を参考に適切な材料の組み合わせが選択される。

本実施形態の場合、キャップ層１６，１７としてレジストが用いられる。このレジストは、ソース電極１１及びドレイン電極１２をパターニングするためのマスクとして用いられるものである。レジストは、ソース電極１１及びドレイン電極１２をパターニングした後、剥離せずにそのままキャップ層１６，１７として利用される。該レジストとしては、ポリメタクリル酸メチル、メタクリル酸メチルを主成分とする共重合体、ポリメチルイソプロペニルケトン＋増感剤、ナフトキノンジアジド化合物＋ノボラック樹脂、ポリメタクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルを主成分とする共重合体等が挙げられる。

図２は、ソース電極１１と半導体層１３との境界部の拡大断面図である。同図において（ａ）は半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面がソース電極１１とキャップ層１６との境界部に配置されている例であり、（ｂ）は半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面がソース電極１１とキャップ層１６との境界部よりもゲート電極側（すなわちキャップ層１６の側面部）に配置されている例である。なお、ドレイン電極１２とキャップ層１７との境界部も同様の構成であるため、図示は省略する。

図２（ａ）に示すように、本実施形態の有機トランジスタでは、半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面は、ソース電極１１とキャップ層１６との境界部に配置されている。このため、有機トランジスタをオンした場合に、半導体層１３のチャネル領域１３ｃ（ゲート電極に供給した電圧によって電荷が誘起される領域）をソース電極１１と直接接続することができ、ソース電極とドレイン電極との間の抵抗（オン抵抗）を小さくすることができるようになっている。例えば、図２（ｂ）のように半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面がキャップ層１６の側面部に配置されている場合、ソース電極からドレイン電極に流れる電流は、抵抗の高い真性半導体領域１３ｉを通らなければならないため、その分オン抵抗が高くなる。一方、図２（ａ）の構成では、ソース電極から注入された電流は、抵抗の小さいチャネル領域１３ｃを通ってそのままドレイン電極に流れ込むため、オン抵抗が小さくなり、駆動電圧の小さい有機トランジスタとなる。

図３は、有機トランジスタ１の製造方法の一実施形態の説明図である。本実施形態ではまず、図３（ａ）に示すように、基板１０上に導電膜２１が形成され、該導電膜２１上にマスク材であるキャップ層１６，１７が形成される。キャップ層１６，１７としては、上述したポリメタクリル酸メチル等のレジストが用いられる。リーク電流を低減する観点からは、ゲート絶縁膜よりも抵抗の大きい材料が望ましい。キャップ層１６，１７は、導電膜２１上にレジストを形成し、該レジストを露光処理及び現像処理することにより形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、キャップ層１６，１７をマスクとして導電膜２１がエッチングされ、キャップ層１６，１７の配置された領域にソース電極１１及びドレイン電極１２が形成される。ここで、キャップ層１６，１７は、ソース電極１１及びドレイン電極１２を形成した後も除去されず、有機トランジスタの構成要素として残される。

次に、図３（ｃ）に示すように、インクジェット装置ＩＪを用いてソース電極１１とドレイン電極１２との間に有機半導体を含む溶液３０が配置される。そして、図３（ｄ）に示すように、溶液３０が乾燥処理及び焼成処理されることにより、ソース電極１１とドレイン電極１２との間に有機半導体からなる半導体層１３が形成される。

ここで、キャップ層１６，１７の表面には、溶液３０が配置される前に、必要に応じて撥液性を付与するための表面処理（撥液処理）が施される。「撥液性」とは、溶液３０に対して親和性の低い状態をいい、本実施形態の場合、キャップ層の表面がソース電極１１及びドレイン電極の表面よりも溶液３０に対して親和性の低い状態にすることをいう。撥液処理としては、フッ素プラズマ処理等が挙げられる。フッ素プラズマ処理を施すと、有機膜であるキャップ層１６，１７の表面にフッ素基が導入され、溶媒に対して親和性の低い状態となる。

キャップ層１６，１７の表面に撥液処理を行った場合、溶液３０の液面はキャップ層１６とソース電極１１との境界部及びキャップ層１７とドレイン電極１２との境界部に固定される。そして、その固定された部分を端部として半導体層１３が形成される。このため、半導体層１３の端部はキャップ層１６，１７と電極１１，１２との境界部となり、図２で説明したような効果、すなわち半導体層１３のチャネル領域がソース電極１１及びドレイン電極１２と直接接続されるという効果がもたらされる。なお、キャップ層１６，１７として、溶液３０に対して撥液性を有する材料を用いた場合には、このような表面処理は不要である。

次に、図３（ｅ）に示すように、ソース電極１１、ドレイン電極１２、半導体層１３及びキャップ層１６，１７を覆って有機絶縁材料からなるゲート絶縁膜１４が形成され、さらにゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５が形成される。以上により、有機トランジスタ１が完成する。

以上説明したように、本実施形態の有機トランジスタ１によれば、ゲート電極１５とソース電極１１及びドレイン電極１２との間がゲート絶縁膜１４とキャップ層１６，１７によって２重に絶縁されるため、リーク電流の少ない有機トランジスタが提供できる。また、半導体層１３とゲート絶縁膜１４との界面が、ソース電極１１とキャップ層１６との境界部及びドレイン電極１２とキャップ層１７との境界部に配置されているため、有機トランジスタ１をオンした場合に、半導体層１３のチャネル領域１３ｃをソース電極１１及びドレイン電極１２と直接接続することができる。このため、ソース電極１１とドレイン電極１２との間の抵抗（オン抵抗）が小さくなり、駆動電圧の小さい有機トランジスタが提供できる。

なお、本実施形態では、有機トランジスタの一例として、基板１０側から、電極１１，１２、半導体層１３、ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５を順に積層したものを説明したが、有機トランジスタの構成はこれに限定されない。例えば、基板１０側から半導体層１３、電極１１，１２、ゲート絶縁膜１４及びゲート電極１５を順に積層した構成を有する有機トランジスタに本発明を適用することもできる。この場合、キャップ層１６，１７は、電極１１，１２のゲート電極１５側の面（上面）に設けられる。

また、ボトムゲート構造の有機トランジスタに本発明を適用することもできる。例えば、基板側から、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層及び電極（ソース電極、ドレイン電極）を順に積層した構成の有機トランジスタの場合、キャップ層は、ソース電極及びドレイン電極のゲート電極側の面に設けられる。また、基板側から、ゲート電極、ゲート絶縁膜、電極（ソース電極、ドレイン電極）及び半導体層を順に積層した構成の有機トランジスタの場合、キャップ層は、ソース電極及びドレイン電極のゲート電極側の面に設けられる。

［第２の実施の形態］
図４は、有機トランジスタ１の製造方法の第２実施形態の説明図である。本実施形態ではまず、図４（ａ）に示すように、基板１０上に導電膜２１及び絶縁膜２３が順に積層され、絶縁膜２３上にマスク材２４及び２５が形成される。マスク材としては、上述したポリメタクリル酸メチル等のレジストが用いられる。マスク材２４，２５は、絶縁膜２３上にレジストを形成し、該レジストを露光処理及び現像処理することにより形成される。絶縁膜２３は、後述のエッチング工程でキャップ層１６，１７となるものである。そのため、絶縁膜２３の材料としては、絶縁性の高い無機絶縁材料が用いられる。

次に、図４（ｂ）に示すように、マスク材２４，２５を用いて絶縁膜２３がエッチングされ、マスク材２４，２５の配置された領域にキャップ層１６，１７が形成される。続いて、マスク材２４，２５及びキャップ層１６，１７をマスクとして導電膜２１がエッチングされ、マスク材２４，２５及びキャップ層１６，１７の配置された領域にソース電極１１及びドレイン電極１２が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、マスク材２４，２５が除去され、マスク材２４，２５及びキャップ層１６，１７のみが残される。その後、必要に応じて、キャップ層１６，１７の表面に撥液性を付与するための表面処理が施される。撥液処理を行う理由は第１実施形態で説明したものと同じ理由である。キャップ層１６，１７を撥液性を有する材料で形成した場合には、このような表面処理は不要である。

次に、図４（ｄ）に示すように、インクジェット装置を用いてソース電極１１とドレイン電極１２との間に有機半導体を含む溶液が配置される。そして、該溶液が乾燥処理及び焼成処理されることにより、ソース電極１１とドレイン電極１２との間に有機半導体からなる半導体層１３が形成される。

次に、図４（ｅ）に示すように、ソース電極１１、ドレイン電極１２、半導体層１３及びキャップ層１６，１７を覆って有機絶縁材料からなるゲート絶縁膜１４が形成され、さらにゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５が形成される。以上により、有機トランジスタ１が完成する。

本実施形態によれば、キャップ層１６，１７をレジスト以外の材料で形成できるため、先の実施形態に比べて、キャップ層として適切な材料を選択することができる。なお、本実施形態では、導電膜２１をエッチングした後、マスク材２４，２５を除去したが、マスク材２４，２５を除去せずにキャップ層の一部として残しても良い。

有機トランジスタの概略構成図である。ソース電極と半導体層との境界部の拡大図である。有機トランジスタの製造方法の第１実施形態の説明図である。有機トランジスタの製造方法の第２実施形態の説明図である。

符号の説明

１…有機トランジスタ、１０…基板、１１…ソース電極、１２…ドレイン電極、１３…半導体層（有機半導体層）、１４…ゲート絶縁膜、１５…ゲート電極、１６，１７…キャップ層、２１…導電膜、２３…絶縁膜、２４，２５…マスク材（レジスト）、３０…溶液

Claims

有機半導体からなる半導体層と、
前記半導体層とゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記半導体層を介して対向配置されたソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記ソース電極と前記ゲート電極及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極とはそれぞれ前記ゲート絶縁膜を介して部分的に対向すると共に、
前記ソース電極と前記ゲート絶縁膜との間及び前記ドレイン電極と前記ゲート絶縁膜との間に前記ゲート絶縁膜とは異なる絶縁材料からなるキャップ層が設けられ、
前記ソース電極と前記ゲート電極との対向部分及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との対向部分において前記キャップ層と前記ゲート電極との対向部分には前記半導体層が設けられておらず、
前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられており、
前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面は、前記ソース電極と前記キャップ層との境界部及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との境界部に配置されていることを特徴とする有機トランジスタ。
前記キャップ層は、前記ゲート絶縁膜よりも抵抗の高い材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機トランジスタ。
前記キャップ層は、有機絶縁材料又は酸化シリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機トランジスタ。
基板上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に絶縁材料からなるキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層をマスクとして前記導電膜をエッチングし、前記キャップ層の配置された領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に有機半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記半導体層及び前記キャップ層を覆ってゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、を備え、
前記ソース電極と前記ゲート電極との対向部分及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との対向部分において前記キャップ層と前記ゲート電極との対向部分には前記半導体層が設けられておらず、
前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられており、
前記半導体層と前記ゲート絶縁膜との界面は、前記ソース電極と前記キャップ層との境界部及び前記ドレイン電極と前記キャップ層との境界部に配置されていることを特徴とする有機トランジスタの製造方法。
前記キャップ層は、前記導電膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上にレジストを形成した後、前記レジストをマスクとして前記絶縁膜をエッチングすることにより形成されることを特徴とする請求項４に記載の有機トランジスタの製造方法。
前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機半導体を含む溶液を配置することにより形成され、
前記キャップ層は、前記溶液に対して撥液性を有する材料によって形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機トランジスタの製造方法。
前記半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記有機半導体を含む溶液を配置することにより形成され、
前記半導体層を形成する前に、前記キャップ層の表面に前記溶液に対して撥液性を付与するための表面処理が施されることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機トランジスタの製造方法。