JP5284582B2 - 有機薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するもので、特に、有機薄膜トランジスタ及びその製造方法に関するものである。
通常、薄膜トランジスタは、イメージ表示用ディスプレイにおいてスイッチ素子として用いられるもので、薄膜トランジスタのうち有機薄膜トランジスタは、半導体層材料として半導体性有機物質を使用し、ガラス基板の代りにフレキシブルな基板を使用する点を除けば、シリコン薄膜トランジスタと構造的に類似した形態を有する。
有機薄膜トランジスタは、図１に示すように、下部基板５１上に金属を用いて形成されたゲート電極５２ａと、ゲート電極５２ａを含む下部基板５１に形成されるゲート絶縁膜５３と、ゲート電極５２ａの両エッジにオーバーラップされるようにゲート絶縁膜５３上にそれぞれ形成されたソース電極５５ａ及びドレーン電極５５ｂと、ソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂを含むゲート絶縁膜５３上に形成された有機半導体層５４とから構成される。
ソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂは、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）などの金属無機物質を用いて形成する。
また、上記のような有機薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜５３を有機物質によって形成することもできるが、有機物質によって形成されたゲート絶縁膜５３と、無機物質、すなわち、金属によって形成されるソース／ドレーン電極５５ａ，５５ｂとの間の接着力を向上させるために、ゲート絶縁膜５３にプラズマ表面処理が行われる。
しかしながら、プラズマ処理が行われたゲート絶縁膜５３は、親水性を有するようになり、親水性のゲート絶縁膜５３上に有機半導体層が形成される場合、小さいグレイン（ｇｒａｉｎ）を有する有機半導体層に成長する。
図２Ａには、プラズマ処理が行われず、疎水性を有するゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造を示しており、図２Ｂには、プラズマ処理が行われ、親水性を有するゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造を示している。これらを比較してみると、親水性のゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造は、疎水性のゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層のグレイン構造より小さいことが分かる。
従来の有機薄膜トランジスタにおいては、親水性のゲート絶縁膜上に、小さいグレインサイズを有する有機半導体層が形成される場合、小さいグレインサイズによってチャージトラップサイト（ｃｈａｒｇｅ ｔｒａｐ ｓｉｔｅ）として作用するグレインバウンダリ（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）が多くなるので、有機半導体層の電気的特性が低下するという問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ソース／ドレーン電極と有機半導体との間の接触面で発生する接触抵抗を減少させることで、素子の特性を向上できる有機薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ゲート電極の両エッジにそれぞれオーバーラップされるソース／ドレーン電極と、前記ソース／ドレーン電極を含むゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層と、前記ソース／ドレーン電極と前記ゲート絶縁膜との間に形成された親水性の第１接着層と、前記ゲート絶縁膜と前記有機半導体層との間に形成された疎水性の第２接着層と、を含む。
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタは、基板上に形成されたバッファ膜と、前記バッファ膜上にそれぞれ島状に形成されたソース／ドレーン電極と、前記ソース／ドレーン電極にかけて形成された有機半導体層と、前記有機半導体層を含む基板に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース／ドレーン電極にオーバーラップされるように前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース／ドレーン電極と前記バッファ膜との間に形成された親水性の第１接着層と、前記バッファ膜と前記有機半導体層との間に形成された疎水性の第２接着層と、を含む。
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第２接着層が含まれたゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する段階と、を含む。
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にバッファ膜を形成する段階と、前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極間の前記第１接着層にプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層及びゲート絶縁膜を順次形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、を含む。
前記モールドは、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）を含む熱硬化性物質を用いることによって形成される。
上記目的を達成するための本発明に係る有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にバッファ膜を形成する段階と、前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、前記第１接着層の所定領域にモールドを接触させ、疎水性の第２接着層を形成する段階と、前記第１接着層上にソース／ドレーン電極を形成する段階と、前記ソース／ドレーン電極及び第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層を形成する段階と、前記有機半導体層上にゲート絶縁膜及びゲート電極をそれぞれ形成する段階と、を含む。
本発明に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法によると、疎水性に変換された有機物質の絶縁膜上に有機半導体層を形成することで、チャネル領域として定義される有機半導体層のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性を向上できるという効果がある。
また、本発明に係る有機薄膜トランジスタ及びその製造方法によると、プラズマ処理工程でソース／ドレーン電極と有機物質のバッファ膜との間に形成された親水性の接着膜によって、これら膜間の接着力を増加できるという効果がある。
図３Ａ乃至図３Ｄは、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図４は、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。
まず、本発明の第１実施形態における有機薄膜トランジスタは、図３Ｄに示すように、基板１１０上に金属物質によって形成されたゲート電極１１２と、ゲート電極１１２を含む基板１１０の全面に有機物質によって形成されたゲート絶縁膜１１４と、ゲート電極１１２の両エッジにオーバーラップされるように、ゲート絶縁膜１１４上に金属物質によって形成されたソース電極１１６ａ及びドレーン電極１１６ｂと、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを含むゲート絶縁膜１１４上にＬＣＰＢＣ（ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｐｏｌｙｆｌｕｏｒｅｎｅ Ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層１２０と、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触領域に形成された親水性の接着層１１４ａと、有機半導体層１２０とゲート絶縁膜１１４との接触領域、すなわち、チャネル領域に形成された疎水性の接着層１１４ｂとを備えて構成される。
尚、親水性の接着層１１４ａは、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層１１４ｂが形成されたゲート絶縁膜１１４上に有機半導体層１２０が形成されることで、有機半導体層１２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性が向上する。
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
まず、図３Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板１１０上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングしてゲート電極１１２を形成する。
ゲート電極１１２は、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、タングステン（Ｗ）系列などの低抵抗金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
その後、ゲート電極１１２を含む基板１００の全面に有機絶縁物質を塗布し、ゲート絶縁膜１１４を形成する。
ゲート絶縁膜１１４は、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。
引き続いて、ゲート絶縁膜１１４にプラズマ処理工程を行い、親水性の接着膜１１４ａをゲート絶縁膜１１４の表面に形成する。
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。
図３Ｂに示すように、接着膜１１４ａの上面に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト１１８を塗布し、フォトレジスト１１８の上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジスト１１８をパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジスト１１８をマスクとして用いて上記金属層を選択的にエッチングし、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを形成する。
ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
また、プラズマ処理工程によって形成された親水性の接着膜１１４ａは、有機物質のゲート絶縁膜１１４と、無機物質、すなわち、金属層のソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとの接着力を増加させる。
引き続いて、図３Ｃに示すように、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂの上側にフォトレジスト１１８を残した状態で、基板１００の全面にプラズマ再処理工程を行う。その結果、パターニングされたフォトレジスト１１８を通して露出された接着層１１４ａは、疎水性の接着層１１４ｂに変わり、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂとゲート絶縁膜１１４との接触部分のみに親水性の接着層１１４ａが残るようになる。
プラズマ再処理工程は、Ｏ２とＣＦ２との混合ガスを用いて行う。
図３Ｄに示すように、パターニングされたフォトレジスト１１８を除去し、ソース／ドレーン電極１１６ａ，１１６ｂを含むゲート絶縁膜１１４の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層１２０を形成することで、有機薄膜トランジスタを完成する。
有機半導体層は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成する。
このとき、疎水性の接着層１１４ｂが形成されたゲート絶縁膜１１４上に、有機半導体層１２０が形成されることで、有機半導体層１２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層の電気的特性が向上する。
また、上記のような第１実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図４に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板１１０上に、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜１２２と、コンタクトホール１１９を通してドレーン電極１１６ｂに連結されるように、保護膜１２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極１２４とをさらに備えている。そして、下部基板１１０に対向して合着された上部基板１３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス１３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層１２８と、画素を駆動するための共通電極１２６とが備わる。これら上部基板１３２と下部基板１１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層１３１が形成される。
また、上記のような第１実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板１１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。
上記のように、本発明の第１実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちボトム-ゲート構造を説明したが、次に説明する本発明の第２実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちトップ-ゲート構造を説明する。
図５Ａ乃至図５Ｄは、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図６は、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。
まず、本発明の第２実施形態における有機薄膜トランジスタは、図５Ｄに示すように、基板２１０上に有機物質によって形成されたバッファ膜２１２と、バッファ膜２１２上にそれぞれ島状の金属層によって形成されたソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂと、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂ及びバッファ膜２１２上にＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層２１６と、有機半導体層２１７上に形成されたゲート絶縁膜２１８と、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとオーバーラップされるようにゲート絶縁膜２１８上に形成されたゲート電極２２０と、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触領域に形成された親水性の接着層２１２ａと、有機半導体層２１６とバッファ膜２１２との接触領域、すなわち、チャネル領域に形成された疎水性の接着層２１２ｂとから構成される。
但し、親水性の接着層２１２ａは、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層２１２ｂが形成されたバッファ膜２１２上に有機半導体層２１７を形成することで、有機半導体層２１７のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層２１７の電気的特性が向上する。
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
まず、図５Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板２１０上にバッファ膜２１２を形成する。
バッファ膜２１２は、以後に形成される有機半導体層の結晶成長を良好にするために蒸着され、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。
引き続いて、バッファ膜２１２上にプラズマ処理工程を行い、親水性の接着膜２１２ａをバッファ膜２１２の表面に形成する。
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。
引き続いて、図５Ｂに示すように、接着膜２１２ａの上面に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト２１６を塗布し、このフォトレジスト２１６の上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジスト２１６をパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジスト２１６をマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂを形成する。
ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
尚、プラズマ処理工程で形成された親水性の接着膜２１２ａは、上記有機物質のバッファ膜２１２と、無機物質、すなわち、金属層のソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとの接着力を増加させる。
引き続いて、図５Ｃに示すように、パターニングされたフォトレジスト２１６が形成された基板２１０の全面にプラズマ再処理工程を行う。その結果、パターニングされたフォトレジスト２１６を通して露出された接着層２１２ａは、疎水性の接着層２１２ｂに変わり、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとバッファ膜２１２との接触部分のみに親水性の接着層２１２ａが残るようになる。
プラズマ再処理工程は、Ｏ２とＣＦ２との混合ガスを用いて行う。
最後に、図５Ｄに示すように、パターニングされたフォトレジスト２１６を除去し、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂを含む基板の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層２１７を形成する。
有機半導体層２１７は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成される。
このとき、疎水性の接着層２１２ｂが形成されたバッファ膜２１２上に有機半導体層２１７が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層２１７のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層２１７の電気的特性が向上する。
引き続いて、有機半導体層２１７上に無機絶縁物質を蒸着したり、または、有機絶縁物質を塗布してゲート絶縁膜２１８を形成する。
ゲート絶縁膜２１８は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）またはシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁物質によって形成するか、または、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。ただし、その後に形成される有機半導体層との接触特性のために、無機絶縁物質より有機絶縁物質を用いてゲート絶縁膜を形成することが好ましい。
ゲート絶縁膜２１８上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングし、ソース／ドレーン電極２１４ａ，２１４ｂとオーバーラップされるようにゲート電極２２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。
ゲート電極２２０は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
また、第２実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図６に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板２１０上にＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜２２２と、コンタクトホール２１９を通してドレーン電極２１４ｂに連結されるように、保護膜２２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成された画素電極２２４とがさらに備わる。そして、下部基板２１０に対向して合着された上部基板２３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス２３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層２２８と、画素を駆動するための共通電極２２６とが備わる。これら上部基板２３２と下部基板２１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層２３１が形成される。
また、上記のような第２実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板２１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。
図７Ａ乃至図７Ｄは、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図８は、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。
まず、本発明の第３実施形態における有機薄膜トランジスタは、図７Ｄに示すように、基板４１０上に金属物質によって形成されたゲート電極４１２と、ゲート電極４１２を含む基板４１０の全面に有機物質によって形成されたゲート絶縁膜４１４と、ゲート電極４１２の両エッジがオーバーラップされるように、ゲート絶縁膜４１４上に金属物質によって形成されたソース電極４１６ａ及びドレーン電極４１６ｂと、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂを含むゲート絶縁膜４１４上にＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどによって形成された有機半導体層４２０と、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂとゲート絶縁膜４１４との接触領域に形成された親水性の接着層４１４ａと、有機半導体層４２０とゲート絶縁膜４１４との接触領域に形成された疎水性の接着層４１４ｂとから構成される。
尚、親水性の接着層４１４ａは、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂとゲート絶縁膜４１４との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４上に有機半導体層４２０が形成されることで、有機半導体層４２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層４２０の電気的特性が向上する。
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
まず、図７Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板４１０上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングしてゲート電極４１２を形成する。
ゲート電極４１２は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの低抵抗金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
次いで、ゲート電極４１２を含む基板４１０の全面に有機絶縁物質を塗布し、ゲート絶縁膜４１４を形成する。
ゲート絶縁膜４１４は、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。
引き続いて、ゲート絶縁膜４１４にプラズマ処理工程を行い、ゲート絶縁膜４１４の表面に親水性の接着膜４１４ａを形成する。
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。
引き続いて、図７Ｂに示すように、親水性の接着膜４１４ａ上の所定領域にモールド４１５を接触させ、モールド４１５が接触した領域が疎水性の接着膜４１４ｂに変化する。
ここで、モールド４１５は、ポリジメチルシロキサン（以下、「ＰＤＭＳ」という。）を含む熱硬化性物質であり、別途の工程によって製作される。
具体的には、ＰＤＭＳが含まれたモールド４１５を親水性の接着膜４１４ａに加圧すると、モールド４１５と接触した領域は、その表面の末端基の−ＯＨ基が分離されて疎水領域に変わり、疎水性の接着膜４１４ｂとなる。
したがって、接着膜としては、疎水性の接着膜４１４ｂと、親水性の接着膜４１４ａとが共存している。
図７Ｃに示すように、モールド４１５を除去し、疎水性の接着膜４１４ｂ及び親水性の接着膜４１４ａが形成されたゲート絶縁膜４１４上に金属層を形成する。引き続いて、金属層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、このフォトレジストの上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジストをパターニングする。引き続いて、パターニングされたフォトレジストをマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、親水性の接着膜４１４ａの上部にソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂを形成する。
ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
尚、プラズマ処理工程で形成された親水性の接着膜４１４ａは、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂと有機物質のゲート絶縁膜４１４との間の接着力を増加させる。
引き続いて、図７Ｄに示すように、ソース／ドレーン電極４１６ａ，４１６ｂ及び疎水性の接着膜４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層４２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。
有機半導体層４２０は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成される。
このとき、モールド４１５の接触によって疎水性の接着膜４１４ｂが形成されたゲート絶縁膜４１４上に有機半導体層４２０が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層４２０のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層４２０の電気的特性が向上する。
また、上記のような第３実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図８に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０上にＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜４２２と、コンタクトホール４１９を通してドレーン電極４１６ｂに連結されるように、保護膜４２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極４２４とがさらに備わる。そして、下部基板４１０に対向して合着された上部基板４３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス４３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層４２８と、画素を駆動するための共通電極４２６とが備わる。これら上部基板４３２と下部基板４１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層４３１が形成される。
また、上記のような第３実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。
尚、上記のように、本発明の第３実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちボトム-ゲート構造を説明したが、以下、本発明の第４実施形態では、有機薄膜トランジスタの構造のうちトップ-ゲート構造を説明する。
図９Ａ乃至図９Ｄは、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図で、図１０は、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の断面図である。
まず、本発明の第４実施形態における有機薄膜トランジスタは、図９Ｄに示すように、基板５１０上に有機物質によって形成されたバッファ膜５１２と、バッファ膜５１２上にそれぞれ島状の金属層によって形成されたソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂと、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂ及びバッファ膜５１２上に形成されたＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機半導体層５１６と、有機半導体層５１６上に形成されたゲート絶縁膜５１８と、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとオーバーラップされるようにゲート絶縁膜５１８上に形成されたゲート電極５２０と、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとバッファ膜５１２との接触領域に形成された親水性の接着層５１２ａと、有機半導体層５１６とバッファ膜５１２との接触領域に形成された疎水性の接着層５１２ｂとから構成される。
但し、親水性の接着層５１２ａは、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとバッファ膜５１２との接触領域のみに形成され、これら膜間の接着力を向上させる。また、疎水性の接着層５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２上に有機半導体層５１６が形成されることで、有機半導体層５１６のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層５１６の電気的特性が向上する。
以下、上記のような有機薄膜トランジスタの製造方法を説明する。
まず、図９Ａに示すように、ガラスまたは透明なプラスチックの基板５１０上にバッファ膜５１２を形成する。
バッファ膜５１２は、その後に形成される有機半導体層の結晶成長を良好にするために蒸着され、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。
引き続いて、バッファ膜５１２上にプラズマ処理工程を行い、バッファ膜５１２の表面に親水性の接着膜５１２ａを形成する。
プラズマ処理は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行う。
引き続いて、図９Ｂに示すように、親水性の接着膜５１２ａ上の所定領域にモールド５１３を接触させ、モールド５１３が接触した領域が疎水性の接着膜５１２ｂに変換される。
ここで、モールド５１３は、ＰＤＭＳを含む熱硬化性物質であって、別途の工程によって製作される。
具体的には、ＰＤＭＳが含まれたモールド５１３を親水性の接着膜５１２ａに加圧すると、モールド５１３と接触した領域は、その表面の末端基の−ＯＨ基が分離されて疎水領域に変わり、疎水性の接着膜５１２ｂとなる。
したがって、接着膜としては、疎水性の接着膜５１２ｂと、親水性の接着膜５１２ａとが共存している。
図９Ｃに示すように、モールド５１３を除去し、親水性の接着膜５１２ａ及び疎水性の接着膜５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２上に金属層を形成し、この金属層上にフォトレジスト（図示せず）を塗布し、このフォトレジストの上部に所定のパターンが形成されたフォトマスクを整列した後、光線を照射して露光し、その後、現像してフォトレジストをパターニング（図示せず）する。引き続いて、パターニングされたフォトレジストをマスクとして用いて金属層を選択的にエッチングし、接着膜５１２ａの上部にソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂを形成する。そして、パターニングされたフォトレジスト（図示せず）を除去する。
ソース／ドレーン電極５１４ａ、５１４ｂは、クロム、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金などの低抵抗金属無機物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
尚、プラズマ処理工程によって形成された親水性の接着膜５１２ａは、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂと有機物質のバッファ膜５１２との間の接着力を増加させる。
引き続いて、図９Ｄに示すように、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂ及び疎水性の接着膜５１２ｂが形成されたバッファ膜５１２の全面に有機物質を塗布した後、パターニングして有機半導体層５１６を形成する。
有機半導体層５１６は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン、ポリチオフェンなどの有機物質によって形成する。
このとき、モールド５１３の接触によって形成された疎水性の接着膜５１２ｂ上に有機半導体層５１６が形成されることで、チャネル領域として定義される有機半導体層のグレインサイズが増加し、チャージトラップサイトとして作用するグレインバウンダリが減少するので、有機半導体層５１６の電気的特性が向上する。
引き続いて、有機半導体層５１６上に無機絶縁物質を蒸着するか、または、有機絶縁物質を塗布してゲート絶縁膜５１８を形成する。
ゲート絶縁膜５１８は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物などの無機絶縁物質によって形成するか、または、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成する。ただし、以後に形成される有機半導体層との接触特性のために、無機絶縁物質より有機絶縁物質を用いてゲート絶縁膜５１８を形成することが好ましい。
ゲート絶縁膜５１８上に金属を蒸着した後、フォトエッチング技術でパターニングし、ソース／ドレーン電極５１４ａ，５１４ｂとオーバーラップされるようにゲート電極５２０を形成することで、有機薄膜トランジスタが完成する。
ゲート電極５２０は、クロム、銅、モリブデン、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン系列などの金属物質のうち少なくとも一つまたはそれ以上からなる。
また、第４実施形態による有機薄膜トランジスタを含む液晶表示素子は、図１０に示すように、有機薄膜トランジスタが形成された基板５１０上に、ＢＣＢ、アクリル系物質、ポリイミドなどの有機絶縁物質によって形成された保護膜５２２と、コンタクトホール５１９を通してドレーン電極５１４ｂに連結されるように、保護膜５２２の画素領域にＩＴＯまたはＩＺＯによって形成される画素電極５２４とがさらに備わる。そして、下部基板５１０に対向して合着された上部基板５３２には、画素領域を除いた部分で光を遮光するブラックマトリックス５３０と、色相を実現するためのカラーフィルター層５２８と、画素を駆動するための共通電極５２６とが備わる。これら上部基板５３２と下部基板５１０とが所定空間を有して合着され、それらの間に液晶層５３１が形成される。
また、上記のような第４実施形態による有機薄膜トランジスタが形成された有機発光電界素子（図示せず）において、前記有機薄膜トランジスタが形成された基板４１０と対向して合着された上部基板には、第１電極と、第２電極と、これら第１電極と第２電極との間の有機発光層とを有する有機発光ダイオードが形成される。
以上説明した本発明は、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、多様な置換、変形及び変更が可能であることは、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明らかである。
１１０ 基板
１１２ ゲート電極
１１４ ゲート絶縁膜
１１４ａ，１１４ｂ 接着層
１１２ ゲート電極
１１４ ゲート絶縁膜
１１４ａ，１１４ｂ 接着層
Claims (5)
- 基板上にゲート電極を形成する段階と、
前記ゲート電極を含む基板の全面に有機絶縁物質のゲート絶縁膜を形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、
前記第１接着層上にソース/ドレーン金属層を形成し、そのソース/ドレーン金属層上にパターニングされたフォトレジストを形成し、前記パターニングされたフォトレジストをマスクで利用して前記ソース/ドレーン金属層をパターニングして、ソース／ドレーン電極を形成する段階と、
前記パターニングされたフォトレジストを残した状態で、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にＯ２とＣＦ４との混合ガスを利用してプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成した後、前記パターニングされたフォトレジストを除去する段階と、
前記第２接着層が含まれたゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する段階と、
を含み、
前記疎水性の第２接着層は、前記親水性の第１接着層より前記有機半導体層の グレインサイズを増加させてグレインバウンダリを減少させることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 基板上に有機絶縁物質のバッファ膜を形成する段階と
前記バッファ膜上にプラズマ処理工程を行い、親水性の第１接着層を形成する段階と、
前記第１接着層上にソース/ドレーン金属層を形成し、そのソース/ドレーン金属層上にパターニングされたフォトレジストを形成し、前記パターニングされたフォトレジストをマスクで利用して前記ソース/ドレーン金属層をパターニングして、ソース／ドレーン電極を形成する段階と、
前記パターニングされたフォトレジストを残した状態で、前記ソース／ドレーン電極の間の前記第１接着層にＯ２とＣＦ４との混合ガスを利用してプラズマ再処理工程を行い、疎水性の第２接着層を形成した後、前記パターニングされたフォトレジストを除去する段階と、
前記第２接着層が形成されたバッファ膜上に有機半導体層及びゲート絶縁膜を順次形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、
を含み、
前記疎水性の第２接着層は、前記親水性の第１接着層より前記有機半導体層の グレインサイズを増加させてグレインバウンダリを減少させることを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記第１接着層を形成するプラズマ処理工程は、Ｏ２、Ｈ２、Ｈｅ、Ｈ２、ＳＦ６及びＣＦ４のうち何れか一つのガスまたはこれらの混合ガスを用いて行うことを特徴とする請求項１及び２うち何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記有機半導体層は、ＬＣＰＢＣ、ペンタセン及びポリチオフェンのうち何れか一つを用いることによって形成されることを特徴とする請求項１ないし３うち何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ソース／ドレーン電極は、金属無機物質を用いることによって形成されることを特徴とする請求項１ないし４うち何れか一つに記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
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