有機半導体デバイスの製造方法および薄膜トランジスタの製造方法
【課題】有機半導体層の上で導電層を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることが可能な薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】有機半導体層４の上に、開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５を形成したのち、その絶縁性保護層５（開口部５Ａ，５Ｂを含む）を覆うように、電極層６を形成する。こののち、絶縁性保護層５の形成領域（開口部５Ａ，５Ｂを除く）における電極層６にレーザＬを照射し、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去してソース電極およびドレイン電極を形成する。
【解決手段】有機半導体層４の上に、開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５を形成したのち、その絶縁性保護層５（開口部５Ａ，５Ｂを含む）を覆うように、電極層６を形成する。こののち、絶縁性保護層５の形成領域（開口部５Ａ，５Ｂを除く）における電極層６にレーザＬを照射し、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去してソース電極およびドレイン電極を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層の上で導電層をパターニングする有機半導体デバイスの製造方法およびそれを用いた薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多様なデバイス分野において、有機半導体材料が用いられている。このように有機半導体材料を用いたデバイスとしては、太陽電池または有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイなどが挙げられる。
【０００３】
一方、最近のデバイスでは、これまで用いてきた無機半導体材料を有機半導体材料に変更する検討もなされている。このようなデバイスとしては、チャネル層として有機半導体層を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が挙げられ、有機ＴＦＴと呼ばれている。有機ＴＦＴでは、チャネル層を塗布形成できるため、低コスト化を図ることができる。また、蒸着法などよりも低い温度でチャネル層を形成できるため、低耐熱性かつフレキシブルなプラスチックフィルムなどに有機ＴＦＴを実装できる。
【０００４】
有機ＴＦＴは、有機半導体層と共に、それに接続されたソース電極およびドレイン電極などを備えている。有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との位置関係については２種類の型があり、中でも、ソース電極およびドレイン電極が有機半導体層の上に重なるように配置されたトップコンタクト型が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トップコンタクト型の有機ＴＦＴの製造工程では、ソース電極およびドレイン電極を形成するために、有機半導体層の上に電極層を形成したのち、その電極層を選択的にエッチング（パターニング）している。
【０００７】
しかしながら、電極層だけでなく有機半導体層までエッチングされやすいため、その有機半導体層が薄くなると共にダメージを受ける可能性がある。しかも、エッチング工程に長時間を要すると共に、エッチング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用しなければならない。
【０００８】
このような問題は、有機ＴＦＴの製造工程に限らず、太陽電池または有機ＥＬディスプレイなどの有機半導体デバイスの製造工程において共通して生じ得る。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、有機半導体層の上で導電層を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることが可能な有機半導体デバイスの製造方法および薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体層の上に開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、絶縁層保護層（開口部を含む）を覆うように導電層を形成する工程と、絶縁性保護層の形成領域（開口部を除く）における導電層をレーザアブレーションにより除去する工程とを含むようにしたものである。また、本発明の第１の薄膜トランジスタの製造方法は、導電層として電極層を形成すると共に、その導電層をレーザアブレーションにより除去してソース電極およびドレイン電極を形成するようにしたものである。
【００１１】
本発明の第２の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体層の上に電圧印加時の抵抗が有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、導電性保護層の上に導電層を形成する工程と、導電層をレーザアブレーションにより選択的に除去する工程とを含むようにしたものである。また、本発明の第２の薄膜トランジスタの製造方法は、導電層として電極層を形成すると共に、その導電層をレーザアブレーションにより除去してソース電極およびドレイン電極を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の有機半導体デバイスの製造方法または薄膜トランジスタの製造方法によれば、レーザの照射領域において有機半導体層と導電層との間に絶縁性保護層または導電性保護層が介在しているため、導電層のパターニング時においてレーザが有機半導体層まで到達しにくくなる。しかも、導電層をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、エッチング法を用いた場合よりも短時間で導電層がパターニングされると共に、パターニング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用する必要がない。よって、有機半導体層の上で導電層を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における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ある。
【図２】図１に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】比較例の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ある。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態における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ある。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、以下の通りである。
１．第１実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の製造方法
２．第２実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の他の製造方法
【００１５】
＜１．第１実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の製造方法＞
［薄膜トランジスタの製造方法］
図１〜図３は、本実施形態における薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、いずれも薄膜トランジスタの断面構成を表している。この薄膜トランジスタの製造方法は、本発明の有機半導体デバイスの製造方法が適用される一例である。
【００１６】
ここで説明する薄膜トランジスタは、チャネル層として有機半導体層４を備えた有機ＴＦＴである。この有機ＴＦＴは、例えば、ソース電極７およびドレイン電極８が有機半導体層４の上に配置されていると共にゲート電極２が有機半導体層４の下に配置されているトップコンタクト・ボトムゲート型である。
【００１７】
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図１に示したように、基体１の一面にゲート電極２をパターン形成する。この場合には、例えば、基体１の表面を覆うように金属材料層（図示せず）を形成したのち、その金属材料層をパターニングする。
【００１８】
基体１は、例えば、ガラス、プラスチック材料または金属材料などの基板でもよいし、プラスチック材料または金属材料などのフィルムでもよい。プラスチック材料は、例えば、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、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）またはポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。金属材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレスなどである。
【００１９】
ゲート電極２（金属材料層）の形成材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル、それらの化合物、またはそれらの合金などである。金属材料層の形成方法は、例えば、スパッタリング法、蒸着法または化学気相成長（ＣＶＤ）法などの気相成長法である。金属材料層のパターニング方法は、例えば、エッチング法などであり、そのエッチング法は、イオンミリング法または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法でもよいし、ウェットエッチング法でもよい。なお、金属材料層をパターニングする場合には、フォトリソグラフィ法または紫外線描画法などを併用してもよい。この場合には、例えば、金属材料層の表面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ法などを用いてフォトレジスト膜をパターニングしたのち、そのフォトレジスト膜をマスクとして金属材料層をエッチングする。ただし、フォトレジスト膜に代えて金属膜などをマスクとして用いてもよい。
【００２０】
続いて、ゲート電極２およびその周辺の基体１を覆うようにゲート絶縁層３を形成する。
【００２１】
ゲート絶縁層３の形成材料は、例えば、無機絶縁性材料または有機絶縁性高分子材料などである。無機絶縁性材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などである。有機絶縁性高分子材料は、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミドまたはフッ素樹脂などである。ゲート絶縁層３の形成方法は、例えば、ゲート電極１（金属材料層）の形成方法と同様である。
【００２２】
続いて、ゲート絶縁層３の表面を覆うように有機半導体層４を形成する。
【００２３】
有機半導体層４の形成材料は、例えば、以下の有機半導体材料などである。（１）ポリピロールおよびその誘導体、（２）ポリチオフェンおよびその誘導体、（３）ポリイソチアナフテンなどのイソチアナフテン類、（４）ポリチェニレンビニレンなどのチェニレンビニレン類、（５）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、（６）ポリアニリンおよびその誘導体、（７）ポリアセチレン類、（８）ポリジアセチレン類、（９）ポリアズレン類、または（１０）ポリピレン類である。（１１）ポリカルバゾール類、（１２）ポリセレノフェン類、（１３）ポリフラン類、（１４）ポリ（ｐ−フェニレン）類、（１５）ポリインドール類、（１６）ポリピリダジン類、（１７）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、クオテリレンまたはサーカムアントラセンなどのアセン類、（１８）アセン類のうちの炭素の一部が窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）または酸素（Ｏ）などの原子、あるいはカルボニル基などの官能基により置換された誘導体、例えば、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジンまたはヘキサセン−６，１５−キノンなど、（１９）ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィドまたはポリビニレンスルフィドなどの高分子材料および多環縮合体、または（２０）これらの高分子材料と同じ繰り返し単位を有するオリゴマー類である。（２１）金属フタロシアニン類、（２２）テトラチアフルバレンおよびその誘導体、（２３）テトラチアペンタレンおよびその誘導体、（２４）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共に、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）および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、（２５）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、（２６）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に代表される縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、（２７）Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78またはＣ84などのフラーレン類、（２８）単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）などのカーボンナノチューブ、（２９）メロシアニン色素類またはヘミシアニン色素類などの色素である。
【００２４】
有機半導体層４の形成方法は、例えば、（１）抵抗加熱蒸着法、スパッタリング、蒸着法またはＣＶＤ法などの気相成長法、（２）スピンコート法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ロッドコータ法、ナイフコータ法、スクイズコータ法、リバースロールコータ法、トランスファーロールコータ法、グラビアコータ法、キスコータ法、キャストコータ法、スプレーコータ法、スリットオリフィスコータ法、カレンダーコータ法または浸漬法などの塗布法である。これらの形成方法は、有機半導体層４の形成材料に応じて適宜選択可能である。
【００２５】
有機半導体層４の厚さは、後工程（レーザアブレーション：図２および図３）において用いられるレーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。レーザＬが意図せずに有機半導体層４まで到達したとしても、その有機半導体層４が厚さ方向の全ての範囲においてダメージを受けることが防止されるからである。
【００２６】
続いて、有機半導体層４の上に、開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５をパターン形成する。この場合には、例えば、有機半導体層４の表面を覆うように絶縁層（図示せず）を形成したのち、その絶縁層をパターニングする。
【００２７】
絶縁性保護層５は、後工程（レーザアブレーション）において有機半導体層４を保護するために、レーザＬに対する障壁として機能するものである。また、開口部５Ａ，５Ｂは、それぞれ後工程（図３）においてソース電極７およびドレイン電極８を形成するために設けられた接続用の空間である。
【００２８】
この絶縁層保護層５（絶縁層）は、レーザＬの照射により有機半導体層４がダメージを受けることを防止するために、いわゆるレーザ耐性を有している。このレーザ耐性とは、レーザＬを遮断して有機半導体層４まで到達させず、または、有機半導体層４に到達するレーザＬの光量を減少させることができる性質である。この場合には、絶縁性保護層５がレーザ耐性を発揮するためにレーザＬを反射または吸収してもよいし、反射および吸収してもよい。中でも、絶縁性保護層５は、レーザＬを吸収する性質を有しており、その絶縁性保護層５の吸収波長範囲は、レーザＬの波長を含む範囲であることが好ましい。絶縁性保護層５がレーザＬを吸収しやすくなるため、そのレーザＬが有機半導体層４までほとんど到達しなくなるからである。なお、絶縁性保護層５は、レーザ耐性により有機半導体層４を保護できれば、自らはレーザＬによりダメージを受けてもよい。絶縁性保護層５は完成後の有機ＴＦＴに残ることになるが、それ自身がレーザＬによりダメージを受けているか否かは有機ＴＦＴの性能に何ら影響を及ぼさないからである。
【００２９】
絶縁性保護層５の厚さは、レーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。レーザＬが絶縁性保護層５を通過しにくくなるからである。
【００３０】
絶縁性保護層５の形成材料は、上記したレーザ耐性を発揮できる材料であれば特に限定されないが、中でも、高分子材料であることが好ましく、特に、有機半導体層４の形成材料の分子量よりも大きな分子量を有する材料であることがより好ましい。低分子材料はレーザＬにより分解等されやすいが、高分子材料は分解等されにくいからである。高分子材料は、例えば、フッ素樹脂、ポリパラキシリレンまたはポリチオフェンなどである。なお、高分子材料とは、例えば、分子量が１００００〜数十万である材料であると共に、低分子材料とは、例えば、分子量が１０００未満である材料である。
【００３１】
絶縁性保護層５の形成方法は、例えば、その形成材料が溶媒に溶解された溶液を用いる塗布法または印刷法などでもよいことを除き、ゲート電極１（金属材料層）の形成方法と同様である。また、絶縁層のパターニング方法は、例えば、金属材料層のパターニング方法と同様である。
【００３２】
中でも、絶縁性保護層５の形成方法は、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法であることが好ましい。
【００３３】
具体的には、例えば、有機半導体層４の形成材料としてペンタセン、絶縁性保護層５の形成材料としてフッ素樹脂をそれぞれ用いる場合には、フッ素系の溶媒にフッ素樹脂が溶解された溶液を用いる塗布法などが好ましい。フッ素系の溶媒は、例えば、炭素骨格における少なくとも一部の水素がフッ素により置換されたアルコールまたはケトンなどである。この場合には、有機半導体層４によりダメージを及ぼしにくくするために、有機半導体層４に対して直交系の溶媒を用いることが好ましい。この直交系の溶媒とは、絶縁性保護層５（フッ素樹脂）を十分に溶解できるのに対して有機半導体層４（ペンタセン）をほとんど溶解しないような性質を有する溶媒である。「十分に溶解できる」とは、塗布法などを用いることができる程度まで溶媒中に分散可能であることを意味すると共に、「ほとんど溶解しない」とは、電気導電性などが極端に低下する程度まで溶媒により溶解されないことを意味する。
【００３４】
また、例えば、有機半導体層４の形成材料としてペンタセン、絶縁性保護層５の形成材料としてポリパラキシリレンをそれぞれ用いる場合には、ＣＶＤ法などの気相成長法が好ましい。
【００３５】
続いて、絶縁性保護層５（開口部５Ａ，５Ｂを含む）を覆うように、導電層である電極層６を形成する。この電極層６は、ソース電極７およびドレイン電極８を形成するための準備層である。
【００３６】
電極層６の形成材料は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルビジウム（Ｒｂ）、それらの化合物、またはそれらの合金などである。この他、ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）またはテトラチアフルバレン−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＴＦ−ＴＣＮＱ）などの有機高分子材料でもよい。
【００３７】
電極層６の形成方法は、例えば、（１）抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法などの気相成長法、（２）金属ナノ粒子溶液、有機金属溶液、金属錯体溶液または導電性高分子溶液などのインクを用いたスピンコート法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ロッドコータ法、ナイフコータ法、スクイズコータ法、リバースロールコータ法、トランスファーロールコータ法、グラビアコータ法、キスコータ法、キャストコータ法、スプレーコータ法、スリットオリフィスコータ法、カレンダーコータ法または浸漬法などの塗布法である。これらの形成方法は、電極層６の形成材料に応じて適宜選択可能である。中でも、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法であることが好ましい。
【００３８】
最後に、図２に示したように、絶縁性保護層５の形成領域（開口部５Ａ，５Ｂを除く）における電極層６にレーザＬを照射して、その領域における電極層６をレーザアブレーションにより除去する。
【００３９】
レーザＬの種類は、特に限定されないが、例えば、赤外線（ＩＲ）レーザ、グリーンレーザまたは紫外線（ＵＶ）レーザなどである。この他、レーザＬの波長および強度などの条件は、任意に設定可能であるが、その波長は、電極層６のパターニング精度以下（例えば５μｍ以下）であることが好ましい。
【００４０】
中でも、レーザＬの種類は、上記したようにレーザＬの波長が絶縁性保護層５の吸収波長範囲に含まれるようにするために、その絶縁性保護層５の形成材料に応じて選択されることが好ましい。例えば、共有環を含む有機高分子材料を用いる場合には、その吸収波長ピークが一般的に２５０ｎｍ〜３００ｎｍであるため、ＹＡＧレーザの４倍波（波長＝２６６ｎｍ）、Ａｒ−Ｆレーザ（波長＝１９３ｎｍ）またはＫｒ−Ｆレーザ（波長＝２４８ｎｍ）などを用いることが好ましい。
【００４１】
なお、絶縁性保護層５の吸収波長範囲は、例えば、高分子材料の主鎖または側鎖にシアン化合物、スチリル化合物、ポルフィリン化合物またはアゾ化合物などを修飾（導入）することで調整可能である。この方法によれば、絶縁性保護層５の吸収波長範囲を制御可能であるため、レーザＬとの最適な組み合わせを実現できる。例えば、ＹＡＧレーザの３倍波（波長＝３５５ｎｍ）を用いたい場合には、アゾ化合物により修飾されたポリチオフェンを用いれば、その吸収波長範囲をレーザＬの波長に対応させることができる。
【００４２】
このレーザアブレーションにより電極層６がパターニングされるため、図３に示したように、互いに離間されると共にそれぞれ有機半導体層４に接続されたソース電極７およびドレイン電極８が形成される。これにより、有機ＴＦＴが完成する。
【００４３】
［薄膜トランジスタの製造方法に関する作用および効果］
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、有機半導体層４の上に開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５および電極層６をこの順に形成したのち、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去している。よって、以下の理由により、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることができる。
【００４４】
図４〜図６は、比較例の薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、それぞれ図１〜図３に対応している。この比較例では、図４に示したように、有機半導体層４の上に電極層６を形成したのち、図５および図６に示したように、電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去してソース電極７およびドレイン電極８を形成している。
【００４５】
なお、図３および図６において網掛けを付した部分Ｄは、レーザアブレーションによりダメージを受けた有機半導体層４または絶縁性保護層５の一部を表している。
【００４６】
比較例では、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に何も介在していないため、その電極層６のパターニング時においてレーザＬが有機半導体層４まで到達しやすくなる。この場合には、図６に示したように、有機半導体層４の一部（部分Ｄ）がレーザＬによりダメージを受けるため、ソース電極７から有機半導体層４を経由してドレイン電極８に至る電流経路Ｃが途中で途切れてしまう。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に絶縁性保護層５が介在しているため、電極層６のパターニング時においてレーザＬが有機半導体層４まで到達しにくくなる。この場合には、図３に示したように、絶縁性保護層５の一部（部分Ｄ）はレーザＬによりダメージを受けるが、有機半導体層４はレーザＬによるダメージを受けないため、ソース電極７から有機半導体層４を経由してドレイン電極８に至る電流経路Ｃが確保される。
【００４８】
しかも、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、エッチング法を用いた場合よりも短時間で電極層６がパターニングされると共に、パターニング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用する必要がない。
【００４９】
これらのことから、本実施形態では、電極層６のパターニングが短時間で済むと共に簡単になるため、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすることができる。また、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いても電流経路Ｃが確保されるため、安定な性能を得ることもできる。
【００５０】
特に、レーザアブレーションでは、パターニング可能な材料の種類が限定されない。よって、電極層６の形成材料として、エッチング法ではパターニングすることが困難である白金（Ｐｔ）または酸化アルミニウム（Ａ2 Ｏ3 ）などを用いても、迅速かつ容易にパターニングすることができる。このため、電極層６の形成材料を選択できる範囲が広がることになる。
【００５１】
＜２．第２実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の他の製造方法＞
［薄膜トランジスタの製造方法］
図７〜図９は、本実施形態における薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、それぞれ図１〜図３に対応している。この薄膜トランジスタの製造方法は、本発明の有機デバイスの他の製造方法が適用される一例である。
【００５２】
ここで説明する薄膜トランジスタは、例えば、第１実施形態と同様にトップコンタクト・ボトムゲート型の有機ＴＦＴである。以下では、第１実施形態で既に説明した構成要素および工程に関する詳細な説明を随時省略する。
【００５３】
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図７に示したように、基体１の一面にゲート電極２、ゲート絶縁層３および有機半導体層４をこの順に形成する。続いて、有機半導体層４の表面を覆うように導電性保護層９を形成したのち、その導電性保護層９の上に電極層６を形成する。
【００５４】
導電性保護層９は、後工程（レーザアブレーション：図８および図９）において有機半導体層４を保護すると共に、その有機半導体層４とソース電極７およびドレイン電極８との間における補助的な電流経路として機能するものである。
【００５５】
この導電性保護層９は、第１実施形態で説明したレーザ耐性と共に、高抵抗性を有している。この高抵抗性とは、電圧印加時（ゲート電極１に電圧が印加された際）の抵抗が有機半導体層４の電圧印加時の抵抗よりも高くなる性質である。これにより、完成後の有機ＴＦＴにおいて、電流は、有機半導体層４の上に導電性保護層９が存在していても、補助的な電流経路である高抵抗の導電性保護層９ではなく、主要な電流経路である低抵抗の有機半導体層４を優先的に流れることになる。
【００５６】
導電性保護層９の形成材料は、上記したレーザ耐性および高抵抗性を発揮できる材料であれば特に限定されないが、中でも、有機半導体層４への電子注入効率が高い材料が好ましい。この場合には、例えば、有機半導体層４と導電性保護層９とのショットキーバリアが０．３ｅＶ以下になると共に、導電性保護層９の横方向（層の広がり方向に沿った方向）の導電性（電流値）が有機ＴＦＴの駆動電流（図９に示した電流経路Ｃを流れる電流値）よりも十分に小さくなること（例えば１０-5倍以下）が好ましい。
【００５７】
具体的には、導電性保護層９の形成材料は、例えば、半導体高分子材料または半導体低分子材料などである。半導体高分子材料は、例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリピロールまたはそれらの誘導体などである。半導体低分子材料は、例えば、銅フタロシアニンなどである。なお、高分子材料および低分子材料の定義は、第１実施形態と同様である。中でも、第１実施形態の絶縁性保護層５と同様の理由により、導電性保護層９の形成材料としては、高分子材料（半導体高分子材料）が好ましいと共に、特に、有機半導体層４の形成材料の分子量よりも大きな分子量を有する材料がより好ましい。
【００５８】
有機半導体層４の形成材料と導電性保護層９の形成材料との組み合わせとしては、例えば、以下の組み合わせが挙げられる。ペンタセンなどの低分子材料と、銅フタロシアニンなどの低分子材料との組み合わせである。また、ペンタセンなどの低分子材料と、ポリ−３−ヘキシルチオフェン誘導体またはポリピロール誘導体などの高分子材料との組み合わせである。
【００５９】
導電性保護層９の形成方法は、例えば、第１実施形態で説明した絶縁層保護層５と同様であり、中でも、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法が好ましい。なお、導電性保護層９の厚さは、絶縁性保護層５と同様の理由により、レーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。導電性保護層９の形成材料として低分子材料を用いる場合には、その導電性保護層９はレーザ耐性を補うために比較的厚いことが好ましい。
【００６０】
最後に、図８に示したように、電極層６にレーザＬを照射して、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去（パターニング）する。レーザＬの種類は、第１実施形態で説明したように、その波長が導電性保護層９の吸収波長範囲に含まれるようにするために、その導電性保護層９の形成材料に応じて選択されることが好ましい。例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェンを用いる場合には、その吸収波長ピークが５００ｎｍ〜５５０ｎｍであるため、ＹＡＧレーザの２倍波（波長＝５３２ｎｍ）などを用いることが好ましい。
【００６１】
これにより、図９に示したように、ソース電極７およびドレイン電極８が形成されるため、有機ＴＦＴが完成する。
【００６２】
［薄膜トランジスタの製造方法に関する作用および効果］
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、有機半導体層４の上に導電性保護層９および電極層６をこの順に形成したのち、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去している。
【００６３】
この場合には、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に導電性保護層９が介在しているため、第１実施形態の絶縁性保護層５と同様の理由により、電流経路Ｃが確保される。すなわち、図９に示したように、導電性保護層９の一部（部分Ｄ）はレーザＬによりダメージを受けるが、有機半導体層４はレーザＬによるダメージを受けない。
【００６４】
また、導電性保護層９の電圧印加時の抵抗は有機半導体層４の電圧印加時の抵抗よりも高いため、有機ＴＦＴの駆動時において電流は導電性保護層９よりも有機半導体層４を優先的に流れやすくなる。このように電流が有機半導体層４を優先的に流れやすい傾向は、導電性保護層９の中にレーザＬによりダメージを受けていない部分が残存していても、同様に得られる。このため、やはり電流経路Ｃが確保される。
【００６５】
しかも、第１実施形態と同様に、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、電極層６が短時間でパターニングされると共に、フォトリソグラフィ法などが不要である。
【００６６】
よって、第１実施形態と同様に、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすることができると共に、安定な性能を得ることもできる。
【００６７】
以上、いくつかの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は各実施形態で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、薄膜トランジスタの製造方法に限らず、他のデバイスの製造方法に適用されてもよい。このような他のデバイスとしては、例えば、太陽電池または有機ＥＬディスプレイなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００６８】
１…基体、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁層、４…有機半導体層、５…絶縁性保護層、５Ａ，５Ｂ…開口部、６…電極層、７…ソース電極、８…ドレイン電極、９…導電性保護層、Ｃ…電流経路、Ｌ…レーザ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層の上で導電層をパターニングする有機半導体デバイスの製造方法およびそれを用いた薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多様なデバイス分野において、有機半導体材料が用いられている。このように有機半導体材料を用いたデバイスとしては、太陽電池または有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ディスプレイなどが挙げられる。
【０００３】
一方、最近のデバイスでは、これまで用いてきた無機半導体材料を有機半導体材料に変更する検討もなされている。このようなデバイスとしては、チャネル層として有機半導体層を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が挙げられ、有機ＴＦＴと呼ばれている。有機ＴＦＴでは、チャネル層を塗布形成できるため、低コスト化を図ることができる。また、蒸着法などよりも低い温度でチャネル層を形成できるため、低耐熱性かつフレキシブルなプラスチックフィルムなどに有機ＴＦＴを実装できる。
【０００４】
有機ＴＦＴは、有機半導体層と共に、それに接続されたソース電極およびドレイン電極などを備えている。有機半導体層とソース電極およびドレイン電極との位置関係については２種類の型があり、中でも、ソース電極およびドレイン電極が有機半導体層の上に重なるように配置されたトップコンタクト型が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０８５２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トップコンタクト型の有機ＴＦＴの製造工程では、ソース電極およびドレイン電極を形成するために、有機半導体層の上に電極層を形成したのち、その電極層を選択的にエッチング（パターニング）している。
【０００７】
しかしながら、電極層だけでなく有機半導体層までエッチングされやすいため、その有機半導体層が薄くなると共にダメージを受ける可能性がある。しかも、エッチング工程に長時間を要すると共に、エッチング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用しなければならない。
【０００８】
このような問題は、有機ＴＦＴの製造工程に限らず、太陽電池または有機ＥＬディスプレイなどの有機半導体デバイスの製造工程において共通して生じ得る。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、有機半導体層の上で導電層を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることが可能な有機半導体デバイスの製造方法および薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体層の上に開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、絶縁層保護層（開口部を含む）を覆うように導電層を形成する工程と、絶縁性保護層の形成領域（開口部を除く）における導電層をレーザアブレーションにより除去する工程とを含むようにしたものである。また、本発明の第１の薄膜トランジスタの製造方法は、導電層として電極層を形成すると共に、その導電層をレーザアブレーションにより除去してソース電極およびドレイン電極を形成するようにしたものである。
【００１１】
本発明の第２の有機半導体デバイスの製造方法は、有機半導体層の上に電圧印加時の抵抗が有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、導電性保護層の上に導電層を形成する工程と、導電層をレーザアブレーションにより選択的に除去する工程とを含むようにしたものである。また、本発明の第２の薄膜トランジスタの製造方法は、導電層として電極層を形成すると共に、その導電層をレーザアブレーションにより除去してソース電極およびドレイン電極を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の有機半導体デバイスの製造方法または薄膜トランジスタの製造方法によれば、レーザの照射領域において有機半導体層と導電層との間に絶縁性保護層または導電性保護層が介在しているため、導電層のパターニング時においてレーザが有機半導体層まで到達しにくくなる。しかも、導電層をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、エッチング法を用いた場合よりも短時間で導電層がパターニングされると共に、パターニング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用する必要がない。よって、有機半導体層の上で導電層を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における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ある。
【図２】図１に続く工程を説明するための断面図である。
【図３】図２に続く工程を説明するための断面図である。
【図４】比較例の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ある。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態における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ある。
【図８】図７に続く工程を説明するための断面図である。
【図９】図８に続く工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、以下の通りである。
１．第１実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の製造方法
２．第２実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の他の製造方法
【００１５】
＜１．第１実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の製造方法＞
［薄膜トランジスタの製造方法］
図１〜図３は、本実施形態における薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、いずれも薄膜トランジスタの断面構成を表している。この薄膜トランジスタの製造方法は、本発明の有機半導体デバイスの製造方法が適用される一例である。
【００１６】
ここで説明する薄膜トランジスタは、チャネル層として有機半導体層４を備えた有機ＴＦＴである。この有機ＴＦＴは、例えば、ソース電極７およびドレイン電極８が有機半導体層４の上に配置されていると共にゲート電極２が有機半導体層４の下に配置されているトップコンタクト・ボトムゲート型である。
【００１７】
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図１に示したように、基体１の一面にゲート電極２をパターン形成する。この場合には、例えば、基体１の表面を覆うように金属材料層（図示せず）を形成したのち、その金属材料層をパターニングする。
【００１８】
基体１は、例えば、ガラス、プラスチック材料または金属材料などの基板でもよいし、プラスチック材料または金属材料などのフィルムでもよい。プラスチック材料は、例えば、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、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）またはポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。金属材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレスなどである。
【００１９】
ゲート電極２（金属材料層）の形成材料は、例えば、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル、それらの化合物、またはそれらの合金などである。金属材料層の形成方法は、例えば、スパッタリング法、蒸着法または化学気相成長（ＣＶＤ）法などの気相成長法である。金属材料層のパターニング方法は、例えば、エッチング法などであり、そのエッチング法は、イオンミリング法または反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法でもよいし、ウェットエッチング法でもよい。なお、金属材料層をパターニングする場合には、フォトリソグラフィ法または紫外線描画法などを併用してもよい。この場合には、例えば、金属材料層の表面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ法などを用いてフォトレジスト膜をパターニングしたのち、そのフォトレジスト膜をマスクとして金属材料層をエッチングする。ただし、フォトレジスト膜に代えて金属膜などをマスクとして用いてもよい。
【００２０】
続いて、ゲート電極２およびその周辺の基体１を覆うようにゲート絶縁層３を形成する。
【００２１】
ゲート絶縁層３の形成材料は、例えば、無機絶縁性材料または有機絶縁性高分子材料などである。無機絶縁性材料は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）または窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などである。有機絶縁性高分子材料は、例えば、ポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミドまたはフッ素樹脂などである。ゲート絶縁層３の形成方法は、例えば、ゲート電極１（金属材料層）の形成方法と同様である。
【００２２】
続いて、ゲート絶縁層３の表面を覆うように有機半導体層４を形成する。
【００２３】
有機半導体層４の形成材料は、例えば、以下の有機半導体材料などである。（１）ポリピロールおよびその誘導体、（２）ポリチオフェンおよびその誘導体、（３）ポリイソチアナフテンなどのイソチアナフテン類、（４）ポリチェニレンビニレンなどのチェニレンビニレン類、（５）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、（６）ポリアニリンおよびその誘導体、（７）ポリアセチレン類、（８）ポリジアセチレン類、（９）ポリアズレン類、または（１０）ポリピレン類である。（１１）ポリカルバゾール類、（１２）ポリセレノフェン類、（１３）ポリフラン類、（１４）ポリ（ｐ−フェニレン）類、（１５）ポリインドール類、（１６）ポリピリダジン類、（１７）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、クオテリレンまたはサーカムアントラセンなどのアセン類、（１８）アセン類のうちの炭素の一部が窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）または酸素（Ｏ）などの原子、あるいはカルボニル基などの官能基により置換された誘導体、例えば、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジンまたはヘキサセン−６，１５−キノンなど、（１９）ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィドまたはポリビニレンスルフィドなどの高分子材料および多環縮合体、または（２０）これらの高分子材料と同じ繰り返し単位を有するオリゴマー類である。（２１）金属フタロシアニン類、（２２）テトラチアフルバレンおよびその誘導体、（２３）テトラチアペンタレンおよびその誘導体、（２４）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共に、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）および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、（２５）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、（２６）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に代表される縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、（２７）Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78またはＣ84などのフラーレン類、（２８）単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）などのカーボンナノチューブ、（２９）メロシアニン色素類またはヘミシアニン色素類などの色素である。
【００２４】
有機半導体層４の形成方法は、例えば、（１）抵抗加熱蒸着法、スパッタリング、蒸着法またはＣＶＤ法などの気相成長法、（２）スピンコート法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ロッドコータ法、ナイフコータ法、スクイズコータ法、リバースロールコータ法、トランスファーロールコータ法、グラビアコータ法、キスコータ法、キャストコータ法、スプレーコータ法、スリットオリフィスコータ法、カレンダーコータ法または浸漬法などの塗布法である。これらの形成方法は、有機半導体層４の形成材料に応じて適宜選択可能である。
【００２５】
有機半導体層４の厚さは、後工程（レーザアブレーション：図２および図３）において用いられるレーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。レーザＬが意図せずに有機半導体層４まで到達したとしても、その有機半導体層４が厚さ方向の全ての範囲においてダメージを受けることが防止されるからである。
【００２６】
続いて、有機半導体層４の上に、開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５をパターン形成する。この場合には、例えば、有機半導体層４の表面を覆うように絶縁層（図示せず）を形成したのち、その絶縁層をパターニングする。
【００２７】
絶縁性保護層５は、後工程（レーザアブレーション）において有機半導体層４を保護するために、レーザＬに対する障壁として機能するものである。また、開口部５Ａ，５Ｂは、それぞれ後工程（図３）においてソース電極７およびドレイン電極８を形成するために設けられた接続用の空間である。
【００２８】
この絶縁層保護層５（絶縁層）は、レーザＬの照射により有機半導体層４がダメージを受けることを防止するために、いわゆるレーザ耐性を有している。このレーザ耐性とは、レーザＬを遮断して有機半導体層４まで到達させず、または、有機半導体層４に到達するレーザＬの光量を減少させることができる性質である。この場合には、絶縁性保護層５がレーザ耐性を発揮するためにレーザＬを反射または吸収してもよいし、反射および吸収してもよい。中でも、絶縁性保護層５は、レーザＬを吸収する性質を有しており、その絶縁性保護層５の吸収波長範囲は、レーザＬの波長を含む範囲であることが好ましい。絶縁性保護層５がレーザＬを吸収しやすくなるため、そのレーザＬが有機半導体層４までほとんど到達しなくなるからである。なお、絶縁性保護層５は、レーザ耐性により有機半導体層４を保護できれば、自らはレーザＬによりダメージを受けてもよい。絶縁性保護層５は完成後の有機ＴＦＴに残ることになるが、それ自身がレーザＬによりダメージを受けているか否かは有機ＴＦＴの性能に何ら影響を及ぼさないからである。
【００２９】
絶縁性保護層５の厚さは、レーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。レーザＬが絶縁性保護層５を通過しにくくなるからである。
【００３０】
絶縁性保護層５の形成材料は、上記したレーザ耐性を発揮できる材料であれば特に限定されないが、中でも、高分子材料であることが好ましく、特に、有機半導体層４の形成材料の分子量よりも大きな分子量を有する材料であることがより好ましい。低分子材料はレーザＬにより分解等されやすいが、高分子材料は分解等されにくいからである。高分子材料は、例えば、フッ素樹脂、ポリパラキシリレンまたはポリチオフェンなどである。なお、高分子材料とは、例えば、分子量が１００００〜数十万である材料であると共に、低分子材料とは、例えば、分子量が１０００未満である材料である。
【００３１】
絶縁性保護層５の形成方法は、例えば、その形成材料が溶媒に溶解された溶液を用いる塗布法または印刷法などでもよいことを除き、ゲート電極１（金属材料層）の形成方法と同様である。また、絶縁層のパターニング方法は、例えば、金属材料層のパターニング方法と同様である。
【００３２】
中でも、絶縁性保護層５の形成方法は、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法であることが好ましい。
【００３３】
具体的には、例えば、有機半導体層４の形成材料としてペンタセン、絶縁性保護層５の形成材料としてフッ素樹脂をそれぞれ用いる場合には、フッ素系の溶媒にフッ素樹脂が溶解された溶液を用いる塗布法などが好ましい。フッ素系の溶媒は、例えば、炭素骨格における少なくとも一部の水素がフッ素により置換されたアルコールまたはケトンなどである。この場合には、有機半導体層４によりダメージを及ぼしにくくするために、有機半導体層４に対して直交系の溶媒を用いることが好ましい。この直交系の溶媒とは、絶縁性保護層５（フッ素樹脂）を十分に溶解できるのに対して有機半導体層４（ペンタセン）をほとんど溶解しないような性質を有する溶媒である。「十分に溶解できる」とは、塗布法などを用いることができる程度まで溶媒中に分散可能であることを意味すると共に、「ほとんど溶解しない」とは、電気導電性などが極端に低下する程度まで溶媒により溶解されないことを意味する。
【００３４】
また、例えば、有機半導体層４の形成材料としてペンタセン、絶縁性保護層５の形成材料としてポリパラキシリレンをそれぞれ用いる場合には、ＣＶＤ法などの気相成長法が好ましい。
【００３５】
続いて、絶縁性保護層５（開口部５Ａ，５Ｂを含む）を覆うように、導電層である電極層６を形成する。この電極層６は、ソース電極７およびドレイン電極８を形成するための準備層である。
【００３６】
電極層６の形成材料は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルビジウム（Ｒｂ）、それらの化合物、またはそれらの合金などである。この他、ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）またはテトラチアフルバレン−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＴＦ−ＴＣＮＱ）などの有機高分子材料でもよい。
【００３７】
電極層６の形成方法は、例えば、（１）抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ法などの気相成長法、（２）金属ナノ粒子溶液、有機金属溶液、金属錯体溶液または導電性高分子溶液などのインクを用いたスピンコート法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ロッドコータ法、ナイフコータ法、スクイズコータ法、リバースロールコータ法、トランスファーロールコータ法、グラビアコータ法、キスコータ法、キャストコータ法、スプレーコータ法、スリットオリフィスコータ法、カレンダーコータ法または浸漬法などの塗布法である。これらの形成方法は、電極層６の形成材料に応じて適宜選択可能である。中でも、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法であることが好ましい。
【００３８】
最後に、図２に示したように、絶縁性保護層５の形成領域（開口部５Ａ，５Ｂを除く）における電極層６にレーザＬを照射して、その領域における電極層６をレーザアブレーションにより除去する。
【００３９】
レーザＬの種類は、特に限定されないが、例えば、赤外線（ＩＲ）レーザ、グリーンレーザまたは紫外線（ＵＶ）レーザなどである。この他、レーザＬの波長および強度などの条件は、任意に設定可能であるが、その波長は、電極層６のパターニング精度以下（例えば５μｍ以下）であることが好ましい。
【００４０】
中でも、レーザＬの種類は、上記したようにレーザＬの波長が絶縁性保護層５の吸収波長範囲に含まれるようにするために、その絶縁性保護層５の形成材料に応じて選択されることが好ましい。例えば、共有環を含む有機高分子材料を用いる場合には、その吸収波長ピークが一般的に２５０ｎｍ〜３００ｎｍであるため、ＹＡＧレーザの４倍波（波長＝２６６ｎｍ）、Ａｒ−Ｆレーザ（波長＝１９３ｎｍ）またはＫｒ−Ｆレーザ（波長＝２４８ｎｍ）などを用いることが好ましい。
【００４１】
なお、絶縁性保護層５の吸収波長範囲は、例えば、高分子材料の主鎖または側鎖にシアン化合物、スチリル化合物、ポルフィリン化合物またはアゾ化合物などを修飾（導入）することで調整可能である。この方法によれば、絶縁性保護層５の吸収波長範囲を制御可能であるため、レーザＬとの最適な組み合わせを実現できる。例えば、ＹＡＧレーザの３倍波（波長＝３５５ｎｍ）を用いたい場合には、アゾ化合物により修飾されたポリチオフェンを用いれば、その吸収波長範囲をレーザＬの波長に対応させることができる。
【００４２】
このレーザアブレーションにより電極層６がパターニングされるため、図３に示したように、互いに離間されると共にそれぞれ有機半導体層４に接続されたソース電極７およびドレイン電極８が形成される。これにより、有機ＴＦＴが完成する。
【００４３】
［薄膜トランジスタの製造方法に関する作用および効果］
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、有機半導体層４の上に開口部５Ａ，５Ｂを有する絶縁性保護層５および電極層６をこの順に形成したのち、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去している。よって、以下の理由により、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすると共に安定な性能を得ることができる。
【００４４】
図４〜図６は、比較例の薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、それぞれ図１〜図３に対応している。この比較例では、図４に示したように、有機半導体層４の上に電極層６を形成したのち、図５および図６に示したように、電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去してソース電極７およびドレイン電極８を形成している。
【００４５】
なお、図３および図６において網掛けを付した部分Ｄは、レーザアブレーションによりダメージを受けた有機半導体層４または絶縁性保護層５の一部を表している。
【００４６】
比較例では、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に何も介在していないため、その電極層６のパターニング時においてレーザＬが有機半導体層４まで到達しやすくなる。この場合には、図６に示したように、有機半導体層４の一部（部分Ｄ）がレーザＬによりダメージを受けるため、ソース電極７から有機半導体層４を経由してドレイン電極８に至る電流経路Ｃが途中で途切れてしまう。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に絶縁性保護層５が介在しているため、電極層６のパターニング時においてレーザＬが有機半導体層４まで到達しにくくなる。この場合には、図３に示したように、絶縁性保護層５の一部（部分Ｄ）はレーザＬによりダメージを受けるが、有機半導体層４はレーザＬによるダメージを受けないため、ソース電極７から有機半導体層４を経由してドレイン電極８に至る電流経路Ｃが確保される。
【００４８】
しかも、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、エッチング法を用いた場合よりも短時間で電極層６がパターニングされると共に、パターニング範囲を制御するためにフォトリソグラフィ法などを併用する必要がない。
【００４９】
これらのことから、本実施形態では、電極層６のパターニングが短時間で済むと共に簡単になるため、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすることができる。また、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いても電流経路Ｃが確保されるため、安定な性能を得ることもできる。
【００５０】
特に、レーザアブレーションでは、パターニング可能な材料の種類が限定されない。よって、電極層６の形成材料として、エッチング法ではパターニングすることが困難である白金（Ｐｔ）または酸化アルミニウム（Ａ2 Ｏ3 ）などを用いても、迅速かつ容易にパターニングすることができる。このため、電極層６の形成材料を選択できる範囲が広がることになる。
【００５１】
＜２．第２実施形態：有機半導体デバイス（薄膜トランジスタ）の他の製造方法＞
［薄膜トランジスタの製造方法］
図７〜図９は、本実施形態における薄膜トランジスタの製造方法を説明するためのものであり、それぞれ図１〜図３に対応している。この薄膜トランジスタの製造方法は、本発明の有機デバイスの他の製造方法が適用される一例である。
【００５２】
ここで説明する薄膜トランジスタは、例えば、第１実施形態と同様にトップコンタクト・ボトムゲート型の有機ＴＦＴである。以下では、第１実施形態で既に説明した構成要素および工程に関する詳細な説明を随時省略する。
【００５３】
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図７に示したように、基体１の一面にゲート電極２、ゲート絶縁層３および有機半導体層４をこの順に形成する。続いて、有機半導体層４の表面を覆うように導電性保護層９を形成したのち、その導電性保護層９の上に電極層６を形成する。
【００５４】
導電性保護層９は、後工程（レーザアブレーション：図８および図９）において有機半導体層４を保護すると共に、その有機半導体層４とソース電極７およびドレイン電極８との間における補助的な電流経路として機能するものである。
【００５５】
この導電性保護層９は、第１実施形態で説明したレーザ耐性と共に、高抵抗性を有している。この高抵抗性とは、電圧印加時（ゲート電極１に電圧が印加された際）の抵抗が有機半導体層４の電圧印加時の抵抗よりも高くなる性質である。これにより、完成後の有機ＴＦＴにおいて、電流は、有機半導体層４の上に導電性保護層９が存在していても、補助的な電流経路である高抵抗の導電性保護層９ではなく、主要な電流経路である低抵抗の有機半導体層４を優先的に流れることになる。
【００５６】
導電性保護層９の形成材料は、上記したレーザ耐性および高抵抗性を発揮できる材料であれば特に限定されないが、中でも、有機半導体層４への電子注入効率が高い材料が好ましい。この場合には、例えば、有機半導体層４と導電性保護層９とのショットキーバリアが０．３ｅＶ以下になると共に、導電性保護層９の横方向（層の広がり方向に沿った方向）の導電性（電流値）が有機ＴＦＴの駆動電流（図９に示した電流経路Ｃを流れる電流値）よりも十分に小さくなること（例えば１０-5倍以下）が好ましい。
【００５７】
具体的には、導電性保護層９の形成材料は、例えば、半導体高分子材料または半導体低分子材料などである。半導体高分子材料は、例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェン、ポリピロールまたはそれらの誘導体などである。半導体低分子材料は、例えば、銅フタロシアニンなどである。なお、高分子材料および低分子材料の定義は、第１実施形態と同様である。中でも、第１実施形態の絶縁性保護層５と同様の理由により、導電性保護層９の形成材料としては、高分子材料（半導体高分子材料）が好ましいと共に、特に、有機半導体層４の形成材料の分子量よりも大きな分子量を有する材料がより好ましい。
【００５８】
有機半導体層４の形成材料と導電性保護層９の形成材料との組み合わせとしては、例えば、以下の組み合わせが挙げられる。ペンタセンなどの低分子材料と、銅フタロシアニンなどの低分子材料との組み合わせである。また、ペンタセンなどの低分子材料と、ポリ−３−ヘキシルチオフェン誘導体またはポリピロール誘導体などの高分子材料との組み合わせである。
【００５９】
導電性保護層９の形成方法は、例えば、第１実施形態で説明した絶縁層保護層５と同様であり、中でも、有機半導体層４にダメージを及ぼしにくい方法が好ましい。なお、導電性保護層９の厚さは、絶縁性保護層５と同様の理由により、レーザＬの侵入深さ以上であることが好ましい。導電性保護層９の形成材料として低分子材料を用いる場合には、その導電性保護層９はレーザ耐性を補うために比較的厚いことが好ましい。
【００６０】
最後に、図８に示したように、電極層６にレーザＬを照射して、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去（パターニング）する。レーザＬの種類は、第１実施形態で説明したように、その波長が導電性保護層９の吸収波長範囲に含まれるようにするために、その導電性保護層９の形成材料に応じて選択されることが好ましい。例えば、ポリ−３−ヘキシルチオフェンを用いる場合には、その吸収波長ピークが５００ｎｍ〜５５０ｎｍであるため、ＹＡＧレーザの２倍波（波長＝５３２ｎｍ）などを用いることが好ましい。
【００６１】
これにより、図９に示したように、ソース電極７およびドレイン電極８が形成されるため、有機ＴＦＴが完成する。
【００６２】
［薄膜トランジスタの製造方法に関する作用および効果］
本実施形態の薄膜トランジスタの製造方法では、有機半導体層４の上に導電性保護層９および電極層６をこの順に形成したのち、その電極層６をレーザアブレーションにより選択的に除去している。
【００６３】
この場合には、レーザＬの照射領域において有機半導体層４と電極層６との間に導電性保護層９が介在しているため、第１実施形態の絶縁性保護層５と同様の理由により、電流経路Ｃが確保される。すなわち、図９に示したように、導電性保護層９の一部（部分Ｄ）はレーザＬによりダメージを受けるが、有機半導体層４はレーザＬによるダメージを受けない。
【００６４】
また、導電性保護層９の電圧印加時の抵抗は有機半導体層４の電圧印加時の抵抗よりも高いため、有機ＴＦＴの駆動時において電流は導電性保護層９よりも有機半導体層４を優先的に流れやすくなる。このように電流が有機半導体層４を優先的に流れやすい傾向は、導電性保護層９の中にレーザＬによりダメージを受けていない部分が残存していても、同様に得られる。このため、やはり電流経路Ｃが確保される。
【００６５】
しかも、第１実施形態と同様に、電極層６をパターニングするためにレーザアブレーションを用いているため、電極層６が短時間でパターニングされると共に、フォトリソグラフィ法などが不要である。
【００６６】
よって、第１実施形態と同様に、有機半導体層４の上で電極層６を迅速かつ容易にパターニングすることができると共に、安定な性能を得ることもできる。
【００６７】
以上、いくつかの実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は各実施形態で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、薄膜トランジスタの製造方法に限らず、他のデバイスの製造方法に適用されてもよい。このような他のデバイスとしては、例えば、太陽電池または有機ＥＬディスプレイなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００６８】
１…基体、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁層、４…有機半導体層、５…絶縁性保護層、５Ａ，５Ｂ…開口部、６…電極層、７…ソース電極、８…ドレイン電極、９…導電性保護層、Ｃ…電流経路、Ｌ…レーザ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層の上に、ソース電極およびドレイン電極の接続用の開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、
前記絶縁層保護層（前記開口部を含む）を覆うように、電極層を形成する工程と、
前記絶縁性保護層の形成領域（前記開口部を除く）における前記電極層をレーザアブレーションにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁性保護層は高分子材料により形成されている、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記高分子材料の分子量は前記有機半導体層の形成材料の分子量よりも大きい、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記高分子材料の吸収波長範囲はレーザの波長を含む範囲である、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体層および前記絶縁性保護層のそれぞれの厚さはレーザの侵入深さ以上である、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
有機半導体層の上に、電圧印加時の抵抗が前記有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、
前記導電性保護層の上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層をレーザアブレーションにより選択的に除去して、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記導電性保護層は高分子材料により形成されている、請求項６記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記高分子材料の分子量は前記有機半導体層の形成材料の分子量よりも大きい、請求項７記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記高分子材料の吸収波長範囲はレーザの波長を含む範囲である、請求項７記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記有機半導体層および前記導電性保護層のそれぞれの厚さはレーザの侵入深さ以上である、請求項６記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
有機半導体層の上に、開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、
前記絶縁層保護層（前記開口部を含む）を覆うように、導電層を形成する工程と、
前記絶縁性保護層の形成領域（前記開口部を除く）における前記導電層をレーザアブレーションにより除去する工程と、
を含む有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
有機半導体層の上に、電圧印加時の抵抗が前記有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、
前記導電性保護層の上に、導電層を形成する工程と、
前記導電層をレーザアブレーションにより選択的に除去する工程と、
を含む有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
有機半導体層の上に、ソース電極およびドレイン電極の接続用の開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、
前記絶縁層保護層（前記開口部を含む）を覆うように、電極層を形成する工程と、
前記絶縁性保護層の形成領域（前記開口部を除く）における前記電極層をレーザアブレーションにより除去して、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記絶縁性保護層は高分子材料により形成されている、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記高分子材料の分子量は前記有機半導体層の形成材料の分子量よりも大きい、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記高分子材料の吸収波長範囲はレーザの波長を含む範囲である、請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記有機半導体層および前記絶縁性保護層のそれぞれの厚さはレーザの侵入深さ以上である、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
有機半導体層の上に、電圧印加時の抵抗が前記有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、
前記導電性保護層の上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層をレーザアブレーションにより選択的に除去して、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記導電性保護層は高分子材料により形成されている、請求項６記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記高分子材料の分子量は前記有機半導体層の形成材料の分子量よりも大きい、請求項７記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記高分子材料の吸収波長範囲はレーザの波長を含む範囲である、請求項７記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記有機半導体層および前記導電性保護層のそれぞれの厚さはレーザの侵入深さ以上である、請求項６記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
有機半導体層の上に、開口部を有する絶縁性保護層を形成する工程と、
前記絶縁層保護層（前記開口部を含む）を覆うように、導電層を形成する工程と、
前記絶縁性保護層の形成領域（前記開口部を除く）における前記導電層をレーザアブレーションにより除去する工程と、
を含む有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
有機半導体層の上に、電圧印加時の抵抗が前記有機半導体層の電圧印加時の抵抗よりも高い導電性保護層を形成する工程と、
前記導電性保護層の上に、導電層を形成する工程と、
前記導電層をレーザアブレーションにより選択的に除去する工程と、
を含む有機半導体デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１７６１２６（Ｐ２０１１−１７６１２６Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９１４６（Ｐ２０１０−３９１４６）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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