有機薄膜トランジスタの製造方法
【課題】有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができる、有機薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する。
【解決手段】記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなる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、動作層として、有機半導体の薄膜層を利用する、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：TFT）は、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子として、広く利用されている。薄膜トランジスタの作製に利用される基板材料として、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用も進められている。
【０００３】
絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の耐熱性は、無機材料で作製される基板、例えば、ガラス基板の耐熱性と比較すると、大幅に劣っている。そのため、薄膜トランジスタの動作層に利用される、半導体薄膜層として、低温条件での作製が可能な有機半導体の薄膜層を利用する、有機薄膜トランジスタの応用が進められている。
【０００４】
有機薄膜トランジスタにおける、実効的なチャネル層は、ゲート絶縁膜と有機半導体の薄膜層との接合界面に形成される。この実効的なチャネル層における、キャリア移動度を向上させるため、ゲート絶縁膜の表面に、予め、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法が利用されている（特許文献１）。この「自己組織化単分子膜」上に、有機化合物からなる層を積層すると、積層される有機化合物は、自己組織化単分子膜中の分子の秩序性に従って、秩序的な配向を保持した状態（エピタキシャル成長様の積層状態）となる。
【０００５】
一方、下層に「自己組織化単分子膜」が存在していない領域では、その領域に有機化合物からなる層を積層すると、秩序的な配向を実質的に具えていない状態となっている。例えば、有機化合物の分子は、局所的には、ある程度、その配向は揃った部位は存在するが、全体的には「無秩序な配置」で堆積された状態となっている。
【０００６】
有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成する手法が提案されている。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の形成に、金属ナノ粒子の分散液を塗布した後、その塗布膜層を低温焼成処理して、金属ナノ粒子の焼成体層を利用する際、この塗布膜層の端が、ゲート電極の側端位置に自己整合する状態とする。例えば、ゲート電極の形状に合わせて、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分をレジストで被覆する。また、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面を該レジストで被覆している状態とする。金属ナノ粒子の分散液が、水系溶媒を分散溶媒とする際、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である状況では、レジスト表面への金属ナノ粒子分散液の滲み出しが防止される。従って、ゲート電極の側端位置では、開口部に塗布された金属ナノ粒子の分散液は、そのレジストの側端に接するように、「自己整合的な」塗布膜層となっている。引き続き、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、次いで、レジストを剥離し、塗布膜層の本焼成を行う。その結果、作製されたソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成される（特許文献２）。レジストの除去した後、有機半導体の薄膜層を形成し、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分、ソース電極とドレイン電極の一部を被覆するように、有機半導体の薄膜層をパターニングする。
【特許文献１】米国特許第６，４３３，３５９号明細書
【特許文献２】特開２００６−２８６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製する工程は、低温条件で実施でき、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用に適合している。
【０００８】
しかしながら、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面をレジストで被覆する前処理工程が必要である。また、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用するため、水系溶媒を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する必要がある。加えて、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。換言するならば、金属ナノ粒子の分散液中には、バインダ樹脂成分を配合し、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。
【０００９】
従って、上記のレジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用する手法は、水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合には、適用できない。また、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する手段は利用できない。
【００１０】
水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合、特には、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合に、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製するには、新たな手法の開発が必要である。
【００１１】
本発明は、前記の課題を解決するものである。すなわち、本発明の目的は、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができ、その際、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを利用せず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用する、有機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】
【００１２】
本発明者らは、前記の課題を解決するため、鋭意検討を行った。
【００１３】
まず、対象とする有機薄膜トランジスタは、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子である点に留意した。すなわち、一ピクセルのサイズを基準に、その駆動用のＴＦＴの素子サイズは決定される点に留意した。一ピクセルのサイズを、４００μｍ×４００μｍの矩形と仮定すると、その駆動用のＴＦＴの素子の作製部分は、例えば、３００μｍ×３００μｍ以下となる。その場合、有機薄膜トランジスタのゲート電極のゲート幅：ＷGは、３００μｍ以下、例えば、１００μｍ〜３００μｍの範囲に選択され、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲に選択される。ゲート電極のサイズに対応して、ソース電極およびドレイン電極のサイズが決定される。従って、ソース電極を、長さ：ＬS、幅：ＷSの矩形、ドレイン電極を、長さ：ＬD、幅：ＷDの矩形とする場合、長さ：ＬSと長さ：ＬDは、１００μｍ以下の範囲、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲、幅：ＷSと幅：ＷDは、２５０μｍ以下の範囲、例えば、８０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択される。
【００１４】
その際、例えば、ソース電極とドレイン電極で挟まれるチャネル領域のサイズ、すなわち、チャネル領域の長さ：Ｌchannelは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲に選択する。すなわち、ソース電極とドレイン電極の間の間隙：ＬS-Dは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲に選択する。例えば、チャネル領域の直上から観察した際、ゲート電極の側端と、ソース電極およびドレイン電極との間の水平方向の間隙：ΔＬS-G、ΔＬD-Gは、1/2・ＬG≧ΔＬS-G、ΔＬD-G≧０の範囲に選択する。
【００１５】
上記のソース電極およびドレイン電極の目標サイズ、ならびに、ゲート電極に対する、アライメント精度の目標を考慮すると、その作製に利用される金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度は、最小線幅／最小スペース幅は、少なくとも、1/2・ＬG以下の範囲であることが好ましいと結論した。前記の金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度を達成する手段として、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成する手法が利用できることを見出した。
【００１６】
一方、有機薄膜トランジスタでは、「ＯＮ状態」において、チャネル領域のゲート電極の直上の、ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面に「実効的なチャネル層」が形成される。その際、「実効的なチャネル層」として機能する、ゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体層中のキャリア移動度を向上させると、「ＯＮ状態」のドレイン電流Ｉd-ONが増加する。その手段として、例えば、ゲート絶縁膜の表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成し、該「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて、有機半導体膜を形成する手法が利用できることを見出した。また、「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて形成される、有機半導体膜を採用すると、「ＯＦＦ状態」のドレイン電流Ｉd-OFFは低減されることも確認される。そのため、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFが、格段に向上されることが確認される。
【００１７】
本発明者らは、上記の知見に基づき、本発明を完成させた。
【００１８】
本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【００１９】
本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【００２０】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、１μｍ〜１０μｍの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、３０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に選択することができる。
【００２１】
また、前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択することができる。
【００２２】
一方、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜１００ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００２３】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００２４】
加えて、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の２０℃における液粘度を、２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓの範囲に選択することが好ましい。
【００２５】
特に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物１種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有していることが望ましい。
【００２６】
その際、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、２０℃以下、沸点は、８０〜３００℃の範囲である有機溶剤を選択することが好ましい。
【００２７】
また、前記分散溶媒は、
１００℃以上に加熱した際、該分散溶媒１００質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。
【００２８】
例えば、分散溶媒として、炭素数１０〜１８のアルカン、あるいは、炭素数８〜１２の第一級アルコールを選択することができる。
【００２９】
さらには、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、２０℃におけるその液粘度が２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となることが望ましい。
【００３０】
一方、前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する。
【００３１】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を利用することで、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができる。特には、ソース電極およびドレイン電極の作製工程では、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを必要とせず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用することで、目的とするソース電極形成部とドレイン電極形成部に金属ナノ粒子の分散液を塗布することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法をより詳しく説明する。
【００３４】
まず、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第一の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。
【００３５】
また、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第二の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。
【００３６】
第一の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板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た、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜とで構成されている。
【００３７】
第二の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板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た有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された、ソース電極およびドレイン電極とで構成されている。
【００３８】
この有機薄膜トランジスタを作製する際、基板は、絶縁性材料で形成される基板である。液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に応用する際には、光透過性の絶縁性材料で形成される基板が利用される。無機の絶縁性材料で形成される光透過性基板、例えば、ガラス基板を使用することができる。また、光透過性の絶縁性有機樹脂材料で形成される基板、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）、ポリイミドなどの光透過性プラスチック材料で形成される基板を使用することができる。
【００３９】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法が対象とする、上記の有機薄膜トランジスタでは、例えば、ゲート電極のサイズは、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲、好ましくは、７μｍ〜２０μｍの範囲に選択し、ゲート幅：ＷGは、１００μｍ〜３００μｍの範囲に選択する。
【００４０】
また、チャネル長：Ｌchannelは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲、好ましくは、4/3・ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲に選択する。すなわち、ゲート電極を挟むように形成される、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔：ＬS-Dは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲、好ましくは、4/3・ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲に選択する。
【００４１】
ゲート電極は、ゲート絶縁膜の下に位置し、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁膜の上に位置するが、直上から観察した際、
ソース電極およびドレイン電極の形状は、実質的に、それぞれ、長さＬSの短辺、長さＷSの長辺を有する矩形、長さＬDの短辺、長さＷDの長辺を有する矩形と見做すことができ、
また、ゲート絶縁膜の形状は、長さＬGの短辺、長さＷGの長辺を有する矩形と見做すことができるように、各電極のパターン形状を選択することが好ましい。
【００４２】
通常、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形状を前記のように選択する際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの一辺と、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺が並行となるように配置する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺が、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺が並行となるように配置する。その際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺は、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺より短くし、また、長さＷSの長辺と長さＷDの長辺を等しい長さに選択する。すなわち、ＷG＞ＷS＝ＷDの条件を満足するように選択する。例えば、ＷG＞ＷS＝ＷD≧1/2・ＷGの条件、好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧2/3・ＷGの条件を満足するように選択する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺を、ＷG＞ＷS＝ＷD≧2/3・ＷGの条件を満す範囲で、７０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択する。
【００４３】
一方、有機薄膜トランジスタの動作層として利用される有機半導体の薄膜層は、少なくとも、チャネル長：Ｌchannelのチャネル領域は、実質的に、長さＬchannelの短辺、長さＷchannelの長辺を有する矩形と見做すことができるように、パターンニングする。このチャネル領域の幅：Ｗchannelは、ゲート電極のゲート幅：ＷGより狭くする。通常、チャネル領域の幅：Ｗchannelは、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺よりも狭くすることが好ましい。すなわち、少なくとも、ＷG＞Ｗchannelの条件を満足し、好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannelの条件を満足するように選択する。例えば、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧1/2・ＷGの条件、より好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧2/3・ＷGの条件を満足するように選択する。例えば、チャネル領域の幅：Ｗchannelを、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧2/3・ＷGの条件を満す範囲で、７０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択する。
【００４４】
有機薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域の長さ：Ｌchannelは、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔：ＬS-Dに相当している。チャネル領域の直上から観察した際、ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙：ΔＬS-Gと、ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙：ΔＬD-Gとは、その合計は、（ＬS-D−ＬG）＝（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）となっている。従って、ＬG≧（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）≧０、好ましくは、1/3・ＬG≧（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）≧０の範囲とする。例えば、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲、好ましくは、７μｍ〜２０μｍの範囲に選択される際、（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）は、０μｍ〜２０μｍの範囲、好ましくは、０μｍ〜１０μｍの範囲に選択する。
【００４５】
ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、前記の（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）の値よりも、より高い精度であることが必要である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように選択することが好ましい。また、描画される線幅のバラツキ（直線からの揺らぎ幅）は、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように、パターン描画精度を保持することが好ましい。超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する際、個々の液滴が塗布されるドット径（直径）は、描画精度に応じて、０．５μｍ〜５μｍの範囲となるように、液滴の吐出条件を設定する。
【００４６】
ゲート電極を形成する金属として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート電極の形成に利用されている金属種は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート電極を形成する金属として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される金属を採用することが好ましい。基板上に、ゲート電極を形成する際、蒸着法、スパッタ法を利用して、金属薄膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。また、ゲート電極の形成工程でも、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、基板上に金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるゲート電極を形成することもできる。
【００４７】
ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成に利用されている絶縁材料は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、無機絶縁材料、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5が、好適に利用できる。これら無機絶縁材料からなるゲート絶縁膜の形成は、ＰＥ・ＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition）法、スパッタ法を利用して、所望の膜厚の絶縁膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率：εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。
【００４８】
例えば、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、絶縁破壊電界強度：ＥB＝３ＭＶ／ｃｍ、比誘電率：εr-I＝４のＳｉＯ2を利用する場合、ゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorは、最大定格ゲート電圧ＶG-MAXに対して、ＥB＜（ＶG-MAX／Ｔinsulator）の範囲に選択することが好ましい。
【００４９】
ゲート電極の厚さ：Ｔgateは、通常、その表面を被覆するゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorよりも、薄くなるように選択することが好ましい。すなわち、Ｔinsulator≧Ｔgateの条件を満足するように選択する。例えば、3/4・Ｔinsulator≧Ｔgate≧1/8・Ｔinsulatorの条件、好ましくは、2/3・Ｔinsulator≧Ｔgate≧1/6・Ｔinsulatorの条件を満足するように、ゲート電極の厚さ：Ｔgateを選択する。
【００５０】
前記の条件を満たす範囲では、ゲート電極の側端による段差（Ｔgate）よりも、形成されるゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorが厚いため、この段差部の側壁面に対しても、ゲート絶縁膜による被覆が確実に達成される。
【００５１】
あるいは、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、有機絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を利用することもできる。絶縁性樹脂材料を使用する場合も、ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率：εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。
【００５２】
ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体の薄膜層が、動作層として利用される。その際、チャネル領域では、ゲート電極の直上、ゲート絶縁膜と有機半導体との界面に実効的なチャネル層が形成される。すなわち、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、閾値バイアス：Ｖthを超えた時点（ＶG＜Ｖth）で、前記の実効的なチャネル層を経由するドレイン電流：Ｉd-ONが流れ、「ＯＮ状態」となる。
【００５３】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜（Self Assembled Monolayer:SAM）」を形成する手法を利用することが好ましい。この手法に関しては、例えば、米国特許第６，４３３，３５９号明細書（特許文献１）、Frank-J. Meyer zu Heringdorf, et al. "Growth Dynamics of Pentacene Thin Films", Nature Vol.412, 517 (2001)などに、その詳細が開示されている。
【００５４】
有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法では、有機化合物が単分子で分散している、単分子分散液中に、浸漬すると、ゲート絶縁膜表面に吸着した単分子を核として、「自己組織的」にラテラル方向に単分子膜が成長し、最終的に、規則的な分子配向を有する「自己組織化単分子膜」が形成される。
【００５５】
例えば、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を用いて、「自己組織化単分子膜」を作製する際には、ゲート電極表面に形成された下地絶縁膜上に、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）の固定がなされることが好ましい。具体的には、下地絶縁膜の表面に存在するヒドロキシ基（−ＯＨ）と、該フォスフォン酸とのエステル結合を介して、固定がなされることが好ましい。この目的で利用される、下地絶縁膜としては、アルミニウム酸化物、銀酸化物、タンタル酸化物など、ゲート電極を構成する金属を酸化させることにより形成可能な金属酸化物からなる膜を採用することが好ましい。
【００５６】
その後、「自己組織化単分子膜」を下地層として、有機化合物を、真空蒸着法を利用して、堆積すると、堆積される層も、下地層の規則性を反映した、秩序配列を保持した有機半導体の薄膜層となる。
【００５７】
この「自己組織化単分子膜」を下地層として利用する、有機半導体の薄膜層の形成法は、下地層上での堆積過程は、真空蒸着法を利用するため、蒸散可能な低分子型の有機半導体材料に適用できる。例えば、テトラセン、ペンタセンなどのアセン類、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類からなる有機半導体の薄膜層の形成に好適に利用できる。作製する有機半導体層が、代表的なｐ型有機半導体であるペンタセン、または代表的なｎ型有機半導体であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である際、特に有効な手段となる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、作製する有機半導体層は、ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。
【００５８】
その際、対象となる有機薄膜トランジスタのスイッチング動作は、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、閾値バイアス：Ｖthを超えた時点（｜ＶG｜＞｜Ｖth｜）で、「ＯＮ状態」となる、「エンハンスト・モード型」である。従って、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、ＶG＝０Ｖの状態では、ゲート電極の直上のチャネル領域では、該有機半導体層内にキャリアが存在していない状態（空乏化状態）であることが必要である。作製する有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、前記の「空乏化」条件を満足する膜厚の範囲に選択される。
【００５９】
「空乏化」の条件を満足する膜厚の範囲は、ゲート電極の金属材料Ｍgateの仕事関数ｅψ（Ｍgate）ｅＶ、ゲート絶縁膜の絶縁材料Ｉgateの電子親和力ｅχ（Ｉgate）ｅＶと比誘電率：εr-I、有機半導体の電子親和力ｅχ（Ｓchannel）ｅＶと比誘電率：εr-OS、ならびに、ゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorに基づき、ＭＩＳ構造を仮定して、ｐｏｉｓｓｏｎ方程式の数値計算に基づき、算定することができる。現実的には、有機半導体自体、残留するキャリアの濃度は低く、通常、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelが１０ｎｍ以下の範囲で、上記の「空乏化」の条件を満足する。
【００６０】
なお、実際のスイッチング動作時に、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶG-ONを印加した際、ＭＩＳ構造を構成する有機半導体層の厚さ方向に、伝導帯のポテンシャル変化（バンド・ベンディング）が生じる。その結果、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面にキャリアの蓄積が生じ、実効的なチャネル層として機能する。一方、例えば、ｎ型有機半導体層の最上面において、伝導帯エネルギーレベル：ＥCは、少なくとも、quasi−Fermiレベル（Ｅf）より十分に高いレベルに維持されることが望ましい。作製する有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelの下限は、前記の条件を満足する膜厚の範囲に選択される。一方、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelが不必要に厚いと、動作上は特に問題はないが、その作製に要する時間が、不必要に長くなる。
【００６１】
通常、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００６２】
例えば、ｐ型有機半導体材料であるペンタセンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に選択することが好ましい。また、ｎ型有機半導体材料であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００６３】
本発明に第一の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成した後、このソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する。
【００６４】
従って、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDに相当する段差部を被覆して、ソース電極とドレイン電極の表面を被覆するように、有機半導体膜の形成を行う。そのため、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜（テーパ）を有する側面の平均傾斜角：θS，θDは、７０°≧θS≧４５°、７０°≧θD≧４５°の範囲に選択することが好ましい。
【００６５】
また、前記段差部の被覆をより確実に実施する上では、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDを、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelの１０倍以下に選択することが望ましい。通常、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。
本発明に第二の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
【００６６】
実際の液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に利用する際には、作製された有機薄膜トランジスタを保護する目的で、表面保護膜によって被覆される。この表面保護膜の被覆を考慮すると、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜（テーパ）を有する側面の平均傾斜角：θS，θDは、７０°≧θS≧４５°、７０°≧θD≧４５°の範囲に選択することが好ましい。
【００６７】
表面保護膜の段差部の被覆性を考慮すると、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。
【００６８】
本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する手法を利用している。
【００６９】
その際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成するため、国際公開第２００５／０２５７８７号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液を利用している。
【００７０】
国際公開第２００５／０２５７８７号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液である。前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍの範囲に選択され、該金属ナノ粒子分散液は、固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液である。
【００７１】
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上により被覆されており、前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有している。
【００７２】
一方、分散溶媒は、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であり、少なくとも、温度１５℃以上において、均一な液体状態を示し、該分散溶媒を構成する、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物の少なくとも一つは、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上に対する親和性を有している。なお、該分散溶媒自体の液粘度（２０℃）は、１０ ｍＰａ・ｓ以下の範囲に選択されている。
【００７３】
金属ナノ粒子分散液中において、前記分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択し、該金属ナノ粒子分散液の液粘度（２０℃）は、２ ｍＰａ・ｓ〜３０ ｍＰａ・ｓの範囲に選択されている。特に、前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒を一部蒸散除去して、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０ 体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、その液粘度（２０℃）は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となるという特徴を有している。
【００７４】
例えば、前記の金属ナノ粒子分散液は、インクジェット印刷法を適用して、微細な液滴として噴射後、飛翔して、対象物上に堆積するまでの間に、この液滴中に含まれる分散溶媒が蒸散すると、濃縮された液の粘度は急速に増し、着弾する時点では、粘稠な濃縮液となる。
【００７５】
すなわち、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を３μｍ以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５μｍ〜５μｍと非常に小さくなる。その後、なお、残留する分散溶媒も、個々の塗布ドットの皮膜は薄いため、瞬時に大部分が蒸発し、ゲート絶縁膜上には、緻密に積層された金属ナノ粒子が、その粒子間の狭い隙間のみに分散溶媒が浸潤した高粘度体として付着する。このドット塗布操作を繰り返すことにより、ゲート絶縁膜上に、塗布ドット径の金属ナノ粒子塗布膜が厚く積層形成することも可能である。
【００７６】
上記の機構によって、低い液粘度の金属ナノ粒子分散液を、微細な液滴として、噴射塗布して、高い液粘度を示す分散液の塗布層を形成する上では、分散溶媒の容積含有比率の変化に伴い、その液粘度の変化がより急激に生じることが好ましく、平均粒子径をより小さい範囲に選択することが好ましい。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜２０ｎｍの範囲に選択することがより好ましい。また、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、金属ナノ粒子の含有量を、４０質量％以上に選択して、相対的に分散溶媒の容積含有比率を、微細な液滴として、噴射する上で必要とする高い流動性を達成できるものの、可能な限り低い水準に設定することが好ましい。一方、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、分散溶媒の容積含有比率が高いと、噴射後、着弾するまでに溶媒の蒸発が目標とする値まで進行せず、着弾した時点の金属ナノ粒子分散液は、なお、相当の流動性を示す。その場合、例えば、金属ナノ粒子塗布層の側壁部を急峻な傾斜構造に形成することは困難となる。
【００７７】
以下に、本発明で好適に利用される、金属ナノ粒子分散液の構成を更に詳しく説明する。
【００７８】
該金属ナノ粒子分散液は、ソース電極とドレイン電極の微細な平面パターンを高い精度で描画するため、目標とする最小線幅、平面形状サイズに応じて、金属ナノ粒子の平均粒子径は１〜１００ｎｍの範囲に選択する。好ましくは、平均粒子径を１〜２０ｎｍの範囲に選択する。含有される金属ナノ粒子自体の平均粒子径を前記の範囲に選択することで、超微細インクジェット印刷装置により、極めて微細な線幅のパターンへの塗布を可能としている。
【００７９】
分散液中における、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐために、金属ナノ粒子の表面に低分子による被覆層を設け、液体中に分散された状態となっているものを利用する。すなわち、該金属ナノ粒子分散液を積層塗布した塗布層を加熱処理して、含有されている金属ナノ粒子同士、その接触界面における融着を起こすように、金属ナノ粒子の表面には、酸化膜が実質的に存在しない状態となっているものを利用する。
【００８０】
具体的には、金属ナノ粒子の表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆された状態とする。すなわち、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により、金属ナノ粒子の金属表面を均一に被覆した状態とする、例えば、末端アミノ基を１以上有するアミン化合物などにより被覆された状態を保持しつつ、一種以上の有機溶剤中に分散されてなる金属ナノ粒子の分散液を用いる。
【００８１】
この被覆層の役割は、加熱処理を施すまでは、金属ナノ粒子が互いにその金属表面が直接接触しない状態とすることによって、分散液中に含有される金属ナノ粒子の凝集を抑制し、保管時の耐凝集性を高く維持することである。また、仮に塗布を行う際など、水分や大気中の酸素分子と接しても、金属ナノ粒子の表面は、既に被覆層で覆われており、水分子や酸素分子との直接的な接触に至らないので、水分や大気中の酸素分子による金属超微粒子表面の自然酸化膜の形成も抑制する機能をも有する。
【００８２】
この金属ナノ粒子表面の均一な被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、またはイオウ原子上の孤立電子対を有する基を利用するものである。例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、スルフィド型のスルファンジイル基（−Ｓ−）が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、エーテル型のオキシ基（−Ｏ−）が挙げられる。
【００８３】
利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、導電性ナノ粒子ペーストの加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、その沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルキルアミンが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、Ｃ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、室温付近での蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。
【００８４】
一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジアミン型、１，３−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいポリアミン型化合物を利用することもできる。場合によっては、ポリオキシアルキレンアミン型のエーテル型のオキシ基（−Ｏ−）を鎖中に含む、鎖状のアミン化合物を用いることもできる。その他、末端のアミノ基以外に、親水性の末端基、例えば、水酸基を有するヒドロキシアミン、例えば、エタノールアミンなどを利用することもできる。
【００８５】
また、利用可能なスルファニル基（−ＳＨ）を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子分散液の塗布膜の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルカンチオールが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基（−ＳＨ）を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、室温付近の蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基（−ＳＨ）が結合に関与するものも、利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さなポリチオエーテル型化合物を利用することもできる。
【００８６】
また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。一例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいなポリエーテル型化合物を利用することもできる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、通常、１００℃以上の範囲、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子を含む積層塗布層の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルカンジオールが好ましい。例えば、１，２−ジオール型などの、二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。
【００８７】
金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子は、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上を、表面被覆層として有する状態で、分散溶媒中に分散されている。かかる表面被覆層は、保管している際、金属ナノ粒子相互の表面が直接接触することを回避する機能を果せる範囲で、不必要に過剰な被覆分子が存在しないように、適正な被覆比率を選択する。すなわち、加熱して、低温焼成する際、共存している分散溶媒中に、これら被覆層分子を溶出、離脱することが可能である、適正な含有量であって、被覆保護機能を達成できる範囲に被覆比率を選択する。例えば、金属ナノ粒子１００質量部に対して、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上が総和として、一般に、１０〜５０質量部を、より好ましくは、２０〜５０質量部を含有するように、被覆比率を選択することが好ましい。なお、かかる金属ナノ粒子１００質量部に対して、その表面を被覆している、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上の総和は、金属ナノ粒子の平均粒子径にも依存する。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径がより小さくなると、金属ナノ粒子１００質量部当たりの、ナノ粒子表面の表面積総和は、平均粒子径に反比例して増加するため、被覆分子の総和は、それに従って、より高い比率を必要とする。その点を考慮に入れ、金属ナノ粒子の平均粒子径を１〜２０ｎｍの範囲に選択する際には、金属ナノ粒子１００質量部に対して、その表面を被覆している被覆分子の総和は、２０〜５０質量部の範囲に選択することが好ましい。
【００８８】
金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒として利用される有機溶剤は、室温においては、上述の表面被覆層を設けた金属ナノ粒子を分散させる役割を有するが、加熱した際には、金属ナノ粒子表面の被覆層分子を溶出、離脱することが可能である溶媒としての機能を発揮する。その際、加熱状態における被覆層分子の溶出段階において、蒸散が顕著に進行しない高沸点の液体状有機物を利用する。従って、１００℃以上に加熱した際、好ましくは、該分散溶媒１００質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を利用する。また、１００℃以上に加熱した際、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物に対して、任意な組成の相溶物を形成できる有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒、特には、高い相溶性を示すものを利用すると一層好ましい。
【００８９】
具体的には、被覆層分子が、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を利用して、金属ナノ粒子表面上に配位している。その際、残る炭化水素鎖、骨格部分に対する親和性を利用して、分散溶媒に含まれる有機溶剤は、被覆層分子で覆われた金属ナノ粒子の分散状態の維持、あるいは互いの相溶性を達成させる機能を発揮する。金属ナノ粒子表面への配位的な結合に起因する、被覆層分子の親和力は、物理的吸着よりも強固ではあるものの、加熱に伴って、急速に低下する。一方、温度上昇に付随して、有機溶剤の示す溶解特性が増す結果、両者の均衡する温度以上に加熱すると、温度上昇に従って、加速度的に被覆層分子の脱離、溶出が促進される。最終的には、加熱中に存在する分散溶媒の中に、金属ナノ粒子表面の被覆層分子の殆ど全てが溶解され、金属ナノ粒子表面には、実質的に被覆層分子が残留していない状態が達成される。
【００９０】
勿論、この被覆層分子の金属ナノ粒子表面からの溶出過程と再付着過程とは、熱的平衡関係にあるため、加熱時における、該分散溶媒に対する被覆層分子の溶解度は十分に高いことがより望ましい。積層されている金属ナノ粒子相互の隙間に浸潤している分散溶媒へ、被覆層分子の溶出が一旦なされても、かかる狭い隙間を介して、塗布層内部から外縁部へと、被覆層分子が拡散・流出するには、更なる時間を要する。金属ナノ粒子相互の焼結が進行する間における、被覆層分子の再付着を効果的に抑制する上では、上記する高い溶解性を示す有機溶剤の利用が望ましい。
【００９１】
すなわち、分散溶媒として利用される有機溶剤は、金属ナノ粒子表面の被覆層分子に対する親和性を示すものの、室温付近では、かかる有機溶剤中へ金属ナノ粒子表面の被覆層分子は、容易には溶出することはないが、加熱に付随して、溶解度が上昇し、１００℃以上に加熱した際には、かかる有機溶剤中へ被覆層分子が溶出可能となるものが利用される。例えば、金属ナノ粒子の表面に被覆層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどアミン化合物に対しては、そのアルキル基部分と親和性を示す、鎖状の炭化水素基を含有するが、かかるアミン化合物の溶解性が高すぎ、室温付近でも、金属ナノ粒子表面の被覆層が消失するような高い極性を示す溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。加えて、低温焼成処理を行う温度においても、熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有し、また、沸点は、少なくとも、８０℃以上で、好ましくは、１５０℃以上、３００℃を超えない範囲であることが好ましい。また、微細なラインを形成する際、そのインクジェット法による塗布の工程において、金属ナノ粒子分散液を所望の液粘度範囲に維持することが必要である。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、前記の高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒、例えば、炭素数１０〜１８のアルカン類、例えば、テトラデカンなど、炭素数８〜１２の第一級アルコール類、例えば、１−デカノールなどが好適に用いられる。但し、利用される分散溶媒自体の液粘度は、少なくとも、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）以下、好ましくは、０．２〜３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲である溶媒を選択することが望ましい。
【００９２】
一方、金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴として噴射して塗布する方法であるインクジェット法を適用して、微細なパターンの描画に利用される。従って、金属ナノ粒子分散液は、採用する描画手法に応じて、適合する液粘度を有するものに、調製することが必要である。具体的には、微細配線パターンの描画にインクジェット法を利用するため、該金属ナノ粒子分散液は、その液粘度を、２〜３０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲に選択することが望ましい。その際、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択されていることがより好ましい。一方、インクジェット法を利用して、微細な液滴を噴射した後、飛翔し、塗布面に着弾する際には、微細な液滴から分散溶媒が一部蒸散する結果、濃縮を受け、その液粘度は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓ（２０℃）まで上昇することが望ましい。その際、該濃縮された分散液中における分散溶媒の容積比率は、２０〜５０体積％の範囲になることがより好ましい。なお、該金属ナノ粒子分散液の液粘度は、用いる金属ナノ粒子の平均粒子径、分散濃度、用いている分散溶媒の種類に依存して決まり、前記の三種の因子を適宜選択して、目的とする液粘度に調節することができる。
【００９３】
具体的には、金属ナノ粒子分散液の組成は、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択されている際、その液粘度を、２〜３０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲となるが、仮に、配合される分散溶媒の量を減じて、分散溶媒の容積比率が２０〜５０体積％の範囲となる、対応する濃厚な分散液を調製すると、かかる濃厚な分散液の示す液粘度は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲となるように選択することが好ましい。
【００９４】
例えば、分散溶媒として、上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒に加えて、液粘度を調整するとともに、加熱した際、被覆層分子の溶出に利し、一方、室温付近では、被覆層分子の離脱を抑制する機能、さらには、離脱に対する補償機能を示すような、比較的に低極性の液状有機物を添加、配合することができる。かかる補足的に添加、配合される低極性の液状有機物は、主な溶媒成分に対して、均一な混合を達成でき、また、その沸点は、主な溶媒成分と同様に高沸点であることが望ましい。例えば、主な溶媒成分が、炭素数８〜１２の第一級アルコール類、例えば、１−デカノールなどである際には、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールなどの分岐のジオール類、また、主な溶媒成分が、炭素数１０〜１８のアルカン類、例えば、テトラデカンなどである際には、ビス２−エチルヘキシルアミンなどの分岐を有するジアルキルアミン類などを、補足的に添加、配合される低極性の液状有機物として利用することができる。
【００９５】
金属ナノ粒子分散液は、加熱した際、重合を起こし、硬化する熱硬化型のエポキシ樹脂成分など、バインダ樹脂成分や被覆剤分子との反応性を示す酸無水物等を含有していない構成とすることで、低温焼成処理を進める過程においても、内部で、重合物の生成は無く、分散溶媒自体の流動性を顕著に低下させる要因を排除している。
【００９６】
加熱処理に際して、金属ナノ粒子の表面を被覆しているアルキルアミンなどの被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱され、金属ナノ粒子相互の凝集を抑制していた被覆層が消失する。その結果、徐々に金属ナノ粒子の融着、融合による凝集が進行し、最終的にランダムチェーンが形成される。その際、金属ナノ粒子相互の低温焼結が進行するとともに、金属ナノ粒子間の隙間空間が減少し、全体の体積収縮が起こり、ランダムチェーンが相互に緻密な接触を達成する。その金属ナノ粒子間の隙間空間が減少する際、この隙間空間を占めている分散溶媒は、流動性を保持するので、金属ナノ粒子間の隙間が隘路となったとしても、外部へと押し出され、全体の体積収縮が進行する。この低温焼成過程における、加熱処理温度は、有機半導体層に損傷を与えない温度範囲に選択する。具体的には、有機半導体層の作製時、有機半導体材料の蒸着源の加熱温度以下の温度を選択することが好ましい。従って、低温焼成過程における、加熱処理温度は、通常、２５０℃以下、好ましくは、１００℃〜２３０℃の範囲、より好ましくは、１３０℃〜２００℃の範囲に選択する。その際、被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱がなされ、得られる金属ナノ粒子の焼結体は、不均一な金属ナノ粒子の凝集を反映する表面の凹凸の無い、平滑な面形状を示す。加えて、より緻密で、極めて低抵抗、例えば、体積固有抵抗率は１０×１０-6Ω・cm以下の導電体層となる。一方、全体の体積収縮に伴い、外部への押し出される分散溶媒と、それに溶解する被覆層分子は、加熱を継続する間に、徐々に蒸散して、最終的に得られる金属ナノ粒子の焼結体内に、残余する有機物量は、極限られたものとなる。具体的には、バインダー樹脂成分として、前記の低温焼成工程を終えた後も、得られる金属ナノ粒子の焼結体中に残留し、導電体層の構成要素となる熱硬化性樹脂成分などを含有していないので、導電体層中における金属ナノ粒子の焼結体自体の体積占有率が高いものとなる。その結果、金属ナノ粒子の焼結体自体の低い体積抵抗率に加えて、かかる導電体層全体の熱伝導率も、その金属体の体積占有率の高さによって、格段に優れたものとなる。その双方の利点から、流れる電流密度が高い場合における、微細な配線パターンを形成する上で、該金属ナノ粒子分散液を利用する微細な焼結体層の形成はより適するものとなる。
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、前記の低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層を、ソース電極およびドレイン電極の形成に利用している。従って、利用する金属ナノ粒子を構成する金属種は、有機半導体層に対する、ソース電極およびドレイン電極に適する金属種を選択する。例えば、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００９７】
例えば、ペンタセンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。また、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００９８】
作製されるソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。それに対応して、金属ナノ粒子の焼結体の作製に利用される、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、ＴS，ＴDを基準として、その１／２０以下の範囲、好ましくは、１／３０以下の範囲に選択することが望ましい。例えば、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、１〜２０ｎｍの範囲に選択することが望ましい。
【００９９】
金属ナノ粒子を構成する金属種として、高い導電性に加えて、延性、展性にも優れる金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかを選択することがより好ましく、なかでも、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用することがさらに好ましい。例えば、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用する際にも、かかる金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）を、１〜２０ｎｍの範囲に選択し、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、該金属ナノ粒子の含有量を、４０質量％以上に選択する形態とすることがより望ましい。
【０１００】
低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層では、その表面には、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）に起因する微小な凹凸構造が残る。その微小な凹凸構造は、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）の１／８〜１／４程度である。金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）を、１〜２０ｎｍの範囲に選択すると、微小な凹凸構造は、大きくとも、５ｎｍ以下となり、その上面の被覆するように有機半導体層を形成する際、実質的に問題とならない範囲である。すなわち、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelに対して、前記微小な凹凸構造の大きさは、１／１０を超えない範囲であり、有機半導体層を積層した際、この微小な凹凸構造を埋め込む形状となる。
【０１０１】
また、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を３μｍ以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５μｍ〜５μｍと非常に小さくなる。
【０１０２】
従って、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５〜５μｍであるので、該金属ナノ粒子の塗布層においては、その最小線幅は、塗布ドットの直径の２倍程度とすることが可能である。
【０１０３】
従って、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、最小線幅は、塗布ドットの直径の２倍程度、すなわち、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように、塗布ドットの直径を選択することが可能である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように選択することが可能である。また、描画される線幅のバラツキ（直線からの揺らぎ幅）も、１μｍ〜１０μｍの範囲とすることが可能である。
【０１０４】
一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子の塗布ドットの直径は、インクジェット法によって吐出される液滴のサイズによって決まる。上記の金属ナノ粒子の分散液を用いて、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径を、０．５μｍ〜５μｍの範囲とする際、吐出される液滴のサイズ（直径）は、０．３μｍ〜３μｍの範囲とする。この液滴の吐出条件を達成するため、本発明では、超微細インクジェット印刷装置を用いて、吐出される液滴のサイズ（直径）を、０．３μｍ〜３μｍの範囲に設定している。
【０１０５】
実際には、吐出される液滴のサイズ（直径）を、０．３μｍ〜３μｍの範囲とする際、液滴が飛翔する間に、その表面から含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。着弾する直前には、液滴のサイズ（直径）は、０．３μｍ〜３μｍの範囲よりも有意に小さくなっており、また、流動性も極度に低下する結果、塗布ドットの直径を、０．５μｍ〜５μｍの範囲となっている。分散溶媒の蒸散に伴い、液滴の体積が８０％まで減少すると、塗布ドットの直径が、０．５μｍ〜５μｍの範囲となる際、その塗布ドットの平均化した高さは、塗布ドットの直径の１／８程度となる。
【０１０６】
上記の金属ナノ粒子分散液を利用して、超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する場合、各金属ナノ粒子分散液の塗布ドットでは、高い液粘度の分散液となっており、表面での更なる塗れ拡がりは起こらない。従って、描画された金属ナノ粒子分散液の塗布層の側壁面は、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角：θdは、８０°≧θd≧６０°の範囲とすることが可能である。その後、低温焼成処理を施すと、金属ナノ粒子相互の融着が進行し、塗布層の膜厚；Ｔdから、金属ナノ粒子の焼結体層の膜厚：Ｔbakedへと減少する。その減少比率：Ｔbaked／Ｔdは、３／４〜３／５程度である。従って、金属ナノ粒子の焼結体層における側壁面も、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角：θbakedは、７０°≧θbaked≧４５°の範囲とすることが可能である。
【０１０７】
本発明で利用される金属ナノ粒子分散液の調製方法を、以下に説明する。
【０１０８】
前記の金属ナノ粒子では、低温焼成過程における、加熱処理温度は、２５０℃以下、好ましくは、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する際も、清浄な金属表面を保持する限り、良好な焼結体を形成することができる。さらには、室温付近でも、これら金属ナノ粒子は、その金属表面を直接接触させると、互いに、融着して、凝集してしまい易い。そのため、例えば、市販されている金属ナノ粒子分散液を原料として、分散溶媒を所望の有機溶剤への変換し、また、適正な分散溶媒の含有比率、液粘度の調整を図って、目的組成の金属ナノ粒子分散液を調製する際、例えば、下記する手順を利用することが望ましい。
【０１０９】
原料に利用する、金属ナノ粒子分散液としては、金属ナノ粒子の表面をアルキルアミンなどの表面被覆分子で被覆保護し、かかるアルキルアミンなどの表面被覆分子の溶解性は乏しく、留去が可能な無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中、好ましくは、沸点が少なくとも１５０℃以下の無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中に、表面被覆分子で被覆された金属ナノ粒子が均一に分散されているものを利用する。先ず、アルキルアミンなどの表面被覆分子の離脱を抑制しつつ、該金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒の除去を行う。
【０１１０】
該分散溶媒の除去は、減圧留去の手法が適当であるが、この減圧留去の間に、金属ナノ粒子表面の表面被覆分子の脱離を抑制するため、必要に応じて、該被覆層分子に対して、親和性が優り、かつ、減圧留去される分散溶媒よりも、沸点が有意に高い保護用の溶媒成分を添加、混合した上で、減圧留去を行うことができる。例えば、減圧留去される分散溶媒がトルエンであり、金属ナノ粒子の被覆層分子として、アルキルアミンである、ドデシルアミンを利用している場合、前記保護用の溶媒成分として、ジオール系溶媒、例えば、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールなどの各種グリコール類を少量添加することが可能である。加えて、ドデシルアミンなどの、金属ナノ粒子の被覆層分子として利用する、アルキルアミンに代えて、金属ナノ粒子の被覆層分子に利用可能であり、より沸点の高い別種のアミン類を添加することもできる。この別種のアミン類は、分散溶媒の減圧留去に際し、当初に存在する金属ナノ粒子の被覆層分子の一部を置換する目的で利用することもできる。この別種のアミン類などの、置換される被覆層分子成分には、各種グリコール類などの保護用の溶媒成分との親和性を有し、同時に、アミノ基などの配位結合可能な基を具える、沸点の高い液状有機化合物が利用可能である。例えば、２−エチルヘキシルアミンや、ジェファーミンＥＤＲ１４８（２，２−（エチレンジオキシ）ビスエチルアミン）などが利用可能である。
【０１１１】
前記の金属ナノ粒子分散液を調製する過程において、分散溶媒を上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒へと変換、再分散を行う際、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子以外に、被覆層が欠落して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊が混入する場合もあり、均一な分散化を図った再分散液を、サブ・ミクロン穴径のフィルター、例えば、０．２μｍメンブランフィルターで濾過して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊を除く処理を施すことが望ましい。この濾過処理を施すことで、目的とする高沸点の分散溶媒中に、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子が均一に分散した、高い流動性の分散液により高い確実性で調製される。
【０１１２】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、インクジェット印刷法を適用して、上記の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する際、吐出される液滴のサイズ（直径）をより微細化するため、超微細インクジェット印刷装置を用いている。
【０１１３】
本発明で利用する金属ナノ粒子分散液は、金属ナノ粒子の表面に被覆分子層を設けているが、分散液の液温を上昇させると、該被覆分子層を構成する有機化合物分子は、分散溶媒中に溶出する。この現象を回避するため、インクジェット印刷法における微小液滴の吐出を行う際、分散液の液温を上昇させる、サーマル方式を採用することはできない。従って、分散液の液温上昇を伴わない、微小液滴の吐出手法である、静電吸引方式を採用する。特に、静電吸引方式の特徴である、ノズル先端の開口径と印加電圧を制御することで、吐出される微小液滴の液量：ＶOを制御できることを利用している。吐出される微小液滴は、その表面張力のため、実質的に球形となり、そのサイズ（直径）：ＤOは、ＶO＝（4/3）π・（ＤO/2）3の関係を満足する。その際、微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenは、ＤO＞Ｄopen≧1/3・ＤOの範囲とする。例えば、吐出される微小液滴のサイズ（直径）：ＤOを、０．３μｍに選択する際には、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenは、０．３μｍ＞Ｄopen≧０．１μｍの範囲とする。
【０１１４】
本発明で利用する超微細インクジェット印刷装置では、その微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを、例えば、０．１μｍ〜１μｍの範囲に選択している。
【０１１５】
特開２００４−１６４４８７号公報に開示される超微細流体ジェット装置の動作原理を採用した、静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置は、前記の目的に好適に利用できる。特許第３９７５２７２号公報に記載される超微細流体ジェット装置では、絶縁体で形成されるノズルは、ノズル先端の開口径が１０ｎｍ〜８，０００ｎｍの範囲、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の極めて小さな開口径に選択可能なノズルである。一方、このノズル先端と塗布対象面との距離は、例えば、１００μｍ以下に選択されている。
【０１１６】
描画される微細なパターンの最小パターン・サイズを考慮した上で、そのノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを、１０ｎｍ〜８，０００ｎｍの範囲で適宜選択される。
【０１１７】
一方、該超微細インクジェット印刷用ノズルを利用して、微小液滴として吐出させる、金属ナノ粒子分散液中に含有される、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、少なくとも、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを基準として、1/2・Ｄopen≧Ｄの範囲に選択する。通常、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを基準として、1/5・Ｄopen≧Ｄ≧1/200・Ｄopenの範囲、好ましくは、1/10・Ｄopen≧Ｄ≧1/100・Ｄopenの範囲に選択する。
【０１１８】
また、かかる微細な開口径を有する絶縁体製ノズル・チップは、ノズル内部の穴径は、その基部の管内径より、ノズル先端の開口径まで、徐々に細くなるテーパー状の内壁面構造を有するものとする。また、ノズルの壁面層の厚さ（肉厚）は、一般に、径方向では均一にするため、その断面形状は、内壁面と外面とは同心円の形態とされる。加えて、ノズル先端の開口から基部の穴まで、同一の中心軸を有する回転対称性を有する内壁面構造と外面構造を持つ、尖頭状の外形形状を示すノズル・チップに設計する。
【０１１９】
該ノズル・チップの内側に、金属ナノ粒子分散液と接し、該分散液に電界を印加する電極を配置する。また、ノズルの先端部の外面にも電極を設け、該ノズル内部の電極との間に印加される電圧によって、金属ナノ粒子分散液中に電界が印加される状態とされる。
【０１２０】
そのノズルの壁面層の厚さ（肉厚）は、通常、ノズル基部では、連結される液導入管部の末端における導入管の管肉厚を超えない範囲に選択することが望ましい。そして、ノズルの先端に進むにつれて、壁面層の厚さ（肉厚）を徐々に薄くする形態とする。その最も壁面層の厚さ（肉厚）が薄くなる先端部においても、ノズルに要求される機械的強度を満足するように、ノズルを構成する材料に応じて、その厚さ（肉厚）を適宜選択する。
【０１２１】
該ノズルから吐出させ、塗布する対象の金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径１〜１００ｎｍ、望ましくは平均粒子径１〜２０ｎｍの金属ナノ粒子、例えば、該金属元素として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウムなどの金属単体、あるいは、それらの合金からなる金属ナノ粒子を含む分散液が利用される。かかる金属ナノ粒子を含有する分散液を、その液粘度を２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲に調製された分散液として、吐出させる。ノズル内壁面は、吐出を行う際、該固体分散媒質と接触するので、一定以上の磨耗耐性を有する絶縁材料で作製することが望ましい。すなわち、ノズルの絶縁材料は、かかる硬度、磨耗特性、弾性変形に対する機械的強度、また、絶縁破壊電界強度などの要件を満足するものが利用される。
【０１２２】
ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenが、２００ｎｍの場合、吐出される微小液滴のサイズ（直径）：ＤOは、約１μｍ程度と見積もられ、その微小液滴の液量：ＶOは、約０．７ｆＬに相当している。
【０１２３】
従って、上記の微小口径ノズルを利用する超微細インクジェット印刷装置を用いる際、吐出される微小液滴の液量は、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択すること好ましい。
【０１２４】
本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
【０１２５】
その際、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程では、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。さらには、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法を利用することが好ましい。
【０１２６】
加えて、有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程でも、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。
【０１２７】
その際、膜厚：Ｔchannnelの有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子分散液の塗布膜が形成される。この金属ナノ粒子分散液の塗布膜中には、分散溶媒が含まれているが、塗布された時点で、分散溶媒の一部は蒸散除去された状態となっている。そのため、残留している分散溶媒中に溶出する有機半導体の量は僅かである。さらに、低温焼成処理を施す際、分散溶媒が蒸散されると、有機半導体膜と形成される金属ナノ粒子の焼結体層との界面に、溶出していた有機半導体は再析出する。
【０１２８】
結果的に、一旦形成される有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子の焼結体層が接する界面の近傍では、部分的に有機半導体膜の溶出と、再析出に起因して、有機半導体分子の配向に乱れが導入される。しかしながら、ソース電極およびドレイン電極の直下の領域においても、有機半導体膜とゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体分子の配向は保持されている。
【０１２９】
また、金属ナノ粒子分散液の塗布膜から、その周囲への分散溶媒の濡れ拡がりも抑制されている。従って、ソース電極およびドレイン電極によって挟まれている、チャネル領域に形成されている有機半導体膜への影響は実質的に皆無となっている。
【実施例】
【０１３０】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、かかる具体例により限定されるものではない。
【０１３１】
（実施例１）
実施例１は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１３２】
実施例１で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１３３】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム基板を用いている。あるいは、厚さ５００μｍのガラス基板を用いている。
【０１３４】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、アルミニウムであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１３５】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１３６】
ゲート絶縁膜３上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃、）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１３７】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１３８】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１３９】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１４０】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１４１】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ１００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１４２】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１４３】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１４４】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１４５】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度２３０℃、基板温度６０℃を選択している。なお、堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ蒸着条件で、ペンタセン蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ペンタセン蒸着膜の膜厚の測定は、ペンタセン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。
【０１４６】
最終的に、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１４７】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝−２．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝−０．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝−３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０6であった。
【０１４８】
（実施例２）
実施例２は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１４９】
実施例２で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１５０】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンテレフタレート基板を用いている。あるいは、厚さ５００μｍのシリコン酸化膜／Ｓｉ基板を用いている。
【０１５１】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、アルミニウムであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１５２】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１５３】
ゲート絶縁膜３上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃、）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１５４】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１５５】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１５６】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１５７】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１５８】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ３００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１５９】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１６０】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１６１】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１６２】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着源温度２３０℃、基板温度９０℃を選択している。なお、堆積される蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ蒸着条件で、蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚の測定は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。
【０１６３】
最終的に、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１６４】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶS-D＝３Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝１．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０4であった。
【０１６５】
（実施例３）
実施例３は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１６６】
実施例３で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１６７】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板を用いている。
【０１６８】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、Ａｌであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１６９】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１７０】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１７１】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度２３０℃、基板温度６０℃を選択している。
【０１７２】
その後、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１７３】
有機半導体膜６上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１７４】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１７５】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１７６】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１７７】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１７８】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＡｌＯx膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ３００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１７９】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１８０】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１８１】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝−２．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝−０．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝−３．０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０6であった。
【０１８２】
（実施例４）
実施例４は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１８３】
実施例４で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１８４】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板を用いている。
【０１８５】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、Ａｌであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１８６】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１８７】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１８８】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、蒸着源温度２３０℃、基板温度９０℃を選択している。
【０１８９】
その後、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１９０】
有機半導体膜６上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１９１】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１９２】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１９３】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１９４】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１９５】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＡｌＯx膜上に、同じ条件で作製される、幅２ｍｍ、長さ３００ｍｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１９６】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１９７】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１９８】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝１．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝１Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０4であった。
【０１９９】
なお、図１の（ａ）は、実施例３または実施例４に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す。また、図１の（ｂ）には、ペンタセン膜上に、ソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dを、１μｍ、２μｍ、５μｍとして作製されたソース電極４とドレイン電極５の線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDを顕微鏡観察した画像イメージを示す。加えて、図１の（ｃ）には、ペンタセン膜上に形成されたソース電極４とドレイン電極５を含むチャネル領域の表面を、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）によって、その凹凸を観測した二次元画像イメージを示す。図１の（ｃ）には、ソース電極４とドレイン電極５の断面形状は、実際には、図１の（ａ）に模式的に示す凸形状を示すことが示されている。すなわち、超微細インクジェット装置を利用して描画されるスポットでは、塗布された銀ナノ粒子分散液は、高い液粘度を示す状態となり、隣接するスポット間での濡れ広がりによる平坦化が抑えられていることを示している。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板上に作製される、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子用の有機薄膜トランジスタの製造に、好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０１】
【図１】実施例３または実施例４に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作層として、有機半導体の薄膜層を利用する、有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：TFT）は、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子として、広く利用されている。薄膜トランジスタの作製に利用される基板材料として、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用も進められている。
【０００３】
絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の耐熱性は、無機材料で作製される基板、例えば、ガラス基板の耐熱性と比較すると、大幅に劣っている。そのため、薄膜トランジスタの動作層に利用される、半導体薄膜層として、低温条件での作製が可能な有機半導体の薄膜層を利用する、有機薄膜トランジスタの応用が進められている。
【０００４】
有機薄膜トランジスタにおける、実効的なチャネル層は、ゲート絶縁膜と有機半導体の薄膜層との接合界面に形成される。この実効的なチャネル層における、キャリア移動度を向上させるため、ゲート絶縁膜の表面に、予め、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法が利用されている（特許文献１）。この「自己組織化単分子膜」上に、有機化合物からなる層を積層すると、積層される有機化合物は、自己組織化単分子膜中の分子の秩序性に従って、秩序的な配向を保持した状態（エピタキシャル成長様の積層状態）となる。
【０００５】
一方、下層に「自己組織化単分子膜」が存在していない領域では、その領域に有機化合物からなる層を積層すると、秩序的な配向を実質的に具えていない状態となっている。例えば、有機化合物の分子は、局所的には、ある程度、その配向は揃った部位は存在するが、全体的には「無秩序な配置」で堆積された状態となっている。
【０００６】
有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成する手法が提案されている。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の形成に、金属ナノ粒子の分散液を塗布した後、その塗布膜層を低温焼成処理して、金属ナノ粒子の焼成体層を利用する際、この塗布膜層の端が、ゲート電極の側端位置に自己整合する状態とする。例えば、ゲート電極の形状に合わせて、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分をレジストで被覆する。また、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面を該レジストで被覆している状態とする。金属ナノ粒子の分散液が、水系溶媒を分散溶媒とする際、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である状況では、レジスト表面への金属ナノ粒子分散液の滲み出しが防止される。従って、ゲート電極の側端位置では、開口部に塗布された金属ナノ粒子の分散液は、そのレジストの側端に接するように、「自己整合的な」塗布膜層となっている。引き続き、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、次いで、レジストを剥離し、塗布膜層の本焼成を行う。その結果、作製されたソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極に対して、自己整合した形状に形成される（特許文献２）。レジストの除去した後、有機半導体の薄膜層を形成し、ゲート電極を被覆しているゲート絶縁膜表面のチャネル領域に相当する部分、ソース電極とドレイン電極の一部を被覆するように、有機半導体の薄膜層をパターニングする。
【特許文献１】米国特許第６，４３３，３５９号明細書
【特許文献２】特開２００６−２８６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製する工程は、低温条件で実施でき、各種の光透過性の絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板の利用に適合している。
【０００８】
しかしながら、ソース電極形成部とドレイン電極形成部用の開口部を取り巻くように、ゲート絶縁膜表面をレジストで被覆する前処理工程が必要である。また、レジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用するため、水系溶媒を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する必要がある。加えて、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。換言するならば、金属ナノ粒子の分散液中には、バインダ樹脂成分を配合し、該塗布膜層の剥離を回避する必要がある。
【０００９】
従って、上記のレジスト表面は、撥液性であるが、開口部に露呈するゲート絶縁膜表面は、親液性である特徴を利用する手法は、水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合には、適用できない。また、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合、レジストを剥離する際、塗布膜層に含まれる分散溶媒を蒸散させ、仮焼成処理して、該塗布膜層の剥離を回避する手段は利用できない。
【００１０】
水系溶媒に代えて、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を使用する場合、特には、金属ナノ粒子の分散液中に、バインダ樹脂成分を配合しない場合に、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製するには、新たな手法の開発が必要である。
【００１１】
本発明は、前記の課題を解決するものである。すなわち、本発明の目的は、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができ、その際、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを利用せず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用する、有機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】
【００１２】
本発明者らは、前記の課題を解決するため、鋭意検討を行った。
【００１３】
まず、対象とする有機薄膜トランジスタは、例えば、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子である点に留意した。すなわち、一ピクセルのサイズを基準に、その駆動用のＴＦＴの素子サイズは決定される点に留意した。一ピクセルのサイズを、４００μｍ×４００μｍの矩形と仮定すると、その駆動用のＴＦＴの素子の作製部分は、例えば、３００μｍ×３００μｍ以下となる。その場合、有機薄膜トランジスタのゲート電極のゲート幅：ＷGは、３００μｍ以下、例えば、１００μｍ〜３００μｍの範囲に選択され、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲に選択される。ゲート電極のサイズに対応して、ソース電極およびドレイン電極のサイズが決定される。従って、ソース電極を、長さ：ＬS、幅：ＷSの矩形、ドレイン電極を、長さ：ＬD、幅：ＷDの矩形とする場合、長さ：ＬSと長さ：ＬDは、１００μｍ以下の範囲、例えば、３０μｍ〜１００μｍの範囲、幅：ＷSと幅：ＷDは、２５０μｍ以下の範囲、例えば、８０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択される。
【００１４】
その際、例えば、ソース電極とドレイン電極で挟まれるチャネル領域のサイズ、すなわち、チャネル領域の長さ：Ｌchannelは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲に選択する。すなわち、ソース電極とドレイン電極の間の間隙：ＬS-Dは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲に選択する。例えば、チャネル領域の直上から観察した際、ゲート電極の側端と、ソース電極およびドレイン電極との間の水平方向の間隙：ΔＬS-G、ΔＬD-Gは、1/2・ＬG≧ΔＬS-G、ΔＬD-G≧０の範囲に選択する。
【００１５】
上記のソース電極およびドレイン電極の目標サイズ、ならびに、ゲート電極に対する、アライメント精度の目標を考慮すると、その作製に利用される金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度は、最小線幅／最小スペース幅は、少なくとも、1/2・ＬG以下の範囲であることが好ましいと結論した。前記の金属ナノ粒子分散液塗布層のパターンを描画する精度を達成する手段として、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成する手法が利用できることを見出した。
【００１６】
一方、有機薄膜トランジスタでは、「ＯＮ状態」において、チャネル領域のゲート電極の直上の、ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面に「実効的なチャネル層」が形成される。その際、「実効的なチャネル層」として機能する、ゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体層中のキャリア移動度を向上させると、「ＯＮ状態」のドレイン電流Ｉd-ONが増加する。その手段として、例えば、ゲート絶縁膜の表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成し、該「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて、有機半導体膜を形成する手法が利用できることを見出した。また、「自己組織化単分子膜」を下地層として、真空蒸着法を用いて形成される、有機半導体膜を採用すると、「ＯＦＦ状態」のドレイン電流Ｉd-OFFは低減されることも確認される。そのため、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFが、格段に向上されることが確認される。
【００１７】
本発明者らは、上記の知見に基づき、本発明を完成させた。
【００１８】
本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【００１９】
本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法である。
【００２０】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、１μｍ〜１０μｍの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、３０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に選択することができる。
【００２１】
また、前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択することができる。
【００２２】
一方、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜１００ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００２３】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００２４】
加えて、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の２０℃における液粘度を、２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓの範囲に選択することが好ましい。
【００２５】
特に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物１種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有していることが望ましい。
【００２６】
その際、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、２０℃以下、沸点は、８０〜３００℃の範囲である有機溶剤を選択することが好ましい。
【００２７】
また、前記分散溶媒は、
１００℃以上に加熱した際、該分散溶媒１００質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒であることが好ましい。
【００２８】
例えば、分散溶媒として、炭素数１０〜１８のアルカン、あるいは、炭素数８〜１２の第一級アルコールを選択することができる。
【００２９】
さらには、前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、２０℃におけるその液粘度が２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となることが望ましい。
【００３０】
一方、前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する。
【００３１】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を利用することで、有機薄膜トランジスタを構成するソース電極およびドレイン電極を、有機溶剤を分散溶媒とする、金属ナノ粒子の分散液を利用して作製することができる。特には、ソース電極およびドレイン電極の作製工程では、ソース電極形成部とドレイン電極形成部に対応する開口部を設けたレジストを必要とせず、インクジェット印刷法を適用して、金属ナノ粒子の分散液を塗布する手法を利用することで、目的とするソース電極形成部とドレイン電極形成部に金属ナノ粒子の分散液を塗布することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法をより詳しく説明する。
【００３４】
まず、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第一の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。
【００３５】
また、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法は、下記の構造を有する、第二の形態の有機薄膜トランジスタの製造に適用される。
【００３６】
第一の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板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た、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体膜とで構成されている。
【００３７】
第二の形態の有機薄膜トランジスタは、
基板と、
該基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極表面を被覆するように、基板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た有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された、ソース電極およびドレイン電極とで構成されている。
【００３８】
この有機薄膜トランジスタを作製する際、基板は、絶縁性材料で形成される基板である。液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に応用する際には、光透過性の絶縁性材料で形成される基板が利用される。無機の絶縁性材料で形成される光透過性基板、例えば、ガラス基板を使用することができる。また、光透過性の絶縁性有機樹脂材料で形成される基板、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）、ポリイミドなどの光透過性プラスチック材料で形成される基板を使用することができる。
【００３９】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法が対象とする、上記の有機薄膜トランジスタでは、例えば、ゲート電極のサイズは、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲、好ましくは、７μｍ〜２０μｍの範囲に選択し、ゲート幅：ＷGは、１００μｍ〜３００μｍの範囲に選択する。
【００４０】
また、チャネル長：Ｌchannelは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲、好ましくは、4/3・ＬG≧Ｌchannel≧ＬGの範囲に選択する。すなわち、ゲート電極を挟むように形成される、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔：ＬS-Dは、ゲート長：ＬGを基準として、２ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲、好ましくは、4/3・ＬG≧ＬS-D≧ＬGの範囲に選択する。
【００４１】
ゲート電極は、ゲート絶縁膜の下に位置し、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁膜の上に位置するが、直上から観察した際、
ソース電極およびドレイン電極の形状は、実質的に、それぞれ、長さＬSの短辺、長さＷSの長辺を有する矩形、長さＬDの短辺、長さＷDの長辺を有する矩形と見做すことができ、
また、ゲート絶縁膜の形状は、長さＬGの短辺、長さＷGの長辺を有する矩形と見做すことができるように、各電極のパターン形状を選択することが好ましい。
【００４２】
通常、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形状を前記のように選択する際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの一辺と、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺が並行となるように配置する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺が、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺が並行となるように配置する。その際、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺は、ゲート電極の矩形パターンの長さＷGの長辺より短くし、また、長さＷSの長辺と長さＷDの長辺を等しい長さに選択する。すなわち、ＷG＞ＷS＝ＷDの条件を満足するように選択する。例えば、ＷG＞ＷS＝ＷD≧1/2・ＷGの条件、好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧2/3・ＷGの条件を満足するように選択する。例えば、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺を、ＷG＞ＷS＝ＷD≧2/3・ＷGの条件を満す範囲で、７０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択する。
【００４３】
一方、有機薄膜トランジスタの動作層として利用される有機半導体の薄膜層は、少なくとも、チャネル長：Ｌchannelのチャネル領域は、実質的に、長さＬchannelの短辺、長さＷchannelの長辺を有する矩形と見做すことができるように、パターンニングする。このチャネル領域の幅：Ｗchannelは、ゲート電極のゲート幅：ＷGより狭くする。通常、チャネル領域の幅：Ｗchannelは、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンの長さＷSの長辺、長さＷDの長辺よりも狭くすることが好ましい。すなわち、少なくとも、ＷG＞Ｗchannelの条件を満足し、好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannelの条件を満足するように選択する。例えば、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧1/2・ＷGの条件、より好ましくは、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧2/3・ＷGの条件を満足するように選択する。例えば、チャネル領域の幅：Ｗchannelを、ＷG＞ＷS＝ＷD≧Ｗchannel≧2/3・ＷGの条件を満す範囲で、７０μｍ〜２５０μｍの範囲に選択する。
【００４４】
有機薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域の長さ：Ｌchannelは、ソース電極およびドレイン電極のゲート電極側の側端間の間隔：ＬS-Dに相当している。チャネル領域の直上から観察した際、ソース電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙：ΔＬS-Gと、ドレイン電極のゲート電極側の側端と、ゲート電極の側端との間隙：ΔＬD-Gとは、その合計は、（ＬS-D−ＬG）＝（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）となっている。従って、ＬG≧（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）≧０、好ましくは、1/3・ＬG≧（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）≧０の範囲とする。例えば、ゲート長：ＬGは、５μｍ〜３０μｍの範囲、好ましくは、７μｍ〜２０μｍの範囲に選択される際、（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）は、０μｍ〜２０μｍの範囲、好ましくは、０μｍ〜１０μｍの範囲に選択する。
【００４５】
ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、前記の（ΔＬS-G＋ΔＬD-G）の値よりも、より高い精度であることが必要である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように選択することが好ましい。また、描画される線幅のバラツキ（直線からの揺らぎ幅）は、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように、パターン描画精度を保持することが好ましい。超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する際、個々の液滴が塗布されるドット径（直径）は、描画精度に応じて、０．５μｍ〜５μｍの範囲となるように、液滴の吐出条件を設定する。
【００４６】
ゲート電極を形成する金属として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート電極の形成に利用されている金属種は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート電極を形成する金属として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される金属を採用することが好ましい。基板上に、ゲート電極を形成する際、蒸着法、スパッタ法を利用して、金属薄膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。また、ゲート電極の形成工程でも、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、基板上に金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるゲート電極を形成することもできる。
【００４７】
ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、従来から有機薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成に利用されている絶縁材料は、本発明でも利用できる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、無機絶縁材料、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5が、好適に利用できる。これら無機絶縁材料からなるゲート絶縁膜の形成は、ＰＥ・ＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Phase Deposition）法、スパッタ法を利用して、所望の膜厚の絶縁膜を形成し、フォトリソグラフ法を適用して、所望の形状パターンにパターニングを行う手法が利用できる。ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率：εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。
【００４８】
例えば、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、絶縁破壊電界強度：ＥB＝３ＭＶ／ｃｍ、比誘電率：εr-I＝４のＳｉＯ2を利用する場合、ゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorは、最大定格ゲート電圧ＶG-MAXに対して、ＥB＜（ＶG-MAX／Ｔinsulator）の範囲に選択することが好ましい。
【００４９】
ゲート電極の厚さ：Ｔgateは、通常、その表面を被覆するゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorよりも、薄くなるように選択することが好ましい。すなわち、Ｔinsulator≧Ｔgateの条件を満足するように選択する。例えば、3/4・Ｔinsulator≧Ｔgate≧1/8・Ｔinsulatorの条件、好ましくは、2/3・Ｔinsulator≧Ｔgate≧1/6・Ｔinsulatorの条件を満足するように、ゲート電極の厚さ：Ｔgateを選択する。
【００５０】
前記の条件を満たす範囲では、ゲート電極の側端による段差（Ｔgate）よりも、形成されるゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorが厚いため、この段差部の側壁面に対しても、ゲート絶縁膜による被覆が確実に達成される。
【００５１】
あるいは、本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する絶縁材料として、有機絶縁材料、例えば、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を利用することもできる。絶縁性樹脂材料を使用する場合も、ゲート絶縁膜の膜厚は、用いる絶縁膜の比誘電率：εr-I、ならびに、絶縁耐性を考慮して、所望のゲート耐圧を達成できる範囲に選択する。
【００５２】
ゲート絶縁膜上に形成される有機半導体の薄膜層が、動作層として利用される。その際、チャネル領域では、ゲート電極の直上、ゲート絶縁膜と有機半導体との界面に実効的なチャネル層が形成される。すなわち、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、閾値バイアス：Ｖthを超えた時点（ＶG＜Ｖth）で、前記の実効的なチャネル層を経由するドレイン電流：Ｉd-ONが流れ、「ＯＮ状態」となる。
【００５３】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜（Self Assembled Monolayer:SAM）」を形成する手法を利用することが好ましい。この手法に関しては、例えば、米国特許第６，４３３，３５９号明細書（特許文献１）、Frank-J. Meyer zu Heringdorf, et al. "Growth Dynamics of Pentacene Thin Films", Nature Vol.412, 517 (2001)などに、その詳細が開示されている。
【００５４】
有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法では、有機化合物が単分子で分散している、単分子分散液中に、浸漬すると、ゲート絶縁膜表面に吸着した単分子を核として、「自己組織的」にラテラル方向に単分子膜が成長し、最終的に、規則的な分子配向を有する「自己組織化単分子膜」が形成される。
【００５５】
例えば、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を用いて、「自己組織化単分子膜」を作製する際には、ゲート電極表面に形成された下地絶縁膜上に、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）の固定がなされることが好ましい。具体的には、下地絶縁膜の表面に存在するヒドロキシ基（−ＯＨ）と、該フォスフォン酸とのエステル結合を介して、固定がなされることが好ましい。この目的で利用される、下地絶縁膜としては、アルミニウム酸化物、銀酸化物、タンタル酸化物など、ゲート電極を構成する金属を酸化させることにより形成可能な金属酸化物からなる膜を採用することが好ましい。
【００５６】
その後、「自己組織化単分子膜」を下地層として、有機化合物を、真空蒸着法を利用して、堆積すると、堆積される層も、下地層の規則性を反映した、秩序配列を保持した有機半導体の薄膜層となる。
【００５７】
この「自己組織化単分子膜」を下地層として利用する、有機半導体の薄膜層の形成法は、下地層上での堆積過程は、真空蒸着法を利用するため、蒸散可能な低分子型の有機半導体材料に適用できる。例えば、テトラセン、ペンタセンなどのアセン類、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類からなる有機半導体の薄膜層の形成に好適に利用できる。作製する有機半導体層が、代表的なｐ型有機半導体であるペンタセン、または代表的なｎ型有機半導体であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である際、特に有効な手段となる。本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法においても、作製する有機半導体層は、ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層であることが好ましい。
【００５８】
その際、対象となる有機薄膜トランジスタのスイッチング動作は、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、閾値バイアス：Ｖthを超えた時点（｜ＶG｜＞｜Ｖth｜）で、「ＯＮ状態」となる、「エンハンスト・モード型」である。従って、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶGが、ＶG＝０Ｖの状態では、ゲート電極の直上のチャネル領域では、該有機半導体層内にキャリアが存在していない状態（空乏化状態）であることが必要である。作製する有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、前記の「空乏化」条件を満足する膜厚の範囲に選択される。
【００５９】
「空乏化」の条件を満足する膜厚の範囲は、ゲート電極の金属材料Ｍgateの仕事関数ｅψ（Ｍgate）ｅＶ、ゲート絶縁膜の絶縁材料Ｉgateの電子親和力ｅχ（Ｉgate）ｅＶと比誘電率：εr-I、有機半導体の電子親和力ｅχ（Ｓchannel）ｅＶと比誘電率：εr-OS、ならびに、ゲート絶縁膜の膜厚：Ｔinsulatorに基づき、ＭＩＳ構造を仮定して、ｐｏｉｓｓｏｎ方程式の数値計算に基づき、算定することができる。現実的には、有機半導体自体、残留するキャリアの濃度は低く、通常、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelが１０ｎｍ以下の範囲で、上記の「空乏化」の条件を満足する。
【００６０】
なお、実際のスイッチング動作時に、ゲート電極に印加されるゲート電圧：ＶG-ONを印加した際、ＭＩＳ構造を構成する有機半導体層の厚さ方向に、伝導帯のポテンシャル変化（バンド・ベンディング）が生じる。その結果、ゲート絶縁膜と有機半導体層の界面にキャリアの蓄積が生じ、実効的なチャネル層として機能する。一方、例えば、ｎ型有機半導体層の最上面において、伝導帯エネルギーレベル：ＥCは、少なくとも、quasi−Fermiレベル（Ｅf）より十分に高いレベルに維持されることが望ましい。作製する有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelの下限は、前記の条件を満足する膜厚の範囲に選択される。一方、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelが不必要に厚いと、動作上は特に問題はないが、その作製に要する時間が、不必要に長くなる。
【００６１】
通常、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００６２】
例えば、ｐ型有機半導体材料であるペンタセンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に選択することが好ましい。また、ｎ型有機半導体材料であるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層を採用する場合には、該有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に選択することが好ましい。
【００６３】
本発明に第一の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成した後、このソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する。
【００６４】
従って、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDに相当する段差部を被覆して、ソース電極とドレイン電極の表面を被覆するように、有機半導体膜の形成を行う。そのため、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜（テーパ）を有する側面の平均傾斜角：θS，θDは、７０°≧θS≧４５°、７０°≧θD≧４５°の範囲に選択することが好ましい。
【００６５】
また、前記段差部の被覆をより確実に実施する上では、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDを、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelの１０倍以下に選択することが望ましい。通常、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。
本発明に第二の形態かかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
【００６６】
実際の液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置に利用する際には、作製された有機薄膜トランジスタを保護する目的で、表面保護膜によって被覆される。この表面保護膜の被覆を考慮すると、ソース電極とドレイン電極のゲート電極側の側端部は、傾斜を有する側面を有する形状とする。この傾斜（テーパ）を有する側面の平均傾斜角：θS，θDは、７０°≧θS≧４５°、７０°≧θD≧４５°の範囲に選択することが好ましい。
【００６７】
表面保護膜の段差部の被覆性を考慮すると、ソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。
【００６８】
本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する手法を利用している。
【００６９】
その際、超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成するため、国際公開第２００５／０２５７８７号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液を利用している。
【００７０】
国際公開第２００５／０２５７８７号パンフレットに開示される金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴の形状で噴射し、積層塗布可能な金属ナノ粒子分散液である。前記金属ナノ粒子の平均粒子径は、１〜１００ｎｍの範囲に選択され、該金属ナノ粒子分散液は、固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液である。
【００７１】
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上により被覆されており、前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有している。
【００７２】
一方、分散溶媒は、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒であり、少なくとも、温度１５℃以上において、均一な液体状態を示し、該分散溶媒を構成する、有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物の少なくとも一つは、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物一種以上に対する親和性を有している。なお、該分散溶媒自体の液粘度（２０℃）は、１０ ｍＰａ・ｓ以下の範囲に選択されている。
【００７３】
金属ナノ粒子分散液中において、前記分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択し、該金属ナノ粒子分散液の液粘度（２０℃）は、２ ｍＰａ・ｓ〜３０ ｍＰａ・ｓの範囲に選択されている。特に、前記金属ナノ粒子分散液中に含まれる分散溶媒を一部蒸散除去して、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０ 体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、その液粘度（２０℃）は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となるという特徴を有している。
【００７４】
例えば、前記の金属ナノ粒子分散液は、インクジェット印刷法を適用して、微細な液滴として噴射後、飛翔して、対象物上に堆積するまでの間に、この液滴中に含まれる分散溶媒が蒸散すると、濃縮された液の粘度は急速に増し、着弾する時点では、粘稠な濃縮液となる。
【００７５】
すなわち、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を３μｍ以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５μｍ〜５μｍと非常に小さくなる。その後、なお、残留する分散溶媒も、個々の塗布ドットの皮膜は薄いため、瞬時に大部分が蒸発し、ゲート絶縁膜上には、緻密に積層された金属ナノ粒子が、その粒子間の狭い隙間のみに分散溶媒が浸潤した高粘度体として付着する。このドット塗布操作を繰り返すことにより、ゲート絶縁膜上に、塗布ドット径の金属ナノ粒子塗布膜が厚く積層形成することも可能である。
【００７６】
上記の機構によって、低い液粘度の金属ナノ粒子分散液を、微細な液滴として、噴射塗布して、高い液粘度を示す分散液の塗布層を形成する上では、分散溶媒の容積含有比率の変化に伴い、その液粘度の変化がより急激に生じることが好ましく、平均粒子径をより小さい範囲に選択することが好ましい。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜２０ｎｍの範囲に選択することがより好ましい。また、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、金属ナノ粒子の含有量を、４０質量％以上に選択して、相対的に分散溶媒の容積含有比率を、微細な液滴として、噴射する上で必要とする高い流動性を達成できるものの、可能な限り低い水準に設定することが好ましい。一方、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、分散溶媒の容積含有比率が高いと、噴射後、着弾するまでに溶媒の蒸発が目標とする値まで進行せず、着弾した時点の金属ナノ粒子分散液は、なお、相当の流動性を示す。その場合、例えば、金属ナノ粒子塗布層の側壁部を急峻な傾斜構造に形成することは困難となる。
【００７７】
以下に、本発明で好適に利用される、金属ナノ粒子分散液の構成を更に詳しく説明する。
【００７８】
該金属ナノ粒子分散液は、ソース電極とドレイン電極の微細な平面パターンを高い精度で描画するため、目標とする最小線幅、平面形状サイズに応じて、金属ナノ粒子の平均粒子径は１〜１００ｎｍの範囲に選択する。好ましくは、平均粒子径を１〜２０ｎｍの範囲に選択する。含有される金属ナノ粒子自体の平均粒子径を前記の範囲に選択することで、超微細インクジェット印刷装置により、極めて微細な線幅のパターンへの塗布を可能としている。
【００７９】
分散液中における、金属ナノ粒子同士の凝集を防ぐために、金属ナノ粒子の表面に低分子による被覆層を設け、液体中に分散された状態となっているものを利用する。すなわち、該金属ナノ粒子分散液を積層塗布した塗布層を加熱処理して、含有されている金属ナノ粒子同士、その接触界面における融着を起こすように、金属ナノ粒子の表面には、酸化膜が実質的に存在しない状態となっているものを利用する。
【００８０】
具体的には、金属ナノ粒子の表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により被覆された状態とする。すなわち、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物１種以上により、金属ナノ粒子の金属表面を均一に被覆した状態とする、例えば、末端アミノ基を１以上有するアミン化合物などにより被覆された状態を保持しつつ、一種以上の有機溶剤中に分散されてなる金属ナノ粒子の分散液を用いる。
【００８１】
この被覆層の役割は、加熱処理を施すまでは、金属ナノ粒子が互いにその金属表面が直接接触しない状態とすることによって、分散液中に含有される金属ナノ粒子の凝集を抑制し、保管時の耐凝集性を高く維持することである。また、仮に塗布を行う際など、水分や大気中の酸素分子と接しても、金属ナノ粒子の表面は、既に被覆層で覆われており、水分子や酸素分子との直接的な接触に至らないので、水分や大気中の酸素分子による金属超微粒子表面の自然酸化膜の形成も抑制する機能をも有する。
【００８２】
この金属ナノ粒子表面の均一な被覆に利用される化合物は、金属元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、またはイオウ原子上の孤立電子対を有する基を利用するものである。例えば、窒素原子を含む基として、アミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、スルフィド型のスルファンジイル基（−Ｓ−）が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、エーテル型のオキシ基（−Ｏ−）が挙げられる。
【００８３】
利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。なお、かかるアルキルアミンは、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、導電性ナノ粒子ペーストの加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、その沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルキルアミンが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、Ｃ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、室温付近での蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。
【００８４】
一般に、かかる配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジアミン型、１，３−ジアミン型など、近接する二以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいポリアミン型化合物を利用することもできる。場合によっては、ポリオキシアルキレンアミン型のエーテル型のオキシ基（−Ｏ−）を鎖中に含む、鎖状のアミン化合物を用いることもできる。その他、末端のアミノ基以外に、親水性の末端基、例えば、水酸基を有するヒドロキシアミン、例えば、エタノールアミンなどを利用することもできる。
【００８５】
また、利用可能なスルファニル基（−ＳＨ）を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。なお、かかるアルカンチオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子分散液の塗布膜の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルカンチオールが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基（−ＳＨ）を有するものが用いられる。例えば、前記Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、室温付近の蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジチオール型などの、二以上のスルファニル基（−ＳＨ）が結合に関与するものも、利用可能である。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さなポリチオエーテル型化合物を利用することもできる。
【００８６】
また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。一例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。また、分散溶媒に溶解可能な程度の比較的分子量が小さいなポリエーテル型化合物を利用することもできる。なお、かかるアルカンジオールも、金属元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、脱離しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、通常、１００℃以上の範囲、より好ましくは、１５０℃以上の範囲となるものが好ましい。一方、金属ナノ粒子を含む積層塗布層の加熱処理を行う際には、金属ナノ粒子表面から離脱した後、最終的には、分散溶媒とともに、蒸散することが可能であることが必要である。少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるアルカンジオールが好ましい。例えば、１，２−ジオール型などの、二以上のヒドロキシ基が結合に関与するものなどが、より好適に利用可能である。
【００８７】
金属ナノ粒子分散液中に含有される金属ナノ粒子は、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上を、表面被覆層として有する状態で、分散溶媒中に分散されている。かかる表面被覆層は、保管している際、金属ナノ粒子相互の表面が直接接触することを回避する機能を果せる範囲で、不必要に過剰な被覆分子が存在しないように、適正な被覆比率を選択する。すなわち、加熱して、低温焼成する際、共存している分散溶媒中に、これら被覆層分子を溶出、離脱することが可能である、適正な含有量であって、被覆保護機能を達成できる範囲に被覆比率を選択する。例えば、金属ナノ粒子１００質量部に対して、前述の窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上が総和として、一般に、１０〜５０質量部を、より好ましくは、２０〜５０質量部を含有するように、被覆比率を選択することが好ましい。なお、かかる金属ナノ粒子１００質量部に対して、その表面を被覆している、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する化合物１種以上の総和は、金属ナノ粒子の平均粒子径にも依存する。すなわち、金属ナノ粒子の平均粒子径がより小さくなると、金属ナノ粒子１００質量部当たりの、ナノ粒子表面の表面積総和は、平均粒子径に反比例して増加するため、被覆分子の総和は、それに従って、より高い比率を必要とする。その点を考慮に入れ、金属ナノ粒子の平均粒子径を１〜２０ｎｍの範囲に選択する際には、金属ナノ粒子１００質量部に対して、その表面を被覆している被覆分子の総和は、２０〜５０質量部の範囲に選択することが好ましい。
【００８８】
金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒として利用される有機溶剤は、室温においては、上述の表面被覆層を設けた金属ナノ粒子を分散させる役割を有するが、加熱した際には、金属ナノ粒子表面の被覆層分子を溶出、離脱することが可能である溶媒としての機能を発揮する。その際、加熱状態における被覆層分子の溶出段階において、蒸散が顕著に進行しない高沸点の液体状有機物を利用する。従って、１００℃以上に加熱した際、好ましくは、該分散溶媒１００質量部当たり、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒を利用する。また、１００℃以上に加熱した際、金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する化合物に対して、任意な組成の相溶物を形成できる有機溶剤一種、あるいは二種以上の液体状有機物からなる混合溶媒、特には、高い相溶性を示すものを利用すると一層好ましい。
【００８９】
具体的には、被覆層分子が、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を利用して、金属ナノ粒子表面上に配位している。その際、残る炭化水素鎖、骨格部分に対する親和性を利用して、分散溶媒に含まれる有機溶剤は、被覆層分子で覆われた金属ナノ粒子の分散状態の維持、あるいは互いの相溶性を達成させる機能を発揮する。金属ナノ粒子表面への配位的な結合に起因する、被覆層分子の親和力は、物理的吸着よりも強固ではあるものの、加熱に伴って、急速に低下する。一方、温度上昇に付随して、有機溶剤の示す溶解特性が増す結果、両者の均衡する温度以上に加熱すると、温度上昇に従って、加速度的に被覆層分子の脱離、溶出が促進される。最終的には、加熱中に存在する分散溶媒の中に、金属ナノ粒子表面の被覆層分子の殆ど全てが溶解され、金属ナノ粒子表面には、実質的に被覆層分子が残留していない状態が達成される。
【００９０】
勿論、この被覆層分子の金属ナノ粒子表面からの溶出過程と再付着過程とは、熱的平衡関係にあるため、加熱時における、該分散溶媒に対する被覆層分子の溶解度は十分に高いことがより望ましい。積層されている金属ナノ粒子相互の隙間に浸潤している分散溶媒へ、被覆層分子の溶出が一旦なされても、かかる狭い隙間を介して、塗布層内部から外縁部へと、被覆層分子が拡散・流出するには、更なる時間を要する。金属ナノ粒子相互の焼結が進行する間における、被覆層分子の再付着を効果的に抑制する上では、上記する高い溶解性を示す有機溶剤の利用が望ましい。
【００９１】
すなわち、分散溶媒として利用される有機溶剤は、金属ナノ粒子表面の被覆層分子に対する親和性を示すものの、室温付近では、かかる有機溶剤中へ金属ナノ粒子表面の被覆層分子は、容易には溶出することはないが、加熱に付随して、溶解度が上昇し、１００℃以上に加熱した際には、かかる有機溶剤中へ被覆層分子が溶出可能となるものが利用される。例えば、金属ナノ粒子の表面に被覆層を形成している化合物、例えば、アルキルアミンなどアミン化合物に対しては、そのアルキル基部分と親和性を示す、鎖状の炭化水素基を含有するが、かかるアミン化合物の溶解性が高すぎ、室温付近でも、金属ナノ粒子表面の被覆層が消失するような高い極性を示す溶剤ではなく、非極性溶剤あるいは低極性溶剤を選択することが好ましい。加えて、低温焼成処理を行う温度においても、熱分解などを起こすことがない程度には熱的な安定性を有し、また、沸点は、少なくとも、８０℃以上で、好ましくは、１５０℃以上、３００℃を超えない範囲であることが好ましい。また、微細なラインを形成する際、そのインクジェット法による塗布の工程において、金属ナノ粒子分散液を所望の液粘度範囲に維持することが必要である。そのハンドリング性の面を考慮すると、室温付近では容易に蒸散することのない、前記の高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒、例えば、炭素数１０〜１８のアルカン類、例えば、テトラデカンなど、炭素数８〜１２の第一級アルコール類、例えば、１−デカノールなどが好適に用いられる。但し、利用される分散溶媒自体の液粘度は、少なくとも、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）以下、好ましくは、０．２〜３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲である溶媒を選択することが望ましい。
【００９２】
一方、金属ナノ粒子分散液は、微細な液滴として噴射して塗布する方法であるインクジェット法を適用して、微細なパターンの描画に利用される。従って、金属ナノ粒子分散液は、採用する描画手法に応じて、適合する液粘度を有するものに、調製することが必要である。具体的には、微細配線パターンの描画にインクジェット法を利用するため、該金属ナノ粒子分散液は、その液粘度を、２〜３０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲に選択することが望ましい。その際、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択されていることがより好ましい。一方、インクジェット法を利用して、微細な液滴を噴射した後、飛翔し、塗布面に着弾する際には、微細な液滴から分散溶媒が一部蒸散する結果、濃縮を受け、その液粘度は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓ（２０℃）まで上昇することが望ましい。その際、該濃縮された分散液中における分散溶媒の容積比率は、２０〜５０体積％の範囲になることがより好ましい。なお、該金属ナノ粒子分散液の液粘度は、用いる金属ナノ粒子の平均粒子径、分散濃度、用いている分散溶媒の種類に依存して決まり、前記の三種の因子を適宜選択して、目的とする液粘度に調節することができる。
【００９３】
具体的には、金属ナノ粒子分散液の組成は、該分散液中における分散溶媒の容積比率は、５５〜８０体積％の範囲に選択されている際、その液粘度を、２〜３０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲となるが、仮に、配合される分散溶媒の量を減じて、分散溶媒の容積比率が２０〜５０体積％の範囲となる、対応する濃厚な分散液を調製すると、かかる濃厚な分散液の示す液粘度は、２０ Ｐａ・ｓ〜１０００ Ｐａ・ｓ（２０℃）の範囲となるように選択することが好ましい。
【００９４】
例えば、分散溶媒として、上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒に加えて、液粘度を調整するとともに、加熱した際、被覆層分子の溶出に利し、一方、室温付近では、被覆層分子の離脱を抑制する機能、さらには、離脱に対する補償機能を示すような、比較的に低極性の液状有機物を添加、配合することができる。かかる補足的に添加、配合される低極性の液状有機物は、主な溶媒成分に対して、均一な混合を達成でき、また、その沸点は、主な溶媒成分と同様に高沸点であることが望ましい。例えば、主な溶媒成分が、炭素数８〜１２の第一級アルコール類、例えば、１−デカノールなどである際には、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールなどの分岐のジオール類、また、主な溶媒成分が、炭素数１０〜１８のアルカン類、例えば、テトラデカンなどである際には、ビス２−エチルヘキシルアミンなどの分岐を有するジアルキルアミン類などを、補足的に添加、配合される低極性の液状有機物として利用することができる。
【００９５】
金属ナノ粒子分散液は、加熱した際、重合を起こし、硬化する熱硬化型のエポキシ樹脂成分など、バインダ樹脂成分や被覆剤分子との反応性を示す酸無水物等を含有していない構成とすることで、低温焼成処理を進める過程においても、内部で、重合物の生成は無く、分散溶媒自体の流動性を顕著に低下させる要因を排除している。
【００９６】
加熱処理に際して、金属ナノ粒子の表面を被覆しているアルキルアミンなどの被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱され、金属ナノ粒子相互の凝集を抑制していた被覆層が消失する。その結果、徐々に金属ナノ粒子の融着、融合による凝集が進行し、最終的にランダムチェーンが形成される。その際、金属ナノ粒子相互の低温焼結が進行するとともに、金属ナノ粒子間の隙間空間が減少し、全体の体積収縮が起こり、ランダムチェーンが相互に緻密な接触を達成する。その金属ナノ粒子間の隙間空間が減少する際、この隙間空間を占めている分散溶媒は、流動性を保持するので、金属ナノ粒子間の隙間が隘路となったとしても、外部へと押し出され、全体の体積収縮が進行する。この低温焼成過程における、加熱処理温度は、有機半導体層に損傷を与えない温度範囲に選択する。具体的には、有機半導体層の作製時、有機半導体材料の蒸着源の加熱温度以下の温度を選択することが好ましい。従って、低温焼成過程における、加熱処理温度は、通常、２５０℃以下、好ましくは、１００℃〜２３０℃の範囲、より好ましくは、１３０℃〜２００℃の範囲に選択する。その際、被覆層分子は上述の分散溶媒中に溶出、離脱がなされ、得られる金属ナノ粒子の焼結体は、不均一な金属ナノ粒子の凝集を反映する表面の凹凸の無い、平滑な面形状を示す。加えて、より緻密で、極めて低抵抗、例えば、体積固有抵抗率は１０×１０-6Ω・cm以下の導電体層となる。一方、全体の体積収縮に伴い、外部への押し出される分散溶媒と、それに溶解する被覆層分子は、加熱を継続する間に、徐々に蒸散して、最終的に得られる金属ナノ粒子の焼結体内に、残余する有機物量は、極限られたものとなる。具体的には、バインダー樹脂成分として、前記の低温焼成工程を終えた後も、得られる金属ナノ粒子の焼結体中に残留し、導電体層の構成要素となる熱硬化性樹脂成分などを含有していないので、導電体層中における金属ナノ粒子の焼結体自体の体積占有率が高いものとなる。その結果、金属ナノ粒子の焼結体自体の低い体積抵抗率に加えて、かかる導電体層全体の熱伝導率も、その金属体の体積占有率の高さによって、格段に優れたものとなる。その双方の利点から、流れる電流密度が高い場合における、微細な配線パターンを形成する上で、該金属ナノ粒子分散液を利用する微細な焼結体層の形成はより適するものとなる。
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、前記の低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層を、ソース電極およびドレイン電極の形成に利用している。従って、利用する金属ナノ粒子を構成する金属種は、有機半導体層に対する、ソース電極およびドレイン電極に適する金属種を選択する。例えば、前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００９７】
例えば、ペンタセンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。また、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンで形成される有機半導体層の場合には、金属ナノ粒子は、金、銀、銅、白金、パラジウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子であることが好ましい。
【００９８】
作製されるソース電極とドレイン電極の膜厚：ＴS，ＴDは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に、好ましくは、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に選択する。それに対応して、金属ナノ粒子の焼結体の作製に利用される、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、ＴS，ＴDを基準として、その１／２０以下の範囲、好ましくは、１／３０以下の範囲に選択することが望ましい。例えば、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、１〜２０ｎｍの範囲に選択することが望ましい。
【００９９】
金属ナノ粒子を構成する金属種として、高い導電性に加えて、延性、展性にも優れる金、銀、銅、白金、パラジウムのいずれかを選択することがより好ましく、なかでも、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用することがさらに好ましい。例えば、金ナノ粒子または銀ナノ粒子を利用する際にも、かかる金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）を、１〜２０ｎｍの範囲に選択し、当初の金属ナノ粒子分散液中に含まれる、該金属ナノ粒子の含有量を、４０質量％以上に選択する形態とすることがより望ましい。
【０１００】
低温焼成処理により形成される、金属ナノ粒子の焼結体からなる導電体層では、その表面には、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）に起因する微小な凹凸構造が残る。その微小な凹凸構造は、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）の１／８〜１／４程度である。金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）を、１〜２０ｎｍの範囲に選択すると、微小な凹凸構造は、大きくとも、５ｎｍ以下となり、その上面の被覆するように有機半導体層を形成する際、実質的に問題とならない範囲である。すなわち、有機半導体層の膜厚：Ｔchannnelに対して、前記微小な凹凸構造の大きさは、１／１０を超えない範囲であり、有機半導体層を積層した際、この微小な凹凸構造を埋め込む形状となる。
【０１０１】
また、金属ナノ粒子分散液をゲート絶縁膜上に微小な液滴として噴射する際、少なくとも、液滴の平均径を３μｍ以下の範囲とすることにより、含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。その結果、噴射される金属ナノ粒子分散液の液滴は小さい上に、着弾した液滴の金属ナノ粒子分散液の流動性も低下しているので、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５μｍ〜５μｍと非常に小さくなる。
【０１０２】
従って、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径は、０．５〜５μｍであるので、該金属ナノ粒子の塗布層においては、その最小線幅は、塗布ドットの直径の２倍程度とすることが可能である。
【０１０３】
従って、ソース電極およびドレイン電極の矩形パターンを形成する際、そのパターン描画精度は、最小線幅は、塗布ドットの直径の２倍程度、すなわち、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように、塗布ドットの直径を選択することが可能である。換言するならば、そのパターン描画精度は、最小のスペース幅が、１μｍ〜１０μｍの範囲となるように選択することが可能である。また、描画される線幅のバラツキ（直線からの揺らぎ幅）も、１μｍ〜１０μｍの範囲とすることが可能である。
【０１０４】
一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子の塗布ドットの直径は、インクジェット法によって吐出される液滴のサイズによって決まる。上記の金属ナノ粒子の分散液を用いて、一液滴当たり形成される、金属ナノ粒子分散液の塗布ドットの直径を、０．５μｍ〜５μｍの範囲とする際、吐出される液滴のサイズ（直径）は、０．３μｍ〜３μｍの範囲とする。この液滴の吐出条件を達成するため、本発明では、超微細インクジェット印刷装置を用いて、吐出される液滴のサイズ（直径）を、０．３μｍ〜３μｍの範囲に設定している。
【０１０５】
実際には、吐出される液滴のサイズ（直径）を、０．３μｍ〜３μｍの範囲とする際、液滴が飛翔する間に、その表面から含有される分散溶媒の蒸散が促進され、着弾する時点では、金属ナノ粒子分散液の液滴中に残留する分散溶媒量は有意に低下し、それに伴い流動性が極度に低下する。着弾する直前には、液滴のサイズ（直径）は、０．３μｍ〜３μｍの範囲よりも有意に小さくなっており、また、流動性も極度に低下する結果、塗布ドットの直径を、０．５μｍ〜５μｍの範囲となっている。分散溶媒の蒸散に伴い、液滴の体積が８０％まで減少すると、塗布ドットの直径が、０．５μｍ〜５μｍの範囲となる際、その塗布ドットの平均化した高さは、塗布ドットの直径の１／８程度となる。
【０１０６】
上記の金属ナノ粒子分散液を利用して、超微細インクジェット印刷装置を用いて、描画する場合、各金属ナノ粒子分散液の塗布ドットでは、高い液粘度の分散液となっており、表面での更なる塗れ拡がりは起こらない。従って、描画された金属ナノ粒子分散液の塗布層の側壁面は、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角：θdは、８０°≧θd≧６０°の範囲とすることが可能である。その後、低温焼成処理を施すと、金属ナノ粒子相互の融着が進行し、塗布層の膜厚；Ｔdから、金属ナノ粒子の焼結体層の膜厚：Ｔbakedへと減少する。その減少比率：Ｔbaked／Ｔdは、３／４〜３／５程度である。従って、金属ナノ粒子の焼結体層における側壁面も、急峻な傾斜角を示す状態となっている。その傾斜角：θbakedは、７０°≧θbaked≧４５°の範囲とすることが可能である。
【０１０７】
本発明で利用される金属ナノ粒子分散液の調製方法を、以下に説明する。
【０１０８】
前記の金属ナノ粒子では、低温焼成過程における、加熱処理温度は、２５０℃以下、好ましくは、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する際も、清浄な金属表面を保持する限り、良好な焼結体を形成することができる。さらには、室温付近でも、これら金属ナノ粒子は、その金属表面を直接接触させると、互いに、融着して、凝集してしまい易い。そのため、例えば、市販されている金属ナノ粒子分散液を原料として、分散溶媒を所望の有機溶剤への変換し、また、適正な分散溶媒の含有比率、液粘度の調整を図って、目的組成の金属ナノ粒子分散液を調製する際、例えば、下記する手順を利用することが望ましい。
【０１０９】
原料に利用する、金属ナノ粒子分散液としては、金属ナノ粒子の表面をアルキルアミンなどの表面被覆分子で被覆保護し、かかるアルキルアミンなどの表面被覆分子の溶解性は乏しく、留去が可能な無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中、好ましくは、沸点が少なくとも１５０℃以下の無極性溶媒、あるいは、低極性溶媒中に、表面被覆分子で被覆された金属ナノ粒子が均一に分散されているものを利用する。先ず、アルキルアミンなどの表面被覆分子の離脱を抑制しつつ、該金属ナノ粒子分散液に含有される分散溶媒の除去を行う。
【０１１０】
該分散溶媒の除去は、減圧留去の手法が適当であるが、この減圧留去の間に、金属ナノ粒子表面の表面被覆分子の脱離を抑制するため、必要に応じて、該被覆層分子に対して、親和性が優り、かつ、減圧留去される分散溶媒よりも、沸点が有意に高い保護用の溶媒成分を添加、混合した上で、減圧留去を行うことができる。例えば、減圧留去される分散溶媒がトルエンであり、金属ナノ粒子の被覆層分子として、アルキルアミンである、ドデシルアミンを利用している場合、前記保護用の溶媒成分として、ジオール系溶媒、例えば、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールなどの各種グリコール類を少量添加することが可能である。加えて、ドデシルアミンなどの、金属ナノ粒子の被覆層分子として利用する、アルキルアミンに代えて、金属ナノ粒子の被覆層分子に利用可能であり、より沸点の高い別種のアミン類を添加することもできる。この別種のアミン類は、分散溶媒の減圧留去に際し、当初に存在する金属ナノ粒子の被覆層分子の一部を置換する目的で利用することもできる。この別種のアミン類などの、置換される被覆層分子成分には、各種グリコール類などの保護用の溶媒成分との親和性を有し、同時に、アミノ基などの配位結合可能な基を具える、沸点の高い液状有機化合物が利用可能である。例えば、２−エチルヘキシルアミンや、ジェファーミンＥＤＲ１４８（２，２−（エチレンジオキシ）ビスエチルアミン）などが利用可能である。
【０１１１】
前記の金属ナノ粒子分散液を調製する過程において、分散溶媒を上述する高沸点を示す、無極性溶媒あるいは低極性溶媒へと変換、再分散を行う際、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子以外に、被覆層が欠落して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊が混入する場合もあり、均一な分散化を図った再分散液を、サブ・ミクロン穴径のフィルター、例えば、０．２μｍメンブランフィルターで濾過して、凝集を生じた金属ナノ粒子塊を除く処理を施すことが望ましい。この濾過処理を施すことで、目的とする高沸点の分散溶媒中に、表面に被覆層を有する金属ナノ粒子が均一に分散した、高い流動性の分散液により高い確実性で調製される。
【０１１２】
本発明にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、インクジェット印刷法を適用して、上記の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する際、吐出される液滴のサイズ（直径）をより微細化するため、超微細インクジェット印刷装置を用いている。
【０１１３】
本発明で利用する金属ナノ粒子分散液は、金属ナノ粒子の表面に被覆分子層を設けているが、分散液の液温を上昇させると、該被覆分子層を構成する有機化合物分子は、分散溶媒中に溶出する。この現象を回避するため、インクジェット印刷法における微小液滴の吐出を行う際、分散液の液温を上昇させる、サーマル方式を採用することはできない。従って、分散液の液温上昇を伴わない、微小液滴の吐出手法である、静電吸引方式を採用する。特に、静電吸引方式の特徴である、ノズル先端の開口径と印加電圧を制御することで、吐出される微小液滴の液量：ＶOを制御できることを利用している。吐出される微小液滴は、その表面張力のため、実質的に球形となり、そのサイズ（直径）：ＤOは、ＶO＝（4/3）π・（ＤO/2）3の関係を満足する。その際、微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenは、ＤO＞Ｄopen≧1/3・ＤOの範囲とする。例えば、吐出される微小液滴のサイズ（直径）：ＤOを、０．３μｍに選択する際には、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenは、０．３μｍ＞Ｄopen≧０．１μｍの範囲とする。
【０１１４】
本発明で利用する超微細インクジェット印刷装置では、その微小液滴を吐出させる、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを、例えば、０．１μｍ〜１μｍの範囲に選択している。
【０１１５】
特開２００４−１６４４８７号公報に開示される超微細流体ジェット装置の動作原理を採用した、静電吸引方式の超微細インクジェット印刷装置は、前記の目的に好適に利用できる。特許第３９７５２７２号公報に記載される超微細流体ジェット装置では、絶縁体で形成されるノズルは、ノズル先端の開口径が１０ｎｍ〜８，０００ｎｍの範囲、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の極めて小さな開口径に選択可能なノズルである。一方、このノズル先端と塗布対象面との距離は、例えば、１００μｍ以下に選択されている。
【０１１６】
描画される微細なパターンの最小パターン・サイズを考慮した上で、そのノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを、１０ｎｍ〜８，０００ｎｍの範囲で適宜選択される。
【０１１７】
一方、該超微細インクジェット印刷用ノズルを利用して、微小液滴として吐出させる、金属ナノ粒子分散液中に含有される、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、少なくとも、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを基準として、1/2・Ｄopen≧Ｄの範囲に選択する。通常、金属ナノ粒子の平均粒子径：Ｄ（直径）は、ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenを基準として、1/5・Ｄopen≧Ｄ≧1/200・Ｄopenの範囲、好ましくは、1/10・Ｄopen≧Ｄ≧1/100・Ｄopenの範囲に選択する。
【０１１８】
また、かかる微細な開口径を有する絶縁体製ノズル・チップは、ノズル内部の穴径は、その基部の管内径より、ノズル先端の開口径まで、徐々に細くなるテーパー状の内壁面構造を有するものとする。また、ノズルの壁面層の厚さ（肉厚）は、一般に、径方向では均一にするため、その断面形状は、内壁面と外面とは同心円の形態とされる。加えて、ノズル先端の開口から基部の穴まで、同一の中心軸を有する回転対称性を有する内壁面構造と外面構造を持つ、尖頭状の外形形状を示すノズル・チップに設計する。
【０１１９】
該ノズル・チップの内側に、金属ナノ粒子分散液と接し、該分散液に電界を印加する電極を配置する。また、ノズルの先端部の外面にも電極を設け、該ノズル内部の電極との間に印加される電圧によって、金属ナノ粒子分散液中に電界が印加される状態とされる。
【０１２０】
そのノズルの壁面層の厚さ（肉厚）は、通常、ノズル基部では、連結される液導入管部の末端における導入管の管肉厚を超えない範囲に選択することが望ましい。そして、ノズルの先端に進むにつれて、壁面層の厚さ（肉厚）を徐々に薄くする形態とする。その最も壁面層の厚さ（肉厚）が薄くなる先端部においても、ノズルに要求される機械的強度を満足するように、ノズルを構成する材料に応じて、その厚さ（肉厚）を適宜選択する。
【０１２１】
該ノズルから吐出させ、塗布する対象の金属ナノ粒子分散液として、平均粒子径１〜１００ｎｍ、望ましくは平均粒子径１〜２０ｎｍの金属ナノ粒子、例えば、該金属元素として、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウムなどの金属単体、あるいは、それらの合金からなる金属ナノ粒子を含む分散液が利用される。かかる金属ナノ粒子を含有する分散液を、その液粘度を２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓ（２０℃）の範囲に調製された分散液として、吐出させる。ノズル内壁面は、吐出を行う際、該固体分散媒質と接触するので、一定以上の磨耗耐性を有する絶縁材料で作製することが望ましい。すなわち、ノズルの絶縁材料は、かかる硬度、磨耗特性、弾性変形に対する機械的強度、また、絶縁破壊電界強度などの要件を満足するものが利用される。
【０１２２】
ノズル先端の開口径（直径）：Ｄopenが、２００ｎｍの場合、吐出される微小液滴のサイズ（直径）：ＤOは、約１μｍ程度と見積もられ、その微小液滴の液量：ＶOは、約０．７ｆＬに相当している。
【０１２３】
従って、上記の微小口径ノズルを利用する超微細インクジェット印刷装置を用いる際、吐出される微小液滴の液量は、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択すること好ましい。
【０１２４】
本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法では、作製される有機薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成した後、この有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。
【０１２５】
その際、ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程では、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。さらには、ゲート絶縁膜上に有機半導体の薄膜層を形成する際、予め、ゲート絶縁膜表面に、有機半導体を構成する有機化合物の「自己組織化単分子膜」を形成する手法を利用することが好ましい。
【０１２６】
加えて、有機半導体膜の表面に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程でも、第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法で利用される手法を用いることができる。
【０１２７】
その際、膜厚：Ｔchannnelの有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子分散液の塗布膜が形成される。この金属ナノ粒子分散液の塗布膜中には、分散溶媒が含まれているが、塗布された時点で、分散溶媒の一部は蒸散除去された状態となっている。そのため、残留している分散溶媒中に溶出する有機半導体の量は僅かである。さらに、低温焼成処理を施す際、分散溶媒が蒸散されると、有機半導体膜と形成される金属ナノ粒子の焼結体層との界面に、溶出していた有機半導体は再析出する。
【０１２８】
結果的に、一旦形成される有機半導体膜の表面に、金属ナノ粒子の焼結体層が接する界面の近傍では、部分的に有機半導体膜の溶出と、再析出に起因して、有機半導体分子の配向に乱れが導入される。しかしながら、ソース電極およびドレイン電極の直下の領域においても、有機半導体膜とゲート絶縁膜との界面近傍の有機半導体分子の配向は保持されている。
【０１２９】
また、金属ナノ粒子分散液の塗布膜から、その周囲への分散溶媒の濡れ拡がりも抑制されている。従って、ソース電極およびドレイン電極によって挟まれている、チャネル領域に形成されている有機半導体膜への影響は実質的に皆無となっている。
【実施例】
【０１３０】
以下に、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明は、かかる具体例により限定されるものではない。
【０１３１】
（実施例１）
実施例１は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１３２】
実施例１で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１３３】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム基板を用いている。あるいは、厚さ５００μｍのガラス基板を用いている。
【０１３４】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、アルミニウムであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１３５】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１３６】
ゲート絶縁膜３上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃、）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１３７】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１３８】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１３９】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１４０】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１４１】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ１００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１４２】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１４３】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１４４】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１４５】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度２３０℃、基板温度６０℃を選択している。なお、堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ蒸着条件で、ペンタセン蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ペンタセン蒸着膜の膜厚の測定は、ペンタセン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。
【０１４６】
最終的に、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１４７】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝−２．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝−０．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝−３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０6であった。
【０１４８】
（実施例２）
実施例２は、本発明の第一の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１４９】
実施例２で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１５０】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンテレフタレート基板を用いている。あるいは、厚さ５００μｍのシリコン酸化膜／Ｓｉ基板を用いている。
【０１５１】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、アルミニウムであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１５２】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１５３】
ゲート絶縁膜３上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃、）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１５４】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１５５】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１５６】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１５７】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１５８】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ３００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１５９】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１６０】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１６１】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１６２】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着源温度２３０℃、基板温度９０℃を選択している。なお、堆積される蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、別途、ゲート絶縁膜に利用するＳＡＭ膜／ＡｌＯx積層膜上に、同じ蒸着条件で、蒸着膜を作製し、蒸着時間と蒸着膜厚の相関を測定した結果に基づき、推定した値である。その際、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚の測定は、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の比屈折率を、固体の比屈折率と等しいと仮定して、エリプソメトリー法により行うことができる。
【０１６３】
最終的に、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１６４】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶS-D＝３Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝１．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０4であった。
【０１６５】
（実施例３）
実施例３は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ペンタセンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１６６】
実施例３で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１６７】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板を用いている。
【０１６８】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、Ａｌであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１６９】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１７０】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１７１】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ペンタセンを蒸着法により堆積させる。堆積されるペンタセン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ペンタセンの蒸着条件は、ペンタセンの蒸着源温度２３０℃、基板温度６０℃を選択している。
【０１７２】
その後、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１７３】
有機半導体膜６上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１７４】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１７５】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１７６】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１７７】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１７８】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＡｌＯx膜上に、同じ条件で作製される、幅２μｍ、長さ３００μｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１７９】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１８０】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１８１】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝−２．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝−０．５Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝−３．０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０6であった。
【０１８２】
（実施例４）
実施例４は、本発明の第二の形態にかかる有機薄膜トランジスタの製造方法を適用して、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる有機半導体層を動作層とする有機薄膜トランジスタを作製する事例である。
【０１８３】
実施例４で作製される有機薄膜トランジスタは、下記の構成を有している。
【０１８４】
基板１として、厚さ５００μｍのポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板を用いている。
【０１８５】
ゲート電極２は、ＴＦＴのスイッチング動作に利用されるチャネル領域の部分の形状は、矩形形状としている。その矩形形状において、ゲート長：ＬGは、１μｍに、ゲート幅：ＷGは、３００μｍに選択している。ゲート電極２の金属種は、Ａｌであり、膜厚：Ｔgate＝２０ｎｍの蒸着膜を、上記の形状パターンにパターニングする。
【０１８６】
ゲート電極２を被覆し、基板１の表面全体を覆うように、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３を形成する。その際、ゲート電極２の直上のＡｌＯx層の膜厚：ＴAlOxは、ＴAlOx＝３．６ｎｍとしている。また、基板１の表面上の領域では、ＡｌＯx膜上に、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）を形成しており、該ＳＡＭ膜の膜厚は、２．１ｎｍとしている。
【０１８７】
自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）／ＡｌＯxからなるゲート絶縁膜３の形成は、下記の工程で行う。まず、Ａｌのゲート電極２の表面に、プラズマ酸化処理を施し、Ａｌの表面に、ＡｌＯx層を形成する。その後、水洗処理を施すと、このＡｌＯx層の表面には、Ａｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基が高密度で存在する状態となる。その後、単分子分散溶液中に浸漬し、ＡｌＯx層の表面に自己組成的に単分子膜を形成する。該単分子分散溶液は、ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）を、分散溶媒２プロパノール中に、分散濃度１質量％以上で分散したものである。液温３０℃の該単分子分散溶液中に、１２時間浸漬した後、取り出し、残余する分散液を、窒素ブロー処理により除去する。ｎ−オクタデシルフォスフォン酸（Ｃ18Ｈ37ＰＯ3Ｈ）は、ＡｌＯx層表面のＡｌ−ＯＨ型のヒドロキシ基と反応し、エステル結合を形成する結果、ＡｌＯx層表面に自己組織化単分子膜が形成される。
【０１８８】
ＡｌＯx層の表面に「自己組織化単分子膜」が形成されたゲート絶縁膜３の表面に、ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンを蒸着法により堆積させる。堆積されるヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン蒸着膜の膜厚：Ｔchannnelは、３０ｎｍに選択している。ヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンの蒸着条件は、蒸着源温度２３０℃、基板温度９０℃を選択している。
【０１８９】
その後、有機半導体層６を所定のパターン形状、長さ：ＬOS＝３００μｍ、幅：ＷOS＝３００μｍの矩形形状にパターニングする。
【０１９０】
有機半導体膜６上、ゲート電極２を挟む位置に、ソース電極４、ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液の塗布膜を形成する。該金属ナノ粒子分散液は、平均粒子径Ｄ：３ｎｍの銀ナノ粒子の表面に、ドデシルアミン（融点２８．３℃、沸点２４８℃）による被覆剤分子層を形成したものを、分散溶媒Ｎ１４（テトラデカン、粘度 ２．０〜２．３ ｍＰａ・ｓ（２０℃）、融点５．８６℃、沸点２５３．５７℃、日鉱石油化学製）中に分散したものである。該金属ナノ粒子分散液中には、銀ナノ粒子１００質量部当たり、被覆剤分子のドデシルアミンが２０質量部、分散溶媒のＮ１４が５２質量部含まれている。該銀ナノ粒子分散液の液粘度は、１０ ｍＰａ・ｓ（２０℃）である。
【０１９１】
前記の銀ナノ粒子分散液を用いて、超微細インクジェット装置の吐出孔の口径：Ｄopenを０．２μｍに選択し、噴射される液滴量を０．７ｆＬに設定し、塗布膜を形成する。噴射時の液滴量ＶO：０．７ｆＬの液滴は、球形形状と仮定すると、液滴径：ＤO（直径）は、１μｍに相当する。この塗布条件では、噴射時の液滴量０．７ｆＬの一液滴で描画されるドットの径は、平均１〜２μｍである。
【０１９２】
ソース電極４形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬS＝２μｍ、長辺：ＷS＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴS-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のソース電極側の側端との間隔：ΔＬS-Gは、ΔＬS-G＝１μｍに選択している。
【０１９３】
ドレイン電極５形成用の金属ナノ粒子分散液塗布膜の形状は、短辺：ＬD＝２μｍ、長辺：ＷD＝３００μｍの矩形とし、塗布膜の厚さ：ＴD-drawは、０．３μｍに選択している。該塗布膜の矩形パターンの長辺と、ゲート電極３のドレイン電極側の側端との間隔：ΔＬD-Gは、ΔＬD-G＝１μｍに選択している。
【０１９４】
該金属ナノ粒子分散液塗布膜に、温度１３０℃、時間６０分間、窒素ガス気流中で低温焼成処理を施し、銀ナノ粒子の焼結体層とする。
【０１９５】
別途、ゲート絶縁膜に利用するＡｌＯx膜上に、同じ条件で作製される、幅２ｍｍ、長さ３００ｍｍの矩形形状の銀ナノ粒子の焼結体層において、該焼結体層の平均膜厚：Ｔbakedを測定すると、０．３μｍである。また、該銀ナノ粒子焼結体層の抵抗率は、２５μΩ・ｃｍであった。
【０１９６】
低温焼成処理により得られる銀ナノ粒子の焼結体層を、ソース電極４、ドレイン電極５として利用している。従って、ソース電極４、ドレイン電極５の膜厚：ＴS，ＴDは、平均０．３μｍと見積もられる。また、銀ナノ粒子焼結体層の矩形パターンの各辺における線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDは、１００ｎｍと見積もられる。
【０１９７】
作製されたソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dは、２μｍであった。チャネル領域の長さの設計値：Ｌchannel＝３μｍに対して、その差（Ｌchannel−ＬS-D）は、僅かに１μｍであった。
【０１９８】
作製された有機薄膜トランジスタの閾値電圧：Ｖthを、ドレイン・ソース電圧ＶD-S＝１．５Ｖの条件で測定した。該有機薄膜トランジスタの閾値電圧は、Ｖth＝１Ｖと測定された。また、「ＯＮ状態」：ゲート電圧：ＶG-ON＝３Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONと、「ＯＦＦ状態」：ゲート電圧：ＶG-OFF＝０Ｖを印加時のドレイン電流Ｉd-ONの比、ＯＮ／ＯＦＦ電流比：Ｉd-ON／Ｉd-OFFは、約１×１０4であった。
【０１９９】
なお、図１の（ａ）は、実施例３または実施例４に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す。また、図１の（ｂ）には、ペンタセン膜上に、ソース電極４とドレイン電極５の間隔：ＬS-Dを、１μｍ、２μｍ、５μｍとして作製されたソース電極４とドレイン電極５の線幅の乱れ（微小凹凸）：δＬS，δＬDを顕微鏡観察した画像イメージを示す。加えて、図１の（ｃ）には、ペンタセン膜上に形成されたソース電極４とドレイン電極５を含むチャネル領域の表面を、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）によって、その凹凸を観測した二次元画像イメージを示す。図１の（ｃ）には、ソース電極４とドレイン電極５の断面形状は、実際には、図１の（ａ）に模式的に示す凸形状を示すことが示されている。すなわち、超微細インクジェット装置を利用して描画されるスポットでは、塗布された銀ナノ粒子分散液は、高い液粘度を示す状態となり、隣接するスポット間での濡れ広がりによる平坦化が抑えられていることを示している。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
本発明の有機薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性高分子材料で作製される基板、例えば、プラスチック基板上に作製される、液晶ディスプレイなどのフラット・パネルディスプレイ装置において、各ピクセルの表示動作を制御するスイッチング素子、各ピクセルを駆動させる駆動素子用の有機薄膜トランジスタの製造に、好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０１】
【図１】実施例３または実施例４に記載する製造方法に従って作製される有機薄膜トランジスタの構造を模式的に示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、１μｍ〜１０μｍの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、３０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜１００ｎｍの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の２０℃における液粘度を、２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物１種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、２０℃以下、沸点は、８０〜３００℃の範囲である有機溶剤を選択する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
分散溶媒として、炭素数１０〜１８のアルカン、あるいは、炭素数８〜１２の第一級アルコールを選択する
ことを特徴とする請求項９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記分散溶媒は、
１００℃以上に加熱した際、該分散溶媒１００質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒である
ことを特徴とする請求項８に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、２０℃におけるその液粘度が２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となる
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１】
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極とドレイン電極表面を被覆するように、有機半導体膜を、ゲート絶縁膜上に形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
有機薄膜トランジスタを製造する方法であって、
基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極表面を被覆するゲート絶縁膜を、基板上に形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、有機半導体膜を形成する工程と、
前記有機半導体膜上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を有し、
前記有機半導体膜の形成工程では、
真空蒸着法を用いて、有機半導体膜の形成を行い、
前記ソース電極およびドレイン電極の形成工程では、
超微細インクジェット印刷装置を用いて、金属ナノ粒子分散液を所定のパターン形状に塗布して、金属ナノ粒子分散液塗布層を形成し、
該金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理して、金属ナノ粒子の焼結体層からなるソース電極およびドレイン電極を形成する
ことを特徴とする有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて形成される、金属ナノ粒子分散液塗布層の最小線幅を、１μｍ〜１０μｍの範囲に選択し、
金属ナノ粒子分散液塗布層の塗布膜厚を、３０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いた金属ナノ粒子分散液の塗布では、
吐出される液滴量を、０．３フェムトリットル〜１フェムトリットルの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子の平均粒子径を、１〜１００ｎｍの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子分散液中に分散されている、金属ナノ粒子は、
金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、タンタル、ビスマス、インジウム、錫、チタン、アルミニウムからなる金属の群より選択される、一種類の金属からなるナノ粒子、二種類以上の金属からなるナノ粒子の混合物、あるいは、該金属の群より選択される、二種類以上の金属の合金からなるナノ粒子である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液の２０℃における液粘度を、２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓの範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
固形成分として、前記金属ナノ粒子を分散溶媒中に均一に分散してなる分散液であり、
該金属ナノ粒子表面は、かかる金属ナノ粒子に含まれる金属元素と配位的な結合が可能な基として、窒素、酸素、またはイオウ原子を含み、これら原子の有する孤立電子対による配位的な結合が可能な基を有する有機化合物１種以上により被覆されており、
前記金属ナノ粒子１００質量部に対して、前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物一種以上を総和として、１０〜５０質量部を含有している
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
分散溶媒として、液体状有機物または有機溶剤を、一種、あるいは二種以上含有し、
少なくとも、前記液体状有機物または有機溶剤の一つには、融点は、２０℃以下、沸点は、８０〜３００℃の範囲である有機溶剤を選択する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
分散溶媒として、炭素数１０〜１８のアルカン、あるいは、炭素数８〜１２の第一級アルコールを選択する
ことを特徴とする請求項９に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
前記分散溶媒は、
１００℃以上に加熱した際、該分散溶媒１００質量部当たり、前記金属ナノ粒子表面を被覆する前記窒素、酸素、またはイオウ原子を含む基を有する有機化合物を５０質量部以上溶解可能な、高溶解性を有する有機溶剤または液体状有機物の一種からなる溶媒、あるいは二種以上からなる混合溶媒である
ことを特徴とする請求項８に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
前記超微細インクジェット印刷装置を用いて吐出される、前記金属ナノ粒子分散液は、
該分散液中に含まれる分散溶媒が一部蒸散除去され、前記分散溶媒の容積比率が、２０〜５０体積％の範囲となるまで濃縮が施された濃縮分散液は、２０℃におけるその液粘度が２０Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの範囲の粘稠な濃縮液となる
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
前記金属ナノ粒子分散液塗布層を加熱焼成処理する際、
その焼成温度を、１００℃〜２３０℃の範囲に選択する
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記有機半導体層は、
ペンタセンまたはヘキサデカフルオロ銅フタロシアニンからなる層である
ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２２４７１４（Ｐ２００９−２２４７１４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７００８２（Ｐ２００８−７００８２）
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）【国等の委託研究の成果に係る記載事項】 平成１９年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５０８０８２８６５）株式会社エスアイジェイテクノロジ (1)
【出願人】（０００２３３８６０）ハリマ化成株式会社 (167)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１８日（２００８．３．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）【国等の委託研究の成果に係る記載事項】 平成１９年度、文部科学省、科学技術総合研究委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【出願人】（５０８０８２８６５）株式会社エスアイジェイテクノロジ (1)
【出願人】（０００２３３８６０）ハリマ化成株式会社 (167)
【Ｆターム（参考）】
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