薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに電子機器
【課題】高性能化および製造容易化を実現可能な薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】支持基体１の上にゲート電極２を形成したのち、そのゲート電極２の上にゲート絶縁層３を形成する。続いて、ゲート絶縁層３の上に有機半導体層を形成したのち、レーザアブレーション法により有機半導体層をパターニングして有機半導体パターン４を形成する。最後に、有機半導体パターン４の上にソース電極５およびドレイン電極６を形成する。
【解決手段】支持基体１の上にゲート電極２を形成したのち、そのゲート電極２の上にゲート絶縁層３を形成する。続いて、ゲート絶縁層３の上に有機半導体層を形成したのち、レーザアブレーション法により有機半導体層をパターニングして有機半導体パターン４を形成する。最後に、有機半導体パターン４の上にソース電極５およびドレイン電極６を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体パターンを備えた薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、チャネル層の形成材料として有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が注目されており、有機ＴＦＴと呼ばれている。有機ＴＦＴでは、チャネル層を含む全ての層を塗布形成または印刷形成できるため、低コスト化を図ることができる。また、蒸着法などよりも低い温度でチャネル層を形成できるため、低耐熱性でフレキシブルなプラスチックフィルムなどに有機ＴＦＴを実装できる。
【０００３】
有機ＴＦＴは、チャネル層の形成材料として無機半導体材料を用いた従来の無機ＴＦＴと同様に、表示装置などの電子機器にスイッチング用の素子などとして用いることが検討されている。この有機ＴＦＴは、チャネル層である有機半導体パターンと共に、その有機半導体パターンに接続されたソース電極およびドレイン電極を備えている。
【０００４】
有機ＴＦＴを製造する場合には、オフ電流を低減させるために、有機半導体層を形成したのち、その有機半導体層を選択的に除去（パターニング）して有機半導体パターンを形成する工程が必要である。この工程は、一般に、素子分離と呼ばれている。ところが、有機ＴＦＴの製造工程では、無機ＴＦＴの製造工程とは異なり、有機溶剤を用いたフォトリソグラフィ法により素子分離を行うことが問題になる可能性がある。有機半導体パターンは有機溶剤により溶解されやすいからである。
【０００５】
そこで、素子分離の方法については、いくつかの方法が提案されている。具体的には、有機半導体層の一部にＹＡＧレーザなどを照射して、不要な部分を昇華させている（例えば、特許文献１参照。）。ソース電極およびドレイン電極のそれぞれの上にパターン化絶縁膜（窒化ケイ素など）を形成したのち、有機半導体層を形成している（例えば、特許文献２参照。）。この場合には、パターン化絶縁膜の形成領域と非形成領域とにおける高低差（段差）を利用して有機半導体層が分離される。有機半導体層の上にパターン化膜（ポリビニルアルコールなど）を形成したのち、そのパターン化膜をマスクとして有機半導体層をエッチングしている（例えば、特許文献３参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層およびゲート絶縁層をこの順に形成したのち、レーザアブレーション法によりゲート絶縁層および有機半導体層を一括してパターニングしている（例えば、特許文献４参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層および保護層（酸化ケイ素など）をこの順に形成したのち、レーザアブレーション法により保護層および有機半導体層を一括してパターニングしている（例えば、特許文献５参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層を形成したのち、両電極の形成領域以外の領域にレーザを照射して有機半導体層をパターニングしている（例えば、特許文献６参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に保護層（酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など）および有機半導体層をこの順に形成したのち、保護層の形成領域にレーザを照射して有機半導体層パターニングしている（例えば、特許文献７参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０７９２２５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９５０４号公報
【特許文献３】特開２００６−２６１３１２号公報
【特許文献４】特許第４１３７９１５号明細書
【特許文献５】特開２００６−３３２６６１号公報
【特許文献６】特表２００８−５２４８３９号公報
【特許文献７】特開２００７−１６５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機ＴＦＴは、無機ＴＦＴと同様に、有機半導体パターンとソース電極およびドレイン電極との位置関係に応じて、トップコンタクト型またはボトムコンタクト型に分類される。中でも、ソース電極およびドレイン電極が有機半導体パターンの上側に重なるように接続されるトップコンタクト型が有望視されている。有機半導体パターンとソース電極およびドレイン電極との接触抵抗が低下すると共に、耐熱性などが向上するからである。
【０００８】
しかしながら、トップコンタクト型の有機ＴＦＴの実用的な製造方法については、未だ具体的な提案がなされていないため、その製造方法の確立が望まれている。この場合には、有機ＴＦＴを搭載する電子機器の性能および生産性を確保するために、単にトップコンタクト型の有機ＴＦＴを製造できるだけでなく、高性能な有機ＴＦＴを容易に製造できることが条件とされる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高性能化および製造容易化を実現可能な薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、支持基体の上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層の上に有機半導体層を形成する工程と、レーザアブレーション法により有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成する工程と、有機半導体パターンの上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１１】
本発明の薄膜トランジスタは、支持基体と、支持基体の上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上にレーザアブレーション法により形成された有機半導体パターンと、有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備えたものである。また、本発明の電子機器は、上記した本発明の薄膜トランジスタを含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の薄膜トランジスタまたはその製造方法、あるいは電子機器によれば、レーザアブレーション法により有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成したのち、その有機半導体パターンの上にソース電極およびドレイン電極を形成している。よって、低抵抗であるトップコンタクト型の薄膜トランジスタが容易かつ安定に製造されるため、その薄膜トランジスタの高性能化および製造容易化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の薄膜トランジスタの構成を表す断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの製造方法に用いられるレーザ加工装置の構成を表すブロック図である。
【図３】薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】薄膜トランジスタの製造方法を補足説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図６に続く他の工程を説明するための断面図である。
【図９】薄膜トランジスタの製造方法に関する変形例を説明するための断面図である。
【図１０】図９に示した工程により製造される薄膜トランジスタの構成を表す断面図である。
【図１１】薄膜トランジスタの適用例である液晶表示装置の主要部の構成を表す断面図である。
【図１２】図１１に示した液晶表示装置の回路構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．薄膜トランジスタ
１−１．薄膜トランジスタの構成
１−２．薄膜トランジスタの製造方法
２．薄膜トランジスタの適用例（電子機器）
【００１５】
＜１．薄膜トランジスタ＞
＜１−１．薄膜トランジスタの構成＞
図１は、一実施形態の薄膜トランジスタである有機ＴＦＴの断面構成を表している。
【００１６】
この有機ＴＦＴは、支持基体１の上に、ゲート電極２と、ゲート絶縁層３と、有機半導体パターン４と、ソース電極５よびドレイン電極６とがこの順に形成されたものである。ここで説明する有機ＴＦＴは、ゲート電極２が有機半導体パターン４の下側に位置すると共にソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体パターン４の上側に重なっているボトムゲート・トップコンタクト型である。なお、「下側」は支持基体１に近い側、「上側」は支持基体１から遠い側をそれぞれ意味する。
【００１７】
支持基体１は、例えば、プラスチック材料、金属材料または無機材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００１８】
プラスチック材料は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などである。金属材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレスなどである。無機材料は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ケイ素（ＳｉＯx ）、窒化ケイ素（ＳｉＮx ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx ）または他の金属酸化物などである。ただし、酸化ケイ素には、ガラス、石英またはスピンオングラス（ＳＯＧ）なども含まれる。
【００１９】
この支持基体１は、ウェハなどの剛性を有する基板でもよいし、可撓性を有するフィルムまたは箔などでもよい。また、支持基体１の表面には、所定の機能を有する被覆層が設けられていてもよい。この被覆層は、例えば、密着性を確保するためのバッファ層またはガス放出を防止するためのガスバリア層などである。
【００２０】
なお、支持基体１は、単層でも多層でもよい。多層の場合には、上記した各種材料の層が２層以上積層されていてもよい。これらのことは、ゲート電極２、ゲート絶縁層３、有機半導体パターン４、ソース電極５およびドレイン電極６についても同様である。
【００２１】
ゲート電極２は、例えば、金属材料、無機導電性材料、有機導電性材料または炭素材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００２２】
金属材料は、例えば、アルミニウム、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを含む合金などである。無機導電性材料は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などである。有機導電性材料は、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）またはポリアニリン（ＰＡＮＩ）などである。炭素材料は、例えば、グラファイトなどである。なお、ゲート電極２は、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの多層でもよい。
【００２３】
ゲート絶縁層３は、例えば、無機絶縁性材料または有機絶縁性材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。無機絶縁性材料は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯx ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）などである。有機絶縁性材料は、例えば、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸アクリレート、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、フッ素樹脂、感光性ポリイミド、感光性ノボラック樹脂またはポリパラキシリレンなどである。
【００２４】
なお、有機ＴＦＴを低電圧で駆動させるためには、ゲート絶縁層３の厚さは１μｍ以下であると共に、その表面はできるだけ平坦であることが好ましい。
【００２５】
有機半導体パターン４は、例えば、以下の有機半導体材料のいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００２６】
（１）ポリピロール、（２）ポリチオフェン、（３）ポリイソチアナフテンなどのイソチアナフテン、（４）ポリチェニレンビニレンなどのチェニレンビニレン、（５）ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、（６）ポリアニリン、（７）ポリアセチレン、（８）ポリジアセチレン、（９）ポリアズレン、または（１０）ポリピレンである。
【００２７】
（１１）ポリカルバゾール、（１２）ポリセレノフェン、（１３）ポリフラン、（１４）ポリ（ｐ−フェニレン）、（１５）ポリインドール、（１６）ポリピリダジン、（１７）ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレンまたはサーカムアントラセンなどのアセン、（１８）アセン類のうちの炭素の一部が窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）または酸素（Ｏ）などの原子、あるいはカルボニル基などの官能基により置換された誘導体、例えば、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジンまたはヘキサセン−６，１５−キノンなど、（１９）ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィドまたはポリビニレンスルフィドなどの高分子材料および多環縮合体、または（２０）上記した高分子材料と同じ繰り返し単位を有するオリゴマーである。
【００２８】
（２１）銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン、（２２）テトラチアフルバレン、（２３）テトラチアペンタレン、（２４）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドと共に、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）またはＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、（２５）ナフタレン２，３，６，７テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、（２６）アントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類に代表される縮合環テトラカルボン酸ジイミド、（２７）Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78またはＣ84などのフラーレン、（２８）単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）などのカーボンナノチューブ、（２９）メロシアニン色素またはヘミシアニン色素などの色素、または（３０）２，９−ジナフチル−ペリ−キサンテノキサンテンなどのペリ−キサンテノキサンテン化合物である。
【００２９】
なお、有機半導体材料は、上記した一連の材料の誘導体でもよい。誘導体とは、上記した材料に１または２以上の置換基が導入された材料であり、その置換基の種類および導入位置などは、任意である。
【００３０】
特に、有機半導体パターン４は、レーザアブレーション法により形成されている。より具体的には、有機半導体パターン４は、以下で詳細に説明するように、ゲート絶縁層３の上に形成された有機半導体層７（図３参照）がレーザアブレーション法によりパターニングされたものである。
【００３１】
完成後の有機ＴＦＴにおいて、有機半導体パターン４がレーザアブレーション法により形成されたものであることは、以下のようにして確認される。サブトラクティブ法により有機半導体層をパターニングする方法としては、レーザアブレーション法の他にドライエッチング法が挙げられる。ドライエッチング法を用いる場合には、酸素（Ｏ2 ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2 ）または水素（Ｈ2 ）などのガス雰囲気中で有機半導体層がパターニングされるため、その有機半導体層の表面に副産物である反応生成物が堆積（付着）する。この反応生成物は、有機溶剤を用いた洗浄処理により除去可能であるが、その有機溶剤は、多くの有機半導体層を簡単に溶解する。これにより、有機半導体層をパターニングするためにドライエッチング法を用いた場合には、有機溶剤を用いた洗浄処理を行うことができず、または、洗浄処理を行うことができたとしても反応生成物が完全に除去されるまで洗浄処理を続けることができないため、有機半導体層の表面に反応生成物が残存してしまう。これに対して、レーザアブレーション法を用いる場合には、上記した反応生成物が生じないため、有機半導体層の表面に反応生成物が堆積しない。よって、有機半導体パターン４がレーザアブレーション法により形成されたものであることを確認するためには、その有機半導体パターン４の表面に反応生成物が堆積していないことを調べればよい。
【００３２】
ソース電極５およびドレイン電極６は、例えば、ゲート電極２と同様の材料により形成されており、有機半導体パターン４にオーミック接触していることが好ましい。なお、ソース電極５およびドレイン電極６の形成範囲は、一端部が有機半導体パターン４の上側に重なっていれば特に限定されないが、中でも、他端部がゲート絶縁層３の上まで延在していることが好ましい。ソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体パターン４の上面および側面に接触するため、それらの接触面積が大きくなるからである。
【００３３】
＜１−２．薄膜トランジスタの製造方法＞
次に、上記した有機ＴＦＴの製造方法について説明する。図２は、有機ＴＦＴを製造するために用いられるレーザ加工装置の構成を表している。図３〜図８は、有機ＴＦＴの製造方法を説明するためのものであり、いずれも図１に対応する断面構成を示している。なお、有機ＴＦＴの構成要素の形成材料については既に説明したので、以下では、その形成材料に関する説明を随時省略する。
【００３４】
以下では、レーザ加工装置の構成について説明したのち、有機ＴＦＴの製造方法について説明する。なお、有機ＴＦＴを製造する場合には、有機ＴＦＴを単独で製造してもよいし、２つ以上（複数）の有機ＴＦＴを一括して（並列的に）製造してもよい。
【００３５】
［レーザ加工装置の構成］
レーザ加工装置は、レーザアブレーション法による加工（パターニング）に用いられるものである。このレーザ加工装置は、例えば、図２に示したように、光源１１と、その光源１１から出射されるレーザ光Ｌを所定のパターン形状として光学的に投影する光学系１２と、デブリ回収機構１３と、ステージ１４とを備えている。なお、デブリ回収機構１３には、レーザ光Ｌの入射側に透過窓１９が設けられていると共に、排気ポンプ２０およびガス導入手段２１，２２が接続されている。
【００３６】
光源１１の種類は、特に限定されないが、例えば、エキシマレーザである。エキシマレーザの媒体（発振波長）としては複数種類が知られており、その代表例は、ＸｅＦ（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）およびＦ2 （１５７ｎｍ）である。ただし、光源１１の種類は、固体レーザ（第２〜４高調波）などでもよい。
【００３７】
光学系１２は、レーザ光Ｌの光路に沿って順に配置されたビーム整形器１５、マスク（または可変アパーチャ）１６、投影レンズ１７およびミラー１８を含んでいる。
【００３８】
ビーム整形器１５は、レーザ光Ｌを整形して、その強度を均一化するものである。マスク１６は、レーザ光Ｌの照射形状に対応した形状の開口部を有している。このマスク１６は、例えば、金属材料により形成された穴あきマスク、ガラスまたは金属薄膜などにより形成されたフォトマスク、あるいは誘電体材料により形成された誘電体マスクなどである。投影レンズ１７は、レーザ光Ｌを所定の倍率でステージ１４の表面に投影させるものである。ミラー１８は、レーザ光Ｌを反射させて、その照射方向を調整するものである。
【００３９】
ステージ１４は、加工対象物を支持するものであり、投影レンズ１７により投影されたレーザ光Ｌが加工対象物の表面（加工面）に合焦されるように位置合わせされている。このステージ１４は、レーザ光Ｌにより加工対象物の表面を走査可能にするために、そのレーザ光Ｌの光軸と垂直な面内で移動可能になっている。
【００４０】
なお、レーザ加工装置は、必要に応じて、圧力を調整可能なチャンバなどに収納されていてもよい。レーザ加工時の圧力は、特に限定されないが、例えば、１０-2Ｐａ〜１０Ｐａである。
【００４１】
［薄膜トランジスタの製造工程］
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図３に示したように、支持基体１を準備したのち、その支持基体１の上にゲート電極２をパターン形成する。
【００４２】
このゲート電極２を形成する場合には、例えば、支持基体１の表面を覆うように金属材料層を形成したのち、その金属材料層をパターニングする。金属材料層の形成方法は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、めっき法、またはナノ粒子によるコーティング法などである。金属材料層のパターニング方法は、例えば、フォトリソグラフィ法およびエッチング法である。この場合には、例えば、フォトリソグラフィ法により金属材料層の上にレジストパターン（図示せず）を形成したのち、そのレジストパターンをマスクとして金属材料層をエッチングする。このエッチング法は、例えば、ウェットエッチング法またはドライエッチング法である。この際、エッチング条件などを調整して、ゲート電極２の幅が支持基体１に近づくにしたがって次第に広がるようにしてもよい。ゲート電極２を形成したのち、例えば、ウェット処理による熔解洗浄除去法、またはアッシング法などにより、レジストパターンを除去する。
【００４３】
なお、レジストパターンの形成方法は、例えば、印刷法またはレーザ描画法などでもよい。印刷法は、例えば、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法またはオフセット印刷などである。この他、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法またはオフセット印刷法などにより金属ナノインクを直接パターニングしてもよい。
【００４４】
ゲート電極２を形成する場合には、後工程で形成される有機半導体パターン４をゲート電極２から十分に絶縁する必要がある。そこで、良好な絶縁性を得るためには、ゲート電極２の厚さはできるだけ薄いことが好ましく、具体的には２００ｎｍ以下であることが好ましい。ゲート電極２の厚さに起因する段差が小さくなるため、後工程でゲート絶縁層３を平坦に形成しやすくなるからである。
【００４５】
続いて、ゲート電極２およびその周辺の支持基体１を覆うようにゲート絶縁層３を形成する。
【００４６】
このゲート絶縁層３を形成する場合には、例えば、有機溶剤などの溶媒に有機絶縁性材料を溶解させて溶液を調製したのち、塗布法などにより溶液を塗布してから乾燥させる。こののち、必要に応じて加熱してもよい。塗布法は、例えば、グラビアコート法、ロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ダイコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スピンコート法またはインクジェット法などである。
【００４７】
この他、ゲート絶縁層３を形成する場合には、スパッタリング法または化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより無機絶縁性材料を堆積させてもよい。
【００４８】
続いて、ゲート絶縁層３の上に有機半導体層７を形成する。この有機半導体層７は、有機半導体パターン４を形成するための準備層であり、その有機半導体層７の形成材料は、有機半導体パターン４の形成材料と同様である。
【００４９】
この有機半導体層７を形成する場合には、例えば、真空蒸着法などにより有機半導体材料を堆積させる。なお、有機半導体材料の種類によっては、抵抗加熱蒸着法またはスパッタリング法などにより有機半導体材料を堆積させてもよいし、スピンコート法などの塗布法により、有機半導体材料が熔解された溶液を塗布してもよい。塗布法は、例えば、グラビアコート法、ロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ダイコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スピンコート法またはインクジェット法などである。
【００５０】
続いて、図２に示したレーザ加工装置を用いて、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする。
【００５１】
この有機半導体層７をパターニングする場合には、有機半導体層７が形成された支持基体１をステージ１４に固定したのち、光源１１から出射されたレーザ光Ｌを有機半導体層７に照射する。この際、ステージ１４を移動させて、レーザ光Ｌにより有機半導体層７を走査する。なお、光源１１の種類（発振波長）およびレーザＬによる加工条件などは、任意である。この加工条件とは、例えば、レーザ光Ｌの強度（エネルギー密度）および整形条件などである。
【００５２】
このレーザ加工により、レーザ光Ｌの照射（走査）範囲で有機半導体層７が分解除去されるため、図４に示したように、有機半導体パターン４が形成される。これにより、素子分離が完了する。
【００５３】
この場合には、例えば、レーザ光Ｌの照射条件（強度など）を調整して、ゲート絶縁層３から遠い側よりも近い側で有機半導体パターン４の幅を広くすることが好ましい。後工程でソース電極４およびドレイン電極５を形成する場合に、ソース電極４およびドレイン電極５が有機半導体パターン４に接触しやすくなるからである。これにより、有機半導体パターン４とソース電極４およびドレイン電極５との間に隙間（非接触箇所）が生じにくくなるため、両者の電気的導通性が確保される。
【００５４】
なお、有機半導体パターン４の幅は、ゲート絶縁層３に近づくにしたがって、段階的に広がってもよいし、次第に広がってもよいし、一定ののちに広がってもよいが、中でも、次第に広がることが好ましい。有機半導体パターン４の側面が傾斜するため、ソース電極４およびドレイン電極５が有機半導体パターン４の側面により接触しやすくなるからである。
【００５５】
なお、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする場合には、必要に応じて、有機半導体層７の上に保護層（図示せず）を形成しておき、その保護層を有機半導体層７と一緒にパターニングしてもよい。この保護層は、例えば、レーザ光Ｌの照射範囲以外の領域で意図せずに有機半導体層７が損傷する（レーザ光Ｌによるダメージを受ける）ことを防止するためのものである。保護層の形成材料は、例えば、樹脂材料、金属材料または無機絶縁性材料などである。一例を挙げると、樹脂材料はレジストなどであり、金属材料は金、銅またはアルミニウムなどであり、無機絶縁性材料は酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化アルミニウムなどである。ただし、有機半導体パターン４の形成後には、その有機半導体パターン４にダメージを与えないような方法により保護層を除去することが好ましい。
【００５６】
ここで、レーザアブレーション法を用いた有機半導体パターン４の形成工程について、補足説明しておく。複数の有機ＴＦＴを一括して製造するために、レーザアブレーション法による有機半導体層７のパターニング工程を複数回に分けて行う場合には、２通りの方法が考えられる。
【００５７】
具体的には、図６に示したように、複数のゲート電極２を配列させることを除き、図３を参照して説明した手順により有機半導体層７まで形成する。続いて、図７および図８に示した照射範囲Ｒ１，Ｒ２にレーザ光Ｌを照射して、複数の有機半導体パターン４を形成する。なお、図７および図８では、図示内容を簡略化するために、隣り合うゲート電極２間の間隔を狭くしている。
【００５８】
この場合には、例えば、図７に示したように、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が部分的に重なるようにしてもよい。照射範囲Ｒ１，Ｒ２が重なる領域Ｒ３では、レーザ光Ｌが二重に照射されるため、有機半導体層７が除去されたのちにゲート絶縁層３が掘り下げられる。これにより、ゲート絶縁層３に窪み３Ｋが形成されることになる。このため、完成後の有機ＴＦＴでゲート絶縁層３に窪み３Ｋが形成されていることは、有機半導体パターン４を形成するためにレーザアブレーション法によるパターニングが行われたことを表す証拠となる。なお、窪み３Ｋの幅ＷＫは、特に限定されないが、支持基体１の表面の有効使用面積を大きくするためには、できるだけ狭いことが好ましい。一例を挙げると、幅ＷＫは、２０μｍ以下、さらに５μｍ以下であることが好ましい。
【００５９】
または、例えば、図８に示したように、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が重ならないようにしてもよい。照射範囲Ｒ１，Ｒ２の間に位置する領域Ｒ４では、レーザ光Ｌが照射されないため、有機半導体層７が分解除去されずに残存する。これにより、ゲート絶縁層３の上に、有機半導体パターン４と同様の材料からなる余剰パターン４Ｐが形成される。このため、完成後の有機ＴＦＴで有機半導体パターン４の他に余剰パターン４Ｐが形成されていることは、有機半導体パターン４を形成するためにレーザアブレーション法によるパターニングが行われたことを表す証拠となる。この余剰パターン４Ｐは、ゲート絶縁層３を介してゲート電極２に対向していないと共に、ソース電極５およびドレイン電極６と接続されていないため、有機半導体パターン４とは明確に区別される。なお、余剰パターン４Ｐの幅ＷＰは、特に限定されないが、例えば、図７に示した窪み３Ｋの幅ＷＫと同様である。
【００６０】
なお、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が部分的に重なる領域Ｒ３が複数あれば、窪み３Ｋも複数形成されるはずである。このことは、余剰パターン４Ｐの数についても同様である。以上により、レーザアブレーション法を用いた有機半導体パターン４の形成工程に関する補足説明を終了する。
【００６１】
有機半導体パターン４を形成したのち、図５に示したように、有機半導体パターン４およびその周辺のゲート絶縁層３を覆うように電極層８を形成する。この電極層８は、ソース電極５およびドレイン電極６を形成するための準備層であり、その電極層８の形成材料は、ソース電極５およびドレイン電極６の形成材料と同様である。
【００６２】
電極層８の形成方法は、例えば、ゲート電極２の形成方法と同様である。ただし、有機半導体パターン４にダメージを与えない方法が好ましく、具体的にはスパッタリング法などが好ましい。
【００６３】
最後に、電極層８をパターニングして、図１に示したように、ソース電極５およびドレイン電極６を形成する。
【００６４】
電極層８のパターニング方法は、有機半導体パターン４にダメージを与えない方法が好ましく、例えば、ウェットエッチング法などである。この場合には、例えば、フォトリソグラフィ法により電極層８の上にレジストパターン（図示せず）を形成したのち、そのレジストパターンをマスクとして電極層８をウェットエッチングする。レジストパターンの形成方法および除去方法は、例えば、ゲート電極２を形成した場合と同様である。
【００６５】
ウェットエッチング法に用いるエッチング溶液の種類は、特に限定されないが、例えば、酸、塩またはそれらの混合液などである。酸は、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、酢酸、シュウ酸、フッ酸または過酸化水素などであり、塩は、例えば、フッ化アンモニウム、ヨウ化カリウム、過マンガン酸塩または重クロム酸塩などである。酸を用いる場合には、有機半導体パターン４にダメージを与えることを抑制するために、エッチング溶液中における酸の濃度は、２０％以下であることが好ましい。なお、安定したエッチングレートを確保するために、エッチング溶液中に有機窒素化合物などの添加物を含有させてもよい。
【００６６】
これにより、有機半導体パターン４にソース電極５およびドレイン電極６が接続されるため、有機ＴＦＴが完成する。
【００６７】
［薄膜トランジスタおよびその製造方法の作用および効果］
上記した有機ＴＦＴおよびその製造方法では、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングして有機半導体パターン４を形成したのち、その有機半導体パターン４の上にソース電極５およびドレイン電極６を形成している。すなわち、レーザアブレーション法を用いて、トップコンタクト型の有機ＴＦＴを製造している。この場合には、以下の利点が得られる。
【００６８】
第１に、有機半導体層７のパターニング方法としてレーザアブレーション法を用いているため、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる場合と比較して、有機半導体層７が短時間で高精度にパターニングされると共に、パターニング用のマスク（レジストパターンなど）を別途形成する必要がない。
【００６９】
第２に、有機半導体パターン４を形成したのちにソース電極５およびドレイン電極６を形成しているため、レーザアブレーション法によりソース電極５およびドレイン電極６がダメージを受けない。ソース電極５およびドレイン電極６を形成したのちに有機半導体パターン４を形成する場合（ボトムコンタクト型）には、レーザアブレーション法によりソース電極５およびドレイン電極６が意図せずに分解除去される可能性があるが、トップコンタクト型では、そのような意図しない分解除去が生じないからである。
【００７０】
第３に、ソース電極５およびドレイン電極６と有機半導体パターン４との位置関係がトップコンタクト型であるため、ボトムコンタクト型と比較して、有機半導体パターン４とソース電極５およびドレイン電極６との接触抵抗が低下すると共に、耐熱性などが向上する。
【００７１】
よって、低抵抗であるトップコンタクト型の有機ＴＦＴが容易かつ安定に製造されるため、その有機ＴＦＴの高性能化および製造容易化を実現できる。
【００７２】
特に、有機ＴＦＴがボトムゲート型であれば、その有機ＴＦＴを搭載した電子機器（例えば反射型ディスプレイなど）のバックプレーンを作製する場合において、高い開口率を実現できる。有機ＴＦＴのドレイン電極６と画素電極とが層間絶縁層を介して接続されたフィールドシールデッドピクセル構造が形成されるからである。この他、有機半導体パターン４の形成材料の自由度を広げることもできる。トップゲート型では、有機半導体パターン４に優れた表面平坦性が要求されるため、その形成材料が限定されてしまうからである。
【００７３】
また、有機半導体パターン４を形成する場合において、ゲート絶縁層３に近づくにしたがって有機半導体パターン４の幅を次第に広くすれば、ソース電極５およびドレイン電極６と有機半導体パターン４との電気的導通性を確保できる。
【００７４】
また、電極層８のパターニング方法としてウェットエッチング法を用いれば、ドライエッチング法を用いる場合とは異なり、有機半導体パターン４がエッチングによるダメージを受けることを抑制できる。
【００７５】
［変形例］
なお、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする場合（図３）には、例えば、図９に示したように、レーザアブレーション法により有機半導体パターン４をマスクとしてゲート絶縁層３を選択的に途中まで掘り下げてもよい。こののち、ソース電極５およびドレイン電極６を形成すれば、図１０に示した有機ＴＦＴが製造される。この場合においても、有機ＴＦＴの高性能化および製造容易化を実現できる。また、有機半導体パターン４の側面にソース電極４およびドレイン電極５がより接触しやすくなるため、両者の電気的導通性より向上させることができる。ただし、ゲート絶縁層３が補助容量における絶縁層としての役割を兼ねている場合には、リーク電流を抑制するために、ゲート絶縁層３の厚さ（ゲート電極２が形成されていない領域におけるゲート絶縁層３の厚さ）を２００ｎｍ以上にすることが好ましい。
【００７６】
＜２．薄膜トランジスタの適用例（電子機器）＞
次に、上記した有機ＴＦＴの適用例について説明する。有機ＴＦＴは、さまざまな電子機器に適用可能であり、その電子機器の種類は特に限定されないが、例えば、表示装置である液晶表示装置に適用される。
【００７７】
図１１および図１２は、それぞれ液晶表示装置の主要部の断面構成および回路構成を表している。なお、以下で説明する装置構成および回路構成はあくまで一例であり、それらの構成は適宜変更可能である。
【００７８】
［電子機器の構成］
ここで説明する液晶表示装置は、例えば、有機ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型駆動方式の透過型液晶ディスプレイであり、その有機ＴＦＴは、スイッチング（画素選択）用の素子として用いられる。この液晶表示装置は、図１１に示したように、駆動基板３０と対向基板４０との間に液晶層５１が封入されたものである。なお、液晶表示装置は、透過型でも反射型でもよい。
【００７９】
駆動基板３０は、例えば、支持基板３１の一面に有機ＴＦＴ３２、平坦化絶縁層３３および画素電極３４がこの順に形成されると共に、有機ＴＦＴ３２および画素電極３４がマトリクス状に配置されたものである。
【００８０】
支持基板３１は、例えば、ガラスまたはプラスチック材料などの光透過性材料により形成されており、有機ＴＦＴ３２は、上記した有機ＴＦＴと同様の構成を有している。プラスチック材料の種類は、例えば、有機ＴＦＴについて説明した場合と同様である。平坦化絶縁層３３は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性樹脂材料により形成されており、画素電極３４は、例えば、ＩＴＯなどの透過性導電性材料により形成されている。なお、画素電極３４は、例えば、平坦化絶縁層３３に設けられたコンタクトホール（図示せず）を通じて有機ＴＦＴ３２に接続されている。
【００８１】
対向基板４０は、例えば、支持基板４１の一面に対向電極４２が全面形成されたものである。支持基板４１は、例えば、ガラスまたはプラスチック材料などの光透過性材料により形成されており、対向電極４２は、例えば、ＩＴＯなどの導電性材料により形成されている。プラスチック材料の種類は、例えば、有機ＴＦＴについて説明した場合と同様である。
【００８２】
駆動基板３０および対向基板４０は、液晶層５１を挟んで画素電極３４と対向電極４２とが対向配置されるように、シール材５０により貼り合わされている。液晶層５１に含まれる液晶分子の種類は、任意である。
【００８３】
この他、液晶表示装置は、例えば、位相差板、偏光板、配向膜およびバックライトユニットなどの他の構成要素（いずれも図示せず）を備えていてもよい。
【００８４】
液晶表示装置を駆動させるための回路は、例えば、図１２に示したように、有機ＴＦＴ３２および液晶表示素子５４（画素電極３４、対向電極４２および液晶層５１）と共に、キャパシタ５５を含んでいる。この回路では、行方向に複数の信号線５２が配列されていると共に列方向に複数の走査線５３が配列されており、それらが交差する位置に有機ＴＦＴ３２、液晶表示素子５４およびキャパシタ５５が配置されている。信号線５２および走査線５３は、それぞれ図示しない信号線駆動回路（データドライバ）および走査線駆動回路（走査ドライバ）に接続されている。ただし、有機ＴＦＴ３２におけるソース電極、ゲート電極およびドレイン電極の接続先は、図１２に示した場合に限られない。
【００８５】
［電子機器の動作］
この液晶表示装置では、有機ＴＦＴ３２により画素電極３４が選択され、その画素電極３４と対向電極４２との間に電界が印加されると、その電界強度に応じて液晶層５１（液晶分子）の配向状態が変化する。これにより、液晶分子の配向状態に応じて光の透過量（透過率）が制御されるため、階調画像が表示される。
【００８６】
［電子機器に関する作用および効果］
この液晶表示装置によれば、有機ＴＦＴ３２が上記した有機ＴＦＴと同様の構成を有しているので、低抵抗であるトップコンタクト型の有機ＴＦＴ３２が容易かつ安定に製造される。よって、電子機器の高性能化および製造容易化を実現できる。
【００８７】
特に、有機ＴＦＴ３２の支持基体としてプラスチック材料などの可撓性材料を用いれば、フレキシブル（折り曲げ可能）な液晶表示装置を実現できる。
【実施例】
【００８８】
次に、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００８９】
（実験例１）
以下の手順により、ボトムゲート・トップコンタクト型の有機ＴＦＴを作製した。
【００９０】
最初に、真空蒸着法により支持基体（ＰＥＳ基板）の上に金属材料層（金）を形成したのち、ウェットエッチング法により金属材料層をエッチングしてゲート電極を形成した。続いて、無機絶縁性材料（ＰＶＰ）および架橋剤（ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド））をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に溶解させて溶液を調製したのち、その溶液を塗布してから加熱（１８０℃×１時間）してゲート絶縁層を形成した。続いて、真空蒸着法により有機半導体層（ペンタセン）を厚さ５０ｎｍとなるように形成したのち、素子分離するために、図２に示したレーザ加工装置を用いてレーザアブレーション法により有機半導体層をパターニングした。これにより、ゲート絶縁層の上に有機半導体パターンが形成された。この場合には、光源（エキシマレーザ）としてＫｒＦ（発振波長２４８ｎｍ）を用いると共に、試料表面におけるレーザ光の強度（エネルギー密度）を１００ｍＪ/ｃｍ2 〜１０００ｍＪ/ｃｍ2 、ビーム整形条件を２５×２５ｍｍの略矩形とした。最後に、真空蒸着法により金属材料層（金）を形成したのち、ウェットエッチング法（エッチング溶液＝ヨウ化カリウム溶液）により金属材料層をエッチングしてソース電極およびドレイン電極を形成した。
【００９１】
（実験例２）
素子分離の方法としてフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いたことを除き、実験例１と同様の手順により有機ＴＦＴを作製した。
【００９２】
（実験例３）
素子分離を行わなかったことを除き、実験例１と同様の手順により有機ＴＦＴを作製した。この場合には、有機半導体パターンを形成せずに、有機半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成した。
【００９３】
常温環境中（２３℃）で有機ＴＦＴの性能（移動度、オンオフ比および閾値電圧）を調べたところ、表１に示した結果が得られた。なお、閾値電圧とは、電圧Ｖｇ（Ｖ）と電流Ｉｄ（Ａ）との相関を調べた際の立ち上がり電圧である。
【００９４】
【表１】
【００９５】
作製した有機ＴＦＴ（実験例１〜３）では、素子分離の有無にかかわらず、同等の移動度および閾値電圧が得られた。しかしながら、素子分離した場合（実験例１，２）には、素子分離しなかった場合（実験例３）よりもオンオフ比が高くなった。なお、素子分離の方法としてレーザアブレーション法を用いた場合（実験例１）には、ドライエッチングを用いた場合（実験例２）と同等のオンオフ比が得られた。
【００９６】
この結果は、以下のことを表している。素子分離の方法としてレーザアブレーション法を用いると、単に素子分離できるだけでなく、従来のドライエッチングを用いた場合と同等のオンオフ比が確保される。その一方で、レーザアブレーション法を用いると、有機半導体層のパターニングが短時間で高精度に行われると共に、別途パターニング用のマスクを形成する必要がないという特有の利点も得られる。よって、レーザアブレーション法を用いることは、有機ＴＦＴの性能および生産性の双方において、ドライエッチング法を用いた場合よりも有利である。
【００９７】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、薄膜トランジスタの各構成要素の形成材料および寸法などは、適宜変更可能である。
【００９８】
また、本発明が適用される電子機器は、液晶表示装置以外の他の表示装置でもよい。このような他の表示装置としては、例えば、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置または電子ペーパー表示装置などが挙げられる。また、本発明は、表示装置以外の他の電子機器に適用されてもよい。このような他の電子機器としては、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオカメラ、ＩＤタグまたはセンサなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００９９】
１…支持基体、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁層、４…有機半導体パターン、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７…有機半導体層、８…電極層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体パターンを備えた薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに薄膜トランジスタを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、チャネル層の形成材料として有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が注目されており、有機ＴＦＴと呼ばれている。有機ＴＦＴでは、チャネル層を含む全ての層を塗布形成または印刷形成できるため、低コスト化を図ることができる。また、蒸着法などよりも低い温度でチャネル層を形成できるため、低耐熱性でフレキシブルなプラスチックフィルムなどに有機ＴＦＴを実装できる。
【０００３】
有機ＴＦＴは、チャネル層の形成材料として無機半導体材料を用いた従来の無機ＴＦＴと同様に、表示装置などの電子機器にスイッチング用の素子などとして用いることが検討されている。この有機ＴＦＴは、チャネル層である有機半導体パターンと共に、その有機半導体パターンに接続されたソース電極およびドレイン電極を備えている。
【０００４】
有機ＴＦＴを製造する場合には、オフ電流を低減させるために、有機半導体層を形成したのち、その有機半導体層を選択的に除去（パターニング）して有機半導体パターンを形成する工程が必要である。この工程は、一般に、素子分離と呼ばれている。ところが、有機ＴＦＴの製造工程では、無機ＴＦＴの製造工程とは異なり、有機溶剤を用いたフォトリソグラフィ法により素子分離を行うことが問題になる可能性がある。有機半導体パターンは有機溶剤により溶解されやすいからである。
【０００５】
そこで、素子分離の方法については、いくつかの方法が提案されている。具体的には、有機半導体層の一部にＹＡＧレーザなどを照射して、不要な部分を昇華させている（例えば、特許文献１参照。）。ソース電極およびドレイン電極のそれぞれの上にパターン化絶縁膜（窒化ケイ素など）を形成したのち、有機半導体層を形成している（例えば、特許文献２参照。）。この場合には、パターン化絶縁膜の形成領域と非形成領域とにおける高低差（段差）を利用して有機半導体層が分離される。有機半導体層の上にパターン化膜（ポリビニルアルコールなど）を形成したのち、そのパターン化膜をマスクとして有機半導体層をエッチングしている（例えば、特許文献３参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層およびゲート絶縁層をこの順に形成したのち、レーザアブレーション法によりゲート絶縁層および有機半導体層を一括してパターニングしている（例えば、特許文献４参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層および保護層（酸化ケイ素など）をこの順に形成したのち、レーザアブレーション法により保護層および有機半導体層を一括してパターニングしている（例えば、特許文献５参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体層を形成したのち、両電極の形成領域以外の領域にレーザを照射して有機半導体層をパターニングしている（例えば、特許文献６参照。）。ソース電極およびドレイン電極の上に保護層（酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）など）および有機半導体層をこの順に形成したのち、保護層の形成領域にレーザを照射して有機半導体層パターニングしている（例えば、特許文献７参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−０７９２２５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９５０４号公報
【特許文献３】特開２００６−２６１３１２号公報
【特許文献４】特許第４１３７９１５号明細書
【特許文献５】特開２００６−３３２６６１号公報
【特許文献６】特表２００８−５２４８３９号公報
【特許文献７】特開２００７−１６５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
有機ＴＦＴは、無機ＴＦＴと同様に、有機半導体パターンとソース電極およびドレイン電極との位置関係に応じて、トップコンタクト型またはボトムコンタクト型に分類される。中でも、ソース電極およびドレイン電極が有機半導体パターンの上側に重なるように接続されるトップコンタクト型が有望視されている。有機半導体パターンとソース電極およびドレイン電極との接触抵抗が低下すると共に、耐熱性などが向上するからである。
【０００８】
しかしながら、トップコンタクト型の有機ＴＦＴの実用的な製造方法については、未だ具体的な提案がなされていないため、その製造方法の確立が望まれている。この場合には、有機ＴＦＴを搭載する電子機器の性能および生産性を確保するために、単にトップコンタクト型の有機ＴＦＴを製造できるだけでなく、高性能な有機ＴＦＴを容易に製造できることが条件とされる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高性能化および製造容易化を実現可能な薄膜トランジスタおよびその製造方法、ならびに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、支持基体の上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層の上に有機半導体層を形成する工程と、レーザアブレーション法により有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成する工程と、有機半導体パターンの上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程とを含むようにしたものである。
【００１１】
本発明の薄膜トランジスタは、支持基体と、支持基体の上に形成されたゲート電極と、ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上にレーザアブレーション法により形成された有機半導体パターンと、有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備えたものである。また、本発明の電子機器は、上記した本発明の薄膜トランジスタを含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の薄膜トランジスタまたはその製造方法、あるいは電子機器によれば、レーザアブレーション法により有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成したのち、その有機半導体パターンの上にソース電極およびドレイン電極を形成している。よって、低抵抗であるトップコンタクト型の薄膜トランジスタが容易かつ安定に製造されるため、その薄膜トランジスタの高性能化および製造容易化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の薄膜トランジスタの構成を表す断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの製造方法に用いられるレーザ加工装置の構成を表すブロック図である。
【図３】薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く工程を説明するための断面図である。
【図５】図４に続く工程を説明するための断面図である。
【図６】薄膜トランジスタの製造方法を補足説明するための断面図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための断面図である。
【図８】図６に続く他の工程を説明するための断面図である。
【図９】薄膜トランジスタの製造方法に関する変形例を説明するための断面図である。
【図１０】図９に示した工程により製造される薄膜トランジスタの構成を表す断面図である。
【図１１】薄膜トランジスタの適用例である液晶表示装置の主要部の構成を表す断面図である。
【図１２】図１１に示した液晶表示装置の回路構成を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．薄膜トランジスタ
１−１．薄膜トランジスタの構成
１−２．薄膜トランジスタの製造方法
２．薄膜トランジスタの適用例（電子機器）
【００１５】
＜１．薄膜トランジスタ＞
＜１−１．薄膜トランジスタの構成＞
図１は、一実施形態の薄膜トランジスタである有機ＴＦＴの断面構成を表している。
【００１６】
この有機ＴＦＴは、支持基体１の上に、ゲート電極２と、ゲート絶縁層３と、有機半導体パターン４と、ソース電極５よびドレイン電極６とがこの順に形成されたものである。ここで説明する有機ＴＦＴは、ゲート電極２が有機半導体パターン４の下側に位置すると共にソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体パターン４の上側に重なっているボトムゲート・トップコンタクト型である。なお、「下側」は支持基体１に近い側、「上側」は支持基体１から遠い側をそれぞれ意味する。
【００１７】
支持基体１は、例えば、プラスチック材料、金属材料または無機材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００１８】
プラスチック材料は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアクリレート（ＰＡＲ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）またはトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などである。金属材料は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）またはステンレスなどである。無機材料は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、酸化ケイ素（ＳｉＯx ）、窒化ケイ素（ＳｉＮx ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx ）または他の金属酸化物などである。ただし、酸化ケイ素には、ガラス、石英またはスピンオングラス（ＳＯＧ）なども含まれる。
【００１９】
この支持基体１は、ウェハなどの剛性を有する基板でもよいし、可撓性を有するフィルムまたは箔などでもよい。また、支持基体１の表面には、所定の機能を有する被覆層が設けられていてもよい。この被覆層は、例えば、密着性を確保するためのバッファ層またはガス放出を防止するためのガスバリア層などである。
【００２０】
なお、支持基体１は、単層でも多層でもよい。多層の場合には、上記した各種材料の層が２層以上積層されていてもよい。これらのことは、ゲート電極２、ゲート絶縁層３、有機半導体パターン４、ソース電極５およびドレイン電極６についても同様である。
【００２１】
ゲート電極２は、例えば、金属材料、無機導電性材料、有機導電性材料または炭素材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００２２】
金属材料は、例えば、アルミニウム、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）またはそれらを含む合金などである。無機導電性材料は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などである。有機導電性材料は、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）またはポリアニリン（ＰＡＮＩ）などである。炭素材料は、例えば、グラファイトなどである。なお、ゲート電極２は、例えば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの多層でもよい。
【００２３】
ゲート絶縁層３は、例えば、無機絶縁性材料または有機絶縁性材料などのいずれか１種類または２種類以上により形成されている。無機絶縁性材料は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯx ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）などである。有機絶縁性材料は、例えば、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリメタクリル酸アクリレート、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、フッ素樹脂、感光性ポリイミド、感光性ノボラック樹脂またはポリパラキシリレンなどである。
【００２４】
なお、有機ＴＦＴを低電圧で駆動させるためには、ゲート絶縁層３の厚さは１μｍ以下であると共に、その表面はできるだけ平坦であることが好ましい。
【００２５】
有機半導体パターン４は、例えば、以下の有機半導体材料のいずれか１種類または２種類以上により形成されている。
【００２６】
（１）ポリピロール、（２）ポリチオフェン、（３）ポリイソチアナフテンなどのイソチアナフテン、（４）ポリチェニレンビニレンなどのチェニレンビニレン、（５）ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）などのポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、（６）ポリアニリン、（７）ポリアセチレン、（８）ポリジアセチレン、（９）ポリアズレン、または（１０）ポリピレンである。
【００２７】
（１１）ポリカルバゾール、（１２）ポリセレノフェン、（１３）ポリフラン、（１４）ポリ（ｐ−フェニレン）、（１５）ポリインドール、（１６）ポリピリダジン、（１７）ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレンまたはサーカムアントラセンなどのアセン、（１８）アセン類のうちの炭素の一部が窒素（Ｎ）、硫黄（Ｓ）または酸素（Ｏ）などの原子、あるいはカルボニル基などの官能基により置換された誘導体、例えば、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジンまたはヘキサセン−６，１５−キノンなど、（１９）ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィドまたはポリビニレンスルフィドなどの高分子材料および多環縮合体、または（２０）上記した高分子材料と同じ繰り返し単位を有するオリゴマーである。
【００２８】
（２１）銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン、（２２）テトラチアフルバレン、（２３）テトラチアペンタレン、（２４）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド、Ｎ，Ｎ’−ビス（４−トリフルオロメチルベンジル）ナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミドと共に、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロオクチル）、Ｎ，Ｎ’−ビス（１Ｈ，１Ｈ−ペルフルオロブチル）またはＮ，Ｎ’−ジオクチルナフタレン１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、（２５）ナフタレン２，３，６，７テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、（２６）アントラセン２，３，６，７−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類に代表される縮合環テトラカルボン酸ジイミド、（２７）Ｃ60、Ｃ70、Ｃ76、Ｃ78またはＣ84などのフラーレン、（２８）単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）などのカーボンナノチューブ、（２９）メロシアニン色素またはヘミシアニン色素などの色素、または（３０）２，９−ジナフチル−ペリ−キサンテノキサンテンなどのペリ−キサンテノキサンテン化合物である。
【００２９】
なお、有機半導体材料は、上記した一連の材料の誘導体でもよい。誘導体とは、上記した材料に１または２以上の置換基が導入された材料であり、その置換基の種類および導入位置などは、任意である。
【００３０】
特に、有機半導体パターン４は、レーザアブレーション法により形成されている。より具体的には、有機半導体パターン４は、以下で詳細に説明するように、ゲート絶縁層３の上に形成された有機半導体層７（図３参照）がレーザアブレーション法によりパターニングされたものである。
【００３１】
完成後の有機ＴＦＴにおいて、有機半導体パターン４がレーザアブレーション法により形成されたものであることは、以下のようにして確認される。サブトラクティブ法により有機半導体層をパターニングする方法としては、レーザアブレーション法の他にドライエッチング法が挙げられる。ドライエッチング法を用いる場合には、酸素（Ｏ2 ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2 ）または水素（Ｈ2 ）などのガス雰囲気中で有機半導体層がパターニングされるため、その有機半導体層の表面に副産物である反応生成物が堆積（付着）する。この反応生成物は、有機溶剤を用いた洗浄処理により除去可能であるが、その有機溶剤は、多くの有機半導体層を簡単に溶解する。これにより、有機半導体層をパターニングするためにドライエッチング法を用いた場合には、有機溶剤を用いた洗浄処理を行うことができず、または、洗浄処理を行うことができたとしても反応生成物が完全に除去されるまで洗浄処理を続けることができないため、有機半導体層の表面に反応生成物が残存してしまう。これに対して、レーザアブレーション法を用いる場合には、上記した反応生成物が生じないため、有機半導体層の表面に反応生成物が堆積しない。よって、有機半導体パターン４がレーザアブレーション法により形成されたものであることを確認するためには、その有機半導体パターン４の表面に反応生成物が堆積していないことを調べればよい。
【００３２】
ソース電極５およびドレイン電極６は、例えば、ゲート電極２と同様の材料により形成されており、有機半導体パターン４にオーミック接触していることが好ましい。なお、ソース電極５およびドレイン電極６の形成範囲は、一端部が有機半導体パターン４の上側に重なっていれば特に限定されないが、中でも、他端部がゲート絶縁層３の上まで延在していることが好ましい。ソース電極５およびドレイン電極６が有機半導体パターン４の上面および側面に接触するため、それらの接触面積が大きくなるからである。
【００３３】
＜１−２．薄膜トランジスタの製造方法＞
次に、上記した有機ＴＦＴの製造方法について説明する。図２は、有機ＴＦＴを製造するために用いられるレーザ加工装置の構成を表している。図３〜図８は、有機ＴＦＴの製造方法を説明するためのものであり、いずれも図１に対応する断面構成を示している。なお、有機ＴＦＴの構成要素の形成材料については既に説明したので、以下では、その形成材料に関する説明を随時省略する。
【００３４】
以下では、レーザ加工装置の構成について説明したのち、有機ＴＦＴの製造方法について説明する。なお、有機ＴＦＴを製造する場合には、有機ＴＦＴを単独で製造してもよいし、２つ以上（複数）の有機ＴＦＴを一括して（並列的に）製造してもよい。
【００３５】
［レーザ加工装置の構成］
レーザ加工装置は、レーザアブレーション法による加工（パターニング）に用いられるものである。このレーザ加工装置は、例えば、図２に示したように、光源１１と、その光源１１から出射されるレーザ光Ｌを所定のパターン形状として光学的に投影する光学系１２と、デブリ回収機構１３と、ステージ１４とを備えている。なお、デブリ回収機構１３には、レーザ光Ｌの入射側に透過窓１９が設けられていると共に、排気ポンプ２０およびガス導入手段２１，２２が接続されている。
【００３６】
光源１１の種類は、特に限定されないが、例えば、エキシマレーザである。エキシマレーザの媒体（発振波長）としては複数種類が知られており、その代表例は、ＸｅＦ（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）およびＦ2 （１５７ｎｍ）である。ただし、光源１１の種類は、固体レーザ（第２〜４高調波）などでもよい。
【００３７】
光学系１２は、レーザ光Ｌの光路に沿って順に配置されたビーム整形器１５、マスク（または可変アパーチャ）１６、投影レンズ１７およびミラー１８を含んでいる。
【００３８】
ビーム整形器１５は、レーザ光Ｌを整形して、その強度を均一化するものである。マスク１６は、レーザ光Ｌの照射形状に対応した形状の開口部を有している。このマスク１６は、例えば、金属材料により形成された穴あきマスク、ガラスまたは金属薄膜などにより形成されたフォトマスク、あるいは誘電体材料により形成された誘電体マスクなどである。投影レンズ１７は、レーザ光Ｌを所定の倍率でステージ１４の表面に投影させるものである。ミラー１８は、レーザ光Ｌを反射させて、その照射方向を調整するものである。
【００３９】
ステージ１４は、加工対象物を支持するものであり、投影レンズ１７により投影されたレーザ光Ｌが加工対象物の表面（加工面）に合焦されるように位置合わせされている。このステージ１４は、レーザ光Ｌにより加工対象物の表面を走査可能にするために、そのレーザ光Ｌの光軸と垂直な面内で移動可能になっている。
【００４０】
なお、レーザ加工装置は、必要に応じて、圧力を調整可能なチャンバなどに収納されていてもよい。レーザ加工時の圧力は、特に限定されないが、例えば、１０-2Ｐａ〜１０Ｐａである。
【００４１】
［薄膜トランジスタの製造工程］
有機ＴＦＴを製造する場合には、最初に、図３に示したように、支持基体１を準備したのち、その支持基体１の上にゲート電極２をパターン形成する。
【００４２】
このゲート電極２を形成する場合には、例えば、支持基体１の表面を覆うように金属材料層を形成したのち、その金属材料層をパターニングする。金属材料層の形成方法は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、めっき法、またはナノ粒子によるコーティング法などである。金属材料層のパターニング方法は、例えば、フォトリソグラフィ法およびエッチング法である。この場合には、例えば、フォトリソグラフィ法により金属材料層の上にレジストパターン（図示せず）を形成したのち、そのレジストパターンをマスクとして金属材料層をエッチングする。このエッチング法は、例えば、ウェットエッチング法またはドライエッチング法である。この際、エッチング条件などを調整して、ゲート電極２の幅が支持基体１に近づくにしたがって次第に広がるようにしてもよい。ゲート電極２を形成したのち、例えば、ウェット処理による熔解洗浄除去法、またはアッシング法などにより、レジストパターンを除去する。
【００４３】
なお、レジストパターンの形成方法は、例えば、印刷法またはレーザ描画法などでもよい。印刷法は、例えば、インクジェット印刷法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法またはオフセット印刷などである。この他、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法、フレキソ印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法またはオフセット印刷法などにより金属ナノインクを直接パターニングしてもよい。
【００４４】
ゲート電極２を形成する場合には、後工程で形成される有機半導体パターン４をゲート電極２から十分に絶縁する必要がある。そこで、良好な絶縁性を得るためには、ゲート電極２の厚さはできるだけ薄いことが好ましく、具体的には２００ｎｍ以下であることが好ましい。ゲート電極２の厚さに起因する段差が小さくなるため、後工程でゲート絶縁層３を平坦に形成しやすくなるからである。
【００４５】
続いて、ゲート電極２およびその周辺の支持基体１を覆うようにゲート絶縁層３を形成する。
【００４６】
このゲート絶縁層３を形成する場合には、例えば、有機溶剤などの溶媒に有機絶縁性材料を溶解させて溶液を調製したのち、塗布法などにより溶液を塗布してから乾燥させる。こののち、必要に応じて加熱してもよい。塗布法は、例えば、グラビアコート法、ロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ダイコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スピンコート法またはインクジェット法などである。
【００４７】
この他、ゲート絶縁層３を形成する場合には、スパッタリング法または化学気相成長（ＣＶＤ）法などにより無機絶縁性材料を堆積させてもよい。
【００４８】
続いて、ゲート絶縁層３の上に有機半導体層７を形成する。この有機半導体層７は、有機半導体パターン４を形成するための準備層であり、その有機半導体層７の形成材料は、有機半導体パターン４の形成材料と同様である。
【００４９】
この有機半導体層７を形成する場合には、例えば、真空蒸着法などにより有機半導体材料を堆積させる。なお、有機半導体材料の種類によっては、抵抗加熱蒸着法またはスパッタリング法などにより有機半導体材料を堆積させてもよいし、スピンコート法などの塗布法により、有機半導体材料が熔解された溶液を塗布してもよい。塗布法は、例えば、グラビアコート法、ロールコート法、キスコート法、ナイフコート法、ダイコート法、スリットコート法、ブレードコート法、スピンコート法またはインクジェット法などである。
【００５０】
続いて、図２に示したレーザ加工装置を用いて、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする。
【００５１】
この有機半導体層７をパターニングする場合には、有機半導体層７が形成された支持基体１をステージ１４に固定したのち、光源１１から出射されたレーザ光Ｌを有機半導体層７に照射する。この際、ステージ１４を移動させて、レーザ光Ｌにより有機半導体層７を走査する。なお、光源１１の種類（発振波長）およびレーザＬによる加工条件などは、任意である。この加工条件とは、例えば、レーザ光Ｌの強度（エネルギー密度）および整形条件などである。
【００５２】
このレーザ加工により、レーザ光Ｌの照射（走査）範囲で有機半導体層７が分解除去されるため、図４に示したように、有機半導体パターン４が形成される。これにより、素子分離が完了する。
【００５３】
この場合には、例えば、レーザ光Ｌの照射条件（強度など）を調整して、ゲート絶縁層３から遠い側よりも近い側で有機半導体パターン４の幅を広くすることが好ましい。後工程でソース電極４およびドレイン電極５を形成する場合に、ソース電極４およびドレイン電極５が有機半導体パターン４に接触しやすくなるからである。これにより、有機半導体パターン４とソース電極４およびドレイン電極５との間に隙間（非接触箇所）が生じにくくなるため、両者の電気的導通性が確保される。
【００５４】
なお、有機半導体パターン４の幅は、ゲート絶縁層３に近づくにしたがって、段階的に広がってもよいし、次第に広がってもよいし、一定ののちに広がってもよいが、中でも、次第に広がることが好ましい。有機半導体パターン４の側面が傾斜するため、ソース電極４およびドレイン電極５が有機半導体パターン４の側面により接触しやすくなるからである。
【００５５】
なお、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする場合には、必要に応じて、有機半導体層７の上に保護層（図示せず）を形成しておき、その保護層を有機半導体層７と一緒にパターニングしてもよい。この保護層は、例えば、レーザ光Ｌの照射範囲以外の領域で意図せずに有機半導体層７が損傷する（レーザ光Ｌによるダメージを受ける）ことを防止するためのものである。保護層の形成材料は、例えば、樹脂材料、金属材料または無機絶縁性材料などである。一例を挙げると、樹脂材料はレジストなどであり、金属材料は金、銅またはアルミニウムなどであり、無機絶縁性材料は酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸化アルミニウムなどである。ただし、有機半導体パターン４の形成後には、その有機半導体パターン４にダメージを与えないような方法により保護層を除去することが好ましい。
【００５６】
ここで、レーザアブレーション法を用いた有機半導体パターン４の形成工程について、補足説明しておく。複数の有機ＴＦＴを一括して製造するために、レーザアブレーション法による有機半導体層７のパターニング工程を複数回に分けて行う場合には、２通りの方法が考えられる。
【００５７】
具体的には、図６に示したように、複数のゲート電極２を配列させることを除き、図３を参照して説明した手順により有機半導体層７まで形成する。続いて、図７および図８に示した照射範囲Ｒ１，Ｒ２にレーザ光Ｌを照射して、複数の有機半導体パターン４を形成する。なお、図７および図８では、図示内容を簡略化するために、隣り合うゲート電極２間の間隔を狭くしている。
【００５８】
この場合には、例えば、図７に示したように、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が部分的に重なるようにしてもよい。照射範囲Ｒ１，Ｒ２が重なる領域Ｒ３では、レーザ光Ｌが二重に照射されるため、有機半導体層７が除去されたのちにゲート絶縁層３が掘り下げられる。これにより、ゲート絶縁層３に窪み３Ｋが形成されることになる。このため、完成後の有機ＴＦＴでゲート絶縁層３に窪み３Ｋが形成されていることは、有機半導体パターン４を形成するためにレーザアブレーション法によるパターニングが行われたことを表す証拠となる。なお、窪み３Ｋの幅ＷＫは、特に限定されないが、支持基体１の表面の有効使用面積を大きくするためには、できるだけ狭いことが好ましい。一例を挙げると、幅ＷＫは、２０μｍ以下、さらに５μｍ以下であることが好ましい。
【００５９】
または、例えば、図８に示したように、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が重ならないようにしてもよい。照射範囲Ｒ１，Ｒ２の間に位置する領域Ｒ４では、レーザ光Ｌが照射されないため、有機半導体層７が分解除去されずに残存する。これにより、ゲート絶縁層３の上に、有機半導体パターン４と同様の材料からなる余剰パターン４Ｐが形成される。このため、完成後の有機ＴＦＴで有機半導体パターン４の他に余剰パターン４Ｐが形成されていることは、有機半導体パターン４を形成するためにレーザアブレーション法によるパターニングが行われたことを表す証拠となる。この余剰パターン４Ｐは、ゲート絶縁層３を介してゲート電極２に対向していないと共に、ソース電極５およびドレイン電極６と接続されていないため、有機半導体パターン４とは明確に区別される。なお、余剰パターン４Ｐの幅ＷＰは、特に限定されないが、例えば、図７に示した窪み３Ｋの幅ＷＫと同様である。
【００６０】
なお、照射範囲Ｒ１，Ｒ２が部分的に重なる領域Ｒ３が複数あれば、窪み３Ｋも複数形成されるはずである。このことは、余剰パターン４Ｐの数についても同様である。以上により、レーザアブレーション法を用いた有機半導体パターン４の形成工程に関する補足説明を終了する。
【００６１】
有機半導体パターン４を形成したのち、図５に示したように、有機半導体パターン４およびその周辺のゲート絶縁層３を覆うように電極層８を形成する。この電極層８は、ソース電極５およびドレイン電極６を形成するための準備層であり、その電極層８の形成材料は、ソース電極５およびドレイン電極６の形成材料と同様である。
【００６２】
電極層８の形成方法は、例えば、ゲート電極２の形成方法と同様である。ただし、有機半導体パターン４にダメージを与えない方法が好ましく、具体的にはスパッタリング法などが好ましい。
【００６３】
最後に、電極層８をパターニングして、図１に示したように、ソース電極５およびドレイン電極６を形成する。
【００６４】
電極層８のパターニング方法は、有機半導体パターン４にダメージを与えない方法が好ましく、例えば、ウェットエッチング法などである。この場合には、例えば、フォトリソグラフィ法により電極層８の上にレジストパターン（図示せず）を形成したのち、そのレジストパターンをマスクとして電極層８をウェットエッチングする。レジストパターンの形成方法および除去方法は、例えば、ゲート電極２を形成した場合と同様である。
【００６５】
ウェットエッチング法に用いるエッチング溶液の種類は、特に限定されないが、例えば、酸、塩またはそれらの混合液などである。酸は、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、酢酸、シュウ酸、フッ酸または過酸化水素などであり、塩は、例えば、フッ化アンモニウム、ヨウ化カリウム、過マンガン酸塩または重クロム酸塩などである。酸を用いる場合には、有機半導体パターン４にダメージを与えることを抑制するために、エッチング溶液中における酸の濃度は、２０％以下であることが好ましい。なお、安定したエッチングレートを確保するために、エッチング溶液中に有機窒素化合物などの添加物を含有させてもよい。
【００６６】
これにより、有機半導体パターン４にソース電極５およびドレイン電極６が接続されるため、有機ＴＦＴが完成する。
【００６７】
［薄膜トランジスタおよびその製造方法の作用および効果］
上記した有機ＴＦＴおよびその製造方法では、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングして有機半導体パターン４を形成したのち、その有機半導体パターン４の上にソース電極５およびドレイン電極６を形成している。すなわち、レーザアブレーション法を用いて、トップコンタクト型の有機ＴＦＴを製造している。この場合には、以下の利点が得られる。
【００６８】
第１に、有機半導体層７のパターニング方法としてレーザアブレーション法を用いているため、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いる場合と比較して、有機半導体層７が短時間で高精度にパターニングされると共に、パターニング用のマスク（レジストパターンなど）を別途形成する必要がない。
【００６９】
第２に、有機半導体パターン４を形成したのちにソース電極５およびドレイン電極６を形成しているため、レーザアブレーション法によりソース電極５およびドレイン電極６がダメージを受けない。ソース電極５およびドレイン電極６を形成したのちに有機半導体パターン４を形成する場合（ボトムコンタクト型）には、レーザアブレーション法によりソース電極５およびドレイン電極６が意図せずに分解除去される可能性があるが、トップコンタクト型では、そのような意図しない分解除去が生じないからである。
【００７０】
第３に、ソース電極５およびドレイン電極６と有機半導体パターン４との位置関係がトップコンタクト型であるため、ボトムコンタクト型と比較して、有機半導体パターン４とソース電極５およびドレイン電極６との接触抵抗が低下すると共に、耐熱性などが向上する。
【００７１】
よって、低抵抗であるトップコンタクト型の有機ＴＦＴが容易かつ安定に製造されるため、その有機ＴＦＴの高性能化および製造容易化を実現できる。
【００７２】
特に、有機ＴＦＴがボトムゲート型であれば、その有機ＴＦＴを搭載した電子機器（例えば反射型ディスプレイなど）のバックプレーンを作製する場合において、高い開口率を実現できる。有機ＴＦＴのドレイン電極６と画素電極とが層間絶縁層を介して接続されたフィールドシールデッドピクセル構造が形成されるからである。この他、有機半導体パターン４の形成材料の自由度を広げることもできる。トップゲート型では、有機半導体パターン４に優れた表面平坦性が要求されるため、その形成材料が限定されてしまうからである。
【００７３】
また、有機半導体パターン４を形成する場合において、ゲート絶縁層３に近づくにしたがって有機半導体パターン４の幅を次第に広くすれば、ソース電極５およびドレイン電極６と有機半導体パターン４との電気的導通性を確保できる。
【００７４】
また、電極層８のパターニング方法としてウェットエッチング法を用いれば、ドライエッチング法を用いる場合とは異なり、有機半導体パターン４がエッチングによるダメージを受けることを抑制できる。
【００７５】
［変形例］
なお、レーザアブレーション法により有機半導体層７をパターニングする場合（図３）には、例えば、図９に示したように、レーザアブレーション法により有機半導体パターン４をマスクとしてゲート絶縁層３を選択的に途中まで掘り下げてもよい。こののち、ソース電極５およびドレイン電極６を形成すれば、図１０に示した有機ＴＦＴが製造される。この場合においても、有機ＴＦＴの高性能化および製造容易化を実現できる。また、有機半導体パターン４の側面にソース電極４およびドレイン電極５がより接触しやすくなるため、両者の電気的導通性より向上させることができる。ただし、ゲート絶縁層３が補助容量における絶縁層としての役割を兼ねている場合には、リーク電流を抑制するために、ゲート絶縁層３の厚さ（ゲート電極２が形成されていない領域におけるゲート絶縁層３の厚さ）を２００ｎｍ以上にすることが好ましい。
【００７６】
＜２．薄膜トランジスタの適用例（電子機器）＞
次に、上記した有機ＴＦＴの適用例について説明する。有機ＴＦＴは、さまざまな電子機器に適用可能であり、その電子機器の種類は特に限定されないが、例えば、表示装置である液晶表示装置に適用される。
【００７７】
図１１および図１２は、それぞれ液晶表示装置の主要部の断面構成および回路構成を表している。なお、以下で説明する装置構成および回路構成はあくまで一例であり、それらの構成は適宜変更可能である。
【００７８】
［電子機器の構成］
ここで説明する液晶表示装置は、例えば、有機ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型駆動方式の透過型液晶ディスプレイであり、その有機ＴＦＴは、スイッチング（画素選択）用の素子として用いられる。この液晶表示装置は、図１１に示したように、駆動基板３０と対向基板４０との間に液晶層５１が封入されたものである。なお、液晶表示装置は、透過型でも反射型でもよい。
【００７９】
駆動基板３０は、例えば、支持基板３１の一面に有機ＴＦＴ３２、平坦化絶縁層３３および画素電極３４がこの順に形成されると共に、有機ＴＦＴ３２および画素電極３４がマトリクス状に配置されたものである。
【００８０】
支持基板３１は、例えば、ガラスまたはプラスチック材料などの光透過性材料により形成されており、有機ＴＦＴ３２は、上記した有機ＴＦＴと同様の構成を有している。プラスチック材料の種類は、例えば、有機ＴＦＴについて説明した場合と同様である。平坦化絶縁層３３は、例えば、ポリイミドなどの絶縁性樹脂材料により形成されており、画素電極３４は、例えば、ＩＴＯなどの透過性導電性材料により形成されている。なお、画素電極３４は、例えば、平坦化絶縁層３３に設けられたコンタクトホール（図示せず）を通じて有機ＴＦＴ３２に接続されている。
【００８１】
対向基板４０は、例えば、支持基板４１の一面に対向電極４２が全面形成されたものである。支持基板４１は、例えば、ガラスまたはプラスチック材料などの光透過性材料により形成されており、対向電極４２は、例えば、ＩＴＯなどの導電性材料により形成されている。プラスチック材料の種類は、例えば、有機ＴＦＴについて説明した場合と同様である。
【００８２】
駆動基板３０および対向基板４０は、液晶層５１を挟んで画素電極３４と対向電極４２とが対向配置されるように、シール材５０により貼り合わされている。液晶層５１に含まれる液晶分子の種類は、任意である。
【００８３】
この他、液晶表示装置は、例えば、位相差板、偏光板、配向膜およびバックライトユニットなどの他の構成要素（いずれも図示せず）を備えていてもよい。
【００８４】
液晶表示装置を駆動させるための回路は、例えば、図１２に示したように、有機ＴＦＴ３２および液晶表示素子５４（画素電極３４、対向電極４２および液晶層５１）と共に、キャパシタ５５を含んでいる。この回路では、行方向に複数の信号線５２が配列されていると共に列方向に複数の走査線５３が配列されており、それらが交差する位置に有機ＴＦＴ３２、液晶表示素子５４およびキャパシタ５５が配置されている。信号線５２および走査線５３は、それぞれ図示しない信号線駆動回路（データドライバ）および走査線駆動回路（走査ドライバ）に接続されている。ただし、有機ＴＦＴ３２におけるソース電極、ゲート電極およびドレイン電極の接続先は、図１２に示した場合に限られない。
【００８５】
［電子機器の動作］
この液晶表示装置では、有機ＴＦＴ３２により画素電極３４が選択され、その画素電極３４と対向電極４２との間に電界が印加されると、その電界強度に応じて液晶層５１（液晶分子）の配向状態が変化する。これにより、液晶分子の配向状態に応じて光の透過量（透過率）が制御されるため、階調画像が表示される。
【００８６】
［電子機器に関する作用および効果］
この液晶表示装置によれば、有機ＴＦＴ３２が上記した有機ＴＦＴと同様の構成を有しているので、低抵抗であるトップコンタクト型の有機ＴＦＴ３２が容易かつ安定に製造される。よって、電子機器の高性能化および製造容易化を実現できる。
【００８７】
特に、有機ＴＦＴ３２の支持基体としてプラスチック材料などの可撓性材料を用いれば、フレキシブル（折り曲げ可能）な液晶表示装置を実現できる。
【実施例】
【００８８】
次に、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００８９】
（実験例１）
以下の手順により、ボトムゲート・トップコンタクト型の有機ＴＦＴを作製した。
【００９０】
最初に、真空蒸着法により支持基体（ＰＥＳ基板）の上に金属材料層（金）を形成したのち、ウェットエッチング法により金属材料層をエッチングしてゲート電極を形成した。続いて、無機絶縁性材料（ＰＶＰ）および架橋剤（ポリ（メラミン−コ−ホルムアルデヒド））をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）に溶解させて溶液を調製したのち、その溶液を塗布してから加熱（１８０℃×１時間）してゲート絶縁層を形成した。続いて、真空蒸着法により有機半導体層（ペンタセン）を厚さ５０ｎｍとなるように形成したのち、素子分離するために、図２に示したレーザ加工装置を用いてレーザアブレーション法により有機半導体層をパターニングした。これにより、ゲート絶縁層の上に有機半導体パターンが形成された。この場合には、光源（エキシマレーザ）としてＫｒＦ（発振波長２４８ｎｍ）を用いると共に、試料表面におけるレーザ光の強度（エネルギー密度）を１００ｍＪ/ｃｍ2 〜１０００ｍＪ/ｃｍ2 、ビーム整形条件を２５×２５ｍｍの略矩形とした。最後に、真空蒸着法により金属材料層（金）を形成したのち、ウェットエッチング法（エッチング溶液＝ヨウ化カリウム溶液）により金属材料層をエッチングしてソース電極およびドレイン電極を形成した。
【００９１】
（実験例２）
素子分離の方法としてフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いたことを除き、実験例１と同様の手順により有機ＴＦＴを作製した。
【００９２】
（実験例３）
素子分離を行わなかったことを除き、実験例１と同様の手順により有機ＴＦＴを作製した。この場合には、有機半導体パターンを形成せずに、有機半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成した。
【００９３】
常温環境中（２３℃）で有機ＴＦＴの性能（移動度、オンオフ比および閾値電圧）を調べたところ、表１に示した結果が得られた。なお、閾値電圧とは、電圧Ｖｇ（Ｖ）と電流Ｉｄ（Ａ）との相関を調べた際の立ち上がり電圧である。
【００９４】
【表１】
【００９５】
作製した有機ＴＦＴ（実験例１〜３）では、素子分離の有無にかかわらず、同等の移動度および閾値電圧が得られた。しかしながら、素子分離した場合（実験例１，２）には、素子分離しなかった場合（実験例３）よりもオンオフ比が高くなった。なお、素子分離の方法としてレーザアブレーション法を用いた場合（実験例１）には、ドライエッチングを用いた場合（実験例２）と同等のオンオフ比が得られた。
【００９６】
この結果は、以下のことを表している。素子分離の方法としてレーザアブレーション法を用いると、単に素子分離できるだけでなく、従来のドライエッチングを用いた場合と同等のオンオフ比が確保される。その一方で、レーザアブレーション法を用いると、有機半導体層のパターニングが短時間で高精度に行われると共に、別途パターニング用のマスクを形成する必要がないという特有の利点も得られる。よって、レーザアブレーション法を用いることは、有機ＴＦＴの性能および生産性の双方において、ドライエッチング法を用いた場合よりも有利である。
【００９７】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、薄膜トランジスタの各構成要素の形成材料および寸法などは、適宜変更可能である。
【００９８】
また、本発明が適用される電子機器は、液晶表示装置以外の他の表示装置でもよい。このような他の表示装置としては、例えば、有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）表示装置または電子ペーパー表示装置などが挙げられる。また、本発明は、表示装置以外の他の電子機器に適用されてもよい。このような他の電子機器としては、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ビデオカメラ、ＩＤタグまたはセンサなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００９９】
１…支持基体、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁層、４…有機半導体パターン、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７…有機半導体層、８…電極層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基体の上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に、有機半導体層を形成する工程と、
レーザアブレーション法により前記有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成する工程と、
前記有機半導体パターンの上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体パターンを形成する工程において、前記ゲート絶縁層に近づくにしたがって前記有機半導体パターンの幅を次第に広くする、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体パターンを形成する工程において、レーザアブレーション法により前記有機半導体パターンをマスクとして前記ゲート絶縁層を選択的に途中まで掘り下げる、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記有機半導体パターンの上に電極層を形成したのち、ウェットエッチング法により前記電極層を選択的に除去する、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
支持基体と、
前記支持基体の上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上にレーザアブレーション法により形成された有機半導体パターンと、
前記有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極と
を備えた、薄膜トランジスタ。
【請求項６】
支持基体と、前記支持基体の上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上に形成された有機半導体パターンと、前記有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタを含み、
前記有機半導体パターンはレーザアブレーション法により形成されている、
電子機器。
【請求項１】
支持基体の上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層の上に、有機半導体層を形成する工程と、
レーザアブレーション法により前記有機半導体層を選択的に除去して有機半導体パターンを形成する工程と、
前記有機半導体パターンの上に、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程と
を含む、薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記有機半導体パターンを形成する工程において、前記ゲート絶縁層に近づくにしたがって前記有機半導体パターンの幅を次第に広くする、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体パターンを形成する工程において、レーザアブレーション法により前記有機半導体パターンをマスクとして前記ゲート絶縁層を選択的に途中まで掘り下げる、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記有機半導体パターンの上に電極層を形成したのち、ウェットエッチング法により前記電極層を選択的に除去する、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
支持基体と、
前記支持基体の上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層の上にレーザアブレーション法により形成された有機半導体パターンと、
前記有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極と
を備えた、薄膜トランジスタ。
【請求項６】
支持基体と、前記支持基体の上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層の上に形成された有機半導体パターンと、前記有機半導体パターンの上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタを含み、
前記有機半導体パターンはレーザアブレーション法により形成されている、
電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２４９４９８（Ｐ２０１１−２４９４９８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０１７６（Ｐ２０１０−１２０１７６）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]