場效應電晶體及其製造方法
2023-09-22 09:28:50
專利名稱：場效應電晶體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及場效應電晶體及其製造方法，特別涉及其特徵在於具有如下結構的場效應電晶體及其製造方法，即其形成溝道的有機半導體是有機分子的單晶體或多晶體，而且，單晶體的方位相對於連接溝道兩端的電極的方向朝向特定方的向，或者構成多晶體的晶粒相對於連接溝道兩端的電極的方向沿特定的方向取向。
背景技術：
作為代表的薄型顯示裝置的等離子體顯示屏(PDP)和液晶顯示器(LCD)不使用布勞恩管顯示器所使用的電子槍。為了點亮各像素，由於將薄膜電晶體(TFT)用作開關元件來代替電子槍，大幅度地減小了厚度，實現了薄型化。TFT使用了將非晶矽和多晶矽用於溝道中的元件。
有機場致發光(EL-Electro luminecence)元件，作為能改善PDP和LCD具有的壽命和對比度、響應性、電能消耗等的缺點的下一代顯示用的元件而引人注目，朝向實用化的研究大有進展。有機場致發光元件是有機物的薄膜元件，薄型化比PDP和LCD更進步。可以認為，作為原材料由於使用更輕型、有可塑性的有機物，因而，壁掛顯示器和柔性顯示器的實現也是可能的。由於具有這樣的優點，因而，有機場致發光碟機動元件使用輕型、有可塑性的有機物製造TFT的研究也正活躍地展開。
有機物由於能溶解在有機溶劑等中，在室溫附近處理，所以人們期待著有機TFT的製作也能用溶液，用塗敷和印刷的工藝方法進行製作。塗敷和印刷的製造方法不需要矽器件所必須的真空裝置和高溫的熱處理等，能實現製造成本的大幅度減低。另外，有機TFT與矽器件比較，作為電晶體的性能很差，現狀還不能達到實用化。
有機分子雖然主要分為像單體和低聚物那樣的分子量小的有機分子(低分子)和分類為聚合物的分子量大的有機分子(高分子)，但有機TFT也根據用哪一種有機分子形成溝道而分成兩類。現已證實，溝道使用低分子的有機TFT，若能良好保持有機分子的結晶性，則能把流過溝道的載流子的移動度提高到至少與非晶矽相同程度，並具有容易得到動作速度快的TFT的優點。但是，溝道的形成，一般是用有機分子真空蒸鍍來形成的方法，具有製造成本難以降低的缺點。另一方面，溝道使用高分子的有機TFT，由於製造時容易採用塗敷和印刷的工藝方法，能降低製造成本。但是，流過溝道的載流子的移動度與溝道使用低分子的低分子有機TFT比較，移動度的大小充其量只能實現其1/10左右，具有TFT性能低的缺點。
有機TFT一般存在的問題是有其TFT的動作速度比矽系的TFT慢。現已知道，這是因為流過溝道的載流子的移動度小，是溝道內的載流子散亂大的原因之一。為了降低載流子的散亂，廣泛地進行增大用低分子形成溝道的結晶的晶粒，減少載流子在溝道中傳導時通過的晶界的數量。溝道使用單晶體，由於能排除晶界的影響而最理想。在使用高分子的情況下，通過儘可能使高分子沿和流過溝道的載流子平行方向伸張，通常能降低高分子內的載流子散亂。
為了實現有可塑性的顯示裝置，除了驅動像素的開關用TFT外，外圍電路也有必要具有可塑性。雖然要求像素驅動電路使用的TFT具有比1(cm2/V·s)左右大的載流子移動度，但現狀已證實滿足該要求的有機TFT僅是溝道使用分子量小的有機分子的TFT。例如，在非專利文獻1-科學雜誌，第303卷，第一644項，2004年(Science，303，1644(2004))中，用溝道使用有機分子紅熒烯(rubrene)的單晶體的有機TFT得到15(cm2/V·s)的載流子移動度。另外，在非專利文獻2-運用物理索引雜誌，第84卷，第3061項，2004年(Applied Pkysice Lelters，84，3061(2004))中，對於高純度化的有機分子並五苯(pentacenc)的單晶體，報告的載流子移動度為室溫下35(cm2/V·s)。但是，這樣高的移動度是對於單晶體試料的，是對原料有機物的精製和單晶體的生長、TFT的製作給予特別的注意而得到的。對於作為溝道使用低分子的場合的一般的方法的利用真空蒸鍍法形成的有機分子薄膜晶體，溝道形成單晶體是困難的。並且，由於在TFT的製造中使用真空裝置，在成本和批量生產性方面是不利的。
這樣，對於有機TFT，存在的問題是，不能兼顧從應用方面要求的性能和從生產方面要求的成本及批量生產性兩個方面。即，由容易提高TFT性能的低分子構成的有機TFT在製造中一般使用真空蒸鍍法，在製造方面是不利的。另一方面，為了抑制製造成本，由高分子構成的有機TFT由於TFT性能很低而只能適用有限的用途。
作為解決這樣的課題的方法，有通過在溶劑中溶解低分子後進行塗敷形成溝道的半導體層的方法。對於作為將低分子應用到TFT的應用例子最典型的有機分子的並五苯，例如，在非專利文獻3-應用物理雜誌，第79卷，第二136項，1996年(Journal of Applied Physics，79，2136(1996))及非專利文獻4-美國化學學會雜誌，第一24卷，第8812項，2002年(Journal ofAmcrican Chemical Society，124，8812(2002))中，公開了合成並五苯分子的前驅體，用提高了對溶劑的溶解性的溶液形成薄膜的技術。在非專利文獻5-合成金屬雜誌，第一53卷，第一項，2005年(Synthelic Melals，153，1(2005))中，有關於通過將並五苯分子直接溶解在溶劑中後塗敷形成薄膜的技術的記述。進而，在非專利文獻2及非專利文獻6-日本應用物理雜誌，第43卷，第二B號，第L315項，2004年(Japanese Journa of appliedPhysics，43，L315(2004))中，也有關於將並五苯分子溶解在有機溶劑中的順序的記述。使用這些技術，可以不使用真空裝置而通過塗敷低分子有機薄膜而成膜，有能低成本實現所要求的性能的可能性。
下面，簡要敘述現有技術存在的問題。
圖1(a)表示本發明實施例的場效應電晶體的平面圖。通過在襯底16上設置疏液性區域14，在其內部設置源151、漏152，在其間設置應成為溝道區域的部分(親液性區域)12，並對區域12供給有半導體有機分子的溶液，使其乾燥，從而形成溝道。
在該實施例中，設有凹部20。
本申請的發明者們研究後知道，在不設凹部20(源151與區域12的邊界做成直線狀)的情況，不能控制溶液的乾燥方向。
因此，所形成的溝道的特性在元件之間產生偏差。因此，存在的問題是難於提高TFT的器件特性、器件間的特性均勻性以及可靠性。
但是，用上述塗敷技術不能完全解決這個問題。即，在用塗敷形成TFT的溝道半導體層的場合，必許把形成半導體的區域限定在溝道內，但僅用如非專利文獻3、4及5記載的現有技術不能滿足這種要求。作為限定半導體層形成區域的方法，例如，可應用利用如專利文獻1-日本特開2004-119479號公報中所記載的親疏液圖形的技術。若使用該技術，預先在滴下溶液的表面形成親疏液圖形，雖然能只在親液圖形內封閉溶液來限定半導體層形成區域，但不能解決如下問題。即，即使能將滴下來的溶液限定在親液圖形內，也不能控制溶液乾燥的方向。因此，乾燥後所生成的半導體晶體對每個元件來說隨機取向。因此，元件間的特性具有偏差。根據情況，例如，溶液的半導體濃度低的情況等，半導體膜只形成在親液圖形內的一部分，其位置有可能在元件間隨機分布。這起因於不能控制滴下來的溶液在親液圖形內的哪裡開始乾燥，沿哪個方向進行乾燥，最終在哪個位置乾燥。即，這是因為乾燥後所形成的有機半導體晶體膜的位置對每個元件來說是隨機決定的。這種情況在要加熱襯底以提高幹燥速度的場合和為了提高溶解度而加熱溶液的場合表現得更顯著。而且，不能控制所形成的半導體晶體的晶粒大小和取向。因而，提高TFT的器件特性、器件間的特性均勻性以及可靠性是困難的。
發明內容
本發明就是鑑於這樣的問題而提出來的，其目的在於解決上述問題。
對實施本發明的方案概述如下。
如圖1(a)所示，例如，在源151和應成為溝道區域的部分(親液性區域)12的邊界線上，設有例如凹部20。由此控制溶液的乾燥方向。於是，乾燥先從漏152和應成為溝道區域的部分(親液性區域)12的邊界線上的一側進行，如圖3(a)～(e)所示那樣進行乾燥。因此，如圖1(a)所示，成為溝道的晶粒11沿源151和漏152的延長方向細長地取向。因此，可改善現有技術存在的問題。
本發明的方案之一如下。
一種場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在襯底上設置形成圖形的柵電極，在上述襯底上和上述柵電極上設置柵絕緣膜，
在上述柵絕緣膜上分開設置源電極和漏電極，在上述源電極和上述漏電極之間有應成為溝道的區域，該區域與上述源電極或上述漏電極中任一方的第一邊界線是直線狀，上述該區域與上述漏電極或上述源電極中的另一方的第二邊界線是非直線狀，而且，上述第二邊界線是連續的或不連續的，該邊界部分有多個凹部，準備上述該區域表面有比其它區域高的親水性、上述該區域的周圍區域有比上述該區域高的疏水性的構件，向上述該區域供給含有半導體有機分子的溶液，並乾燥上述溶液。
本發明要通過對滴下溶解了半導體有機分子的溶液的半導體層形成區域的一部分圖形的形狀賦予特徵來改善上述的問題。半導體層形成區域的圖形通過對表面的親疏液性和階梯差來實現。該特徵使滴下溶液的形狀受到影響，作為結果，規定了溶液的乾燥開始及結束位置，控制了所生成的半導體膜的晶體生長方向。其結果，可以得到特定的結晶方位沿在溝道中流動的載流子的傳導方向取向的，或者，晶粒尺寸沿上述載流子移動方向長大的溝道層。
以下，在本說明書中，在說到表面的對液體的親液性和疏液性的場合，對這些特性限定如下。即，所謂具有疏液性的表面，是指使用的液體對表面的接觸角為大約70度以上的表面；所謂具有親液性的表面，是指相同使用的液體對表面的接觸角為大約40度以下的表面。
賦予圖形的特徵，可以是例如，如圖1(a)所示那樣，附加給溝道區域的一部分的矩形形狀的親液性區域。由於滴下到固體表面的液體採用組合了固體和液體的系統的自由能為最少那樣的形狀，因而，滴下到親液性區域的溶液因親液性區域表面具有高的表面能量，通過以溶液覆蓋親液性區域，使表面能量相對低的溶液的液面露出表面，從而降低系統的能量。即，溶液以潤溼親液性區域的方式擴展到區域內。乾燥雖在整個液面產生，並使溶液的體積逐漸減少，但由於繼續潤溼附加給親液圖形的矩形形狀的親液性區域的一方得到能量，所以溶液隨著乾燥向附加矩形形狀的親液性區域的一邊移動，從相反一側的沒有矩形形狀的親液性區域的一邊進行乾燥。即，能在矩形形狀的親液性區域的位置控制乾燥的方向。由於晶體沿溶液和表面的界面掃描的方向生長，因而能使沿上述掃描方向取向的晶體生長。另外，由於晶粒也沿該方向生長，所以能使晶粒尺寸沿該方向長大。
賦予圖形的特徵，雖然在這裡為以圖1為例用於說明的矩形形狀的親液性區域，但不必一定是矩形，只要是通過對直線狀的源/漏電極-溝道邊界的一部分賦予增加溝道面積那樣的變化，從而使賦予前具有的溝道形狀的對稱性有所降低，使溶液-固體表面的自由能受到影響而產生如上所述的效果，則可以是如圖2(a)到圖2(h)所示那樣的三角形、圓形的一部分、波形、那些形狀的組合及其它的任何形狀。另外，賦予這樣的非直線變化的方法，也有不是如圖2(a)～(d)那樣的源電極或漏電極與溝道的邊界中的哪一個，而是如圖2(e)～(h)那樣只賦予雙方的邊界中的哪一個的方法。
通過賦予的位置能控制溶液乾燥的方向。作為賦予的非直線形狀的特徵的尺寸，關於圖2中的L1，相對於作為溝道的特徵的尺寸的溝道長度L，可以大概為5～10％左右。即使是10％以上，對於控制溶液的乾燥方向也沒有特別的問題。但是，必許限於不影響電晶體性能的程度。關於L2，只要是與L1的大小基本相同的程度，則沒有問題。在後述的實施例中，溝道長度L和溝道寬度W分別是數百μm、數十μm，L1和L2的大小大概是從數μm到數十μm。
若採用本發明的實施例，通過在源/漏電極與應成為溝道的區域的邊界部分設置上述凹部，就能控制半導體有機分子溶液對多個TFT元件的乾燥。其結果，能控制形成從溶液生長的有機分子晶體薄膜的晶粒的生長方向和取向。因此，能提高在溝道中流動的載流子的移動度，並且可以減少元件間的偏差，提高可靠性。在從液體生長半導體有機分子晶體的場合，為了廉價地實現晶體的取向和生長方向的控制，有必要控制溶解半導體有機分子的溶液的乾燥過程，為了廉價地達到該目的，使用在襯底上賦予的圖形(例如，上述凹部)是最現實的方法。採用這種方法，可以使用以塗敷法或噴墨法為主的印刷法，廉價而容易地在同一襯底上形成多個載流子移動度大的有機TFT。
根據本發明，可以比以前增大有機TFT的載流子移動度。
圖1(a)是表示由本發明實施例形成的TFT的典型構造的平面圖，圖1(b)是在圖1(a)的A-A位置沿剪頭方向看到的剖面圖。
圖2(a)-圖2(h)是示意地表示將由本發明實施例形成的TFT源/漏電極和溝道邊界做成非直線形狀的例子圖。
圖3(a)-圖3(e)是示意地表示通過使本發明實施例的半導體有機分子溶液自發地發生各向異性的乾燥，從而使高取向的半導體有機分子晶體薄膜從溶液成長的過程的圖。
圖4(a)-圖4(f)是表示使用本發明實施例的印刷和塗敷法形成TFT具體例子圖。
圖5A是將本發明實施例的TFT用於驅動電路的3×3的像素單元的有源矩陣型顯示元件的等效電路圖。
圖5B是表示圖5A的像素單元的具體結構例子圖。
具體實施例方式
實施例1圖1(a)是示意地表示本發明實施例1的TFT構造的平面圖，圖1(b)表示的是在圖1(a)的A-A位置的剖面圖。
在圖1(a)中，151、152是源/漏電極。標號11是半導體有機分子晶體薄膜，由高取向的晶粒構成，形成TFT的溝道區域12。標號14是疏液性高的區域，標號12的溝道區域在由有機半導體形成溝道之前的階段，其表面是親液性(疏液性低)的狀態。本發明，如後述的那樣，利用由疏液性區域14包圍的區域內的親液性區域12的圖形，規定對親液性區域12提供的半導體有機分子溶液的乾燥方向，控制生長的晶體取向和晶粒大小。
在圖1(b)中，標號16是襯底，在其上面形成柵電極13後，形成絕緣膜17。在絕緣膜17上形成在圖1(a)說明過的疏液性區域14和親液性區域12。該親液性區域12為達到與柵電極13相對應的位置而自行調整地進行定位。利用溝道區域表面的親液性，形成沿溝道12取向的半導體有機分子薄膜後，形成源/漏電極151、152。關於這裡敘述的處理順序，後面將進行更具體的說明。
本發明的特徵在於，在源區域151或漏電極152中的任一方和應成為溝道的區域(親液區域)12的邊界的至少一部分，設置圖1(a)所示的凹部20。在圖1(a)中，凹部的平面形狀雖是矩形(四方形)，但平面形狀不限於矩形，也可以使用三角形和半圓形、四方形(包含正方形、長方形)、或波形等中的至少任一種。
本實施例的情況，重要的是，源區域151和親液區域12的邊界(線)形狀，和漏電極152和親液區域12的邊界(線)形狀是不同的形狀。這樣，親液區域12的外周形狀不是單純的矩形形狀，通過在外周的一部分設置例如凹部，對於滴下到親液區域12內的液體的分布的穩定性也發生同樣的各向異性，在乾燥過程中發生為實現那樣分布的液體移動。作為結果，能規範地決定乾燥方向的各向異性和乾燥開始及結束位置。
此外，只要能照上述那樣可控制親液區域內的乾燥方向、乾燥開始及乾燥結束的位置，則凹部的形狀如上所述可以是任意的形狀。
圖3(a)-(e)是說明本發明的含有半導體有機分子的溶液的各向異性的乾燥過程和高取向晶體的生長過程的圖，這裡，所謂各向異性，是與各向同性意思相反的的單詞。使指溶液的乾燥方向不是各向同性的，或不是無序的而是可控制狀態。
如圖3(a)所示，準備由疏液性區域14包圍了形成TFT圖形用的親液性區域19的構件。在親液性區域19的兩端形成源電極部/漏電極部，在其間形成溝道12。最好使源/漏電極表面也具有疏液性。使電極表面具有疏液性，可通過例如，在電極上形成選擇性吸附的疏液性單分子層來實現。具體地說，通過使用金、銀、鉑等作為電極，可以使用在末端具有在這些金屬中選擇性吸附的硫醇的各種分子。
如圖3(b)所示，使用噴出機構對該親液性區域19提供溶解了半導體有機分子的溶液23。最好使襯底保持水平，從而使提供的溶液不從親液性區域溢出。最好以下述方式製造構件，即，通過將構件保持水平，從而使該親液性區域19的表面也成為水平。作為噴出機構，例如，可以是在液體吸移管和微量吸管之類的前端開有小直徑的孔的機構，和使用了金屬制的針的分配器、噴墨印表機的噴墨頭等。噴出機構最好有控制噴出位置的機構和控制噴出的溶液的噴出量的機構。由於使用的溶液、疏液區域和親液性區域的疏液性的差，也可以不用噴出機構，而通過將整個襯底浸泡在溶液中，以此將溶液供給到襯底上。由於親液性區域19的周邊部被疏液性包圍，所供給的溶液23停留在親液性區域19內。疏液性區域14、親液性區域19的形成可以用公知的方法。例如，在對全部面塗敷了具有疏液性的有機分子溶液後，通過使用有所需要的圖形的掩膜，進行紫外線照射，就能只分解照射區域的疏液性有機分子而製成圖形。另外，如專利文獻2-日本特開2004-119479號公報所示，有利用噴出機構塗敷疏液性溶液並形成疏液圖形的方法等。除了親疏液圖形外，可以設置階梯，使親液性區域19比周邊部低，同時，可以在疏液性區域加工周邊部。
供給到親液性區域19的溶液23的乾燥雖然在液體和氣體接觸的全部面上發生，但如圖3(c)所示，液量從沒有凹部的一側減少，在附加了凹部的一側剩餘的液體相對較多。這是因為溶液改變分布，使由親液性區域表面和液體構成的系統的自由能為最少，向有凹部的方向移動。在沒有凹部、具有對稱性更高的形狀的親液區域的場合，由於液體的流動不會對能量的增益帶來變化，液體在乾燥過程中不向特定的方向移動，不規則地決定乾燥開始的位置。另一方面，在有凹部的情況下，由於潤溼了該區域的一方其自由能的增益大，因而殘存的液體自然向有凹部的方向移動，乾燥則從沒有凹部的一方開始。因此，可以穩定地控制乾燥的方向及乾燥的開始和終點。由於通過溶液的乾燥使半導體有機分子的晶體生長，所以晶體從沒有凹部的一方向有凹部的一方生長。為了使乾燥從親液圖形的一方開始進行，自然地到達另一方，必許在溝道的一個地方配置凹部。
如圖3(d)所示，溶液23從溝道的一方向另一方乾燥了的結果，溶解在溶液23中的半導體有機分子11沿溝道12生長並與溶液乾燥的進行方向平行地取向。即，沿溝道12的長度方向(連接源和漏的方向)生長的晶粒直徑更大，進而能在該方向上配置具有特定的結晶方位的半導體有機分子晶體11。
實施例2在本實施例中，說明使用具有塑性的材料，不採用平版印刷技術而用印刷和塗敷等方法來構成本發明的TFT的方法。圖4(a)-圖4(f)是具體說明構成方法的圖。圖4(a)、圖4(b)、圖4(d)和圖4(f)的左側的各圖表示右側的圖的B-B』剖面。
如圖4(a)所示，在塑料襯底61上使用導電性墨水印刷圖1所示圖形的柵電極62。對其進行燒成形成金屬電極62，但由於使用塑料，必須注意塑料的軟化溫度。在實施例2中，襯底61使用厚度100μm的高耐熱透明性聚醯亞胺片，燒成溫度抬高到250℃左右。因此，能充分地承受使用了將銀超微粒子分散在導電性墨水中的水溶液的場合所必要的200℃的燒成溫度。
在襯底61和柵電極62上使用旋塗法塗敷有聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，並使其充分乾燥後，形成柵絕緣膜63。這裡，用加熱板在100℃進行十分鐘乾燥。進而形成感光性薄膜64。在實施例2中，用旋塗法塗敷陽性抗蝕劑，得到膜厚100nm的膜。
接著，為了形成源/漏電極而形成疏液圖形。作為疏液膜，用旋塗法塗敷以全氟辛烷稀釋到0.1％的氟化烷基系矽烷耦合劑(ダイキン工業株式會社制，商品名オプツ-ル)，如圖4(b)的剖面圖中的向上的箭頭所示，用水銀燈從塑料襯底61的面照射紫外線。由於實施例2使用的感光性塗敷膜的感光所必要的紫外線是波長365nm的i射線，為了避免破壞已層疊的柵絕緣膜63(高分子膜-PMMA膜)，最好300nm以下波長的紫外線用濾光器斷開進行照射。由於在柵電極部已經形成有金屬電極膜62，所照射的紫外線不能透過與溝道12對應的區域，只有與柵電極部的疏水區域14對應的區域和源/漏電極部的感光性薄膜感光。照射30秒左右後，通過使感光性薄膜顯像，除去與柵電極部的疏水區域14對應的區域和源/漏電極部的感光性薄膜64，卸下該區域的疏水膜。這樣，在相當溝道的區域形成疏水膜65(圖4(c))。和柵電極同樣，用導電性墨水形成作為源/漏電極的金屬膜151、152(圖6(d))。與上述同樣，用旋塗法塗敷氟化烷基系矽烷偶合劑，形成疏液膜67(圖6(d))。通過用感光性薄膜的溶劑除去抗蝕劑64，卸下溝道區域的疏水膜65，如圖6(e)那樣，只有溝道以外的區域、即只有與源/漏電極部對應的區域67呈現疏液性。本實施例使用了丙酮作為感光性薄膜溶劑。
接著，為了形成溝道，塗敷半導體有機分子。使用噴嘴的位置控制機構、溶液的噴出量控制機構及帶有溶液加熱機構的噴出機，在氮氣氛下向溝道供給半導體有機分子的溶液。實施例2如非專利文獻5那樣，溶劑使用三氯苯，將並五苯分散在溶劑中得到0.1wt％濃度後，在200℃加熱使其溶解的溶液用作溶液。通過噴嘴大概供給3微升的該溶液。為了防止因溶液溫度急劇下降引起的晶體在溶液中的生長，所以，襯底可以加熱到170℃左右。所供給的溶液向著有設於溝道的凹部的一側進行各向異性的乾燥，如圖4(f)的俯視圖(圖4(f)右側的圖)中所示，形成在上述方向取向的半導體有機分子晶體膜68。這樣，在親水性區域形成半導體有機分子層68，能夠不用平版印刷技術而用印刷和塗敷等的廉價的方法構成了有塑性的TFT。半導體有機分子晶體膜形成後，為了防止半導體層的氧化，希望在直至形成保護膜之前將其放置在氮氣和惰性氣體的氣氛下，或者以不在含氧氣體中照射波長比可見光短的光的狀態下進行保管。
實施例2通過使用背面曝光，可以自己調整地對柵電極和溝道及源/漏電極進行定位。
在實施例2中，雖然襯底使用聚醯亞胺，絕緣膜使用PMMA，但除此以外，即使襯底使用以聚乙烯酚為主的塑性的各種塑料襯底，絕緣膜使用聚醯亞胺、聚乙烯酚等也沒有任何問題。另外，在塑性沒有必要的場合，通過襯底使用無機的絕緣膜，便可以享受印刷和塗敷等製造工藝方法的可選性增加的優點。在形成柵電極後，通過旋轉覆蓋玻璃(SOG)形成絕緣膜，用旋塗法塗敷陽性抗蝕劑，使用水銀燈從背面照射紫外線。由於通過顯像溶解並除去被柵電極遮光的區域以外的抗蝕劑，所以抗蝕劑圖形成為與柵電極相同的圖形。在該狀態下用旋塗法塗敷氟化烷基系矽烷偶合劑。接著，通過使用丙酮等除去抗蝕劑，從而去掉氟化烷基系矽烷偶合劑，得到希望的疏液圖形。採用這種方法，由於SOG的燒成需要450℃左右的熱處理，抗蝕劑的除去使用有機溶劑，因而不能使用於除了襯底以外使用有機材料的場合。該方法有製造工序的工序數減少和為了形成疏液膜而不需要金屬的優點。
其它實施例在圖1(b)中，為了僅在源/漏電極的一側形成附加在構成溝道12的親液圖形上的突出部，半導體有機分子晶體的取向方向向著連接源/漏電極的方向，但本發明不限於此，例如，通過將附加的突出部形成在源電極和漏電極的兩側的上側或下側的任一端，從而能把與載流子在溝道中流動的方向垂直的方向作為晶體的主取向方向。同樣地，也能使在相對於溝道中的載流子傳導方向為任意的方向上有主取向的晶體生長。由於晶體生長一般具有沿容易生長軸方向優先地生長的傾向，所以從溶液生長的晶粒也沿容易生長軸方向生長。因此，在容易生長軸和載流子移動度為最大的晶體方位不一致的情況下，用本實施例記載的方法能控制容易生長軸，使載流子移動度為最大的晶體方位與連接源/漏的方向一致。
凹部(突出部)的形狀不必限於圖1所示的矩形。可以是使對親液性區域供給溶液進行以凹部為終點的各向異性的乾燥那樣的圖形。因此，除矩形以外，即使是例如三角形和半圓、其它不規則的形狀也能達到目的。
另外，將與在襯底上所形成的溝道相對應的區域做成比周邊部更低的同時，將周邊部作為疏液性區域，向襯底上供給包含有機分子的溶液，在由附加在溝道部的一部分上的突出部控制的方向，使上述所供給的溶液進行各向異性的乾燥，也可以使上述溶液中的上述有機分子在與上述溝道對應的區域取向並生長。
另外，半導體有機分子溶液的供給不限於使用上述的以微吸移管為代表的噴嘴的方法，例如，也可以使用專利文獻3-日本特開2003-229579號公報、專利文獻4-日本特開2003-133691號公報或專利文獻5-日本特開2003-80694號公報公開的噴墨印表機的方法。作為形成電極和配線的方法，雖然近幾年來對例如，非專利文獻7-日經電子雜誌，2002年6月17日號，第67-78頁(日經エレクトロニクス2002年6月17日號，pp，67-78)所記載的使用噴墨、電鍍、印刷等的所謂直接描繪法製造的方法正進行活躍的研究，但通過將這些技術和本發明的技術予以組合，與使用以前的光刻法比較，可以預期能廉價形成以電子元件為主的電氣電路的優點。
實施例2雖然使用氟化烷基系矽烷偶合劑作為疏液膜材料，但只要是在至少一部分具有用氟基為終端的碳鏈的疏液性分子，也可以是其它材料，例如，也可以是日本特開2001-278874號公報公開的、側鏈上具有氟代換基的全氟氧雜環丁烷等的氧雜環丁烷衍生物。其它，也能用不取決於氟系表面活性劑的疏液膜。這時，雖具有增加可選擇性的優點，但對於半導體有機分子溶液來說，疏液性有降低的傾向。另外，在實施例2，在形成了源/漏電極後，雖在上述源/漏電極上塗敷了氟化烷基系矽烷偶合劑作為疏液膜，但通過在源/漏電極形成中使用金超微粒子分散水溶液而以金來形成電極，作為疏液膜能使用末端具有硫醇基的硫醇系列疏液膜。這時有能壓低源/漏電極和溝道半導體膜之間的接觸電阻的優點。
應用例下面說明驅動電路使用了本發明實施例的TFT的有源矩陣型顯示元件的像素單元的製作例子。
圖5A是驅動電路使用了本發明的TFT時的對於3×3的像素單元的有源矩陣型顯示元件驅動電路的等效電路圖。
標號616是掃描線驅動電路，對掃描線614以預定的周期提供信號。標號617是數據線驅動電路，給數據線提供圖像數據信號。標號611是用這些電路選擇地驅動的像素單元。各像素單元611由像素613和像素選擇TFT612及有關配線構成。在本實施例中，為了將液晶驅動用有源矩陣型顯示元件驅動電路列舉為例子，像素613等效地表示為電容。即使在像素數更多的顯示器的情況下，由於是有源矩陣型，也可以只增加像素單元。
圖5B是表示圖5A的具體結構的例子圖。各像素單元的製作方法與實施例2記載的方法相同。以下說明概要。
首先，在聚醯亞胺片襯底上印刷成形具有掃描線614的圖形的金屬配線。配線寬度是50μm。掃描線614也兼作像素選擇TFT612的柵電極。在圖5B中，把各像素的周圍形成掃描線614包圍的配置，各像素間用616表示的部分予以連接。掃描線614形成後，用PMMA形成絕緣膜，在形成像素選擇TFT612的溝道之前，製作數據線615的配線圖形。
在應用例中，作為感光性薄膜塗敷i射線感光型疏液膜。在該狀態，通過從背面照射i射線，能夠作到僅在掃描線圖形上具有疏液性。用掃描機構及加熱機構、帶有滴下量調整功能的噴出機塗敷導電性墨水，形成數據線615的圖形。作為導電性墨水使用金微粒子分散水溶液。這時，在標號616所示的區域雖然掃描線橫穿數據線圖形，但通過將616部的掃描線寬度相對於數據線寬度預先設計得較窄，從而使塗敷在616部的掃描線上的導電性墨水形成不中斷的連續的直線。接著，將上述導電性墨水供給與像素對應的區域613，形成與像素相對的電極。這裡，從表面、即與襯底相反一側照射i射線，除去掃描線上的i射線感光型疏液膜。將襯底浸漬在末端具有硫醇基的硫醇系列疏液SAM膜中，在數據線615及與像素相對的電極613的金屬膜上形成硫醇系列疏液膜。與實施例2所示的方法同樣，通過形成半導體有機分子薄膜，從而能形成像素選擇TFT612。在本應用例中，也能用背面曝光自己調整地配置柵電極及溝道，源/漏電極。
通過塗敷和燒成聚醯亞胺，能在最上層形成保護膜。然後，若用公知的方法在像素區域形成液晶膜後，用ITO塗料等形成ITO膜製成上部電極，就能形成像素及其驅動電路。在這裡，只要如圖5A所示適當地構成掃描線驅動電路616、數據線驅動電路617，就能構成有源矩陣型顯示元件。
在本應用例中，由於使用了在絕緣膜形成中使用PMMA，在數據線616的形成中使用導電性墨水等利用印刷和塗敷的製造方法，與光刻法比較，能大幅度降低製造成本及大幅度削減製造步驟。在用印刷和塗敷法時，各配線圖形的定位誤差雖比光刻法大，但由於像素元件控制電路所要求的定位誤差，與邏輯電路等所要求的定位誤差比較要求相當緩和，因而，只要噴墨的定位誤差在30μm左右就沒有問題。當然，能用通常的半導體元件製作工序所使用的真空中的成膜法來代替印刷和塗敷法。由於使用通常的半導體元件製作工序，對精密地進行各配線圖形的定位是有利的。
若使用本發明的實施例，由於能使形成溝道的半導體有機分子的晶體沿需要的方向高取向，因而能製造載流子移動度大的TFT。在本發明中，由於溝道的形成利用液體，能用塗敷法和噴墨法製造，因而能容易且廉價製造TFT。
若使用本發明的實施例，由於使用有塑性的襯底，採用上述的塗敷和印刷技術，因而可以預期能形成柔性的顯示裝置驅動電路。
若使用本發明的實施例，能提供構成溝道的半導體有機分子薄膜具有高取向的高性能的有機TFT。
權利要求
1.一種場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在襯底上設置形成圖形的柵電極，在上述襯底上和上述柵電極上設置柵絕緣膜，在上述柵絕緣膜上分開設置源電極和漏電極，在上述源電極和上述漏電極之間有應成為溝道的區域，該區域與上述源電極或上述漏電極中任一方的第一邊界線是直線狀，上述該區域與上述漏電極或上述源電極中的另一方的第二邊界線是非直線狀，而且，上述第二邊界線是連續的或不連續的，該邊界部分有多個凹部，準備上述該區域表面有比其它區域高的親水性、上述該區域的周圍區域有比上述該區域高的疏水性的構件，向上述該區域供給含有半導體有機分子的溶液，並乾燥上述溶液。
2.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，上述凹部的幾何學形狀有四邊形、三角形、半圓形或波形中的至少任一種。
3.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，具有有利於使應成為上述溝道的區域內的上述溶液先從上述第一邊界線一側乾燥的上述凹部
4.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，具有把上述構件浸入到容器內的上述溶液中，然後，從上述容器中取出上述構件的工序。
5.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，通過將應成為上述溝道的區域內的上述溶液乾燥而成為晶粒，上述晶粒構成溝道。
6.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面以包含上述源電極和上述漏電極的固體包圍的方式形成，上述區域表面與其周邊部比較，親液性相對高，上述周邊部與上述區域表面比較，疏液性相對高。
7.如權利要求1記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面位於比包含上述源電極和上述漏電極的周邊區域低的位置。
8.一種場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在襯底上設置柵電極，在上述襯底上和上述柵電極上設置柵絕緣膜，在上述柵絕緣膜上分開設置源電極和漏電極，在上述源電極和上述漏電極之間有應成為溝道的區域，該區域與上述源電極的第一邊界線有第一直線狀的部分和第一非直線狀的部分，上述該區域與上述漏電極的第二邊界線有第二直線狀的部分和第二非直線狀的部分，上述第一和第二邊界線的上述第一和第二非直線狀的部分是連續的或不連續的，而且，該邊界部分有多個凹部，上述第一和第二非直線狀的部分相對於與上述該區域的上述第一和第二邊界線平行方向的上述該區域的中心線，位於大致對稱的位置，準備上述該區域表面有比其它區域高的親水性、上述該區域的周圍區域有比上述該區域高的疏水性的構件，向上述該區域供給含有半導體有機分子的溶液，乾燥上述溶液。
9.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，上述凹部的幾何學形狀有四邊形、三角形、半圓形或波形中的至少任一種。
10.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，具有有利於使應成為上述溝道的區域內的上述溶液先從上述第一邊界線一側乾燥的上述凹部
11.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，具有把上述構件浸入到容器內的上述溶液中，然後，從上述容器中取出上述構件的工序。
12.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，通過使應成為上述溝道的區域內的上述溶液乾燥而成為晶粒，上述晶粒構成溝道。
13.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面以包含上述源電極和上述漏電極的固體包圍的方式形成，上述區域表面與其周邊部比較，親液性相對高，上述周邊部與上述區域表面比較，疏液性相對高。
14.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面位於比包含上述源電極和上述漏電極的周邊區域低的位置。
15.如權利要求8記載的場效應電晶體的製造方法，其特徵是，在上述第一邊界線上，各有一個第一直線狀的部分和第一非直線狀的部分，在上述第二邊界線上，各有一個第二直線狀的部分和第二非直線狀的部分。
16.一種場效應電晶體，其特徵是，襯底上有柵電極，在上述襯底上和上述柵電極上有柵絕緣膜，在上述柵絕緣膜上有相互分開的源電極和漏電極，在上述源電極和上述漏電極之間有應成為溝道的區域，該區域與上述源電極或上述漏電極中任一方的第一邊界線是直線狀，上述該區域與上述漏電極或上述源電極的另一方的第二邊界線是非直線狀，而且，上述第二邊界線是連續的或不連續的，且其邊界部分有多個凹部，具有上述該區域表面有比其它區域高的親水性、上述該區域的周圍區域有比上述該區域高的疏水性的構件，上述該區域上有具有半導體有機分子的溝道。
17.如權利要求16記載的場效應電晶體，其特徵是，上述凹部的幾何學形狀有四邊形、三角形、半圓形或波形中的至少任一種。
18.如權利要求16記載的場效應電晶體，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面以包含上述源電極和上述漏電極的固體包圍的方式形成，上述區域表面與其周邊部比較，親液性相對高，上述周邊部與上述區域表面比較，疏液性相對高。
19.如權利要求16記載的場效應電晶體，其特徵是，在平面上看，應成為上述溝道的區域表面位於比包含上述源電極和上述漏電極的周邊區域低的位置。
全文摘要
本發明提供一種具有使溝道傳導的載流子的移動度比以前的有機TFT大的值的TFT製造方法。場效應電晶體的製造方法的特徵是，在襯底上設置形成圖形的柵電極，在上述襯底上和上述柵電極上設置柵絕緣膜，在上述柵絕緣膜上分開設置源電極和漏電極，在上述源電極和上述漏電極之間設置應成為溝道的區域，該區域與上述源電極或上述漏電極中的任一方的邊界線是直線狀，上述該區域和上述漏電極或上述源電極中的另一方的邊界線是非直線狀，而且，該邊界線是連續或不連續的形狀，該邊界部分有多個凹部，準備上述該區域表面有親水性、上述該區域的周圍區域具有疏水性的構件，向上述該區域供給含有半導體有機分子的溶液，並乾燥上述溶液。
文檔編號H01L51/10GK101064362SQ20071008482
公開日2007年10月31日 申請日期2007年2月27日 優先權日2006年4月26日
發明者藤森正成, 橋詰富博, 安藤正彥 申請人:株式會社日立製作所