配線和有機電晶體及其製造方法
2023-09-22 09:26:35
專利名稱：配線和有機電晶體及其製造方法
技術領域：
本發明涉及由塗布製成的配線和有機FET以及製造方法。
背景技術：
使用液晶和有機EL(Electro Luminescence，電致發光)元件的薄型顯示裝置，採用在溝道(チヤネル)中使用非晶矽或者多晶矽的薄膜電晶體(TFT)作為驅動像素點(畫素)的元件。另一方面，在像素點使用有機EL的顯示裝置中，為了實現具有可塑性的顯示裝置和降低製造成本，廣泛進行旨在對於驅動電路中使用的TFT也由有機物形成的研究。由於使用非晶矽或多晶矽的TFT沒有可塑性，所以使用它們的顯示裝置也不會表現出具有可塑性。此外，由於在製造工序中要使用真空設備，所以製造成本也高。如果可以由有機物形成TFT，就可以實現具有可塑性的顯示裝置。還有，根據所使用的有機物，還能通過印刷技術等所謂溼式工藝來製造，從而在製造時不需要真空設備，能夠實現降低製造成本。
有機分子分成兩大類單體和低聚體這樣的分子量小的有機分子(低分子)；被分類為聚合物的分子量大的有機分子(高分子)。由有機分子形成溝道的TFT(有機TFT)也根據溝道由何種分子形成而分為兩類。在溝道中使用低分子的有機TFT，被證實如果能夠良好地保持有機分子的結晶性，就能夠與非晶矽同等程度的提高在溝道中流動的載流子(キヤリア)的遷移率(移動度)，具有易於獲得作為有機TFT的工作速度快的TFT的特長。但是在形成溝道時一般採用有機分子的真空蒸鍍，因此具有難以降低製造成本的缺點。另一方面，溝道中使用高分子的有機TFT，在製造中易於適用溼式工藝，因此可以降低製造成本。但是，與溝道中使用低分子的有機TFT相比，在溝道中流動的載流子的遷移率，最多只能實現1/10左右的大小，具有TFT的性能低的缺點。
一般在溝道中使用有機分子時，存在的問題是TFT的動作速度比矽系的TFT慢。這是由於在溝道中流動的載流子的遷移率低造成的，溝道內的載流子的散射也是重要原因之一。為了降低載流子的散射，廣泛使用的方法是，低分子時增大形成溝道的晶體的晶粒，減少載流子在溝道兩端的電極間傳導時所經過的晶界的數目。如果溝道中使用單晶，可以排除晶界的影響，因而是最優選的。高分子時，一般是在與在溝道中流動的載流子平行的方向上儘可能拉伸高分子來降低高分子內的載流子散射。
為了實現具有可塑性的顯示裝置，需要包括驅動像素點的周邊線路在內也具有可塑性。在驅動像素點的線路中所使用的TFT，需要具有10V·s/cm2左右以上的載流子遷移率，目前能夠證實滿足這一要求的有機TFT，僅有在溝道中使用分子量小的有機分子的TFT。例如，非專利文獻1(Science，303，1644(2004))中，在溝道中使用rubrene分子的單晶的有機TFT，得到了15(cm2/V·s)的載流子遷移率。此外，在非專利文獻2(Applied Physics Letters，84，3061(2004))中，報告了對於高純度化的並五苯(pentacene)分子的單晶在室溫得到了35(cm2/V·s)的載流子遷移率。但是，這樣的高遷移率是對單晶試樣進行的，在製作單晶和TFT試樣時需要付出特別的注意。在溝道中使用低分子時，更一般地使用由真空蒸鍍形成的有機分子的薄膜晶體，該方法中難以在溝道中形成單晶，此外，由於要使用真空，在成本和產量方面也不利。
這樣的有機TFT所存在的問題是，從應用方面所要求的性能和生產方面所要求的成本和量產性這兩方面來講是不能同時兼顧的。即，易於提高TFT性能的由低分子製成的TFT一般在製造中使用真空蒸鍍，因而在製造方面不利。另一方面，易於抑制製造成本的由高分子製成的TFT，則TFT的性能明顯降低，只能應用於有限的用途。
作為解決這種課題的方法，有將低分子溶解於溶劑中，通過塗布來形成溝道的半導體層的方法。對於作為低分子用於TFT的適用例的最有代表性的有機分子並五苯，例如非專利文獻3(Journal of Applied Physics，79，2136(1996))或者非專利文獻4(Joumal of American Chemical Society，124，8812(2002))中，報告了合成並五苯分子的衍生物，使用能提高在溶劑中溶解性的溶液來形成薄膜的技術。此外，在非專利文獻5(Synthetic Metals，153，1(2005))中，記載了將並五苯分子直接在溶劑中溶解，通過塗布來形成薄膜的技術。而且，在非專利文獻2和非專利文獻6(Japanese Journal of AppliedPhysics，43，L315(2004))中，也記載了關於將並五苯分子在有機溶劑中溶解的步驟。通過這些技術，使得不使用真空裝置而由塗布成膜低分子有機薄膜成為可能，增加了在低成本下實現所要求的性能的可能性。
進而，為了通過塗布來廉價地製造有機FET，不僅是有機半導體，還希望通過塗布來製造由金屬線製造的配線和電極。為此，有一種方法是，將金屬製成微粒子，由有機物等塗覆而使其具有在溶劑中的溶解性，將溶解有這種微粒子的金屬油墨或者糊，通過印刷分布到特定的地方，然後在特定的溫度下進行處理而除去有機物，形成金屬的配線和電極。現在已經確立了用銀或者金糊通過印刷形成配線的方法。
發明內容
已知在半導體和金屬的界面上產生肖特基勢壘，在流過電流時起到接觸電阻的作用。該勢壘的大小由金屬的費米能級和半導體的載流子所摻雜的帶能級間的相對位置關係來決定。對於與矽等無機半導體相比較基本上遷移率低的有機半導體來說，降低與電極的接觸電阻是更為重要的課題。
對於矽等來說，為了降低該肖特基勢壘，可以採用這種方法控制與金屬的接觸界面附近的半導體中的摻雜劑的濃度，使得半導體中的電子能級向靠近金屬費米能級的方向移動。這時，為了控制摻雜劑濃度的空間分布，採用離子注入法。但是，對於有機半導體，如果採用離子注入會破壞分子結構，存在無法恢復的問題，而且該方法自身是消耗成本的方法，因此，使得本來具有可以廉價製造的優點的塗布型有機電晶體變得昂貴。
作為可獲得高遷移率的有機半導體的例子而已知的並五苯的情況，發現作為組合使用的電極材料，金是可保持接觸電阻最小的材料。但是，金作為材料是昂貴的，如果FET的配線和電極都由金製作的話FET就會變得昂貴。另一方面，由銅來製作的話雖然可以降低成本，但肖特基勢壘增大，與半導體的接觸電阻增大，因此無法獲得充分的性能。
考慮與並五苯分子以外的有機半導體的組合的情況，關於使用何種金屬材料作為電極可以使接觸電阻最小的問題，雖然根據有機半導體材料的不同而不同，但許多有機材料的電子狀態，從價電子帶、導帶的位置的角度看來有著與並五苯相似的傾向，因此最合適的金屬材料仍然是金這種可能性並不小。因此，即使採用並五苯以外的有機半導體，在製作塗布型有機FET時會產生同樣的問題，也就是說，作為電極材料不存在可同時滿足接觸電阻小等性能、製造成本、材料成本、穩定性(耐腐蝕性)等多種要求的金屬材料。
這樣，在本發明中提供一種可以同時滿足上述難以兼顧的要求，在具有充分性能的同時還可以廉價製造的塗布型有機電晶體，及其製造方法。
本發明中，為了解決上述問題，使用兩種金屬來作為電極材料。例如，為了解決成本和性能這樣矛盾的兩種需求，組合使用成本低廉但性能不充分的第一金屬材料和性能充分但高價的第二金屬材料。遍及整體裝置的配線基本採用廉價的第一金屬，而在該配線的全部表面或者至少與有機半導體相接觸的電極界面上則配置性能高且高價的第二金屬的薄膜。由此，配線和電極的大部分可以由廉價的材料來製成，而且由於在性能方面非常重要的接觸面由高性能材料製作，所以可以確保充分的性能。
製作如此結構的方法，自身必須也是廉價的。為此，一種方法是，從兩種金屬的合金中，利用表面偏析在電極表面析出第二金屬，在表面形成第二金屬的薄膜。這裡所述的合金是指將兩種金屬熔合而成的材料，可以認為是兩種原子的配置是無秩序地分散的。而不必是兩種原子具有特定原子排列圖的物質。
用於促進偏析的方法是在特定的溫度進行熱處理，但並不限於此，可以同時在表面吸附第三材料(主要是金屬以外的材料)，以進一步提高促進表面偏析的效果。此外，作為其他方法還有，先在僅由第一金屬形成電極之後，在表面配置第二金屬的薄膜的方法。
第一金屬材料，必須是易於廉價地進行由塗布形成電極等的物質。如果可能，金屬自身的電阻率越低、耐蝕性越高越好，但不是必須的。作為具體的候選材料，可以考慮Ag、Cu、Fe、Al、Ni等。
作為前提，如果考慮使用並五苯或者與之類似電子狀態的物質作為有機半導體，第二金屬材料的具體的候選中，電負性越高的材料越有可能降低接觸電阻，所以越好。從這一點出發來考慮，Au、W、Pb、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Mo等金屬比較適宜。其中，鉛(Pb)由於作為材料的價格低、性能也可以期待，因此有可能單獨作為電極，但由於具有毒性而存在操作中需要注意的問題。
為了在電極形成中利用表面偏析，在組合使用第一金屬和第二金屬時，必須是第二金屬能夠在表面發生偏析的物質的組合。在上述各自的候選材料中，目前已知的實際上有望引起表面偏析的組合有Cu和Au、Ni和Au、Ni和Pd的組合。其中，特別是Cu和Au的組合，從銅廉價並且是可用於矽器件的材料，已確定金與並五苯的接觸電阻比較低，金具有耐蝕性這樣的觀點來看也是具有優點的，所以是非常適宜的。
根據本發明，可以廉價地製造電晶體中的配線和電極，且可以獲得與半導體的接觸電阻低、耐蝕性高的高性能。由塗布製成的有機電晶體的最重要的價值在於可以廉價大量地製作，本發明可以作為該塗布工序中之一進行組合，能夠進行廉價、高性能的有機電晶體的製作。
圖1A是將銅原子11和金原子12不規則分散的合金的微粒子的周圍，用有機物16覆蓋成為可以在溶劑中溶解的粒子的模式圖。
圖1B是將用該合金的微粒子製成的金屬油墨在基板上塗布，蒸發溶劑後的狀態的模式圖。
圖2A是對圖1B的結構在50～300℃之間的特定溫度下，進行1小時左右的熱處理，將有機分子燒掉而只殘留金屬的狀態的截面模式圖。
圖2B是在比圖2A的熱處理稍微高的溫度進行熱處理，使金原子在表面偏析，表面由金原子12的單原子層覆蓋時的截面模式圖。
圖2C是在圖2B的具有金薄膜的電極上形成並五苯晶體的結構的截面模式圖。
圖3A是由塗布合金形成的FET結構的源極和漏極的狀態的截面模式圖。
圖3B是進行熱處理，使源極和漏極內部的金原子表面偏析的狀態的截面模式圖。
圖3C是搭載有機半導體而完成的FET結構的截面的模式圖。
圖4A是利用本發明的FET結構，為了製作用於液晶顯示器的驅動電路，在基板上製作門電極圖案的狀態模式圖。
圖4B是對應於圖4A的圖案，製作源電極、漏電極的狀態圖。
圖4C是在要成為FET結構的部分上塗布並五苯，進行晶體化的狀態的模式圖。
圖5A是含有金原子的微粒的油墨的模式圖。
圖5B是含有銅原子的微粒的油墨的模式圖。
圖5C是將含有金原子的微粒的油墨和含有銅原子的微粒的油墨混合併塗布，蒸發溶劑後的狀態的截面模式圖。
圖6A是混合金原子和銅原子的電極的截面模式圖。
圖6B是通過吸附單分子層、進行熱處理而在表面偏析金原子的狀態的截面模式圖。
圖6C是在單分子層上進而搭載有機半導體的結構的截面模式圖。
圖7A是基板上銅原子的電極的截面模式圖。
圖7B在銅原子的電極上塗布含有金原子的油墨，溶劑蒸發後的狀態的截面模式圖。
圖7C是進行熱處理，在銅原子的電極表面形成金原子薄膜的狀態的截面模式圖。
圖8A是在基板上塗布含有銅原子的微粒的油墨，蒸發溶劑後的狀態的模式圖。
圖8B是進而塗布含有金原子的微粒的油墨，蒸發溶劑後的狀態的模式圖。
圖8C是進行熱處理，形成銅原子的電極和該表面的金原子薄膜的狀態的模式圖。
圖中，11為銅原子，12為金原子，16為用於提高溶解性的有機物，20為基板，30為有機半導體，13為門電極，14為源極，15為漏極，21為絕緣體，40為單分子膜。
具體實施例方式
實施例1實施例1用來說明通過使用並五苯作為有機半導體製成由銅和金的合金構成的電極，從而實現兼顧性能和低成本的有機電晶體的方法。
金與並五苯的接觸電阻比較小，與並五苯的組合在性能方面是最優的電極材料，但存在原料的價格高的問題。銅在與並五苯的接觸電阻比較大這一點上不是很優選，但從與金相比非常便宜以及實際上在矽元件上作為配線和電極材料使用等方面來說是優選的。此外，從在大氣中的元件結構的穩定性、耐蝕性的觀點，銅雖然也並不是那麼地不穩定，但金是非常難以產生化學反應的，是穩定的，這是優點。為了將金與銅的二者的優點良好利用，製成在主要由銅(第一金屬)作成的配線、電極的表面覆蓋金(第二金屬)的薄膜的結構。為了廉價製作這樣的結構，使用預先混合金和銅的合金，由塗布形成電極，在適當的溫度下進行熱處理使得金在表面偏析。
圖1A是在銅原子11和金原子12不規則分散的合金的微粒子的周圍，由有機物16所覆蓋成為可以在溶劑中溶解的粒子的模式圖。將金屬微粒由有機物覆蓋提高溶解性，是製作金屬的油墨或者糊中常用的方法。從合金的微粒子中不規則分散的銅原子11和金原子12的比例來看，金原子12的數量在銅原子11的數量的20～0.01％左右浮動。
金原子12的比例越小，則可以將原材料的價格控制得越低，但如果過小，在形成電極後即使表面偏析，在表面聚集的金原子12的密度也不充分，不能充分實現降低接觸電阻、提高耐蝕性。因此，理想的是在能夠獲得充分必要的性能的範圍內儘可能降低金原子12的比例。其最合適的比例與電極的體積和表面積的關係相關。體積與原子數n的3次方成比例，而表面積與n的平方成比例，因此，電極的體積越小，覆蓋表面所必須的金原子數目的比例就增大。只是，合金中含有的金原子未必就100％偏析到表面，因此該關係式並不能嚴格地成立，根據有機FET的具體結構和尺寸其相應最佳值是可以變化的。
圖1B是由該合金的微粒子製成的金屬油墨在例如玻璃、聚醯亞胺等的基板20上塗布，蒸發溶劑後的狀態的模式圖。由於有覆蓋微粒子的有機物，在基板上並不是由金屬的塊兒形成堆積物整體。
圖2A是對圖1B的結構在50～300℃的特定溫度下，進行1小時左右的熱處理，將有機分子燒掉而只殘留金屬的狀態的截面模式圖。銅原子11和金原子12不規則地分布。但是，這是假定成僅將有機物16的有機分子除去，而尚未引起後述的金原子12表面偏析的狀態的截面模式圖，當在一次熱處理中同時進行該兩者時就未必經過如圖2A的狀態。
圖2B是在比上述熱處理稍微高的溫度進行熱處理，在表面偏析金原子，表面由金原子12的單原子層覆蓋時的截面模式圖。當由單原子層覆蓋表面且還有多餘的金原子時，可能會如圖2B所示在內部不規則地分布，也可能在表面局部地層積。這將根據第一金屬和第二金屬是何種組合而有變化。
在表面形成的金薄膜的厚度，以由金原子完全置換表面第一層的銅原子的情況作為單原子層，可以是0.5原子層～5原子層。為了降低銅電極的肖特基勢壘引起的接觸電阻，不能是銅的費米能級，而必須是金的費米能級和並五苯連接的結構，因此，界面的金原子層必需具有與金塊相近的費米能級，所以，金薄膜適宜具有一定程度的厚度。如果從金屬內電子狀態的屏蔽長度短這一點考慮，認為金薄膜的厚度在5原子層左右是相當好的，但比其薄也會有效果。
利用表面偏析在表面形成金薄膜時，儘管易於形成單原子層的薄膜，但是是否能形成該層以上的厚度的薄膜，則要看兩種金屬的組合。從成本的角度，適宜以儘可能薄的層來發揮性能，即使是0.5原子層(表面第一層的金原子數和銅原子數相同)左右也有望提高一定程度的性能(降低接觸電阻)，所以應當作成的金薄膜的厚度的最低限度就是該程度。
此外，將金屬油墨的金屬微粒子的周圍的有機分子除去的熱處理的溫度，如果比促進表面偏析的熱處理溫度低，可以是首先除去有機分子形成圖2A的狀態，然後引起表面偏析，轉變成如圖2B所示的結構，當除去有機分子所必須的熱處理是高溫時，則不經過圖2A所示的狀態，同時引起表面偏析，直接獲得圖2B所示的狀態。此外，由於沒有必要必須經過圖2A的狀態，因此，無論兩個熱處理中哪一方的溫度更高，只要在高溫一方的溫度下進行處理，熱處理只進行一次即可。
圖2C是在具有上述金薄膜的電極上形成並五苯晶體30的結構的截面的模式圖。是在表面上形成金薄膜的銅電極上形成並五苯晶體30的結構，由於並五苯晶體30相接觸的是金薄膜，可以比單純的銅電極降低接觸電阻。
圖3A-3C顯示具體的製作FET結構的步驟。首先，如圖3A所示，在基板20上形成門電極13和覆蓋其的絕緣層21。門電極13與半導體不直接接觸，所以，不必適用用於降低接觸電阻的本發明的方法。但是，由於本發明的方法可以在廉價的材料成本下提高耐蝕性，可以通過本發明的方法來形成門電極13。
然後，在絕緣層21上，如圖2A所示，塗布金屬油墨形成源電極14和漏電極15，其中，金屬油墨含有在銅原子11和金原子12不規則地分散的合金的微粒子周圍覆蓋有機物16而形成的合金的微粒子。源電極14和漏電極15中的銅原子11和金原子12呈不規則的分布狀態。
然後，進行熱處理，使金原子在表面偏析，製成如圖3B所示的在源電極14和漏電極15的表面覆蓋金原子12的結構。如果是這樣的結構，源電極14和漏電極15變成在平面上凸起的結構，金原子12發生偏析，覆蓋全部表面。這裡，在對塗布的合金的金屬油墨進行熱處理時，如果同時進行除去覆蓋合金微粒子的有機分子和使金原子12表面偏析時，可以不經過圖3A的結構。
最後，塗布並五苯30，蒸發溶劑使之晶體化，完成如圖3C所示的FET結構。整個元件上，在不是FET的配線部分還有未塗布並五苯30(有機半導體)的部分。此時，這種露出的部分的配線如果也使用本發明的方法製作，則露出的部分的配線也由於表面覆蓋著金而具有耐蝕性優良的優點。
圖4A～C是表示利用本發明的FET結構，製作液晶顯示器的驅動電路的例子的平面圖。首先，如圖4A所示，在基板上製成門電極13的圖案，然後塗布絕緣體層，覆蓋整個該圖案。為了易於理解，圖4中沒有顯示該絕緣層。該狀態對應於圖3A中到形成了基板20、門電極13、絕緣體層21為止的狀態。圖4A中，像素點181由R、G、B的三要素構成，與此相應，門電極13也對應地由131R、131G和131B構成。各門電極131R、131G和131B由配線171相連接。像素點182也是同樣的，由於會引起複雜的圖示，參照符號僅標出配線172和門電極132B。
然後，以圖4B所示的圖案，通過塗布金屬油墨和熱處理形成源電極14R、14G和14B以及漏電極151R、151G和151B。這裡，源電極14R、14G和14B在各像素點181、182、…上共通設置，漏電極151R、151G和151B在各像素點181、182、…上獨立設置。該狀態對應於圖3B。
最後，如圖4C所示，在要形成FET結構的部分上塗布並五苯30，使之晶體化。這裡，並五苯30以跨過各像素點的獨立的各門電極131R、131G和131B的形態連接共通的源電極14R、14G和14B和與之對應的各像素點的獨立的漏電極151R、151G和151B。塗布該並五苯的部分的截面結構對應於圖3C。
這裡，進而將液晶層和透明電極相重合。
配線171、172、…是掃描線，依次按照特定的周期對各門電極131R、131G和131B施加電壓，在依次活化各像素點181、182、…的同時，在共通的源電極14R、14G和14B上施加對應掃描線的電壓，通過控制各源電極13的各個四方形的區域內滯留的電荷，使得控制液晶顯示器的各像素點的開和關成為可能。
實施例2實施例2中，在塗布金屬油墨製作電極時，不使用由合金微粒子形成的油墨，而是分別準備第一金屬的油墨和第二金屬的油墨，通過混合兩種油墨後塗布，最終製成與使用合金的油墨相同的電極結構。與實施例1相同，以金原子12和銅原子11為例進行說明。
圖5A是顯示由有機分子16覆蓋金原子12的微粒子的模式圖。圖5B是顯示由有機分子16覆蓋銅原子11的微粒子的模式圖。這裡，將在溶劑中溶解了由有機分子16覆蓋金原子12的微粒子的金的油墨和在溶劑中溶解了由有機分子16覆蓋銅原子11的微粒子的銅的油墨相混合。這裡，覆蓋金的微粒子和銅的微粒子的有機分子是相同的，但也可以各自使用不同種類的有機分子。但是，必須是能夠溶解雙方微粒子的共通的溶劑。此外，在混合二者時，必須保持適度的分散而不能產生相分離。在混合兩種金屬油墨時，容易調節各自的油墨量，因此可以在此給出最終的電極結構所必需的金屬材料的比例。
圖5C是顯示將上述混合後的油墨在基板20上塗布，蒸發溶劑後的狀態的模式圖。與圖1B對照即可知，實施例1中，在各自的微粒子中混合存在銅原子11和金原子12，與此相對，實施例2中，各自的微粒子僅由銅原子11、金原子12構成，這一點是不同的。所以，實施例2中，在混合兩種金屬油墨時，調節各自油墨的量，即可確定電極結構所必要的金屬材料的比例。
在進行除去有機分子的熱處理時，由於可以期待金屬原子發生充分的擴散並混合存在，通過該熱處理可以獲得與圖2A或者圖2B同樣的結構。之後，通過與實施例1相同的方法，製成有機電晶體。
實施例3實施例3中，作為在由第一金屬和第二金屬混合的電極上促進第二金屬的表面偏析的方法，不僅進行熱處理而且通過在電極表面吸附第三物質，更有效地進行表面偏析。
圖6A表示的是，雖然與圖2A相同，但僅通過用於除去金屬油墨有機分子的熱處理不足以引起第二金屬的表面偏析，而是第一金屬和第二金屬形成不規則的分散，圖6A就是該狀態下的電極的截面模式圖。
圖6B是顯示在圖6A所示的電極的表面上吸附第三物質40的狀態的電極的截面示意圖。如果表面吸附異物，則表面的電子狀態發生變化，原子配置發生變化，或者在表面的原子上施加的力產生變化。該變化的內容隨著因電極材料(第一金屬和第二金屬)和吸附的第三物質40的組合以及表面的結構(晶體的方位等)所引起的各種情況而不同。
第三物質40所必需的性質，首先是可以在目標電極的表面吸附，來促進第二金屬的表面偏析。物質在表面上吸附而引起的在表面附近的原子配置的變化和電子狀態的變化，要麼起到促進第二金屬的表面偏析的作用，要麼起到相反的作用。促進的例子有，例如在Physical Review Letters，Vol.90，p.156101中，介紹了觀察到由於氫吸附，在半導體中的摻雜原子發生表面偏析。因此，具有促進表面偏析的效果的吸附物並不罕見。
作為第三物質40，另一重要的性質是，在第二金屬的表面偏析完成之後，可以容易地除去，或者即使直接殘留而存在於有機半導體和電極的界面，也不增大接觸電阻這樣的材料。例如，如果是氫原子或者滷原子，在促進表面偏析之後，可以由一定程度的熱處理從表面除去，因而可以應用於這樣的目的。當採用不從表面除去而殘留的物質的情況，如果該物質是不僅不增大接觸電阻，還可以積極地降低接觸電阻的物質，則更優選。
第三物質40中，更希望的性質是，首先是材料要廉價。此外使用第三物質所帶來多餘的工序儘可能要簡單，不太增大製造成本。
滿足這些要求的材料有由分子材料形成的自組裝單分子膜。自組裝單分子膜，由於僅通過將成為材料的分子溶解於溶劑中後塗布，就能夠以一定的面密度自組裝排列而吸附在電極表面，因此可以作為通過塗布製作有機電晶體的一系列工序中的一個塗布工序來實施，都不需要對準原子尺寸的位置，材料費也便宜。此外，如Physical Review B，Vol.54，PP.14321中所提出的，通過選擇分子材料，可以降低電極和有機半導體之間的肖特基勢壘，從而具有降低接觸電阻的功能。作為成為自組裝單分子膜的材料的分子，例如可以考慮乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇等烷基硫醇等。
圖6B顯示的是，在如圖6A所示的基板20上形成的合金的電極之上，通過塗布製成單分子膜40，再通過適當的溫度(50～200℃)下進行熱處理，第二金屬的表面偏析狀態的截面模式圖。與沒有形成單分子膜40的情況相比，可以更容易地促進表面偏析。此刻，形成單分子膜40的分子材料中，使用預先選定的具有降低電極和有機半導體的界面的肖特基勢壘的性質、且具有促進第二金屬的表面偏析的性質的材料。
圖6C是顯示直接殘留單分子膜40，在其上重疊有機半導體30，形成有機半導體的狀態的截面模式圖。此刻，通過第二金屬的薄膜和單分子膜的雙重效果，降低了電極和有機半導體的接觸電阻。
在使得電極和半導體的界面形成如此結構之後，通過與實施例1同樣的方法來製成有機電晶體。
實施例4實施例4中，不通過表面偏析來製作覆蓋電極表面的金屬薄膜，而是在由第一金屬形成電極之後再形成第二金屬的薄層。這裡仍以銅原子11和金原子12為例進行說明。
圖7A顯示在基板20上僅由銅原子11製成電極的狀態的截面示意圖。可以由各種方法來製成，但是塗布僅由銅原子11形成的銅油墨再熱處理是廉價且效率良好的方法。
圖7B顯示的是在僅由銅原子11形成的電極上塗布僅由金原子形成的油墨的狀態的截面模式圖。在該狀態之後，進行除去金原子12的微粒子周圍的有機物16的熱處理。
該熱處理時，由於金原子發生擴散運動，金原子12和銅原子11有一定程度混合存在的可能性，但對於金原子12來說，表面是穩定的位置，所以從一開始就在表面的金原子12並不會全部擴散到銅電極內部，在表面殘留一定量而形成金的薄膜。通過該熱處理時的金原子的擴散，微粒子金就在表面上薄薄地擴展，來形成薄膜。
圖7C是顯示由實施例4形成覆蓋電極表面的金屬薄膜結構的最終結構的模式示意圖。
實施例4的步驟中，一旦形成電極後，需要再一次形成金屬薄膜的作業，因而增加了工序的數量，但是，由於金原子12從一開始就位於表面上來開始熱處理，因此與從由金原子12和銅原子11均勻分散的合金開始熱處理而使得金原子12在表面偏析相比，金原子12的移動距離短，可以效率良好地形成薄膜的金層。
此外，如果使用與金原子和銅原子的組合不同的金屬原子的組合，即使是第二金屬原子難以產生表面偏析的組合，由於是將第二金屬原子從一開始就配置在表面來形成電極，所以能夠製成由第二金屬原子的薄膜覆蓋表面的結構，這是優點。但是，採用這樣的金屬的組合時，必須要注意熱處理的溫度和時間，以免金屬原子的擴散過於大。
通過如此的電極製作方法，隨後由與實施例1同樣的方法來製作有機電晶體。
實施例5實施例5中，在將作為電極本體的第一種金屬塗布後，接著塗布形成薄膜的第二金屬，之後實施熱處理，以這樣的步驟製作覆蓋電極表面的金屬薄膜。這裡仍以銅原子11和金原子12為例進行說明。
圖8A是顯示在基板20上塗布含有銅原子11的微粒子的油墨並蒸發溶劑的狀態的模式圖。
圖8B是如圖8A所示的銅原子11的微粒子層上塗布含有金原子12的微粒子的油墨並蒸發溶劑的狀態的模式圖。此刻，與實施例2中說明的相同，相對於含有銅原子11微粒子的油墨量的含有金原子12微粒子的油墨量，要與最終的電極結構所必需的銅和金的量成大致比例。之後，通過進行熱處理，除去銅的微粒子和金的微粒子周圍的有機物16。
圖8C是顯示由實施例5形成的電極結構的模式圖。
實施例5中，與實施例4所說明的先進行熱處理形成銅的電極後塗布金再度進行熱處理的方法相比，由於僅進行一次熱處理即可，所以具有減少了工序數量的優點。與將金的油墨和銅的油墨完全混合後再塗布的方法相比較，儘管塗布工序複雜，必需分成兩個階段，但由於銅原子11和金原子12通過熱處理開始擴散時的最初位置距離最終要到達的位置近，所以相應地有效進行最終的電極結構的形成。此外，當第二金屬的薄膜僅覆蓋電極表面就足以，而沒有必要對於配線全體進行覆蓋的情況，由於可以在塗布第二金屬油墨時將塗布部位僅限定於電極的部位，所以可以進一步節約昂貴的材料。
此外，第一金屬和第二金屬的組合即使是不產生表面偏析的組合，通過預先在表面附近配置第二金屬後進行熱處理，可以由該方法製作第二金屬在表面分布的電極。但是，這種沒有表面偏析的情況，與實施例4相比，兩種金屬的混雜增大，效率變差。
通過如此的電極製作方法，隨後由與實施例1同樣的方法來製作有機電晶體。
權利要求
1.一種電氣配線，其為在絕緣層上設置的電氣配線，其特徵在於具有所述電氣配線的本體由第一金屬構成，在其表面覆蓋厚度為0.5原子層～5原子層的第二金屬的薄膜的結構。
2.根據權利要求1所述的電氣配線，其特徵在於所述第一金屬為Ag、Cu、Fe、Al、Ni中的任意一種，所述第二金屬為Au、W、Pb、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Mo中的任意一種，在組合所述第一金屬和第二金屬時，採用第二金屬可在表面偏析的組合。
3.有機電晶體，其包括基板、在該基板上設置的門電極、以覆蓋該門電極的形態設置的絕緣層、在該絕緣層上以夾著所述門電極的形態設置的源電極和漏電極以及以覆蓋該源電極和漏電極的形態設置的有機半導體，其特徵在於具有所述源電極和漏電極的本體由第一金屬構成，在該本體表面覆蓋厚度為0.5原子層～5原子層的第二金屬的薄膜的結構。
4.根據權利要求3所述的有機電晶體，其特徵在於所述第一金屬為Ag、Cu、Fe、Al、Ni中的任意一種，所述第二金屬為Au、W、Pb、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Mo中的任意一種，在組合所述第一金屬和第二金屬時，採用第二金屬可在表面偏析的組合。
5.根據權利要求3所述的有機電晶體，其特徵在於具有所述源電極和漏電極的本體由第一金屬構成，在其表面覆蓋厚度為0.5原子層～5原子層的第二金屬的薄膜的結構，並且在所述源電極和漏電極的外表面與所述有機半導體的接觸部上，間隔著自組裝單分子膜。
6.有機電晶體的製造方法，其包括準備基板的工序；在所述基板上形成門電極的工序；以覆蓋所述門電極的形態形成絕緣層的工序；在所述絕緣層上以夾著所述門電極的形態形成源電極和漏電極的工序；以覆蓋所述源電極和漏電極的形態形成有機半導體的工序，其特徵在於，包括在形成所述源電極和漏電極的區域塗布微粒子油墨的工序，其中微粒子油墨以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成了微粒子；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物，並且使所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面以0.5原子層～5原子層的厚度偏析的工序。
7.根據權利要求6所述的有機電晶體的製造方法，其特徵在於，將所述第一金屬原子和第二金屬原子的處理工序變更為如下工序在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨，來代替以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物的工序；所述有機物除去工序之後，在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定有機物將所述第二金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物，並且由所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面形成薄膜的工序。
8.根據權利要求6所述的有機電晶體的製造方法，其特徵在於，將所述第一金屬原子和第二金屬原子的處理工序變更為如下工序在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨，來代替以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成微粒子的微粒子油墨的工序；在塗布有由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的形成所述源電極和漏電極的區域，塗布由特定的有機物將所述第二金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述各微粒子油墨中的有機物，並且由所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面形成薄膜的工序。
9.有機電晶體的製造方法，包括準備基板的工序；在所述基板上形成門電極的工序；以覆蓋所述門電極的形態形成絕緣層的工序；在所述絕緣層上以夾著所述門電極的形態形成源電極和漏電極的工序；在所述源電極和漏電極的外表面形成自組裝單分子膜的工序；以覆蓋所述自組裝單分子膜的對應於源電極和漏電極的區域的形態形成有機半導體的工序，其特徵在於，包括在形成所述源電極和漏電極的區域塗布微粒子油墨的工序，其中微粒子油墨以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成了微粒子；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物的工序；進行所述熱處理後在所述源電極和漏電極的表面，通過塗布來形成自組裝單分子膜的工序；對於形成於所述源電極和漏電極表面上的自組裝單分子膜，在50～200℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，使所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面以0.5原子層～5原子層的厚度偏析的工序。
10.根據權利要求9所述的有機電晶體的製造方法，其特徵在於，將所述第一金屬原子和第二金屬原子的處理工序變更為如下工序在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨，來代替以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物的工序；所述有機物除去工序之後，在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定的有機物將所述第二金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述微粒子油墨中的有機物，並且由所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面形成薄膜的工序。
11.根據權利要求9所述的有機電晶體的製造方法，其特徵在於，將所述第一金屬原子和第二金屬原子的處理工序變更為如下工序在形成所述源電極和漏電極的區域塗布由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨，來代替以特定比例包含第一金屬原子和第二金屬原子，並且由特定的有機物製成微粒子的微粒子油墨的工序；在塗布有由特定的有機物將所述第一金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的形成所述源電極和漏電極的區域，塗布由特定的有機物將所述第二金屬原子製成微粒子的微粒子油墨的工序；對於形成所述源電極和漏電極的區域在50～300℃之間的特定溫度進行特定時間的熱處理，以除去所述各微粒子油墨中的有機物，並且由所述第二金屬原子在第一金屬原子的表面形成薄膜的工序。
全文摘要
在由塗布製作廉價有機電晶體時，存在廉價的電極材料與半導體的接觸電阻大而接觸電阻小的電極材料則昂貴的問題。為了解決該問題，本發明提供材料費和製造成本低廉且與半導體的接觸電阻小的高性能有機電晶體及其製造方法。製作電極本體由廉價的第一金屬構成，其表面覆蓋高價且高新能的第二金屬這樣的結構。為了廉價且穩定獲得該結構，利用第一金屬和第二金屬的合金中第二金屬易於表面偏析的性質。
文檔編號H01L51/30GK101071803SQ20071008482
公開日2007年11月14日 申請日期2007年2月27日 優先權日2006年5月12日
發明者諏訪雄二, 橋詰富博, 藤森正成 申請人:株式會社日立製作所