专利名称：场效应晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及场效应晶体管及其制造方法，特别涉及其特征在于具有如下结构的场效应晶体管及其制造方法，即其形成沟道的有机半导体是有机分子的单晶体或多晶体，而且，单晶体的方位相对于连接沟道两端的电极的方向朝向特定方的向，或者构成多晶体的晶粒相对于连接沟道两端的电极的方向沿特定的方向取向。
背景技术：
作为代表的薄型显示装置的等离子体显示屏(PDP)和液晶显示器(LCD)不使用布劳恩管显示器所使用的电子枪。为了点亮各像素，由于将薄膜晶体管(TFT)用作开关元件来代替电子枪，大幅度地减小了厚度，实现了薄型化。TFT使用了将非晶硅和多晶硅用于沟道中的元件。
有机场致发光(EL-Electro luminecence)元件，作为能改善PDP和LCD具有的寿命和对比度、响应性、电能消耗等的缺点的下一代显示用的元件而引人注目，朝向实用化的研究大有进展。有机场致发光元件是有机物的薄膜元件，薄型化比PDP和LCD更进步。可以认为，作为原材料由于使用更轻型、有可塑性的有机物，因而，壁挂显示器和柔性显示器的实现也是可能的。由于具有这样的优点，因而，有机场致发光驱动元件使用轻型、有可塑性的有机物制造TFT的研究也正活跃地展开。
有机物由于能溶解在有机溶剂等中，在室温附近处理，所以人们期待着有机TFT的制作也能用溶液，用涂敷和印刷的工艺方法进行制作。涂敷和印刷的制造方法不需要硅器件所必须的真空装置和高温的热处理等，能实现制造成本的大幅度减低。另外，有机TFT与硅器件比较，作为晶体管的性能很差，现状还不能达到实用化。
有机分子虽然主要分为像单体和低聚物那样的分子量小的有机分子(低分子)和分类为聚合物的分子量大的有机分子(高分子)，但有机TFT也根据用哪一种有机分子形成沟道而分成两类。现已证实，沟道使用低分子的有机TFT，若能良好保持有机分子的结晶性，则能把流过沟道的载流子的移动度提高到至少与非晶硅相同程度，并具有容易得到动作速度快的TFT的优点。但是，沟道的形成，一般是用有机分子真空蒸镀来形成的方法，具有制造成本难以降低的缺点。另一方面，沟道使用高分子的有机TFT，由于制造时容易采用涂敷和印刷的工艺方法，能降低制造成本。但是，流过沟道的载流子的移动度与沟道使用低分子的低分子有机TFT比较，移动度的大小充其量只能实现其1/10左右，具有TFT性能低的缺点。
有机TFT一般存在的问题是有其TFT的动作速度比硅系的TFT慢。现已知道，这是因为流过沟道的载流子的移动度小，是沟道内的载流子散乱大的原因之一。为了降低载流子的散乱，广泛地进行增大用低分子形成沟道的结晶的晶粒，减少载流子在沟道中传导时通过的晶界的数量。沟道使用单晶体，由于能排除晶界的影响而最理想。在使用高分子的情况下，通过尽可能使高分子沿和流过沟道的载流子平行方向伸张，通常能降低高分子内的载流子散乱。
为了实现有可塑性的显示装置，除了驱动像素的开关用TFT外，外围电路也有必要具有可塑性。虽然要求像素驱动电路使用的TFT具有比1(cm2/V·s)左右大的载流子移动度，但现状已证实满足该要求的有机TFT仅是沟道使用分子量小的有机分子的TFT。例如，在非专利文献1-科学杂志，第303卷，第一644项，2004年(Science，303，1644(2004))中，用沟道使用有机分子红荧烯(rubrene)的单晶体的有机TFT得到15(cm2/V·s)的载流子移动度。另外，在非专利文献2-运用物理索引杂志，第84卷，第3061项，2004年(Applied Pkysice Lelters，84，3061(2004))中，对于高纯度化的有机分子并五苯(pentacenc)的单晶体，报告的载流子移动度为室温下35(cm2/V·s)。但是，这样高的移动度是对于单晶体试料的，是对原料有机物的精制和单晶体的生长、TFT的制作给予特别的注意而得到的。对于作为沟道使用低分子的场合的一般的方法的利用真空蒸镀法形成的有机分子薄膜晶体，沟道形成单晶体是困难的。并且，由于在TFT的制造中使用真空装置，在成本和批量生产性方面是不利的。
这样，对于有机TFT，存在的问题是，不能兼顾从应用方面要求的性能和从生产方面要求的成本及批量生产性两个方面。即，由容易提高TFT性能的低分子构成的有机TFT在制造中一般使用真空蒸镀法，在制造方面是不利的。另一方面，为了抑制制造成本，由高分子构成的有机TFT由于TFT性能很低而只能适用有限的用途。
作为解决这样的课题的方法，有通过在溶剂中溶解低分子后进行涂敷形成沟道的半导体层的方法。对于作为将低分子应用到TFT的应用例子最典型的有机分子的并五苯，例如，在非专利文献3-应用物理杂志，第79卷，第二136项，1996年(Journal of Applied Physics，79，2136(1996))及非专利文献4-美国化学学会杂志，第一24卷，第8812项，2002年(Journal ofAmcrican Chemical Society，124，8812(2002))中，公开了合成并五苯分子的前驱体，用提高了对溶剂的溶解性的溶液形成薄膜的技术。在非专利文献5-合成金属杂志，第一53卷，第一项，2005年(Synthelic Melals，153，1(2005))中，有关于通过将并五苯分子直接溶解在溶剂中后涂敷形成薄膜的技术的记述。进而，在非专利文献2及非专利文献6-日本应用物理杂志，第43卷，第二B号，第L315项，2004年(Japanese Journa of appliedPhysics，43，L315(2004))中，也有关于将并五苯分子溶解在有机溶剂中的顺序的记述。使用这些技术，可以不使用真空装置而通过涂敷低分子有机薄膜而成膜，有能低成本实现所要求的性能的可能性。
下面，简要叙述现有技术存在的问题。
图1(a)表示本发明实施例的场效应晶体管的平面图。通过在衬底16上设置疏液性区域14，在其内部设置源151、漏152，在其间设置应成为沟道区域的部分(亲液性区域)12，并对区域12供给有半导体有机分子的溶液，使其干燥，从而形成沟道。
在该实施例中，设有凹部20。
本申请的发明者们研究后知道，在不设凹部20(源151与区域12的边界做成直线状)的情况，不能控制溶液的干燥方向。
因此，所形成的沟道的特性在元件之间产生偏差。因此，存在的问题是难于提高TFT的器件特性、器件间的特性均匀性以及可靠性。
但是，用上述涂敷技术不能完全解决这个问题。即，在用涂敷形成TFT的沟道半导体层的场合，必许把形成半导体的区域限定在沟道内，但仅用如非专利文献3、4及5记载的现有技术不能满足这种要求。作为限定半导体层形成区域的方法，例如，可应用利用如专利文献1-日本特开2004-119479号公报中所记载的亲疏液图形的技术。若使用该技术，预先在滴下溶液的表面形成亲疏液图形，虽然能只在亲液图形内封闭溶液来限定半导体层形成区域，但不能解决如下问题。即，即使能将滴下来的溶液限定在亲液图形内，也不能控制溶液干燥的方向。因此，干燥后所生成的半导体晶体对每个元件来说随机取向。因此，元件间的特性具有偏差。根据情况，例如，溶液的半导体浓度低的情况等，半导体膜只形成在亲液图形内的一部分，其位置有可能在元件间随机分布。这起因于不能控制滴下来的溶液在亲液图形内的哪里开始干燥，沿哪个方向进行干燥，最终在哪个位置干燥。即，这是因为干燥后所形成的有机半导体晶体膜的位置对每个元件来说是随机决定的。这种情况在要加热衬底以提高干燥速度的场合和为了提高溶解度而加热溶液的场合表现得更显著。而且，不能控制所形成的半导体晶体的晶粒大小和取向。因而，提高TFT的器件特性、器件间的特性均匀性以及可靠性是困难的。
发明内容
本发明就是鉴于这样的问题而提出来的，其目的在于解决上述问题。
对实施本发明的方案概述如下。
如图1(a)所示，例如，在源151和应成为沟道区域的部分(亲液性区域)12的边界线上，设有例如凹部20。由此控制溶液的干燥方向。于是，干燥先从漏152和应成为沟道区域的部分(亲液性区域)12的边界线上的一侧进行，如图3(a)～(e)所示那样进行干燥。因此，如图1(a)所示，成为沟道的晶粒11沿源151和漏152的延长方向细长地取向。因此，可改善现有技术存在的问题。
本发明的方案之一如下。
一种场效应晶体管的制造方法，其特征是，在衬底上设置形成图形的栅电极，在上述衬底上和上述栅电极上设置栅绝缘膜，
在上述栅绝缘膜上分开设置源电极和漏电极，在上述源电极和上述漏电极之间有应成为沟道的区域，该区域与上述源电极或上述漏电极中任一方的第一边界线是直线状，上述该区域与上述漏电极或上述源电极中的另一方的第二边界线是非直线状，而且，上述第二边界线是连续的或不连续的，该边界部分有多个凹部，准备上述该区域表面有比其它区域高的亲水性、上述该区域的周围区域有比上述该区域高的疏水性的构件，向上述该区域供给含有半导体有机分子的溶液，并干燥上述溶液。
本发明要通过对滴下溶解了半导体有机分子的溶液的半导体层形成区域的一部分图形的形状赋予特征来改善上述的问题。半导体层形成区域的图形通过对表面的亲疏液性和阶梯差来实现。该特征使滴下溶液的形状受到影响，作为结果，规定了溶液的干燥开始及结束位置，控制了所生成的半导体膜的晶体生长方向。其结果，可以得到特定的结晶方位沿在沟道中流动的载流子的传导方向取向的，或者，晶粒尺寸沿上述载流子移动方向长大的沟道层。
以下，在本说明书中，在说到表面的对液体的亲液性和疏液性的场合，对这些特性限定如下。即，所谓具有疏液性的表面，是指使用的液体对表面的接触角为大约70度以上的表面；所谓具有亲液性的表面，是指相同使用的液体对表面的接触角为大约40度以下的表面。
赋予图形的特征，可以是例如，如图1(a)所示那样，附加给沟道区域的一部分的矩形形状的亲液性区域。由于滴下到固体表面的液体采用组合了固体和液体的系统的自由能为最少那样的形状，因而，滴下到亲液性区域的溶液因亲液性区域表面具有高的表面能量，通过以溶液覆盖亲液性区域，使表面能量相对低的溶液的液面露出表面，从而降低系统的能量。即，溶液以润湿亲液性区域的方式扩展到区域内。干燥虽在整个液面产生，并使溶液的体积逐渐减少，但由于继续润湿附加给亲液图形的矩形形状的亲液性区域的一方得到能量，所以溶液随着干燥向附加矩形形状的亲液性区域的一边移动，从相反一侧的没有矩形形状的亲液性区域的一边进行干燥。即，能在矩形形状的亲液性区域的位置控制干燥的方向。由于晶体沿溶液和表面的界面扫描的方向生长，因而能使沿上述扫描方向取向的晶体生长。另外，由于晶粒也沿该方向生长，所以能使晶粒尺寸沿该方向长大。
赋予图形的特征，虽然在这里为以图1为例用于说明的矩形形状的亲液性区域，但不必一定是矩形，只要是通过对直线状的源/漏电极-沟道边界的一部分赋予增加沟道面积那样的变化，从而使赋予前具有的沟道形状的对称性有所降低，使溶液-固体表面的自由能受到影响而产生如上所述的效果，则可以是如图2(a)到图2(h)所示那样的三角形、圆形的一部分、波形、那些形状的组合及其它的任何形状。另外，赋予这样的非直线变化的方法，也有不是如图2(a)～(d)那样的源电极或漏电极与沟道的边界中的哪一个，而是如图2(e)～(h)那样只赋予双方的边界中的哪一个的方法。
通过赋予的位置能控制溶液干燥的方向。作为赋予的非直线形状的特征的尺寸，关于图2中的L1，相对于作为沟道的特征的尺寸的沟道长度L，可以大概为5～10％左右。即使是10％以上，对于控制溶液的干燥方向也没有特别的问题。但是，必许限于不影响晶体管性能的程度。关于L2，只要是与L1的大小基本相同的程度，则没有问题。在后述的实施例中，沟道长度L和沟道宽度W分别是数百μm、数十μm，L1和L2的大小大概是从数μm到数十μm。
若采用本发明的实施例，通过在源/漏电极与应成为沟道的区域的边界部分设置上述凹部，就能控制半导体有机分子溶液对多个TFT元件的干燥。其结果，能控制形成从溶液生长的有机分子晶体薄膜的晶粒的生长方向和取向。因此，能提高在沟道中流动的载流子的移动度，并且可以减少元件间的偏差，提高可靠性。在从液体生长半导体有机分子晶体的场合，为了廉价地实现晶体的取向和生长方向的控制，有必要控制溶解半导体有机分子的溶液的干燥过程，为了廉价地达到该目的，使用在衬底上赋予的图形(例如，上述凹部)是最现实的方法。采用这种方法，可以使用以涂敷法或喷墨法为主的印刷法，廉价而容易地在同一衬底上形成多个载流子移动度大的有机TFT。
根据本发明，可以比以前增大有机TFT的载流子移动度。
图1(a)是表示由本发明实施例形成的TFT的典型构造的平面图，图1(b)是在图1(a)的A-A位置沿剪头方向看到的剖面图。
图2(a)-图2(h)是示意地表示将由本发明实施例形成的TFT源/漏电极和沟道边界做成非直线形状的例子图。
图3(a)-图3(e)是示意地表示通过使本发明实施例的半导体有机分子溶液自发地发生各向异性的干燥，从而使高取向的半导体有机分子晶体薄膜从溶液成长的过程的图。
图4(a)-图4(f)是表示使用本发明实施例的印刷和涂敷法形成TFT具体例子图。
图5A是将本发明实施例的TFT用于驱动电路的3×3的像素单元的有源矩阵型显示元件的等效电路图。
图5B是表示图5A的像素单元的具体结构例子图。
具体实施例方式
实施例1图1(a)是示意地表示本发明实施例1的TFT构造的平面图，图1(b)表示的是在图1(a)的A-A位置的剖面图。
在图1(a)中，151、152是源/漏电极。标号11是半导体有机分子晶体薄膜，由高取向的晶粒构成，形成TFT的沟道区域12。标号14是疏液性高的区域，标号12的沟道区域在由有机半导体形成沟道之前的阶段，其表面是亲液性(疏液性低)的状态。本发明，如后述的那样，利用由疏液性区域14包围的区域内的亲液性区域12的图形，规定对亲液性区域12提供的半导体有机分子溶液的干燥方向，控制生长的晶体取向和晶粒大小。
在图1(b)中，标号16是衬底，在其上面形成栅电极13后，形成绝缘膜17。在绝缘膜17上形成在图1(a)说明过的疏液性区域14和亲液性区域12。该亲液性区域12为达到与栅电极13相对应的位置而自行调整地进行定位。利用沟道区域表面的亲液性，形成沿沟道12取向的半导体有机分子薄膜后，形成源/漏电极151、152。关于这里叙述的处理顺序，后面将进行更具体的说明。
本发明的特征在于，在源区域151或漏电极152中的任一方和应成为沟道的区域(亲液区域)12的边界的至少一部分，设置图1(a)所示的凹部20。在图1(a)中，凹部的平面形状虽是矩形(四方形)，但平面形状不限于矩形，也可以使用三角形和半圆形、四方形(包含正方形、长方形)、或波形等中的至少任一种。
本实施例的情况，重要的是，源区域151和亲液区域12的边界(线)形状，和漏电极152和亲液区域12的边界(线)形状是不同的形状。这样，亲液区域12的外周形状不是单纯的矩形形状，通过在外周的一部分设置例如凹部，对于滴下到亲液区域12内的液体的分布的稳定性也发生同样的各向异性，在干燥过程中发生为实现那样分布的液体移动。作为结果，能规范地决定干燥方向的各向异性和干燥开始及结束位置。
此外，只要能照上述那样可控制亲液区域内的干燥方向、干燥开始及干燥结束的位置，则凹部的形状如上所述可以是任意的形状。
图3(a)-(e)是说明本发明的含有半导体有机分子的溶液的各向异性的干燥过程和高取向晶体的生长过程的图，这里，所谓各向异性，是与各向同性意思相反的的单词。使指溶液的干燥方向不是各向同性的，或不是无序的而是可控制状态。
如图3(a)所示，准备由疏液性区域14包围了形成TFT图形用的亲液性区域19的构件。在亲液性区域19的两端形成源电极部/漏电极部，在其间形成沟道12。最好使源/漏电极表面也具有疏液性。使电极表面具有疏液性，可通过例如，在电极上形成选择性吸附的疏液性单分子层来实现。具体地说，通过使用金、银、铂等作为电极，可以使用在末端具有在这些金属中选择性吸附的硫醇的各种分子。
如图3(b)所示，使用喷出机构对该亲液性区域19提供溶解了半导体有机分子的溶液23。最好使衬底保持水平，从而使提供的溶液不从亲液性区域溢出。最好以下述方式制造构件，即，通过将构件保持水平，从而使该亲液性区域19的表面也成为水平。作为喷出机构，例如，可以是在液体吸移管和微量吸管之类的前端开有小直径的孔的机构，和使用了金属制的针的分配器、喷墨打印机的喷墨头等。喷出机构最好有控制喷出位置的机构和控制喷出的溶液的喷出量的机构。由于使用的溶液、疏液区域和亲液性区域的疏液性的差，也可以不用喷出机构，而通过将整个衬底浸泡在溶液中，以此将溶液供给到衬底上。由于亲液性区域19的周边部被疏液性包围，所供给的溶液23停留在亲液性区域19内。疏液性区域14、亲液性区域19的形成可以用公知的方法。例如，在对全部面涂敷了具有疏液性的有机分子溶液后，通过使用有所需要的图形的掩膜，进行紫外线照射，就能只分解照射区域的疏液性有机分子而制成图形。另外，如专利文献2-日本特开2004-119479号公报所示，有利用喷出机构涂敷疏液性溶液并形成疏液图形的方法等。除了亲疏液图形外，可以设置阶梯，使亲液性区域19比周边部低，同时，可以在疏液性区域加工周边部。
供给到亲液性区域19的溶液23的干燥虽然在液体和气体接触的全部面上发生，但如图3(c)所示，液量从没有凹部的一侧减少，在附加了凹部的一侧剩余的液体相对较多。这是因为溶液改变分布，使由亲液性区域表面和液体构成的系统的自由能为最少，向有凹部的方向移动。在没有凹部、具有对称性更高的形状的亲液区域的场合，由于液体的流动不会对能量的增益带来变化，液体在干燥过程中不向特定的方向移动，不规则地决定干燥开始的位置。另一方面，在有凹部的情况下，由于润湿了该区域的一方其自由能的增益大，因而残存的液体自然向有凹部的方向移动，干燥则从没有凹部的一方开始。因此，可以稳定地控制干燥的方向及干燥的开始和终点。由于通过溶液的干燥使半导体有机分子的晶体生长，所以晶体从没有凹部的一方向有凹部的一方生长。为了使干燥从亲液图形的一方开始进行，自然地到达另一方，必许在沟道的一个地方配置凹部。
如图3(d)所示，溶液23从沟道的一方向另一方干燥了的结果，溶解在溶液23中的半导体有机分子11沿沟道12生长并与溶液干燥的进行方向平行地取向。即，沿沟道12的长度方向(连接源和漏的方向)生长的晶粒直径更大，进而能在该方向上配置具有特定的结晶方位的半导体有机分子晶体11。
实施例2在本实施例中，说明使用具有塑性的材料，不采用平版印刷技术而用印刷和涂敷等方法来构成本发明的TFT的方法。图4(a)-图4(f)是具体说明构成方法的图。图4(a)、图4(b)、图4(d)和图4(f)的左侧的各图表示右侧的图的B-B’剖面。
如图4(a)所示，在塑料衬底61上使用导电性墨水印刷图1所示图形的栅电极62。对其进行烧成形成金属电极62，但由于使用塑料，必须注意塑料的软化温度。在实施例2中，衬底61使用厚度100μm的高耐热透明性聚酰亚胺片，烧成温度抬高到250℃左右。因此，能充分地承受使用了将银超微粒子分散在导电性墨水中的水溶液的场合所必要的200℃的烧成温度。
在衬底61和栅电极62上使用旋涂法涂敷有聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，并使其充分干燥后，形成栅绝缘膜63。这里，用加热板在100℃进行十分钟干燥。进而形成感光性薄膜64。在实施例2中，用旋涂法涂敷阳性抗蚀剂，得到膜厚100nm的膜。
接着，为了形成源/漏电极而形成疏液图形。作为疏液膜，用旋涂法涂敷以全氟辛烷稀释到0.1％的氟化烷基系硅烷耦合剂(ダイキン工业株式会社制，商品名オプツ-ル)，如图4(b)的剖面图中的向上的箭头所示，用水银灯从塑料衬底61的面照射紫外线。由于实施例2使用的感光性涂敷膜的感光所必要的紫外线是波长365nm的i射线，为了避免破坏已层叠的栅绝缘膜63(高分子膜-PMMA膜)，最好300nm以下波长的紫外线用滤光器断开进行照射。由于在栅电极部已经形成有金属电极膜62，所照射的紫外线不能透过与沟道12对应的区域，只有与栅电极部的疏水区域14对应的区域和源/漏电极部的感光性薄膜感光。照射30秒左右后，通过使感光性薄膜显像，除去与栅电极部的疏水区域14对应的区域和源/漏电极部的感光性薄膜64，卸下该区域的疏水膜。这样，在相当沟道的区域形成疏水膜65(图4(c))。和栅电极同样，用导电性墨水形成作为源/漏电极的金属膜151、152(图6(d))。与上述同样，用旋涂法涂敷氟化烷基系硅烷偶合剂，形成疏液膜67(图6(d))。通过用感光性薄膜的溶剂除去抗蚀剂64，卸下沟道区域的疏水膜65，如图6(e)那样，只有沟道以外的区域、即只有与源/漏电极部对应的区域67呈现疏液性。本实施例使用了丙酮作为感光性薄膜溶剂。
接着，为了形成沟道，涂敷半导体有机分子。使用喷嘴的位置控制机构、溶液的喷出量控制机构及带有溶液加热机构的喷出机，在氮气氛下向沟道供给半导体有机分子的溶液。实施例2如非专利文献5那样，溶剂使用三氯苯，将并五苯分散在溶剂中得到0.1wt％浓度后，在200℃加热使其溶解的溶液用作溶液。通过喷嘴大概供给3微升的该溶液。为了防止因溶液温度急剧下降引起的晶体在溶液中的生长，所以，衬底可以加热到170℃左右。所供给的溶液向着有设于沟道的凹部的一侧进行各向异性的干燥，如图4(f)的俯视图(图4(f)右侧的图)中所示，形成在上述方向取向的半导体有机分子晶体膜68。这样，在亲水性区域形成半导体有机分子层68，能够不用平版印刷技术而用印刷和涂敷等的廉价的方法构成了有塑性的TFT。半导体有机分子晶体膜形成后，为了防止半导体层的氧化，希望在直至形成保护膜之前将其放置在氮气和惰性气体的气氛下，或者以不在含氧气体中照射波长比可见光短的光的状态下进行保管。
实施例2通过使用背面曝光，可以自己调整地对栅电极和沟道及源/漏电极进行定位。
在实施例2中，虽然衬底使用聚酰亚胺，绝缘膜使用PMMA，但除此以外，即使衬底使用以聚乙烯酚为主的塑性的各种塑料衬底，绝缘膜使用聚酰亚胺、聚乙烯酚等也没有任何问题。另外，在塑性没有必要的场合，通过衬底使用无机的绝缘膜，便可以享受印刷和涂敷等制造工艺方法的可选性增加的优点。在形成栅电极后，通过旋转覆盖玻璃(SOG)形成绝缘膜，用旋涂法涂敷阳性抗蚀剂，使用水银灯从背面照射紫外线。由于通过显像溶解并除去被栅电极遮光的区域以外的抗蚀剂，所以抗蚀剂图形成为与栅电极相同的图形。在该状态下用旋涂法涂敷氟化烷基系硅烷偶合剂。接着，通过使用丙酮等除去抗蚀剂，从而去掉氟化烷基系硅烷偶合剂，得到希望的疏液图形。采用这种方法，由于SOG的烧成需要450℃左右的热处理，抗蚀剂的除去使用有机溶剂，因而不能使用于除了衬底以外使用有机材料的场合。该方法有制造工序的工序数减少和为了形成疏液膜而不需要金属的优点。
其它实施例在图1(b)中，为了仅在源/漏电极的一侧形成附加在构成沟道12的亲液图形上的突出部，半导体有机分子晶体的取向方向向着连接源/漏电极的方向，但本发明不限于此，例如，通过将附加的突出部形成在源电极和漏电极的两侧的上侧或下侧的任一端，从而能把与载流子在沟道中流动的方向垂直的方向作为晶体的主取向方向。同样地，也能使在相对于沟道中的载流子传导方向为任意的方向上有主取向的晶体生长。由于晶体生长一般具有沿容易生长轴方向优先地生长的倾向，所以从溶液生长的晶粒也沿容易生长轴方向生长。因此，在容易生长轴和载流子移动度为最大的晶体方位不一致的情况下，用本实施例记载的方法能控制容易生长轴，使载流子移动度为最大的晶体方位与连接源/漏的方向一致。
凹部(突出部)的形状不必限于图1所示的矩形。可以是使对亲液性区域供给溶液进行以凹部为终点的各向异性的干燥那样的图形。因此，除矩形以外，即使是例如三角形和半圆、其它不规则的形状也能达到目的。
另外，将与在衬底上所形成的沟道相对应的区域做成比周边部更低的同时，将周边部作为疏液性区域，向衬底上供给包含有机分子的溶液，在由附加在沟道部的一部分上的突出部控制的方向，使上述所供给的溶液进行各向异性的干燥，也可以使上述溶液中的上述有机分子在与上述沟道对应的区域取向并生长。
另外，半导体有机分子溶液的供给不限于使用上述的以微吸移管为代表的喷嘴的方法，例如，也可以使用专利文献3-日本特开2003-229579号公报、专利文献4-日本特开2003-133691号公报或专利文献5-日本特开2003-80694号公报公开的喷墨打印机的方法。作为形成电极和配线的方法，虽然近几年来对例如，非专利文献7-日经电子杂志，2002年6月17日号，第67-78页(日经エレクトロニクス2002年6月17日号，pp，67-78)所记载的使用喷墨、电镀、印刷等的所谓直接描绘法制造的方法正进行活跃的研究，但通过将这些技术和本发明的技术予以组合，与使用以前的光刻法比较，可以预期能廉价形成以电子元件为主的电气电路的优点。
实施例2虽然使用氟化烷基系硅烷偶合剂作为疏液膜材料，但只要是在至少一部分具有用氟基为终端的碳链的疏液性分子，也可以是其它材料，例如，也可以是日本特开2001-278874号公报公开的、侧链上具有氟代换基的全氟氧杂环丁烷等的氧杂环丁烷衍生物。其它，也能用不取决于氟系表面活性剂的疏液膜。这时，虽具有增加可选择性的优点，但对于半导体有机分子溶液来说，疏液性有降低的倾向。另外，在实施例2，在形成了源/漏电极后，虽在上述源/漏电极上涂敷了氟化烷基系硅烷偶合剂作为疏液膜，但通过在源/漏电极形成中使用金超微粒子分散水溶液而以金来形成电极，作为疏液膜能使用末端具有硫醇基的硫醇系列疏液膜。这时有能压低源/漏电极和沟道半导体膜之间的接触电阻的优点。
应用例下面说明驱动电路使用了本发明实施例的TFT的有源矩阵型显示元件的像素单元的制作例子。
图5A是驱动电路使用了本发明的TFT时的对于3×3的像素单元的有源矩阵型显示元件驱动电路的等效电路图。
标号616是扫描线驱动电路，对扫描线614以预定的周期提供信号。标号617是数据线驱动电路，给数据线提供图像数据信号。标号611是用这些电路选择地驱动的像素单元。各像素单元611由像素613和像素选择TFT612及有关配线构成。在本实施例中，为了将液晶驱动用有源矩阵型显示元件驱动电路列举为例子，像素613等效地表示为电容。即使在像素数更多的显示器的情况下，由于是有源矩阵型，也可以只增加像素单元。
图5B是表示图5A的具体结构的例子图。各像素单元的制作方法与实施例2记载的方法相同。以下说明概要。
首先，在聚酰亚胺片衬底上印刷成形具有扫描线614的图形的金属配线。配线宽度是50μm。扫描线614也兼作像素选择TFT612的栅电极。在图5B中，把各像素的周围形成扫描线614包围的配置，各像素间用616表示的部分予以连接。扫描线614形成后，用PMMA形成绝缘膜，在形成像素选择TFT612的沟道之前，制作数据线615的配线图形。
在应用例中，作为感光性薄膜涂敷i射线感光型疏液膜。在该状态，通过从背面照射i射线，能够作到仅在扫描线图形上具有疏液性。用扫描机构及加热机构、带有滴下量调整功能的喷出机涂敷导电性墨水，形成数据线615的图形。作为导电性墨水使用金微粒子分散水溶液。这时，在标号616所示的区域虽然扫描线横穿数据线图形，但通过将616部的扫描线宽度相对于数据线宽度预先设计得较窄，从而使涂敷在616部的扫描线上的导电性墨水形成不中断的连续的直线。接着，将上述导电性墨水供给与像素对应的区域613，形成与像素相对的电极。这里，从表面、即与衬底相反一侧照射i射线，除去扫描线上的i射线感光型疏液膜。将衬底浸渍在末端具有硫醇基的硫醇系列疏液SAM膜中，在数据线615及与像素相对的电极613的金属膜上形成硫醇系列疏液膜。与实施例2所示的方法同样，通过形成半导体有机分子薄膜，从而能形成像素选择TFT612。在本应用例中，也能用背面曝光自己调整地配置栅电极及沟道，源/漏电极。
通过涂敷和烧成聚酰亚胺，能在最上层形成保护膜。然后，若用公知的方法在像素区域形成液晶膜后，用ITO涂料等形成ITO膜制成上部电极，就能形成像素及其驱动电路。在这里，只要如图5A所示适当地构成扫描线驱动电路616、数据线驱动电路617，就能构成有源矩阵型显示元件。
在本应用例中，由于使用了在绝缘膜形成中使用PMMA，在数据线616的形成中使用导电性墨水等利用印刷和涂敷的制造方法，与光刻法比较，能大幅度降低制造成本及大幅度削减制造步骤。在用印刷和涂敷法时，各配线图形的定位误差虽比光刻法大，但由于像素元件控制电路所要求的定位误差，与逻辑电路等所要求的定位误差比较要求相当缓和，因而，只要喷墨的定位误差在30μm左右就没有问题。当然，能用通常的半导体元件制作工序所使用的真空中的成膜法来代替印刷和涂敷法。由于使用通常的半导体元件制作工序，对精密地进行各配线图形的定位是有利的。
若使用本发明的实施例，由于能使形成沟道的半导体有机分子的晶体沿需要的方向高取向，因而能制造载流子移动度大的TFT。在本发明中，由于沟道的形成利用液体，能用涂敷法和喷墨法制造，因而能容易且廉价制造TFT。
若使用本发明的实施例，由于使用有塑性的衬底，采用上述的涂敷和印刷技术，因而可以预期能形成柔性的显示装置驱动电路。
若使用本发明的实施例，能提供构成沟道的半导体有机分子薄膜具有高取向的高性能的有机TFT。
权利要求
1.一种场效应晶体管的制造方法，其特征是，在衬底上设置形成图形的栅电极，在上述衬底上和上述栅电极上设置栅绝缘膜，在上述栅绝缘膜上分开设置源电极和漏电极，在上述源电极和上述漏电极之间有应成为沟道的区域，该区域与上述源电极或上述漏电极中任一方的第一边界线是直线状，上述该区域与上述漏电极或上述源电极中的另一方的第二边界线是非直线状，而且，上述第二边界线是连续的或不连续的，该边界部分有多个凹部，准备上述该区域表面有比其它区域高的亲水性、上述该区域的周围区域有比上述该区域高的疏水性的构件，向上述该区域供给含有半导体有机分子的溶液，并干燥上述溶液。
2.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，上述凹部的几何学形状有四边形、三角形、半圆形或波形中的至少任一种。
3.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，具有有利于使应成为上述沟道的区域内的上述溶液先从上述第一边界线一侧干燥的上述凹部
4.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，具有把上述构件浸入到容器内的上述溶液中，然后，从上述容器中取出上述构件的工序。
5.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，通过将应成为上述沟道的区域内的上述溶液干燥而成为晶粒，上述晶粒构成沟道。
6.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面以包含上述源电极和上述漏电极的固体包围的方式形成，上述区域表面与其周边部比较，亲液性相对高，上述周边部与上述区域表面比较，疏液性相对高。
7.如权利要求1记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面位于比包含上述源电极和上述漏电极的周边区域低的位置。
8.一种场效应晶体管的制造方法，其特征是，在衬底上设置栅电极，在上述衬底上和上述栅电极上设置栅绝缘膜，在上述栅绝缘膜上分开设置源电极和漏电极，在上述源电极和上述漏电极之间有应成为沟道的区域，该区域与上述源电极的第一边界线有第一直线状的部分和第一非直线状的部分，上述该区域与上述漏电极的第二边界线有第二直线状的部分和第二非直线状的部分，上述第一和第二边界线的上述第一和第二非直线状的部分是连续的或不连续的，而且，该边界部分有多个凹部，上述第一和第二非直线状的部分相对于与上述该区域的上述第一和第二边界线平行方向的上述该区域的中心线，位于大致对称的位置，准备上述该区域表面有比其它区域高的亲水性、上述该区域的周围区域有比上述该区域高的疏水性的构件，向上述该区域供给含有半导体有机分子的溶液，干燥上述溶液。
9.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，上述凹部的几何学形状有四边形、三角形、半圆形或波形中的至少任一种。
10.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，具有有利于使应成为上述沟道的区域内的上述溶液先从上述第一边界线一侧干燥的上述凹部
11.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，具有把上述构件浸入到容器内的上述溶液中，然后，从上述容器中取出上述构件的工序。
12.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，通过使应成为上述沟道的区域内的上述溶液干燥而成为晶粒，上述晶粒构成沟道。
13.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面以包含上述源电极和上述漏电极的固体包围的方式形成，上述区域表面与其周边部比较，亲液性相对高，上述周边部与上述区域表面比较，疏液性相对高。
14.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面位于比包含上述源电极和上述漏电极的周边区域低的位置。
15.如权利要求8记载的场效应晶体管的制造方法，其特征是，在上述第一边界线上，各有一个第一直线状的部分和第一非直线状的部分，在上述第二边界线上，各有一个第二直线状的部分和第二非直线状的部分。
16.一种场效应晶体管，其特征是，衬底上有栅电极，在上述衬底上和上述栅电极上有栅绝缘膜，在上述栅绝缘膜上有相互分开的源电极和漏电极，在上述源电极和上述漏电极之间有应成为沟道的区域，该区域与上述源电极或上述漏电极中任一方的第一边界线是直线状，上述该区域与上述漏电极或上述源电极的另一方的第二边界线是非直线状，而且，上述第二边界线是连续的或不连续的，且其边界部分有多个凹部，具有上述该区域表面有比其它区域高的亲水性、上述该区域的周围区域有比上述该区域高的疏水性的构件，上述该区域上有具有半导体有机分子的沟道。
17.如权利要求16记载的场效应晶体管，其特征是，上述凹部的几何学形状有四边形、三角形、半圆形或波形中的至少任一种。
18.如权利要求16记载的场效应晶体管，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面以包含上述源电极和上述漏电极的固体包围的方式形成，上述区域表面与其周边部比较，亲液性相对高，上述周边部与上述区域表面比较，疏液性相对高。
19.如权利要求16记载的场效应晶体管，其特征是，在平面上看，应成为上述沟道的区域表面位于比包含上述源电极和上述漏电极的周边区域低的位置。
全文摘要
本发明提供一种具有使沟道传导的载流子的移动度比以前的有机TFT大的值的TFT制造方法。场效应晶体管的制造方法的特征是，在衬底上设置形成图形的栅电极，在上述衬底上和上述栅电极上设置栅绝缘膜，在上述栅绝缘膜上分开设置源电极和漏电极，在上述源电极和上述漏电极之间设置应成为沟道的区域，该区域与上述源电极或上述漏电极中的任一方的边界线是直线状，上述该区域和上述漏电极或上述源电极中的另一方的边界线是非直线状，而且，该边界线是连续或不连续的形状，该边界部分有多个凹部，准备上述该区域表面有亲水性、上述该区域的周围区域具有疏水性的构件，向上述该区域供给含有半导体有机分子的溶液，并干燥上述溶液。
文档编号H01L51/10GK101064362SQ20071008482
公开日2007年10月31日 申请日期2007年2月27日 优先权日2006年4月26日
发明者藤森正成, 桥诘富博, 安藤正彦 申请人:株式会社日立制作所