JP2005286158A - パターン形成方法、電子デバイス及びその製造方法並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造効率を向上させることができるパターン形成方法及び電子デバイスの製造方法、並びに前記電子デバイスの製造方法を用いて製造された電子デバイス、電子機器を提供する。
【解決手段】 基材10上に、機能膜12からなる所定パターンを形成するパターン形成方法であって、基材10上に、触媒となる物質を元素に有する化合物を主成分とする触媒化合物層11を形成する第1工程と、触媒化合物層11の機能膜12を形成する機能膜形成領域11bに存在する化合物が触媒として機能するようにする触媒化処理を施す第2工程と、機能膜形成領域11bに、触媒機能を利用して機能膜12を形成する第3工程とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】 基材10上に、機能膜12からなる所定パターンを形成するパターン形成方法であって、基材10上に、触媒となる物質を元素に有する化合物を主成分とする触媒化合物層11を形成する第1工程と、触媒化合物層11の機能膜12を形成する機能膜形成領域11bに存在する化合物が触媒として機能するようにする触媒化処理を施す第2工程と、機能膜形成領域11bに、触媒機能を利用して機能膜12を形成する第3工程とを有する。
【選択図】 図1
Description
本発明は配線等のパターン形成方法、電子デバイス及びその製造方法並びにそのデバイスを備えた電子機器に関するものである。
通常、配線等のパターンを形成する場合には、まず、基材上に、配線等として機能する機能膜を形成し、この上にレジストを塗布した後、これを露光、現像により所定の形状にパターニングする。そして、このレジストをマスクとして機能膜をエッチングした後、レジストを剥離する(例えば、特許文献1参照)。積層パターンを形成する場合には、これらの工程を層毎に行なう必要がある。
特開平5−338184号公報
しかし、上記のパターン形成方法では工程数が多く、特に積層パターンを形成する場合には時間と手間とを要するため製造効率がよくない。また、製造に要するコスト・エネルギーが高くなる等の問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、製造効率を向上させることができるパターン形成方法及び電子デバイスの製造方法、並びに前記電子デバイスの製造方法を用いて製造された電子デバイス、電子機器を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のパターン形成方法は、基材上に、触媒となる物質の元素を有する化合物を主成分とする触媒化合物層を形成する第1工程と、前記触媒化合物層の前記機能膜を形成する機能膜形成領域が、触媒として機能するように触媒化処理を施す第2工程と、前記機能膜形成領域に、触媒機能を利用して前記機能膜を形成する第3工程と、を有することを特徴とする。すなわち、本発明のパターン形成方法は、基材上に形成された触媒化合物層において、機能膜を形成する機能膜形成領域に存在する化合物に対し、触媒化処理を施して、機能膜形成領域が触媒として機能するようにする処理を施して触媒層を形成することにより、前記触媒層の触媒機能を利用して前記機能膜形成領域に選択的に機能膜を形成することができる。このため、本方法では、特許文献1に開示された従来の方法に比べて、レジストの形成工程、露光・現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程が不要となり、製造効率が向上し、工程の時間、コスト、エネルギーを大幅に削減することができる。
このパターン形成方法において、前記第2工程は、前記化合物を分解または還元して前記触媒物質を(生成する)処理であってもよい。これによって、前記機能膜形成領域に、高い触媒機能を有する触媒層を形成することができる。
このパターン形成方法において、前記化合物を分解または還元する処理は、前記触媒化合物層の機能膜形成領域に対して、レーザを照射する方法、紫外線を照射する方法、赤外線を照射する方法、還元性ガスを導入したプラズマを照射する方法及び還元剤を付与する方法のうちの少なくとも1種により行われる処理であってもよい。これによって、容易かつ効率的に、高い触媒機能を有する触媒層を前記機能膜形成領域に形成することができる。
このパターン形成方法において、前記第3工程において形成される機能膜は、金属膜または繊維状炭素系物質で構成される炭素膜(特に、カーボンナノチューブ)で構成される膜であってもよい。これによって、導電性に優れ、かつ、高い機械的強度(形状の安定性)の高いパターンを形成することができる。
このパターン形成方法において、前記金属膜は、無電解めっき法により形成されてもよい。これによって、真空装置等の大掛かりな装置を必要とせず、容易かつ安価にパターンを形成することができる。
このパターン形成方法において、前記繊維状炭素系物質で構成される炭素膜は、CVD(化学的気相蒸着)法により形成されてもよい。これによって、前記繊維状炭素系物質が緻密に配列した炭素膜を得ることができる。
このパターン形成方法において、前記化合物は、Ag、Cu、Pd、Ni、Co、Fe、Pt、Rh、IrまたはRuのうち、少なくとも1種を構成元素とするものであってもよい。これによって、高い触媒機能を有する触媒層を機能膜形成領域に形成することができる。
このパターン形成方法において、前記化合物は、酸化第一銀、酸化第二銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体、酸化第一銅または酸化第二銅のうち、少なくとも1種を主成分とするものであってもよい。これによって、容易に前記化合物を分解または還元させ、機能膜形成領域に触媒層を形成することができる。
本発明の電子デバイスの製造方法は、上記本発明のパターン形成方法を用いていることを特徴とする。これによって、基材上の配線などのパターン形成にかかる製造効率が向上し、ひいては電子デバイスの製造効率を向上させることができる。
本発明の電子デバイスは、上記電子デバイスの製造方法により製造されたことを特徴とする。これによって、安価に前記電子デバイス、ひいては安価に前記電子デバイスを備えた電子機器を提供することができる。
実施の形態1.
以下、本実施の形態では、本発明に係るパターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。なお、各図に示されている層や部材は、図面上で認識可能な程度の大きさとするため、それらの縮尺は実際のものとは異なったもので表されている場合がある。
以下、本実施の形態では、本発明に係るパターン形成方法、及び電子デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。なお、各図に示されている層や部材は、図面上で認識可能な程度の大きさとするため、それらの縮尺は実際のものとは異なったもので表されている場合がある。
図1は、本実施の形態に係るパターン形成方法の主要工程における基材の模式断面図である。以下、本発明に係るパターン形成方法について説明する。図1(a)に示すように、基材10は、配線等のパターンが形成される対象物であり、例えば、複数の機能膜と絶縁膜が予め積層された多層配線基板や、配線層や層間絶縁膜が予め形成された回路基板等の基板となるものである。基材10の材質は、その使用目的に応じて選択され、例えば、光透過性が求められる場合にはガラス等の透明性材料が選択され、可撓性が求められる場合には樹脂材料等が選択され、半導体素子を形成する場合にはシリコンウェハが選択される。
本実施形態のパターン形成方法は、基材10上に触媒となる元素を有する化合物を主成分とする触媒化合物層を形成する第1工程(触媒化合物層形成工程)と、機能膜を形成する機能膜形成領域が、触媒として機能するように触媒化処理(触媒層形成)を施す第2工程(触媒化処理工程)と、前記機能膜形成領域に、触媒機能を利用して機能膜を形成する第3工程(機能膜形成工程)と、からなっている。次に各工程を説明すると共に、各工程で用いられる方法及び装置について説明する。
[1]触媒化合物層形成工程
触媒化合物層形成工程は、図1(b)に示すように、触媒となる元素を有する化合物(この化合物自体は、通常、触媒として機能しない。以下、触媒化合物という)を溶質とした触媒化合物含有溶液11Lを基材10上に塗布して触媒化合物層11を形成する。触媒化合物含有溶液11Lを塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレー成膜法、スリットコート法、印刷法、インクジェット(液体吐出)法等を用いることができる。また、触媒化合物含有溶液11Lに含まれる触媒化合物としては、Ag(銀)、Cu(銅)、Pd(パラジウム)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、V(バナジウム)、Mo(モリブデン)、Pt(白金)、Rh(ロジウム)、Ir(イリジウム)、Ru(ルテニウム)等を元素として有する化合物を用いることができる。ここで、触媒化合物として酸化第一銀、酸化第二銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体等からなる粒子状銀化合物または酸化第一銅、酸化第二銅からなる銅化合物から選ばれた1種または2種以上の混合物を主成分として用いることが好ましい。後述する触媒化処理が容易に行えるからである。なお、溶媒として用いる物質は、特に限定されるものではなく、水、エタノール、キシレン、ターピネオール等を例示することができる。また、触媒化合物層11は上述したように溶液塗布によって形成するようにしてもよいが、別工程においてフィルム状の触媒化合物層11を形成してから基材10上に配置してもよい。
触媒化合物層形成工程は、図1(b)に示すように、触媒となる元素を有する化合物(この化合物自体は、通常、触媒として機能しない。以下、触媒化合物という)を溶質とした触媒化合物含有溶液11Lを基材10上に塗布して触媒化合物層11を形成する。触媒化合物含有溶液11Lを塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレー成膜法、スリットコート法、印刷法、インクジェット(液体吐出)法等を用いることができる。また、触媒化合物含有溶液11Lに含まれる触媒化合物としては、Ag(銀)、Cu(銅)、Pd(パラジウム)、Ni(ニッケル)、Co(コバルト)、Fe(鉄)、V(バナジウム)、Mo(モリブデン)、Pt(白金)、Rh(ロジウム)、Ir(イリジウム)、Ru(ルテニウム)等を元素として有する化合物を用いることができる。ここで、触媒化合物として酸化第一銀、酸化第二銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体等からなる粒子状銀化合物または酸化第一銅、酸化第二銅からなる銅化合物から選ばれた1種または2種以上の混合物を主成分として用いることが好ましい。後述する触媒化処理が容易に行えるからである。なお、溶媒として用いる物質は、特に限定されるものではなく、水、エタノール、キシレン、ターピネオール等を例示することができる。また、触媒化合物層11は上述したように溶液塗布によって形成するようにしてもよいが、別工程においてフィルム状の触媒化合物層11を形成してから基材10上に配置してもよい。
[2]触媒化処理工程
触媒化合物層の所定の領域を触媒として機能するようにする(触媒層形成)処理を施す触媒化処理としては、所定の領域の触媒化合物を分解または還元し、触媒となる金属単体とする処理が挙げられる。その処理方法は特に限定されないが、A:加熱による方法、B:還元性ガスを導入したプラズマによる方法、C:還元剤を付与する方法を例示することができる。これらの処理法を用いることにより、容易かつ確実に触媒化合物を分解または還元することにより触媒となる金属の層(触媒層)を形成し、触媒として機能させることができる。以下、各方法について説明する。
触媒化合物層の所定の領域を触媒として機能するようにする(触媒層形成)処理を施す触媒化処理としては、所定の領域の触媒化合物を分解または還元し、触媒となる金属単体とする処理が挙げられる。その処理方法は特に限定されないが、A:加熱による方法、B:還元性ガスを導入したプラズマによる方法、C:還元剤を付与する方法を例示することができる。これらの処理法を用いることにより、容易かつ確実に触媒化合物を分解または還元することにより触媒となる金属の層(触媒層)を形成し、触媒として機能させることができる。以下、各方法について説明する。
A:加熱による方法
図1(c)に示すように、空気中で触媒化合物層11の機能膜形成領域11bにレーザを照射して局所的に加熱することで、機能膜形成領域11bの触媒化合物層11が熱分解され、触媒層となる。この時、レーザ光が照射されない領域は、触媒作用のない機能膜非形成領域11aとなる。
図1(c)に示すように、空気中で触媒化合物層11の機能膜形成領域11bにレーザを照射して局所的に加熱することで、機能膜形成領域11bの触媒化合物層11が熱分解され、触媒層となる。この時、レーザ光が照射されない領域は、触媒作用のない機能膜非形成領域11aとなる。
機能膜形成領域11bへのレーザ照射は、レーザ照射装置と基材10との間に機能膜形成領域11bの形状に対応して開口したパターンを形成したマスクを配置して行ってもよいし、照射領域を狭く絞ったレーザ光を照射しながら、レーザ照射装置と基材10とを相対移動させて機能膜形成領域11bをレーザ照射してもよい。例えば、粒子状銀化合物は加熱されると、140℃〜250℃という低温においても容易に金属銀粒子に分解されるため、触媒作用を示すようになる。なお、機能膜形成領域11bを加熱する方法は上述したレーザ光照射による方法でもよいが、ヒータやサーマルヘッド等を基材10に接触させて加熱してもよい。また、レーザ光線でなく紫外光、赤外線や赤外光、電子線等を照射して加熱してもよく、さまざまな加熱方法を用いることができる。なお、紫外光や赤外光には加熱による効果だけでなく、直接、銀化合物を分解する作用もある。
B:還元性ガスを導入したプラズマによる方法
機能膜形成領域11bの形状に対応して開口した、フォトマスクと同様のマスクを用いて、機能膜形成領域11bに対して還元性ガスが導入されているプラズマを照射して、触媒化合物を還元することにより行われる。還元性ガスとしては、水素ガス、アンモニアガス、一酸化炭素ガス、あるいはこれらのガスを2種以上混合した混合ガス等が挙げられるがこれらに限らない。
機能膜形成領域11bの形状に対応して開口した、フォトマスクと同様のマスクを用いて、機能膜形成領域11bに対して還元性ガスが導入されているプラズマを照射して、触媒化合物を還元することにより行われる。還元性ガスとしては、水素ガス、アンモニアガス、一酸化炭素ガス、あるいはこれらのガスを2種以上混合した混合ガス等が挙げられるがこれらに限らない。
前記粒子状銀化合物及び前記銅化合物は、この方法により容易に還元され、金属単体となり、触媒作用を示すようになる。なお、この際の圧力は、大気圧下であるのが好ましい。これにより、チャンバーや減圧手段等の使用を不要にでき、低エネルギー、低コストで処理することができる。大気圧環境下で本方法を適用する場合に導入する不活性ガスとしては、ヘリウムガス、アルゴンガスあるいはこれらの混合ガス等が挙げられるが、特にこれらに限らない。
C:還元剤を付与する方法
機能膜形成領域11bに還元剤を塗布することにより、触媒化合物層11の機能膜形成領域11bに存在する触媒化合物が還元されて金属単体となり、触媒として作用するようになる。この還元剤を基材10に供給する方法としては、例えば、インクジェット(液滴吐出)法、オフセット印刷法、スプレーコート法等を用いることができる。これらの方法により、機能膜形成領域11bに選択的に還元剤を供給することができる。また、還元剤としては、過酸化水素、硫化水素、ヒドロキノン、チオ硫酸ナトリウム等を用いることができる。
機能膜形成領域11bに還元剤を塗布することにより、触媒化合物層11の機能膜形成領域11bに存在する触媒化合物が還元されて金属単体となり、触媒として作用するようになる。この還元剤を基材10に供給する方法としては、例えば、インクジェット(液滴吐出)法、オフセット印刷法、スプレーコート法等を用いることができる。これらの方法により、機能膜形成領域11bに選択的に還元剤を供給することができる。また、還元剤としては、過酸化水素、硫化水素、ヒドロキノン、チオ硫酸ナトリウム等を用いることができる。
[3]機能膜形成工程
触媒化合物層11に前記触媒化処理を施すことにより触媒層を形成した機能膜形成領域11bに、この領域に存在する触媒の機能を利用して機能膜12を形成する。本実施の形態では、図1(d)における機能膜12として、主として金属材料で構成される金属膜と、主として繊維状炭素系物質で構成される炭素膜とを形成する場合について、それぞれ説明する。
触媒化合物層11に前記触媒化処理を施すことにより触媒層を形成した機能膜形成領域11bに、この領域に存在する触媒の機能を利用して機能膜12を形成する。本実施の形態では、図1(d)における機能膜12として、主として金属材料で構成される金属膜と、主として繊維状炭素系物質で構成される炭素膜とを形成する場合について、それぞれ説明する。
金属膜を形成する場合に用いる金属材料としては、例えば、Ni、Pd、Pt、Li(リチウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、La(ランタン)、Ce(セリウム)、Er(エルビウム)、Eu(ユウロピウム)、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、Yb(イッテルビウム)、Ag、Cu、Co、Al(アルミニウム)、Cs(セシウム)、Rb(ルビジウム)等の金属、これらを含む合金等が挙げられ、さらに、これらのうち2種以上を組み合わせて用いることができる。また、炭素膜を形成する場合に用いる繊維状炭素系物質としては、例えば、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ等のカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、CNナノチューブ、CNナノファイバー、BCNナノチューブ、BCNナノファイバー、炭素繊維(例えば、気相成長により調製されたもの)等が挙げられるが、特にカーボンナノチューブを主成分とするものが好ましい。
これにより、導電性に優れ、かつ、高い機械的強度(形状の安定性)を有する機能膜12を得ることができる。なお、繊維状炭素系物質は、1本鎖構造(分岐鎖を有さない直鎖状構造)を有するものであってもよいし、分岐鎖構造を有するものであってもよい。以下では、まず、機能膜12が金属膜である場合の機能膜形成工程を説明し、次に、機能膜12が炭素膜である場合の機能膜形成工程を説明する。
A:金属膜形成工程
機能膜12を金属膜で形成する場合、この機能膜12は、例えば、無電解めっき法、電気めっき法、CVD法等で形成することができるが、容易に安価で形成できることから、無電解めっき法により形成するのが好ましい。これにより真空装置等の大がかりな装置を必要とせず、容易かつ安価に、高い成膜精度で機能膜12(金属膜)を形成することができる。
機能膜12を金属膜で形成する場合、この機能膜12は、例えば、無電解めっき法、電気めっき法、CVD法等で形成することができるが、容易に安価で形成できることから、無電解めっき法により形成するのが好ましい。これにより真空装置等の大がかりな装置を必要とせず、容易かつ安価に、高い成膜精度で機能膜12(金属膜)を形成することができる。
図2は無電解めっき法による金属膜形成工程の過程を表す図である。以下、具体的な金属膜形成工程として無電解めっき法による形成工程について説明する。無電解めっき法においては、基材10をめっき液13に浸漬する(図2(a)参照)。これにより、触媒化合物層11の機能膜形成領域11bに存在する触媒に金属元素が析出することで、この領域の形状に対応して機能膜12が形成される(図2(b)参照)。めっき液13は金属塩、還元剤を主成分として、pH調整剤(pH緩衝剤)、錯化剤、安定剤その他の添加剤を補助成分とする混合溶液である。無電解めっき法で用いる金属材料としては、Ni、Ag、Cu、Co等が用いられ、金属塩としては、例えば、硫酸塩、硝酸塩等が好適に用いられる。還元剤としては、例えば、ヒドラジン、次亜隣酸アンモニウム、次亜燐酸ナトリウム等のうち少なくとも1種を主成分とするものが好ましい。還元剤としてこれらのものを用いることにより、機能膜12の成膜速度が適正なものとなり、機能膜12において求められる最適な膜厚範囲に、容易に膜厚を制御できるようになる。また、形成される機能膜12が、均一な膜厚、かつ、良好な表面性を有するものとなる。
無電解めっき法を用いる場合にはpH調整剤(pH緩衝剤)を混合(添加)するのが好ましい。これにより、無電解めっきの進行に伴って、めっき液13のpHが低下するのを防止または抑制することができ、その結果、成膜速度の低下や、機能膜12の組成、性状の変化を効果的に防止することができる。ここで、pH調整剤としては各種のものが挙げられるが、アンモニア水、トリメチルアンモニウムハイドライド、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム及び硫化アンモニウムのうちの少なくとも1種を主成分とするものであるのが好ましい。これにより上記の効果を一層発揮することができる。
錯化剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸、酢酸のようなカルボン酸類、酒石酸、クエン酸のようなオキシカルボン酸類、グリシンのようなアミノカルボン酸類、トリエタノールアミンのようなアミン類、グリセリン、ソルビトールのような多価アルコール類等が挙げられる。また、安定化剤としては、例えば、2,2’−ビピリジル、シアン化合物、フェロシアン化合物、フェナントロリン、チオ尿素、メルカプトベンゾチアゾール、チオグリコール酸等が挙げられる。なお、作業温度(めっき液13の温度)、作業時間(めっき時間)、めっき液13の量、めっき液13のpH、めっき回数(ターン数)等のめっき条件を設定することにより、形成される機能膜12の厚さを調整することができる。
B:炭素膜形成工程
機能膜12がカーボンナノチューブを主材料とする炭素膜である場合、例えば、CVD法(化学的気相成長法)、アーク放電法、レーザ蒸発法等により、カーボンナノチューブを基材10上に成長させて形成することができる。これらの中でも、カーボンナノチューブの生成(作製)方法としては、CVD法を用いるのが好ましい。
機能膜12がカーボンナノチューブを主材料とする炭素膜である場合、例えば、CVD法(化学的気相成長法)、アーク放電法、レーザ蒸発法等により、カーボンナノチューブを基材10上に成長させて形成することができる。これらの中でも、カーボンナノチューブの生成(作製)方法としては、CVD法を用いるのが好ましい。
図3はCVD法を用いたカーボンナノチューブの炭素膜形成工程を表す図である。CVD法は、ガス状の含炭素材料14を熱分解し、生成した炭素からカーボンナノチューブを合成する(生成させる)方法である。CVD法によれば、カーボンナノチューブが緻密に(高密度で)配列した炭素膜(機能膜12)が得られる。
具体的には、基材10をガス状の含炭素材料14を含有する雰囲気下に置き、この含炭素材料14を熱分解し、炭素を生じさせる(図3(a)参照)。この熱分解により生じた炭素雰囲気下で、機能膜形成領域11bに存在する触媒が機能し、カーボンナノチューブの生成が促進されて、この領域の形状に対応した機能膜12が形成される(図3(b)参照)。
含炭素材料14は、加熱により炭素化されるものであればよく、特に限定するものではない。例えば、一酸化炭素、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、ブテン、イソブテン等の不飽和炭化水素、アセチレン等のアセチレン系化合物、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、及び、これらの混合物(例えば、ナフサや軽油等)等が挙げられる。
これらの中でも含炭素材料14としては有機炭素材料が好ましく、沸点が80〜144℃の液状芳香族炭化水素がより好ましい。このような液状芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン及びそれらの混合物等が挙げられる。これらの含炭素材料14は、炭素含有率が高く、取扱いが容易であり、しかも低価格である等の点から好ましい。
含炭素材料14を熱分解する方法としては、電気炉等の高温による加熱方法、マイクロ波による加熱方法、レーザによる加熱方法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
ガス状の含炭素材料14を導入する際には、水素ガスをキャリアーガスとして使用するのが好ましい。また、含炭素材料14には、硫化水素やメルカプタン(チオール、チオアルコール)等のイオウ化合物を添加するのが好ましい。これにより、カーボンナノチューブを、基材10(触媒化合物層11)の表面に対してほぼ垂直に成長させることができる。以上のような工程を経て機能膜12(金属膜または炭素膜)が得られる。
以上のような工程により基材10への配線等のパターン形成を終了し、素子等を接続して電子デバイスを製造してもよいが、触媒化合物層11の機能膜非形成領域11aに残った触媒化合物が、製造された電子デバイスの特性に影響を及ぼしてしまう場合がある。そのような場合には、素子等を接続する前に機能膜非形成領域11a(機能膜形成領域11b外の触媒化合物層11)を除去しておく。
触媒化合物を基材10上から除去する方法としては、例えば薬液を用いる方法がある。その際、触媒と触媒化合物との溶解性(速度)の違いを利用する。例えば、触媒が銀で触媒化合物が酸化銀の場合、酸化銀の除去にはアンモニア水を用いる。
また、上述した触媒層形成処理と同様に、レーザ光等を用いて除去することができる。その場合には、触媒層形成処理に用いるレーザ光よりもさらに高いエネルギ出力のレーザ光を照射することによって除去する。
本実施の形態のパターン形成方法によれば、従来のように、基材10上へのレジストパターンの形成、エッチング、レジスト剥離工程を用いることなく機能膜12からなる所定のパターンを形成することができる。このようなことから、製造効率のよい、機能膜12からなるパターンを形成することができる。
<電子デバイス>
このような機能膜12は、例えば、スイッチング素子(薄膜トランジスタ)、配線基板、半導体部品、表示パネル、発光素子等の各種電子デバイス(電子部品)の配線等として適用することができる。以下では、上記のパターン形成方法を薄膜トランジスタ(特に、有機薄膜トランジスタ)に適用した場合を代表に説明する。
このような機能膜12は、例えば、スイッチング素子(薄膜トランジスタ)、配線基板、半導体部品、表示パネル、発光素子等の各種電子デバイス(電子部品)の配線等として適用することができる。以下では、上記のパターン形成方法を薄膜トランジスタ(特に、有機薄膜トランジスタ)に適用した場合を代表に説明する。
図4は、本発明に係る薄膜トランジスタの実施形態を示す断面図である。なお、以下では、図4中の上側を「上」、下側を「下」として説明する。図4に示す薄膜トランジスタ100は、基板20(図1における基材10に相当する)上に設けられており、ソース電極30及びドレイン電極40と、有機半導体層(有機層)50と、ゲート絶縁層60と、ゲート電極70とが、この順で基板20側から積層されて構成されている。
具体的には、薄膜トランジスタ100は、ガラス、シリコン、ポリイミド等からなる基板20上に、ソース電極30及びドレイン電極40が分離して設けられている。また、ソース電極30及びドレイン電極40を覆うように、ナフタレン、アントラセン、フタロアニン等を主成分とする低分子材料やフルオレン−ビチオフェン共重合体、ポリアリールアミンまたはこれらの誘導体を主成分とする有機半導体層50が設けられている。なお、有機半導体層50は、ソース電極30及びドレイン電極40を覆うように設けられる構成のものに限定されず、少なくともソース電極30とドレイン電極40との間の領域(チャネル領域510)に設けられていればよい。この薄膜トランジスタ100では、有機半導体層50のうち、ソース電極30とドレイン電極40との間の領域が、キャリアが移動するチャネル領域510となっている。このチャネル領域510において、キャリアの移動方向の長さ、すなわちソース電極30とドレイン電極40との間の距離をチャネル長L、チャネル長L方向と直交する方向の長さをチャネル幅Wと言う。
有機半導体層50上には、ゲート絶縁層60が設けられ、さらにこの上に、少なくともソース電極30とドレイン電極40の間の領域に重なるようにゲート電極70が設けられている。ゲート絶縁層60は、主として有機材料(特に有機高分子材料)で構成されているのが好ましい。有機高分子材料を主材料とするゲート絶縁層60は、その形成が容易であるとともに、有機半導体層50との密着性の向上を図ることもできる。有機高分子材料としては、ポリスチレン、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリビニルフェノール、ポリエチレンを例示することができる。なお、ゲート絶縁層60は、単層構成のものに限定されず、複数層の積層構成のものであってもよい。
このような薄膜トランジスタ100は、ソース電極30及びドレイン電極40が、ゲート絶縁層60を介してゲート電極70よりも基板20側に設けられた構成の薄膜トランジスタ、すなわち、トップゲート構造の薄膜トランジスタである。以上のような薄膜トランジスタ100は、ゲート電極70に印加する電圧を変化させることにより、ソース電極30とドレイン電極40との間に流れる電流量が制御される。すなわち、ゲート電極70に電圧が印加されていないOFF状態では、ソース電極30とドレイン電極40との間に電圧を印加しても、有機半導体層50中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。一方、ゲート電極70に電圧が印加されているON状態では、有機半導体層50のゲート絶縁層60に面した部分に電荷が誘起され、チャネル領域510にキャリアの流路が形成される。この状態でソース電極30とドレイン電極40との間に電圧を印加すると、チャネル領域510を通って電流が流れる。このようにしてスイッチング素子としての機能を果たすことができる。
上述した構成の薄膜トランジスタ100のソース電極30、ドレイン電極40及びゲート電極70に本発明のパターン形成方法を用いることができる。つまり、基板20上に、触媒化合物層を形成し、ソース電極30及びドレイン電極40を形成する領域に触媒化処理を施し、触媒層を形成する。その後、無電解めっき、CVD等により金属膜または炭素膜からなるソース電極30及びドレイン電極40を形成する。そして、有機半導体層50、ゲート絶縁層60、ゲート電極70を順次積層する。これにより、製造効率よく、薄膜トランジスタを製造することができる。ここで、例えば触媒化合物層が電子デバイスの特性に影響を与える場合には、上記したような触媒化合物の除去を有機半導体層50等を積層する前に行っておくようにする。
<電子機器>
図5は本発明に係る電子デバイスを備えた電子機器の一例を示す斜視図である。図5(a)はモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータを表し、図5(b)は携帯電話機(PHSも含む)を表す。
図5(a)において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。本発明に係る電子デバイスは、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、本体部1104と表示ユニット1106とを接続するための可撓性配線基板等として内蔵されている。
図5は本発明に係る電子デバイスを備えた電子機器の一例を示す斜視図である。図5(a)はモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピュータを表し、図5(b)は携帯電話機(PHSも含む)を表す。
図5(a)において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部を備える表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。本発明に係る電子デバイスは、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、本体部1104と表示ユニット1106とを接続するための可撓性配線基板等として内蔵されている。
図5(b)において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204及び送話口1206とともに、表示部を備えている。本発明に係る電子デバイスは、例えば、表示部の各画素の切り替えを行うスイッチング素子、データを保存するための半導体デバイス(各種メモリ)、回路基板等として内蔵されている。
本発明に係る電子デバイスを備えた電子機器としては、他にもディジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、POS端末、タッチパネルを備えた機器(例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機)、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレータ、その他各種モニタ類、プロジェクター等の投射型表示装置等に適用することができる。
以上、本発明のパターン形成方法、電子デバイス及び電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、上述では化合物から、分解または還元によりできる単体物の触媒について説明したが、化合物を触媒としてもよい。さらに何らかの処理を施した部分だけが触媒として機能するような触媒化合物があれば、その触媒化合物を用いてもよい。
10……基材 11……触媒化合物層 11L……触媒化合物含有溶液 11a……機能膜非形成領域 11b……機能膜形成領域(触媒層) 12……機能膜 13……めっき液 14……含炭素材料 100‥‥薄膜トランジスタ 20‥‥基板 30‥‥ソース電極 40‥‥ドレイン電極 50‥‥有機半導体層 510‥‥チャネル領域 60‥‥ゲート絶縁層 70‥‥ゲート電極 1100……パーソナルコンピュータ 1102……キーボード 1104……本体部 1106……表示ユニット 1200……携帯電話機 1202……操作ボタン 1204……受話口 1206……送話口
Claims (14)
- 基材上に、触媒となる物質の元素を有する化合物を主成分とする触媒化合物層を形成する第1工程と、
前記触媒化合物層の機能膜を形成する機能膜形成領域が、触媒として機能するように触媒化処理を施す第2工程と、
前記機能膜形成領域に、触媒機能を利用して前記機能膜を形成する第3工程と、
を有するパターン形成方法。 - 前記第2工程における前記触媒化処理は、前記機能膜形成領域の前記化合物を分解または還元して前記触媒として機能させる処理である請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記化合物を分解または還元する処理は、前記触媒化合物層の機能膜形成領域に対して、レーザを照射する方法、紫外線を照射する方法、赤外線を照射する方法、還元性ガスを導入したプラズマを照射する方法及び還元剤を付与する方法のうちの少なくとも1種により行われる請求項2に記載のパターン形成方法。
- 前記機能膜は、主として金属材料で構成される金属膜である請求項1から3のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記第3工程において、前記金属膜は、無電解めっき法により形成される請求項4に記載のパターン形成方法。
- 前記第3工程において、前記金属膜は、CVD法により形成される請求項4に記載のパターン形成方法。
- 前記機能膜は、主として繊維状炭素系物質で構成される炭素膜である請求項1から3のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記繊維状炭素系物質は、カーボンナノチューブを主成分とするものである請求項7に記載のパターン形成方法。
- 前記第3工程において、前記炭素膜は、CVD法により形成される請求項7に記載のパターン形成方法。
- 前記化合物は、Ag、Cu、Pd、Ni、Co、Fe、Pt、Rh、Ir、Ruの少なくとも1種の元素を有する請求項1から9のいずれかに記載のパターン形成方法。
- 前記化合物は、酸化第一銀、酸化第二銀、炭酸銀、酢酸銀、アセチルアセトン銀錯体、酸化第一銅、酸化第二銅の少なくとも1種を主成分とする請求項10に記載のパターン形成方法。
- 請求項1から11のいずれかに記載のパターン形成方法を用いていることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
- 請求項12に記載の電子デバイスの製造方法で製造されてなる電子デバイス。
- 請求項13に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする電子機器。
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