JP2006147843A - 電界効果トランジスタの製造方法およびその方法で製造された電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

【課題】従来の有機ＴＦＴに比べチャネル分子の配向性を向上させたＴＦＴの安価且つ実施容易な作製方法を提供する。
【解決手段】基板上に撥液性の領域１４に囲まれた親液性のＴＦＴパターン１９を形成し、そのパターンの形状に特徴を持たせることによりチャネル部１２に滴下した有機分子やナノワイヤを含む流体に自発的な運動を生じさせ、その運動によりチャネル部に有機分子やナノワイヤを配向させる。
【選択図】図１

Description

発明はトランジスタの製造方法に関わり、特にトランジスタのチャネル部が一次元構造体の集合から形成され、その一次元構造体が、いわゆる、ソース・ドレインの二電極間にチャネルに概ね平行に高配向するような構造を持つことを特徴とするトランジスタの製造方法に関する。

液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いた薄型表示装置では、画素駆動素子としてアモルファスシリコンや多結晶シリコンをチャネル部に用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用されている。一方、有機ＥＬを用いた表示装置に対しては、作製コスト低減や可塑性を有する表示装置の実現等を目的として、有機分子を用いたＴＦＴを駆動回路に用いる試みが広くなされている。

いわゆる、低分子系有機物をチャネルに使うＴＦＴでは、多くの場合ペンタセンの真空蒸着膜が用いられる。一方、高分子系有機物ではＰ３ＨＴやＦ８Ｔ２を始めとして種々の分子が用いられている。

一般に、有機分子をチャネルに用いた場合、ＦＥＴの動作速度が遅いという問題がある。これは、チャネル部を流れるキャリアの移動度が小さいことが原因であり、これまでに最も大きな移動度が観測されている単結晶ペンタセンの場合でも、ポリシリコンに比較すると二桁小さな値であり、せいぜいアモルファスシリコンと同程度である。高分子系の場合はペンタセンよりも更に一桁から二桁小さな移動度である。

こうした問題を改善する為、種々の技術が提案されているが、低分子系ではチャネルに単結晶を用いることが一般的で、真空中での蒸着成長膜が良く用いられる。高分子系ではチャネルを流れるキャリアと平行方向に分子を配向させることが一般的で、そのために様々な技術が提案されている。例えば特許文献１ではゲート絶縁膜に用いる有機絶縁高分子に光配向基を導入しチャネルの配向を増加させている。また、例えば非特許文献１にあるようにラビングによる配向も代表的な技術である。

有機分子以外にも、近年はナノワイヤをＴＦＴのチャネルに用いる試みがある。例えば非特許文献１にはチャネルにシリコンナノワイヤを用いたＦＥＴを試作している。ナノワイヤをチャネルに用いる場合もより移動度を大きくする為、有機高分子と同様にチャネルを流れるキャリアと平行方向にワイヤを配向させることが行なわれる。例えば非特許文献２の場合は、ラングミュア・ブロージェット膜を形成する方法と同様に、４つの板に囲まれた流体の表面にばらばらな方向を向いて浮かんだワイヤを、向かい合う二枚の板の間隔を狭めることによりワイヤの方向をその二枚の板に平行に揃え、それを基板に付着させている。

特開２００４−１１５８０５号公報 応用物理学会、有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌、第９巻、第４号（１９９８年）第１８６頁 ネイチャー誌第４２５巻（２００３年）第２７５頁（Nature 425, (2003) p.275）

このように、有機ＴＦＴの動作速度を高めるために、キャリア移動度を大きくする技術が開発されてきた。その多くはチャネル部でのキャリアの散乱を低減するためにチャネルを構成する有機分子の配向性を向上させるものであった。また、半導体ナノワイヤをチャネルに用いたＴＦＴにおいても、同様の目的でナノワイヤの配向性を向上させる技術が用いられている。

しかし、こうした従来技術は実用的観点から要求されるコスト及び生産性の両立の観点から問題がある。例えば、有機低分子膜作製で用いられる真空蒸着は、キャリア移動度の大きな薄膜を作り易い利点を有するものの、真空を必要とするため、コスト・生産性の面で不利である。また、チャネル形成面の表面改質やラビングでは高分子やナノワイヤの配向性がそれ程上がらず、キャリア移動度を必要とするほど上げることが出来ない。

これらの技術以外の提案もコストと生産面の両立が出来ない、もしくは十分な配向性を得られないという課題を有している。

有機分子やナノワイヤをチャネルに用いたＴＦＴを表示装置に用いる利点は装置に可塑性を付することに加えて安価なことである。従ってＴＦＴを安価に製造可能であったとしても表示装置を駆動できない、若しくは表示装置を駆動できたとしてもＴＦＴ製造コストが嵩んでしまうことは問題である。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、チャネル分子の配向性を向上させることにより、キャリアが高移動度でチャネルを流れるようなＴＦＴを安価且つ容易に高い生産性で作製することを可能とするＴＦＴ作製方法を提供するものである。

上記目的を達成する為、本発明では、ＴＦＴの作製にチャネルを構成する分子若しくはナノワイヤを含む流体の移動を利用する。分子を溶解させた、若しくはナノワイヤを分散させた流体を基板上に滴下し基板上を移動させることにより、流体に溶解若しくは分散した分子やナノワイヤが流体の移動方向と並行に基板上に並ぶことはよく知られた技術であるが、本発明では、この現象を応用することによりチャネルに分子若しくはナノワイヤを高配向させる。ナノワイヤとはシングルウォール若しくはマルチウォールのカーボンナノチューブ、シリコンナノワイヤ等を代表例とする、直径が数ｎｍから数百ｎｍ、長さが概ね１００ｎｍから数１０μｍ程度の無機ワイヤのことを言う。

尚、本発明において、“分子を溶解させた流体”を“ナノワイヤを分散させた流体”に置き換えてもそのまま成り立つので、本明細書では、以下、分子を溶解させた流体及びナノワイヤを分散させた流体を“ワイヤを含む流体”と総称する。同様に分子及びナノワイヤを単にワイヤと総称する。

本発明によれば、ワイヤを含む流体の自発的な運動を誘起することにより流体に含まれるワイヤを基板面上へ高配向に定着させることができる。流体の自発的な運動の誘起には基板上に安価に実現可能なパターンを形成しておくことのみにより可能であり、インクジェット法を始めとする印刷法によるＴＦＴの作製において、安価且つ容易に高配向のワイヤを用いたチャネルを形成することが出来る。

本発明によれば、チャネルを構成するワイヤを高配向させることができるので、キャリア移動度の大きなＴＦＴを構成することが可能である。また、本発明ではチャネルの構成に流体を利用したことを特徴とし、インクジェット法により製造可能であることから、容易且つ安価ＴＦＴを製造可能である。

本発明によれば、可塑性を有する基板を用い上記の印刷技術を適用することによりフレキシブルな表示装置駆動回路を形成できるようになることが期待される。

更に、本発明ではワイヤにシリコンナノワイヤを代表とする無機ナノワイヤを用いることも可能であるため、通常のフレキシブル表示素子の構成に用いられる低分子若しくは高分子有機物のＴＦＴに比べ１０から１００倍のキャリア移動度が実現可能であり、素子駆動回路だけでなくシフトレジスタなど周辺回路もフレキシブル化できる可能性を有する。

図１（ａ）は本発明により形成されるＴＦＴの典型的な構造を示す平面図で、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ位置において矢印方向に見た断面図である。

図１（ａ）において、１５はソース・ドレイン電極である。１１はナノワイヤであり、ＴＦＴのチャネル部１２となる領域に、配向されたナノワイヤが群をなしている状態を模式的に示す。１４は撥液性領域、１９は親液性領域である。本発明は、後述するように、撥液性領域１４で囲われた領域内の親液性領域１９を利用して、チャネル部１２の配列されたナノワイヤ群１１を構成するものである。したがって、親液性領域１９はＴＦＴのパターンと同じものとされる。

図１（ｂ）において、１６は基板であり、その上面にゲート電極１３が形成された後、絶縁膜１７が形成される。絶縁膜１７上に、図１（ａ）で説明した撥液性領域１４および親液性領域１９を形成する。この親液性領域１９は、ゲート電極１３と対応する位置になるように位置合わせがなされる。親液性領域１９を利用して、チャネル部１２に配列されたナノワイヤ１１の群を構成した後、ソース・ドレイン電極１５を形成する。ここで述べた処理手順については、後で、より具体的に説明する。

本発明では、ソース・ドレイン電極１５を結ぶチャネル部１２の幅がソース電極及びドレイン電極に比べ狭いことが特徴である。

図２（ａ）−（ｄ）は、本発明におけるワイヤを含む流体の自発的な運動によって流体中のワイヤが高配向されることを説明する図である。

図２（ａ）に示すように、ＴＦＴパターンを形成している親液性領域１９を撥液性領域１４で囲った表面を準備する。親液性領域１９はチャネル部１２とその両側にソース・ドレイン電極部が形成されたものとする。この親液性領域１９のチャネル部１２に対応する位置に、マイクロピペット２２を使用して、ワイヤ１１を含む流体２３を液滴２４として滴下する。チャネル部１２に対応する位置に滴下された流体２３は、周辺部が撥液性領域であるため、ＴＦＴパターンを形成している親液性領域１９のチャネル部１２内に留まる。撥液性領域１４、親液性領域１９の形成は公知の方法によれば良い。さらには、ＴＦＴパターン１９が周辺部に対して低くなるように段差を設けるとともに、周辺部を撥液性領域に加工するのが良い。

図２（ｂ）に示すように、チャネル部１２に滴下されるワイヤ１１を含む流体２３が所定の量を超えると、滴下された流体２３はチャネル部１２に留まることができず、ソース・ドレイン電極部に漏れ出す。一旦チャネル部１２から漏れ出した流体は滴下する流体を追加しなくても自発的にソース・ドレイン電極部へと流れ続ける。これは、流体が表面エネルギーを最小とする様、形状を変形する性質のためである。即ち、滴下された流体がチャネル部１２に存在するよりもソース・ドレイン部に存在した方が表面エネルギーが小さくなるよう、チャネル幅をソース・ドレイン電極より細くしておくことにより、滴下した流体２３を自発的に移動させることができる。この為に、チャネル部１２の面積はソース・ドレイン電極部の面積に比較して十分に小さくしておくことが必要である。

図２（ｃ）に示すように、流体２３がチャネル部１２からソース・ドレイン電極部へ移動した結果、チャネル部１２には流体２３に含まれていたワイヤ１１が流体の運動方向に並行に配向されて残る。すなわち、チャネル部１２に高配向されたワイヤ１１の群を配置することができる。

図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示すように流体２３を移動させた後に乾燥した状態を示す図である。図に示すように、ソース・ドレイン電極部に移動した流体に含まれているワイヤ１１は流体２３の乾燥後に取り残されることになるが、ソース・ドレイン電極部には電極を形成するための金属薄膜を形成する為、ワイヤ１１が残留していても何ら問題にならない。

配向性を上げる為には、ワイヤ１１を含む流体２３の移動速度が速い方が有利である。この速度は、用いる流体の粘性と流体に溶解若しくは分散させたワイヤの濃度に大きく依存する。比較的粘性の低い有機溶媒の一つであるクロロホルムや、それより僅かに粘性の高い、多くの溶媒若しくは分散液に最も一般的に用いられる水程度の粘性の流体に、その粘性が大きく変わらない程度にワイヤを含ませた流体に対しては、チャネル部１２の面積のソース・ドレイン電極部の面積の和に対する比が、概ね、６以上であることが望ましいことを見出した。

ソース・ドレイン電極部のパターンの形状は図１（ａ）に示したような三角形である必要はない。チャネル部１２とソース・ドレイン電極部の接合部を見たとき、チャネル部１２からソース・ドレイン電極部に流出した流体２３が速やかにソース・ドレイン電極に広がることができるパターンであれば良い。すなわち、その幅と奥行きを特徴付ける長さを比較した時に著しい不均一性がない限り円、長方形、正方形など任意の形状をしていて良い。チャネルの長さに関し、その幅に対する比が１以上でありかつ１０未満であること、可能であれば６程度以下にすることが更に望ましい。

図３はチャネル部１２が一組のソース・ドレイン電極部に対して平行な複数の領域で構成されている例を示す平面図である。図３の例は、撥液領域１４で囲われた親液領域であるＴＦＴパターン１９が長方形とされ、中央部分がチャネル部１２、その両側がソース・ドレイン電極部とされている例である。この例では、チャネル部１２の中に平行な複数の撥液領域１４が設けられている。したがって、図２で説明したように、チャネル部１２にワイヤ１１を含む流体２３を液滴２４として滴下すると、チャネル部１２に対応する位置に滴下された流体２３は、チャネル部１２内の撥液性領域１４を除いたチャネル部１２内の親液性領域１９のみに留まる。すなわち、チャネル部１２内に平行に複数に分割されたチャネル部１８が形成される。この場合、分割されたチャネル部１８のそれぞれの領域が上記の条件を満たしていれば良い。この例では、チャネル幅を実効的に太くすることが可能である。これは単一のＴＦＴで電流駆動力を増加させる効果を持つ。

本発明によれば、流体の移動により生じる流体の流れにより、流体に含まれたワイヤがチャネル部に並行する方向に配向して並び、ワイヤがソースとドレインを結ぶ構造が形成される。液滴の滴下には、上述したマイクロピペットによる方法に限らず、例えば特開２００３−２２９５７９号公報、特開２００３−１３３６９１号公報あるいは特開２００３−８０６９４号公報に開示されるようなインクジェットプリンタを用いた方法が適用可能である。また、電極や配線を形成する方法として、例えば日経エレクトロニクス２００２年６月１７日号、ｐｐ．６７−７８に記載されているような、インクジェット、メッキ、オフセット印刷などの所謂直接描画法を用いて製造する方法が近年活発に研究されているが、これらの技術と本発明による技術を組み合わせることにより、従来のフォトリソグラフィーを用いる方法に比べて電子素子をはじめとする電気回路を安価に形成できる利点が期待できる。

図４Ａ−図４Ｃは、本発明によるワイヤの配列の状況を説明するＡＦＭ像を示す図である。図の実験は、ソース・ドレイン電極面積の和／チャネル部面積を６、チャネル長／チャネル幅を６としたときの、１．３ｗｔ％ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Poly(styrenesulfonate)/poly(2,3-dihydrothieno(3,4-b)-1,4-dioxin)）水溶液を用いてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ分子を配向させた結果のＡＦＭ像を示す。液流は左からやや右下方向に生じさせた。ＡＦＭ像の観察領域は全て３×３μｍである。

図４Ａは、基板上に滴下された流体の移動速度が不十分であった場合の高分子のＡＦＭによる高さ像を示す図である。高分子は一般的に剛性が低く、流体の移動速度が十分であると、高分子はその一部が基板に固着された位置を基点として、流体の移動による力により伸びることができる。しかし、流体の移動速度が不十分であると伸びることができず、基板上に凝縮し丸まった状態で固着される。一方、図示しなかったが、剛性の高い無機ワイヤ、例えばシリコンナノワイヤーやカーボンナノチューブなどの場合は、ワイヤが流体から受ける力が最少になるように配置される為、流体の移動速度が十分でないとワイヤが揃わず、ランダムな向き、もしくは比較的ランダムではあるが、全体として流体の移動方向に揃った傾向を有する配置となる。

図４Ｂは、基板上に滴下された流体の移動速度が十分であった場合の高分子のＡＦＭによる高さ像を示す図である。明るく見える部分は、配向した高分子が幾つか集まって束になったもので、それらの間に分散している多くの高分子も配向しているのが見られる。

図４Ｃは、図４Ｂと同じ領域の画像をＡＦＭによる振幅像として示す図である。高分子の配向状態をより強調された形で見ることができる。

以下、本発明に基づく表示素子駆動部のいくつかの実施形態について図面を参照して説明する。

（実施例１）
図５（ａ）−（ｅ）は、本発明によるＴＦＴを無機材料を用いて構成する具体例を示す図である。図は左側に断面図を、右側に平面図を示した。

図５（ａ）に示す様に、シリコン基板１６上にゲート電極１３を形成する為、熱酸化膜１７の上に、スパッター蒸着により膜厚３０ｎｍのアルミ薄膜を成膜する。このアルミ膜を、フォトリソグラフィーにより、平面図に示すようなパターンに成形してゲート電極１３とする。すなわち、実施例１は、図３に例示した、チャネル部が幅の狭い複数のチャネルの集合として構成されるＴＦＴを構成する。実施例１では、ゲート電極長を１ｍｍ、幅の狭いチャネルの幅を５０μｍ、全体で５ｍｍのチャネル幅とした。

次に、図５（ｂ）に示す様に、２０ｎｍ厚の酸化シリコン絶縁膜５１をスパッター蒸着により成膜する。さらに、レジストをスピン塗布し、フォトリソグラフィーで用いられる通常の位置合わせ法を用いて、レジスト膜５２にゲート電極パターンの反転パターンを形成する。

次に、図５（ｃ）に示す様に、撥液膜５３形成の為、フッ化アルキル系シランカップリング剤を塗布する。実施例１においては、溶媒１，１，１，２，２，３，３，４，５，５，５−ウンデカフルオロ−４−（トリフルオロメチル）ペンタン（ダイキン工業、商品名デムナムソルベント）で０．１ｗｔ％まで希釈したフッ化アルキル系シランカップリング剤（ダイキン工業、商品名オプツール）をスピン塗布した。この状態でレジストの溶解液であるアセトンに浸してレジストを除去することにより、撥液膜５３のリフトオフを行いゲート電極１３と位置及び形状の一致した撥液パターン及びソース・ドレイン電極外部への液滴の流出を防ぐ撥液膜５３を形成した。

次に、図５（ｄ）に示す様に、マイクロピペットを用い、チャネル部に１．３ｗｔ％濃度のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ水溶液をおよそ３μリットルほど滴下する。滴下した流体は自発的にチャネル部からソース・ドレイン電極部へ移動し、チャネル部に配向したワイヤ１１を形成した。

次に、図５（ｅ）に示す様に、ソース・ドレイン電極部に残留した流体を乾燥させた後、電極形成する為に金属薄膜１５を成膜する。実施例１では、ソース・ドレイン電極部に導電性インクを塗布し焼成することにより金属薄膜１５を成膜した。ソース・ドレイン電極部に滴下された導電性インクは、表面エネルギーの利得の関係でチャネル部へは流れ込まない。また、電極部外へは、既に形成済みの撥液膜５３（図５（ｃ））により流出することはない。

導電性インクとしては金属超微粒子、金属錯体、または導電性高分子を少なくとも一つ含んだ流体で、ソース・ドレイン電極部の親液領域に濡れ広がる特性を有し、焼成後に十分低い抵抗値を示すものであればよい。具体的な材料として金、銀、パラジウム、プラチナ、銅、ニッケルなどを主成分とする直径１０ｎｍ程度の金属超微粒子、または金属錯体が、水、トルエン、キシレンその他有機溶剤などの溶媒に分散した溶液を用いることができる。実施例１では銀超微粒子分散水溶液を用いた。導電性インクをソース・ドレイン部が十分被覆されるだけ滴下した後、１２０℃で３０分真空中で焼成し、膜厚１００ｎｍ程の電極を形成した。その他の導電性インクを用いる場合もインクの種類に合わせて８０〜３００℃程度の適正温度で焼成すれば良い。この様にしてＴＦＴを構成した。

実施例１では、ゲート電極材料としてアルミを用いたが、大気下で安定で電気伝導率の良い金属、例えば金、銀、プラチナ、パラジウム、銅、ニッケル、鉄などでも良い。また、実施例１では、基板、絶縁膜夫々に酸化膜付きシリコン、酸化シリコンを用いたが、これに限るものではない。但し、基板は各電極間の漏れ電流を防ぐ為、絶縁性の高いものが望ましい。また、撥液膜材料としてフッ化アルキル系シランカップリング剤を用いたが、少なくとも一部にフッ素基で終端された炭素鎖を有する撥液性単分子であれば他の材料でもよく、例えば特開２００１−２７８８７４号公報に開示される、側鎖にフッ素置換基を持つパーフルオロオキセタン等のオキセタン誘導体でもよい。

実施例１では、チャネルの形成に用いる流体の自発的な運動の促進のために、ＴＦＴのチャネル部とソース・ドレイン電極部のパターンに特徴を持つものとしたが、この他、ワイヤを含んだ流体へ基板を浸し、チャネルの長手方向に引き出すディップ法や、滴下した流体をエアガンなどの高速に運動している気体でチャネル長手方向へ吹き飛ばすこと、流体が高温から低温方向へ移動することを利用するため、基板に温度勾配を持たせてチャネル長手方向に温度差を付ける方法、パターン内部で撥液性に勾配をつけること等によってもワイヤを含んだ流体を移動させることができ、ワイヤの配向性を向上させることができる。これらの方法はパターンに特徴をつけなくて良いため、適用可能な形状に選択肢が増加する利点を有する。

実施例１においては、ソース・ドレイン電極の形成に導電性インクを用いたが、チャネルに有機分子を用いる場合、分子の分解を防ぐ為に導電性インクの焼成温度を、およそ、３００度程度にとどめる必要がある。ソース・ドレイン電極形成にはこの他にもリソグラフィーを用いる方法も適用可能である。この場合、チャネル部１２をレジスト等で保護する必要があるが、電極形成後のレジスト除去時にチャネル部１２を構成するワイヤにダメージを与えないよう注意する必要がある。

実施例１においてはチャネルの形成をソース・ドレイン電極の形成に先立って行ったが、これにはチャネルを形成するワイヤと電極金属のコンタクトを良好に保つ利点があった。しかし、チャネル形成前にこれらの電極を形成することも可能である。この場合、通常のリソグラフィー法をチャネルへの影響を考慮せずに適用できる利点がある。また、導電性インクの焼成により電極を形成する場合でも焼成温度を有機分子の分解温度以上に設定できる利点がある。

実施例１ではゲート電極１３を図５中に示す様なパターンに加工しているが、これは後述する実施例２と説明を共通化し記述を簡潔にする為であり、実施例１の様に撥液膜のパターニングを実施例２で述べるような裏面露光法を用いない場合は、ゲート電極１３は図５中のようなパターンを持つ必要はなく、例えばチャネル部に対応する部分全てが電極になっているようなパターンで良い。

（実施例２）
実施例２では基板や絶縁膜に可塑性を有する材料を用い、作製にリソグラフィーを用いない、印刷や塗布などの安価な方法でＴＦＴを構成する方法について説明する。

実施例１でのソース・ドレイン電極形成方法と同様に、導電性インクを使用してプラスチック基板に図１（ａ）に示すパターンのゲート電極１３を印刷する。これを焼成し金属電極１３を形成するが、基板にプラスチックを用いている為、その軟化温度に注意しなければならない。実施例２では、基板に厚さ１００μｍの高透明性ポリイミドシートを用いており、焼成温度は３００℃程度まで上げられるため、銀超微粒子分散水溶液を用いた場合の１２０℃の焼成温度には十分耐えることを確認している。ゲート絶縁膜を形成するため、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）をスピン塗布し十分乾燥させる。実施例２ではホットプレートを用い１００度で１０分乾燥を行なった。

次に、撥液パターンを形成する。まず、無電解メッキ用触媒含有感光性塗布液を１５００ｒｐｍ、２０秒の条件でスピンコーティングする。ホットプレートを用いて５０℃×１５分のプリベーキングを行った後、水銀ランプで紫外線を裏面から照射する。感光に必要な紫外線は波長３６５ｎｍのｉ線なので、積層した高分子膜へのダメージを避ける為、３００ｎｍ以下の波長の紫外線はフィルタによりカットすることが望ましい。ゲート電極部には金属薄膜が既に形成されている為、照射された紫外線はゲート電極部を透過することが出来ず、無電解メッキ用触媒含有感光性塗布液はゲート電極部以外の部分のみ感光され硬化する。１時間ほどの照射の後、１３５℃で１５分のアフターベーキングを行い、純水で洗浄することによりゲート電極部に対応する領域の無電解メッキ用触媒含有感光性塗布液が除去される。この状態で無電解銅メッキ液に１０秒程浸すことにより１０ｎｍ弱の銅薄膜がゲート電極に対応する部分を除く領域に形成される。形成された銅薄膜の抵抗率は比較的大きな値を示すが、この金属膜は以下に説明する撥液膜形成の為のものなので問題はない。実施例１と同様の撥液膜、フッ化アルキル系シランカップリング剤をスピン塗布する。シランカップリング剤は無機物のみに結合する為、銅薄膜が形成されている領域のみが撥液性を発現する。ワイヤによるチャネルの形成とソース／ドレイン電極の形成は実施例１と同様に行った。こうして可塑性を有するＴＦＴを、リソグラフィーを用いない、印刷・塗布等の安価な方法で構成できた。

実施例２において、基板にポリイミド、絶縁膜にＰＭＭＡを用いたが、これ以外にも基板にポリフェニルビニルを始めとする可塑性の各種プラスチック基板を、絶縁膜にもポリイミド、ポリビニルフェノール等を用いても何ら問題はない。また、可塑性を特に必要としない場合には、基板に無機の絶縁膜を用いることにより印刷・塗布等の作製プロセスの選択肢が増加する利点を享受することができる。ゲート電極を形成した後、スピンオングラス（ＳＯＧ）により絶縁膜を形成し、ポジレジストをスピンコートし水銀ランプを用いて裏面から紫外線を照射する。ゲート電極により遮光された領域以外のレジストは現像により溶解・除去されるため、レジストパターンはゲート電極と同じパターンとなる。この状態でフッ化アルキル系シランカップリング剤をスピン塗布し、アセトン等を用いてレジストを除去することによりフッ化アルキル系シランカップリング剤をリフトオフし、所望の撥液パターンを得る。この方法ではＳＯＧの焼成に５００℃程度の熱処理が必要であること、レジストの除去に有機溶媒を使うことから、基板その他に有機材料を用いている場合には使用することが出来ない。この方法は製造プロセスの手順数が少なくなること、撥液膜形成の為に金属を必要としないこと、及び絶縁膜に酸化シリコンを用いる為キャリア移動度が多少大きくなる利点を有する。

（実施例３）
実施例３においては、本発明のＴＦＴを駆動回路に用いたアクディブマトリックス型表示素子の画素ユニットの作製の例を示す。

図６Ａは本発明のＴＦＴを駆動回路に用いた３×３の画素ユニットのアクディブマトリックス型表示素子の等価回路図である。有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動回路は、日経エレクトロニクス２０００年４月２４日号，ｐｐ．１６３−１６７にあるように液晶ディスプレイ画素駆動用回路をそのまま用いることは出来ず、液晶用に比べ電流制御用にＴＦＴを一つ余計に必要とする。本実施例においても上記日経エレクトロニクス２０００年４月２４日号，ｐｐ．１６３−１６７や、特開２００３−３１６２９５号公報に例があるように一画素当たり二つのＴＦＴを使用する駆動回路の製造方法について記述する。

６１８は走査線駆動回路で走査線６１５に所定の周期で信号を与える。６１９はデータ線駆動回路でデータ線６１６に画像データ信号を与える。６２０は電流供給回路で電流供給線６１７に走査線６１５と同じ周期で電流を供給する。６１１は、これらの回路で選択的に駆動される画素ユニットである。、各画素ユニットは、画素６２１及びその制御回路から構成されている。画素制御回路は、画素選択ＴＦＴ６１２、電流制御ＴＦＴ６１３、キャパシタンス６１４及び関係する配線で構成される。より画素数の多いディスプレイの場合でも、アクティブマトリクス型であるため、画素ユニットを増やすだけでよい。

図６Ｂは、図６Ａの画素ユニットの具体的な構成例を示す図である。作製方法は実施例２に記載した無機絶縁体基板を用いる方法と同様である。以下、概要を説明する。

まず、ガラス基板に走査線６１５のパターンを有する金属配線を印刷成形する。配線幅は６０μｍとする。走査線６１５は画素選択ＴＦＴ６１２のゲート電極も兼ねる為、所定の位置に実施例１及び２に記述したように画素選択ＴＦＴ６１２のチャネルパターンを形成する為のゲート電極パターンを配置しておく。実施例３においても画素選択ＴＦＴ６１２及び電流制御ＴＦＴ６１３のチャネルは実施例１と同様に、図３に示す様な複数の幅の狭いチャネルの集合体として構成する。幅の狭いチャネルのチャネル幅を１０μｍ、チャネル長及びチャネル幅は夫々６０μｍとした。ＳＯＧにより絶縁膜を形成した後、画素選択ＴＦＴ６１２のチャネル形成に先立ちデータ線６１６の配線パターンを作製する。

実施例３ではレジスト塗布後、マスクを用いてデータ線パターンを上面から露光転写した。画素選択ＴＦＴ６１２のチャネルに対応する領域はデータ線パターンから除いておくことに注意する。データ線６１６は電流制御ＴＦＴ６１３のゲート電極を兼ねており、画素選択ＴＦＴ６１２形成時と同様、データ線パターンの一部に電流制御ＴＦＴ６１３のチャネルパターンを形成しておく。現像後、導電性インクを用いてデータ線６１６を形成する。実施例３で使用する銀超微粒子を用いた導電性インクは焼成温度が１２０℃であるため、焼成後に残存したレジストを除去することができる。

アセトンを用いてレジストを除去した後、画素選択ＴＦＴ６１２のチャネル形成の為、再度ポジレジストをスピン塗布し裏面露光を行なう。これを現像しフッ化アルキル系シランカップリング剤をスピン塗布する。残存したレジストをアセトンで除去して走査線とデータ線６１６を除いた領域に撥液膜を形成する。画素選択ＴＦＴ６１２のチャネル形成方法は実施例１で述べた方法と同様である。チャネル領域のみに適合した量のワイヤを含む流体量は極めて少量となり滴下量の制御が難しくなってしまうが、実際にはμリットル程度のワイヤを含む流体を滴下しても、ソース・ドレイン電極領域を越えてデータ線領域へ流れる為、問題はない。

実施例３では絶縁膜形成にＳＯＧを用いた為、その焼成温度に耐え得るワイヤとしてシリコンナノワイヤを用いているが、絶縁膜をポリイミドなどの有機系絶縁膜を用いれば、塗布形成が可能であり、熱処理温度も低く抑えることができる。その場合、ワイヤに有機分子を用いることも可能であり、コストを抑えることができるという利点を有する。

その後、ＳＯＧによる絶縁膜の形成、電流供給線６１７及び画素対向電極６２１、電流制御ＴＦＴ６１３を同様な方法で形成する。最上層に感光性ポリイミドを塗布し、画素対向電極領域をマスクした状態で上面露光を行なった後、現像し焼成することにより保護膜及び画素対向電極領域にスルーホールを形成できる。その後、例えば特開２００４ー４７４９４号公報に開示される方法で画素領域にＥＬ膜を形成し、感光性ＩＴＯ塗料を用いてＩＴＯ膜を形成しこれを上部電極とすれば、画素及びその駆動回路を形成することができる。これに走査線駆動回路６１８、データ線駆動回路６１９電流供給回路６２０を適宜構成すればアクティブマトリクス型表示素子を構成できる。

実施例３においては絶縁膜形成にＳＯＧ、データ線６１６と電流供給線６１７の形成に導電性インクを用いるなど、印刷や塗布による製法を取り入れたが、代わりに通常の半導体素子作製工程で用いられる真空中での成膜法を用いることができることは言うまでもない。通常の半導体素子作製工程を用いることにより、各配線パターンの位置合わせが精密に行なえる利点がある。

一方、インクジェットによる印刷成形法を用いて各配線パターンを形成することも可能である。この場合、作製工程全てを印刷・塗布法で行なうことが可能であり、製造コストの大幅な低減が可能となる。また、製造ステップも大幅に減少する。印刷・塗布法を用いる場合、各配線パターンの位置合わせ誤差はリソグラフィー法に比べ大きくなってしまうが、画像素子制御回路に要求される位置合わせ誤差は、論理回路などに求められる位置合わせ誤差に比べ要求が大分緩和される為、インクジェットでの位置合わせ誤差の３０μｍ程度であればＴＦＴ領域を除けば問題はない。ＴＦＴ領域に関しては、実施例３においては、下層の配線に刻まれたパターンをチャネル形成に用いる為、下層配線のチャネルパターン位置に上層配線のＴＦＴ領域が来なければならず、位置合わせ精度は、実施例３でのチャネル幅６０μｍ程度の場合、せいぜい数μｍ程度のずれが許される程度である。しかし、これも下層配線に刻まれたチャネルパターンを本来必要な幅よりも余計に準備しておくことで回避できる。刻まれたパターンは配線の機能に対して大きな影響を与えないため、チャネルパターンを余計に準備しておいても本来の配線機能には問題はない。

（ａ）は本発明により形成されるＴＦＴの典型的な構造を示す平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ位置において矢印方向に見た断面図である。 （ａ）−（ｄ）は、本発明におけるワイヤを含む流体の自発的な運動によって流体中のワイヤが高配向されることを説明する図である。 チャネル部１２が一組のソース・ドレイン電極部に対して平行な複数の領域で構成されている例を示す平面図である。 基板上に滴下された流体の移動速度が不十分であった場合の高分子のＡＦＭによる高さ像を示す図である。 基板上に滴下された流体の移動速度が十分であった場合の高分子のＡＦＭによる高さ像を示す図である。 図４Ｂと同じ領域の画像をＡＦＭによる振幅像として示す図である。 （ａ）−（ｅ）は、本発明によるＴＦＴを無機材料を用いて構成する具体例を示す図である。 本発明のＴＦＴを駆動回路に用いた３×３の画素ユニットのアクディブマトリックス型表示素子の等価回路図である。 図６Ａの画素ユニットの具体的な構成例を示す図である。

符号の説明

１１…ワイヤ、１２…チャネル部、１３…ゲート電極、１４…撥液領域、１５…ソース・ドレイン電極、１６…基板、１７…絶縁膜、１８…チャネル、１９…ＦＥＴパターン、２２…液滴滴下機構、２３…滴下されたワイヤを含む流体、２４…ワイヤを含む流体、５１…ゲート絶縁膜、５２…レジスト、５３…撥液膜、６１１…画素ユニット、６１２…画素選択ＴＦＴ、６１３…電流制御ＴＦＴ、６１４…キャパシタンス、６１５…走査線、６１６…データ線、６１７…電流供給線、６１８…走査線駆動回路、６１９…データ線駆動回路、６２０…電流供給回路、６２１…画素対向電極。

Claims (9)

1. 基板上に形成された撥液性領域の中に、ソース・ドレイン電極および両電極を結ぶチャネルに対応する親液性領域を形成し、前記チャネルに対応する領域にワイヤあるいは高分子を含む流体を滴下して、前記ソース・ドレイン電極方向に前記滴下された流体を移動させ、該移動により前記流体中の前記ワイヤあるいは高分子を前記ソース・ドレイン電極方向に配向させることを特徴とする電界効果トランジスタの作製方法。
2. 前記流体の移動がワイヤあるいは高分子を含む流体の自発的な運動を利用するものである請求項１記載の電界効果トランジスタの製法。
3. 基板上に形成されたソース・ドレイン電極および両電極を結ぶチャネルに対応する領域を周辺部より低く形成するとともに周辺部を撥液性領域とし、前記チャネルに対応する領域にワイヤあるいは高分子を含む流体を滴下して、前記ソース・ドレイン電極方向に前記滴下された流体を移動させ、該移動により前記流体中の前記ワイヤあるいは高分子を前記チャネルに対応する領域に配向させることを特徴とする電界効果トランジスタの作製方法。
4. 前記流体の自発的な運動を生じさせる為に基板に温度勾配を付与することを利用する請求項２記載の電界効果トランジスタの製法。
5. 前記流体の自発的な運動を生じさせる為に基板に滴下した流体の運動を気体の流れにより付与する請求項２記載の電界効果トランジスタの製法。
6. 前記流体の運動を生じさせる為に基板を流体に浸した後引き上げる請求項１または２記載の電界効果トランジスタの製法。
7. 前記ソース及びドレイン電極領域の面積の和がチャネル領域の面積よりも大きい請求項１記載の電界効果トランジスタの製法。
8. 前記チャネル領域とソース・ドレイン電極領域の接合部がチャネル領域からソース・ドレイン電極領域に流出した流体が速やかにソース・ドレイン電極領域に広がることができるパターンである請求項１ないし７のいずれかに記載の電界効果トランジスタの製法。
9. 絶縁体上に形成された所定のパターンのゲート電極、該電極の上に形成された絶縁膜、該絶縁膜上にソース・ドレイン電極および両電極を結ぶチャネルを形成した薄膜トランジスタにおいて、前記チャネルに対応する領域はワイヤあるいは高分子が前記ソース・ドレイン電極方向に配向しているとともに、該配向が前記チャネル領域に滴下されたワイヤあるいは高分子を含む流体の移動により形成されたことを特徴とする電界効果トランジスタ。

Images