JP2006269476A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下部電極と上部電極の重なり部分を無くすことにより、高速動作を可能にするＴＦＴの製造方法を提供するものである。
【解決手段】基板上に、下部電極、ゲート絶縁膜、上部電極、半導体膜を積層させたＴＦＴの印刷法を用いた製造方法において、電極材料を第１のブランケット上に製膜する工程と、非電極部のパターンを有した第１の凸版を用いて第１のブランケット上から非電極部を除去する工程と、上部電極のパターンを有した第２の凸版を用いて第１のブランケット上から上部電極パターンを除去する工程と、第１のブランケット上に残った下部電極パターンを第２のブランケットを介して基板上にオフセット転写する工程と、下部電極が形成された基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、上部電極と下部電極が鉛直方向に重ならないようにアライメント調整を行い、第２の凸版からゲート絶縁膜上に上部電極パターンを転写する工程とを有する製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタに関するものである。

近年、電子ペーパーやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ等が注目されており、低コスト化、フレキシブル化、軽量化などが必要とされている。これらの観点から、半導体としてシリコンなどの無機半導体に代わる有機半導体の研究が盛んに行われている。一般に有機半導体を用いる場合、液体でのプロセスが可能となるため大面積化、印刷法の適用、プラスチック基板の利用などといった利点が挙げられる（非特許文献１参照）。

低コスト化やフレキシブル化を実現する上では、半導体のみでなく電極や絶縁膜も印刷法などで形成されることが望ましい。印刷法を用いた電極の形成では、導電性高分子や金属コロイド溶液などを用いた電極パターンの形成に関する研究も行われている（非特許文献２参照）。

しかしながら印刷法では、従来の無機半導体の研究で用いられているフォトリソグラフィーなどに比べて微細化が困難であり、薄膜トランジスタの集積化や応答周波数の向上なども実現されていない。

また一方で、印刷法で形成した電極は、真空装置やフォトリソグラフィーを用いて形成された電極よりも厚いことが多く、従って電極間のリーク電流を低減するために絶縁膜も厚くせざるを得ない。そのため、トランジスタを駆動させるためには高い電圧を加える必要があり、このことも実用化するうえでの大きな障害になっている。
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２６５、１６８４（１９９４） Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ Ｖｏｌ．２７９、４３８（２００３）

応答周波数を向上させるためには、ソース・ドレイン電極とゲート電極の鉛直方向上の重なり面積を少なくする必要があり、高度なアライメント精度や乾燥時における電極面積の変化などを抑えることが要求される。

また、低電圧で駆動させるためにはゲート絶縁膜を薄膜化する必要があるため、電極の厚さを薄くすることが要求される。

本発明の課題は、下部電極と上部電極の重なり部分を無くすことにより、高速動作を可能にするトランジスタの製造方法を提供するものである。

請求項１記載の発明は、少なくとも、絶縁性の基板上に下部電極、ゲート絶縁膜、上部電極、半導体膜を積層させた薄膜トランジスタの印刷法を用いた製造方法において、少なくとも電極材料を第１のブランケット上に製膜する工程と、非電極部のパターンを有した第１の凸版を用いて該第１のブランケット上から非電極部を除去する工程と、上部電極のパターンを有した第２の凸版を用いて該第１のブランケット上から上部電極パターンを除去する工程と、第１のブランケット上に残った下部電極パターンを第２のブランケットを介して基板上にオフセット転写する工程と、該下部電極が形成された該基板上に該ゲート絶縁膜を形成する工程と、上部電極と下部電極が鉛直方向上に重ならないようにアライメント調整を行い、第２の凸版からゲート絶縁膜上に上部電極パターンを転写する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項２記載の発明は、前記下部電極がゲート電極であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項３記載の発明は、前記下部電極がソース・ドレイン電極であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項４記載の発明は、前記ゲート絶縁膜が樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項５記載の発明は、前記半導体が酸化物半導体若しくは有機半導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項６記載の発明は、前記電極材料が金、銀、白金、ニッケル、インジウム錫酸化物、導電性高分子の何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

請求項７記載の発明は、前記第２の凸版からの上部電極の転写時に熱転写法若しくはレーザー転写法を利用することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

本発明の製造方法により、上部電極と下部電極の鉛直方向上の重なり部分を無くすことができ、トランジスタの応答周波数を向上させることが可能となった。

本発明について、その実施形態の一例を図１に基づいて説明するが、これに限定されるものではない。

本実施形態において、前記の基板２６の材料としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられる材料として、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネートなどのフレキシブルなプラスチック材料、石英などのガラス基板やシリコンウェハーなどを用いることができる。

フレキシブル化、転写時や半導体塗布後の乾燥時などの加熱、アライメントの際に要求される透過性などを考慮すると、基板としてＰＥＳやＰＥＮなどを用いることが望ましい。

まず、電極材料２３をブランケット２１上に製膜する（図１（ａ））。

前記の電極材料２３の材料としては、特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料には金、白金、ニッケル、インジウム錫酸化物などの金属あるいは酸化物の薄膜若しくはポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホネート（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）やポリアニリンなどの導電性高分子や金や銀、ニッケルなどの金属コロイド粒子をバインダー樹脂に分散させた溶液、若しくは銀などの金属粒子を導電材料として用いた厚膜ペースト、金属コロイド粒子をバインダー樹脂に分散させた溶液などを用いることができる。

電極の厚さを考慮すると金属コロイド粒子をバインダー樹脂に分散させた溶液が望ましい。

電極材料２３の形成方法としては、蒸着やスパッタなどの乾式成膜法や、金属コロイド粒子とグラビア印刷やダイコートなどの湿式成膜法などを用いることができる。

蒸着やスパッタなどの乾式成膜法よりもバインダー樹脂存在下のほうが転写が良好であるため、グラビア印刷やダイコートなどの湿式成膜法などを用いることが望ましい。

前記の第１のブランケット２１の材料としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられる材料として、シリコーンゴム、フッ素樹脂、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレン−酢酸ビニレン共重合体、ポリエーテルスルホン、シリコーン系エラストマー、フッ素系エラストマー、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、または、これらの混合物などを用いることができる。

ブランケットに求められる性質として、凸版および基板への転写性が良いことが重要であるため、ブランケット表面にフッ素樹脂処理、シリコーン処理などを施しても良い。

次に、非電極部のパターンを有した第１の凸版２４を用いて第１のブランケット２１上から非電極部材料を除去する（図１（ａ））。

前記の第１の凸版２４の材料としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられる材料として、ガラス、石英、ＳＵＳや銅などの金属、アクリレートやメタクリレートなどの感光剤を含む樹脂や不飽和ポリエステルエポキシアクリレート、ウレタンアクリレートなどの感光性基を含む樹脂などを用いることができる。

次に、上部電極のパターン１４を有した第２の凸版２５を用いて第１のブランケット２１上から上部電極材料１４を除去する（図１（ａ））。

前記の第２の凸版２５の材料としては、上記の第１の凸版２４と同じものを用いることができる。

該ゲート絶縁膜形成後に、該上部電極と該下部電極が鉛直方向上に重ならないようにアライメント調整を行い、該第２の凸版から該ゲート絶縁膜上に該上部電極パターンを転写する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

次に、該第１のブランケット２１上に残った下部電極材料を第２のブランケット２２を介して基板１１上にオフセット転写する。
（図１（ａ））。

前記の第２のブランケット２２の材料としては、上記の第１のブランケット２１と同じものを用いることができる。

次に、下部電極１２が形成された基板１１上にゲート絶縁膜１３を形成する（図１（ｃ））。

前記のゲート絶縁膜１３の材料としては、特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料にはポリビニルフェノール、ポリメタクリル酸メチル、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの高分子溶液、アルミナやシリカゲルなどの粒子を分散させた溶液などを用いることができる。

また、ゲート絶縁膜１３としては、ＰＥＴやＰＥＮ、ＰＥＳなどの薄膜フィルムを用いることができる。

薄膜フィルムを用いる場合は、下部電極形成後にラミネートしてゲート絶縁膜を形成する際に、薄膜フィルムの基板と接触する面にセルロース誘導体、スチレン樹脂、スチレン共重合樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ロジンエステル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂などの接着層を積層させても良い。

また、ゲート絶縁膜表面には、第２の凸版から電極材料が転写されるため、第２の凸版表面よりも表面張力が高い方が好ましく、転写性を向上させるためにコロナ処理やオゾン処理を施すこともできる。

また、アクリルポリマーや界面活性剤、増粘多糖類、増粘剤、粘着付与剤、ポリビニルアルコール等の粘着材をゲート絶縁膜上に積層させることにより、転写性を向上させることもできる。

また、転写の際に凸版を赤外線ヒーターやヒートバー、電磁誘導加熱、超音波摩擦加熱、ＹＡＧレーザーやＹＶＯ４レーザーなどで加熱してもよく、この場合、ゲート絶縁膜には熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

次に、上部電極と該下部電極が鉛直方向上に重ならないようにアライメント調整を行った後に、第２の凸版２５から該ゲート絶縁膜１３上に該上部電極パターンを転写する（図１（ｅ））。

前記のアライメント調整法としては、特に限定されるものではないが、第２の凸版および基板に透明な物質を用いる場合、上部電極を転写する際に第２の凸版上方若しくは基板下方からのアライメントマークの読み取りが可能である。

次に、該上部電極１４の両極を接続するように、該上部電極１４を形成した該ゲート絶縁膜１３上に半導体層１５を形成する（図１（ｅ））。

前記の半導体層１５の材料としては、特に限定されるものではないが、一般に用いられる材料にはＩｎＧａＺｎＯ系、ＩｎＧａＯ系、ＺｎＧａＯ系、ＩｎＺｎＯ系、ＺｎＯ系、ＳｎＯ系などの酸化物半導体やポリチオフェン、ポリアリルアミン、フルオレンビチオフェン共重合体、およびそれらの誘導体のような高分子有機半導体材料、およびペンタセン、テトラセン、銅フタロシアニン、ペリレン、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料を用いることができる。

また、低コスト化、フレキシブル化、大面積化を考慮すると印刷法が適用できる有機半導体を用いることが望ましい。

また、カーボンナノチューブあるいはフラーレンなどの炭素化合物や半導体ナノ粒子分散液なども半導体材料として用いることができる。

また、前記の有機半導体の印刷方法としては、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷およびインクジェット法など、公知の方法を用いることができる。

また、前記の有機半導体に関しては、溶剤に対する溶解度が低いため、低粘度溶液の印刷に適したインクジェット法若しくはグラビア印刷を用いることが望ましい。

トランジスタの構造としては、特に限定されるものではなく、一般に用いられる構造として、ボトムゲート・ボトムコンタクト（プレーナー）型、ボトムゲート・トップコンタクト（逆スタガー）型、トップゲートボトムコンタクト（スタガー）型などを用いることができる。

本実施例では、下部電極をゲート電極、上部電極をソース・ドレイン電極とする。図１（ａ）

定盤２６上に設置したブランケット胴２０に、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４５５Ｔ）を用いた第１のブランケット２１を巻きつけ、ダイコーター２７を用いて電極材料２３（真空冶金製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＝８：１）を第１のブランケット２１上に乾燥膜厚が５００ナノメートルとなるように製膜し、予備乾燥として６０℃で５分間乾燥させた（図１（ａ））。

次に、非電極部のパターンを有するガラス製の第１の凸版２４に、第１のブランケット２１（デュポンダウエラストマージャパン製バイトン）上の非電極部材料を転写した（図１（ａ））。

次に、ソース・ドレイン電極（上部電極）１４のパターンを有するガラス製の第２の凸版２５に、第１のブランケット２１上からソース・ドレイン電極材料を転写した。（図１（ａ））。

次に、第２のブランケット２２（デュポンダウエラストマージャパン製バイトン）に、第１のブランケット２１上の電極材料を転写した。（図１（ａ））。

次に、第２のブランケット２２上の電極材料を基板１１（宇部興産製ポリイミド）に転写し、２００℃で３０分乾燥させて、ゲート電極（下部電極）１２を形成した。（図１（ｂ））。

次に、ダイコーター２７を用いてゲート絶縁膜１３（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリビニルフェノール）を、ゲート電極（下部電極）１２上に塗布して２００℃で１時間乾燥させて製膜した。（図１（ｃ））。

次に、ゲート電極（下部電極）１２とソース・ドレイン電極（上部電極）１４が鉛直上に重ならないように、第２の凸版２５のソース・ドレイン電極（上部電極）パターンを有する側と、ゲート絶縁膜１３とを対向させて配置し、第２の凸版２５のソース・ドレイン電極（上部電極）パターンと逆側よりレーザー２９（ＹＶＯ４レーザー、波長１０６４ナノメートル）を照射してソース・ドレイン電極（上部電極）１４を、ゲート絶縁膜１３上に転写し、ソース・ドレイン電極（上部電極）１４を形成した（図１（ｅ））。

次に、インクジェット装置２８を用いて、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）のアニソール溶液１５を滴下、１００℃で１時間乾燥させて半導体層１５を形成した（図１（ｇ））。

この結果、上部電極と下部電極の重なり部分の無いプレーナー型電界効果トランジスタを作製することができた。

本実施例では、下部電極をソース・ドレイン電極、上部電極をゲート電極とする。図２（ａ）

定盤２６上に設置したブランケット胴２０に、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４５５Ｔ）を用いた第１のブランケット２１を巻きつけ、ダイコーター２７を用いて電極材料２３（真空冶金製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＝８：１）を第１のブランケット２１上に乾燥膜厚が５００ナノメートルとなるよう製膜し、予備乾燥として６０℃で５分乾燥させた。（図２（ａ））。

次に、非電極部のパターンを有するガラス製の第１の凸版２４に、第１のブランケット２１（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４５５Ｔ）上の非電極部材料を転写した（図２（ａ））。

次に、第２のブランケット２２（デュポンダウエラストマージャパン製バイトン）に、第１のブランケット２１上の電極材料を転写した。（図２（ａ））。

次に、第２のブランケット２２上の電極材料を基板１１（宇部興産製ポリイミド）に転写し、２００℃で３０分乾燥させて、下部電極（ソース・ドレイン電極）１４を形成した。（図２（ｂ））。

次に、インクジェット装置２８を用いて、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）のアニソール溶液１５を滴下、１００℃で１時間乾燥させて半導体層１５を形成した（図２（ｄ））。

次に、ダイコーター２７を用いてゲート絶縁膜１３（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリビニルフェノール）をソース・ドレイン電極（下部電極）１４および半導体層１５が形成された基板１１上に製膜し、２００℃で１時間乾燥させて形成した。（図２（ｅ））

次に、ソース・ドレイン電極（下部電極）１４とゲート電極（上部電極）１２が鉛直上に重ならないように、第２の凸版２５のゲート電極（上部電極）パターンを有する側と、ゲート絶縁膜１３とを対向させて配置し、第２の凸版２５のゲート電極（上部電極）パターンと逆側よりレーザー２９（ＹＶＯ４レーザー、波長１０６４ナノメートル）を照射してゲート電極（上部電極）１２を、ゲート絶縁膜１３上に転写し、ゲート電極（上部電極）１２を形成した（図２（ｅ））。

この結果、上部電極と下部電極の重なり部分の無いスタガー型電界効果トランジスタを作製することができた。

本実施例では、下部電極をゲート電極、上部電極をソース・ドレイン電極とする（図３（ａ））。

定盤２６上に設置したブランケット胴２０に、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４５５Ｔ）を用いた第１のブランケット２１を巻きつけ、ダイコーター２７を用いて電極材料２３（真空冶金製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＝８：１）を第１のブランケット２１上に乾燥膜厚が５００ナノメートルとなるよう製膜し、予備乾燥として６０℃で５分間乾燥させた（図３（ａ））。

次に、非電極部のパターンを有するガラス製の第１の凸版２４に、第１のブランケット２１（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＥ３４５５Ｔ）上の非電極部材料を転写した（図３（ａ））。

次に、ソース・ドレイン電極（上部電極）のパターンを有する予め表面にフッ素樹脂処理３０（ファインケミカルジャパン製ＦＣ−１０３）を施したガラス製の第２の凸版２５に、第１のブランケット２１上からソース・ドレイン電極（上部電極）材料を転写した。（図３（ａ））

次に、第２のブランケット（デュポンダウエラストマージャパン製バイトン）に、第１のブランケット２１上の電極材料を転写した後、基板１１（宇部興産製ポリイミド）にゲート電極（下部電極）パターンを転写し、２００℃で３０分乾燥させて下部電極ゲート電極（下部電極）１２を形成した（図３（ｂ））。

次に、ダイコーター２７を用いてゲート絶縁膜１３（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリビニルフェノール）をゲート電極１２が形成された基板１１上に製膜し、２００℃で１時間乾燥させてゲート絶縁膜１３を形成した（図３（ｃ））。

ゲート電極（下部電極）１２とソース・ドレイン電極（上部電極）のパターンを有する予め表面にフッ素樹脂処理３０（ファインケミカルジャパン製ＦＣ−１０３）を施したガラス製の第２の凸版２５の、ソース・ドレイン電極（上部電極）パターンを有する側と、ゲート絶縁膜１３とを対向させて配置し、ソース・ドレイン電極（上部電極）１４を、ゲート絶縁膜１３上に圧着転写し、ソース・ドレイン電極（上部電極）１４を形成した（図３（ｅ））。

次に、インクジェット装置２８を用いて、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）のアニソール溶液１５を滴下、１００℃で１時間乾燥させて半導体層１５を形成した（図３（ｇ））。

この結果、上部電極と下部電極の重なり部分の無いプレーナー型電界効果トランジスタを作製することができた。

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、印刷法で薄膜トランジスタを製造する際に上部電極と下部電極の鉛直方向の重なり部分を無くすことが出来、従って薄膜トランジスタの応答周波数を向上させることが出来ることから、パッケージ分野や商業印刷分野、エレクトロニクス分野などへの応用が期待できる。例えば、パッケージの印刷と同時にＲＦＩＤタグを本発明を用いて印刷し、在庫管理や輸送管理を容易にすることや、雑誌などの印刷物にＲＦＩＤタグを印刷して付加価値をつけること、ディスプレイ用ＴＦＴとして用いる場合、フレキシブル基板上に作製可能なため、フレキシブルディスプレイへの応用などが期待できる。

本発明の上部電極と下部電極の重なり部分の無いプレーナー型薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の上部電極と下部電極の重なり部分の無いスタガー型薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。 本発明の上部電極と下部電極の重なり部分の無いプレーナー型薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。

符号の説明

１１…基材
１２…ゲート電極
１３…ゲート絶縁膜
１４…ソース・ドレイン電極
１５…半導体
２０…ブランケット胴
２１…第１のブランケット
２２…第２のブランケット
２３…電極材料
２４…第１の凸版（非電極部パターン）
２５…第２の凸版（上部電極パターン）
２６…定盤
２７…ダイコーター
２８…インクジェット装置
２９…レーザー
３０…フッ素樹脂

Claims (7)

1. 少なくとも、絶縁性の基板上に下部電極、ゲート絶縁膜、上部電極、半導体膜を積層させた薄膜トランジスタの印刷法を用いた製造方法において、少なくとも電極材料を第１のブランケット上に製膜する工程と、非電極部のパターンを有した第１の凸版を用いて該第１のブランケット上から非電極部を除去する工程と、該上部電極のパターンを有した第２の凸版を用いて該第１のブランケット上から該上部電極パターンを除去する工程と、該第１のブランケット上に残った該下部電極パターンを第２のブランケットを介して該基板上にオフセット転写する工程と、該下部電極が形成された該基板上に該ゲート絶縁膜を形成する工程と、該上部電極と該下部電極が鉛直方向上に重ならないようにアライメント調整を行い、該第２の凸版から該ゲート絶縁膜上に該上部電極パターンを転写する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記下部電極がゲート電極であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
3. 前記下部電極がソース・ドレイン電極であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
4. 前記ゲート絶縁膜が樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
5. 前記半導体が酸化物半導体若しくは有機半導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記電極材料が金、銀、白金、ニッケル、インジウム錫酸化物、導電性高分子の何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
7. 前記第２の凸版からの前記上部電極の転写時に熱転写法若しくはレーザー転写法を利用することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。