JP2006278982A - 半導体装置の製造方法、半導体装置、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、基板2上に半導体層5と、ソース電極3と、ドレイン電極4と、を形成する工程と、半導体層5上にゲート絶縁層6を形成する工程と、ゲート絶縁層6上に一定方向へ延びる溝61を複数形成する工程と、複数の溝61上に液状材料を吐出しゲート電極7を形成する工程とを有し、ゲート電極7は、複数の溝61に重なるように、この溝61と同一方向へ延在する。
【選択図】図4
Description
具体的には、I:基板上に膜形成用の材料で構成される層を形成する。II:前記層上にレジスト材料を塗布する。III:レジスト材料を露光・現像し、前記層の不要部分に対応して開口部を有するレジスト層を得る。IV:レジスト層をマスクに用いて、エッチング法により、開口部内に露出した層を除去する。V:マスクを除去する。これにより、基板上に所定パターンに形成された膜を得る。
このような問題を解決する手段として、近年、インクジェット法のような液滴吐出法を用いて、膜を形成する領域に対して選択的に膜材料を含有する液滴を供給(滴下)することにより、所定パターンの膜を形成する方法が提案されている。
この濡れ広がりを低減する方法として、基板の液滴に対する撥液性を高くする方法も検討されている。しかしながら、この場合、基板の表面に供給された液滴は、その表面積を小さくするように、すなわち、基板上においても液滴の形状を維持するように集合物を形成する。このため、均一な膜厚の膜が得られないか、膜の途中で分裂する傾向が高くなる。
このようなことから、インクジェット法を用いて、細長い形状の膜を形成する場合、得られる膜の解像度の制御、換言すれば、膜の幅の制御には、限界があるのが実情である。
この有機薄膜トランジスタとしては、基板上に、ソース電極、ドレイン電極が形成され、これら電極上に有機半導体層、ゲート絶縁層、ゲート電極がこの順に積層されたものが提案されており、蒸着法や前述したインクジェット法のような塗布法を用いて製造することが可能である。
この有機薄膜トランジスタのゲート電極の形成にインクジェット法を用いることが提案されているが、この場合、前述したようなことから、得られるゲート電極の線幅が大きくなり過ぎる傾向がある(例えば、特許文献2参照。)。
本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に一定方向へ延びる領域を複数形成する工程と、
前記複数の領域上に液状材料を吐出し導電膜を形成する工程と、を有し、
前記導電膜は前記複数の領域に重なるように該領域と同一方向へ延在することを特徴とする。
これにより、目的とする方向に沿って正確に形成された細幅の導電膜を備える半導体装置を製造することができる。
前記半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に一定方向へ延びる領域を複数形成する工程と、
前記複数の領域上に液状材料を吐出し導電膜を形成する工程と、を有し、
前記導電膜は前記複数の領域に重なるように該領域と同一方向へ延在することを特徴とする。
これにより、目的とする方向に沿って正確に形成された細幅の導電膜(ゲート電極)を備える半導体装置を製造することができる。
前記複数の領域同士の間隔をA[nm]とし、前記液状材料の着弾径をB[nm]としたとき、B/Aが3〜3×105なる関係を満足することを特徴とする。
これにより、より細幅の導電膜(ゲート電極)を確実に形成することができる。
本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の領域は前記複数の溝であることを特徴とする。
これにより、供給された液状材料(液滴)を確実に同一方向に延在させることができる。
前記複数の溝は前記ゲート絶縁膜を前記一定方向へラビングすることで形成されることを特徴とする。
これにより、溝を比較的容易かつ確実に形成することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、
前記液状材料を吐出する前に、前記液状材料に対し前記ゲート絶縁膜上の他の領域より親液性を示す親液領域を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程と、をさらに有し
前記複数の領域は前記ゲート絶縁膜上に形成された複数の前記親液領域であることを特徴とする。
これにより、導電膜をより確実に複数の領域に重なるように形成することができる。
前記他の領域を第1の領域とし、前記親液領域を第2の領域としたとき、
前記第1の領域と前記第2の領域とは、交互に設けられていることを特徴とする。
これにより、導電膜をさらに確実に複数の領域に重なるように形成することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、
前記液状材料は液滴吐出装置のノズルから吐出され、
前記導電膜は、その延在方向を長さとしたとき、その幅が前記液状材料の着弾径以下であることを特徴とする。
これにより、形成される導電膜(ゲート電極)を、比較的細幅のものとすることができる。
これにより、ゲート絶縁層の上側の面に容易かつ確実に一定方向へ伸びる領域を形成することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、前記液状材料は、導電性材料またはその前駆体を含有することが好ましい。
これにより、導電性を有する導電膜(ゲート電極)が形成される。
これにより、ソース電極およびドレイン電極と導電膜(ゲート電極)とが重なる面積を減少させることができ、ゲート電極からの電界により制御できない領域が大きくなるのを防止することができる。その結果、薄膜トランジスタのオフ電流の増大が好適に抑制または防止されることから、薄膜トランジスタは、良好な特性(スイッチング特性)を発揮することとなる。
本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする。
かかる製造方法により製造された半導体装置は、この半導体装置が備える薄膜トランジスタが良好な特性(スイッチング特性)を発揮するものとなる。
前記半導体層上に有機絶縁膜が形成され、
前記有機絶縁膜上に一定方向へ延びる複数の溝が形成され、
前記複数の溝に重なるように該溝と同一方向へ延在する導電膜が形成されていることを特徴とする。
これにより、細幅の導電膜(ゲート電極)を備える半導体装置とすることができ、かかる半導体装置は、この半導体装置が備える薄膜トランジスタが良好な特性(スイッチング特性)を発揮するものとなる。
本発明の表示装置は、本発明の半導体装置を備えることを特徴とする。
これにより、表示装置の開口率や表示品質の低下を確実に防止することができる。
本発明の電子機器は、本発明の表示装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
なお、以下では、本発明の半導体装置を、アクティブマトリクス装置に適用した場合を一例として説明する
<第1実施形態>
まず、第1実施形態のアクティブマトリクス装置およびその製造方法について説明する。
基板2は、この上に設けられた前記各部1、8、9および41を支持するための支持体である。
この基板2上には、下地層が設けられていてもよい。下地層としては、例えば、基板2表面からのイオンの拡散を防止する目的、前記各部41、1、8、および9と基板2との密着性(接合性)を向上させる目的等により設けられる。
画素電極41は、アクティブマトリクス装置10を用いて後述する電気泳動表示装置20を構築した際に、各画素を駆動させるための電圧を印加する一方の電極を構成するものであり、マトリクス状に配列されている。
薄膜トランジスタ1は、画素電極41のON/OFFを制御するスイッチング素子となるものであり、ソース電極3およびドレイン電極4と、有機半導体層5と、ゲート絶縁層6と、ゲート電極7とを有し、基板2上に画素電極41に対応してマトリクス状に配列されている。
接続端子8は、複数の第1の端子81および複数の第2の端子82で構成されている。
各第1の端子81および各第2の端子82は、それぞれ、駆動用ICと接続するための端子を構成する。
また、配線9は、複数のゲート線91と、各ゲート線91とほぼ直交するように設けられた複数のデータ線92とで構成されている。
また、各データ線92の一端部は、それぞれ、第2の端子82と接続され、その途中には、複数の薄膜トランジスタ1のソース電極3が接続されている。
図2に示す薄膜トランジスタ1は、基板2上に設けられており、ソース電極3(電極指3a)およびドレイン電極4(電極指4a)と、有機半導体層(有機層)5と、ゲート絶縁層6と、ゲート電極7とが、この順で基板2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1は、基板2上に、ソース電極3およびドレイン電極4の双方が櫛歯状、かつ、その歯が互いに噛み合うように形成され、さらに、これら電極3、4を覆うように有機半導体層5が接触して設けられている。次に有機半導体層5上には、ゲート絶縁層6が接触して設けられ、さらにこの上に、ソース電極3およびドレイン電極4の歯が互いに噛み合う領域に、ゲート絶縁層6を介して、重なるようにゲート電極7が設けられている。
このような薄膜トランジスタ1は、ソース電極3およびドレイン電極4が、ゲート絶縁層6を介してゲート電極7よりも基板2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。
基板2上には、ソース電極3およびドレイン電極4のそれぞれの電極指3a、4aが交互に配列するように、チャネル長L方向に沿って、所定距離離間して並設されている。
この薄膜トランジスタ1では、有機半導体層5のうち、ソース電極3の各電極指(ソース電極指)3aと、ドレイン電極4の各電極指(ドレイン電極指)4aとの間の領域が、キャリアが移動するチャネル領域となっている。また、ソース電極3の各電極指3aと、ドレイン電極4の各電極指4aとの間の領域における、キャリアの移動方向の長さ、すなわち各電極指3a、4a間の距離がチャネル長Lに相当し、(チャネル長L方向と直交する方向の長さ、すなわちゲート電極7の幅ω)×(電極指3aと電極指4aとの間隔(ギャップ)の数N)がチャネル幅Wとなる。
そして、本実施形態では、後述するように、ソース電極3およびドレイン電極4を、フォトリソグラフィ法により形成したレジスト層をマスクに用いて形成する。したがって、電極指3a、4aの幅Xは、フォトリソグラフィ法の精度に依存するが、フォトリソグラフィ法の精度は極めて高いため、狭小化することが可能である。
各電極指3a、4aの幅Xは、それぞれ、20μm以下であるのが好ましく、10μm以下がより好ましい。
有機半導体層5は、有機半導体材料(半導体的な電気伝導を示す有機材料)を主材料として構成されている。
この有機半導体層5は、少なくともチャネル領域51においてチャネル長L方向とほぼ平行となるように配向しているのが好ましい。これにより、チャネル領域51におけるキャリア移動度が高いものとなり、その結果、薄膜トランジスタ1は、その作動速度がより速いものとなる。
有機半導体層5の厚さ(平均)は、0.1〜1000nm程度であるのが好ましく、1〜500nm程度であるのがより好ましく、10〜100nm程度であるのがさらに好ましい。
さらに、導電性材料や半導体材料で被覆したソース電極3およびドレイン電極4を、有機半導体層5により覆うような構成のものであってもよい。
このゲート絶縁層6は、ソース電極3およびドレイン電極4に対してゲート電極7を絶縁するものである。
このゲート絶縁層6の上側の面には、ゲート電極7を形成する方向に沿って、図2(b)に示すように、複数の溝61が形成され(物理的処理が施され)ている。この溝61は、ゲート電極7を形成するための液状材料の液滴の伸展方向に異方性を生じさせるべく形成されるものである。
また、ゲート絶縁層6の構成材料には、例えば、SiO2等の無機絶縁材料を用いることもできる。この場合、ゲート絶縁層6は、ポリシリケート、ポリシロキサン、ポリシラザンのような溶液を塗布して、塗布膜を酸素、または水蒸気の存在下で加熱することによって、溶液材料からSiO2を得ることができる。また、金属アルコキシド溶液を塗布した後、これを酸素雰囲気で加熱することによって無機絶縁材料を得る(ゾル・ゲル法として知られる)ことができる。
ゲート電極7の構成材料としては、前述したソース電極3およびドレイン電極4の構成材料と同様のものを用いることができる。
ゲート電極7の厚さ(平均)は、特に限定されないが、0.1〜5000nm程度であるのが好ましく、1〜5000nm程度であるのがより好ましく、10〜5000nm程度であるのがさらに好ましい。
ゲート電極7の幅ωをかかる範囲内とすることにより、チャネル幅Wが大きくなるのを確実に阻止して、寄生容量や、ゲート絶縁層6を介したゲート電極7へのリーク電流が増大するのを確実に防止することができる。
以上説明したようなアクティブマトリクス装置10では、薄膜トランジスタ1のゲート電極7に印加する電圧を変化させることにより、ソース電極3とドレイン電極4との間に流れる電流量すなわち画素電極41に供給される電流量が制御される。
また、アクティブマトリクス装置が備える薄膜トランジスタとして、トップゲート構造のものを代表に説明したが、このような構造のものに限定されず、ボトムゲート構造のものであってもよい。
このようなアクティブマトリクス装置10は、例えば、次のようにして製造することができる。
図3および図4は、それぞれ、第1実施形態のアクティブマトリクス装置が備える薄膜トランジスタの形成方法を説明するための縦断面図であり、図2中のA−A線を左側に、図2中のB−B線を右側にそれぞれ示す。また、図5は、液滴が異方的に伸展する際の様子を示した模式図(斜視図)である。なお、以下の説明では、図3および図4中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
まず、基板2上に、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92を形成する。
これらは、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法およびMOD法等により、導電性材料により構成される膜(導電膜)を形成した後、不要部分を除去することにより形成することができる。
以下では、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92の形成に無電解メッキ法を適用する場合を一例として説明する。
なお、基板2としてポリイミド等の樹脂基板を用いる場合には、本工程[1−I](工程[1])に先立って、基板2のソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92を形成する面に、これらの密着性を向上させるための密着性向上処理を施しておくのが好ましい。
この密着性向上処理(粗面加工)は、基板2の表面をエッチング液によりエッチング処理した後、還元剤を含む処理液による処理することにより行う。
エッチング液には、例えばCrO3、MnO2等の遷移金属酸化物と、硫酸、塩酸等の無機酸とを含む液を用いることができる。
この前処理は、例えば、カチオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤を含む溶液(界面活性剤溶液)を基板2に接触させることにより行う。これにより、基板2表面にカチオン性界面活性剤またはアニオン性界面活性剤を付着させる。
基板2の表面は、カチオン性界面活性剤が付着することによりプラスに帯電し、アニオン性界面活性剤が付着することによりマイナスに帯電する。これらの帯電に対して、無電解メッキで用いる触媒の帯電極性が反対である場合、触媒が吸着し易いようになり、結果として、形成されるメッキ膜11(ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92)と基板2との密着性が向上する。
このように、液体を基板2に接触させる方法には、各種方法があるが、以下の各工程では、液体を接触させる方法として、浸漬法を用いる場合を代表に説明する。
処理に際する界面活性剤溶液の温度は、0〜70℃程度であるのが好ましく、10〜40℃程度であるのがより好ましい。
また、界面活性剤溶液中での基板2の処理時間は、10〜90秒程度であるのが好ましく、30〜60秒程度であるのがより好ましい。
このようにして、前処理が施された基板2を、例えば、純水(超純水)、イオン交換水、蒸留水、RO水等を用いて洗浄する。
触媒としては、Au、Ag、Pd、Pt、Ni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。
このうち、触媒としてPdを用いる場合には、Sn−Pd等のPd合金のコロイド液、または塩化パラジウム等のイオン系Pd触媒の溶液中に、基板2を浸漬することにより、Pd合金、またはイオン系Pd触媒を基板2の表面に吸着させる。その後、触媒に関与しない元素を除去することにより、Pdを基板2の表面に露出させる。
酸溶液としては、例えば、HBF4等の酸と、ブドウ糖等の還元剤とを含む溶液や、これに、さらに硫酸を添加した溶液等を用いることができる。
触媒を含む溶液中での基板2の処理時間は、10秒〜5分程度であるのが好ましく、20秒〜3分程度であるのがより好ましい。
一方、処理に際する酸溶液の温度は、0〜70℃程度であるのが好ましく、10〜40℃程度であるのがより好ましい。
酸溶液中での基板2の処理時間は、10秒〜5分程度であるのが好ましく、30秒〜3分程度であるのがより好ましい。
このようにして、触媒を付着(吸着)させた基板2を、例えば、純水(超純水)、イオン交換水、蒸留水、RO水等を用いて洗浄する。
ここで、無電解メッキに用いるメッキ液13としては、メッキ膜11(ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92)を形成するための金属の金属塩と、還元剤とを含み、アルカリ金属イオンを実質的に含まないものを用いるのが好ましい。
これにより、形成されるメッキ膜11にアルカリ金属イオンが混入するのが防止される。その結果、後工程で形成される有機半導体層5へアルカリ金属イオンが拡散(混入)することが防止され、有機半導体層5の特性の低下を防止することができる。
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等が挙げられるが、これらの中でも、ヒドラジンおよび次亜隣酸アンモニウムの少なくとも一方を主成分とするものが好ましい。適切なメッキ液温度、メッキ液pHの下で、還元剤としてこれらのものを用いることにより、メッキ膜11の成膜速度が適正なものとなり、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92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、形成されるメッキ膜11も、均一な膜厚、かつ、良好な表面性を有する(膜表面モフォロジーが高い)ものとなる。
また、メッキ液13における還元剤の含有量(溶媒への還元剤の添加量)は、10〜200g/L程度であるのが好ましく、50〜150g/L程度であるのがより好ましい。還元剤の含有量が少な過ぎると、還元剤の種類等によっては、金属イオンの効率のよい還元が困難になるおそれがある。一方、還元剤の含有量を前記上限値を超えて多くしても、それ以上の効果の増大が期待できない。
このようなメッキ液13には、さらに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、無電解メッキの進行に伴って、メッキ液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、メッキ膜11の組成、性状の変化を効果的に防止することができる。
以上のようなメッキ液13に、触媒を吸着させた状態の基板2を浸漬すると、触媒を核として無電解メッキ反応が促進され、メッキ膜11が形成される。
処理に際するメッキ液13の温度は、30〜90℃程度であるのが好ましく、40〜80℃程度であるのがより好ましい。
メッキ液13中での基板2の処理時間は、10秒〜5分程度であるのが好ましく、20秒〜3分程度であるのがより好ましい。
なお、作業温度(メッキ液の温度)、作業時間(メッキ時間)、メッキ液の量、メッキ液のpH、メッキ回数(ターン数)等のメッキ条件を設定することにより、形成されるメッキ膜11の厚さを調整することができる。
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。
このようにして、メッキ膜11が形成された基板2を、例えば、純水(超純水)、イオン交換水、蒸留水、RO水等を用いて洗浄する。
まず、図3(c)に示すように、メッキ膜11上に、レジスト材料12’を塗布(供給)する。次いで、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92の形状に対応するフォトマスクを介して露光した後、現像液で現像する。これにより、図3(d)に示すように、ソース電極3およびドレイン電極4、さらには、図示しないデータ線92、画素電極41および接続端子8に対応する形状にパターニングされたレジスト層12が得られる。
このエッチングには、プラズマエッチング、リアクティブエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチング等の物理的エッチング法、ウェットエッチング等の化学的エッチング法等のうち1種または2種以上を組み合わせて行うことができる。このうち、ウェットエッチングを用いるのが好ましい。これにより、真空装置等の大がかりな装置を用いずに、簡易な装置および工程でエッチングを行うことができる。
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えば、塩化第二鉄を含む溶液、硫酸や硝酸、酢酸を含む溶液等が挙げられる。
このレジスト層12の除去には、好ましくはモノエタノールアミン・ジメチルスルホキシド混合液のようなレジスト剥離液が用いられるが、その他、例えば、前述の物理的エッチング法を用いることもできる。
以上のように、フォトリソグラフィ法とエッチングとを組み合わせて用いることにより、寸法精度の高いソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92を、容易かつ確実に形成することができる。
なお、フォトリソグラフィ法において用いるレジスト材料は、ネガ型のレジスト材料およびポジ型のレジスト材料のいずれであってもよい。
[1’−I] まず、基板2を用意し、この基板2を、例えば、アセトンやイソプロパノール(IPA)のような有機溶媒を単独または適宜組み合わせて洗浄する。
なお、この基板2の洗浄の際には、超音波を付与しつつ行うのが好ましい。これにより、次工程[1’−II]工程で形成される密着層の密着度を向上させることができる。
この密着層の形成は、基板2と、CrまたはTiで構成される密着層形成用材料とをチャンバー内に設置(セット)した状態で、この密着層形成用材料を加熱することにより行うことができる。
チャンバー内の圧力は、できるだけ低く設定すればよく、特に限定されないが、1×10−5〜1×10−1Torr程度であるのが好ましい。
密着層は、その厚さが、10nm以下であるのが好ましく、2〜5nm程度であるのがより好ましい。
この被膜層の形成は、Auで構成される被膜層形成用材料を用いて前記工程[1’−II]で説明したのと同様の方法により行うことができる。
[1’−IV] 次に、この被膜層上に、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92に対応する形状のレジスト層を形成する。このレジスト層の形成は、前記工程[1−V]で説明したのと同様の方法により行うことができる。
このエッチングには、前記工程[1−VI]で説明したのと同様のものを用いることができるが、化学的エッチング法を用いる場合、被膜(Au)層のエッチング液としては、ヨウ素・ヨウ化カリウム混合液を用いるのが好ましく、密着(CrまたはTi)層のエッチング液としては、硝酸二セリウムアンモニウム・過塩素酸水溶液を用いるのが好ましい。
このレジスト層の除去には、前記工程[1−VII]で説明したのと同様の方法により行うことができる。
以上のような工程により、密着層と被膜層とにより構成される寸法精度の高いソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92を、容易かつ確実に形成することができる。
次に、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92が形成された基板2を、例えば、水(純水等)、有機溶媒等を単独または適宜組み合わせて洗浄する。
その後、基板2の有機半導体層5を形成する面側に存在する有機物を除去する。これにより、後工程で形成される有機半導体層5と、ソース電極3およびドレイン電極4間の界面のキャリアに対する障壁が除去され、薄膜トランジスタ1の特性の向上を図ることができる。
後者の方法によれば、大気圧下でプラズマ処理(大気圧プラズマ処理)を行うことができるため、チャンバーや減圧手段等の使用を不要にでき、製造コストの低減および製造時間の短縮を図ることができ有利である。
プラズマ発生に用いるガスとしては、特に限定されないが、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、フッ化炭素の少なくとも1種を主成分とするものを用いるのが好ましい。アルゴンまたはヘリウムを主成分に混合することによって、比較的真空度の低い雰囲気下または大気圧下でプラズマを発生することができるので、装置の簡易化を図ることができる。
なお、本工程[2]は、必要に応じて、省略することもできる。
次に、図4(g)に示すように、ソース電極3、ドレイン電極4、画素電極41、接続端子8およびデータ線92が形成された基板2上に、ソース電極3およびドレイン電極4を覆うように、有機半導体層5を形成する。
このとき、電極指3aと電極指4aとの間の領域には、チャネル領域51が形成される。
このように同一基板上に、複数の薄膜トランジスタ1(素子)を並設する場合に、各素子の有機半導体層5を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。
有機半導体材料は、芳香族炭化水素基、複素環基などの共役系を含むため、一般的に芳香族炭化水素系溶媒に溶けやすい。トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼンなどが特に適する溶媒である。
次に、図4(h)に示すように、有機半導体層5、さらに、図示しないデータ線92および画素電極41を覆うように、換言すれば、接続端子8およびその周辺(基板2の縁部)を除く領域にゲート絶縁層6を選択的に形成する。
ゲート絶縁層6は、例えば、前述したような有機高分子材料またはその前駆体を含む溶液を、塗布法を用いて、有機半導体層5上等に塗布(供給)した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
ゲート絶縁層6の形成には、前者を採用する場合、スピンコート法が、後者を採用する場合、インクジェット法が適している。
次に、図4(i)に示すように、ゲート絶縁層6の上側の面に、ゲート電極7を形成する方向に沿って、複数の溝61を形成する。
この溝61の形状は、図4(i)に示すように、その幅がゲート絶縁層6の上面側から下面側に向かってほぼ一定の大きさのもの(コ字状)に限定されず、例えば、連続的または段階的に変化する部分を有するもの(例えば、V字状、U字状等)であってもよく、不定形のものであってもよい。
なお、溝61をゲート絶縁層6の上側のほぼ全面に形成するようにすると、ゲート絶縁層6と、溝61を形成する装置との位置合わせの工程を省略することができ、アクティブマトリクス装置10の製造時間の短縮を図ることができる。
この型の構成材料としては、ゲート絶縁層6よりも優れた強度を有すものであればよく、特に限定されないが、例えば、ガラス、石英ガラス、シリコン、ニッケル等が挙げられる。
ラビング法とは、例えば、微細な凹凸を有する布をローラに巻きつけた状態で、このローラをゲート絶縁層6の上側の面に押し当てながら回転させることにより行うものである。
なお、これらの手法により溝61を形成する際に、ゲート絶縁層6を前述したような有機高分子材料を主材料として構成することは、特に有効である。すなわち、有機高分子材料を主材料とするゲート絶縁層6は、形成後の再加工が容易であることから、転写法やラビング法による溝61の形成をより確実に行うことができる。
次に、図4(j)に示すように、ゲート絶縁層6上のソース電極3とドレイン電極4との間に対応する領域に、ゲート線91(ゲート電極7)を形成する。
本実施形態では、一列に配列された薄膜トランジスタ1のゲート電極7を一体的に形成する。これにより、隣接するゲート電極7がほぼ直線状に接続される。この一体的かつほぼ直線状に形成されたゲート電極7、すなわち、ほぼ直線状をなす共通電極によりゲート線91が構成される。
このようなゲート線91は、液滴吐出法により、導電性材料またはその前駆体を含む液状材料を、ゲート絶縁層6上に液滴として直線状に順次供給して、隣接する液滴同士を連結させて塗膜を形成し、その後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理(例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等)を施すことにより形成することができる。
ここで、仮に、溝61をゲート絶縁層6の上側の面に形成しない場合、ゲート絶縁層6は、通常、液滴を吸収しない材料で構成されることが多いため、液滴がゲート絶縁層6の表面に着弾すると、ほぼ同時に等方的に濡れ広がることとなる。このため、形成されるゲート電極7は、その幅が、通常、液滴の着弾径より大きくなる。
このように、本発明によれば、目的とする方向に沿って異方性をもったゲート電極7を確実に形成することができる。また、その幅ωが、液滴の着弾径を維持するか、または、それよりも小さくなるので、従来、インクジェット法で形成することができゲート電極に対して、より細幅のゲート電極7を形成することができる。
また、図示のように、溝61の幅および溝61同士の間隔(ピッチ)を小さくして、液滴が複数本の溝61を横断するように着弾するような構成とすると、より大きいキャピラリーフォース(ドライビングフォース)が得られる。これにより、さらに細幅のゲート電極7を形成することができる。
このようにして形成されるゲート電極7は、目的とする方向に沿って正確に形成され、かつ、その幅ωが特に細いものとなる。これにより、ソース電極3およびドレイン電極4とゲート電極7とが不要な部分で重なる面積を減少させること、すなわち、ゲート電極7からの電界で制御できない領域を減少させることができ、薄膜トランジスタ1のオフ電流の増大を確実に防止または抑制することができる。その結果、薄膜トランジスタ1では、良好な特性(スイッチング特性)が発揮される。
また、溝61同士の間隔は、異なる部分があってもよいが、図示のように、各間隔がほぼ等しくなっているのが好ましい。これにより、液滴が供給された位置に応じて、溝61の幅方向への伸展状態(伸び量)にバラツキが生じるのを防止することができる。したがって、ゲート電極7は、より真っ直ぐに形成することができる。
インクの粘度(常温)は、特に限定されないが、通常、3〜10cps程度であるのが好ましく、4〜8cps程度であるのがより好ましい。インクの粘度をかかる範囲とすることにより、ノズルからの液滴の吐出をより安定的に行うことができる。
<A> ゲート線91を導電性高分子材料で構成する場合、インクとしては、導電性高分子材料を溶解した溶液が用いられる。
この場合、溶媒には、前記工程[3]で挙げたものと同様のものを用いることができる。
特に、無機材料粒子(金属粒子)には、Agを主成分とするものが好適である。Agを主成分とする粒子を用いることにより、インクの調製が容易となるとともに、得られるゲート線91において高い導電性が得られる。
この場合、インクにおける無機材料粒子の含有量は、特に限定されないが、1〜40wt%程度であるのが好ましく、10〜30wt%程度であるのがより好ましい。
また、無機材料粒子には、常温での凝集を阻止するための凝集阻止剤(分散剤)で被覆したものを用いるのが好ましい。この凝集阻止剤としては、例えば、アルキルアミンのような窒素原子を含む基を有する化合物、アルカンジオールのような酸素原子を含む基を有する化合物、アルキルチオール、アルカンジチオールのような硫黄原子を含む基を有する化合物等が挙げられる。
また、インク中には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オリゴエステルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂のような各種熱硬化性樹脂の前駆体を添加(混合)するようにしてもよい。
なお、インクの粘度は、例えば、無機材料粒子の含有量、分散媒の種類や組成、添加物の有無や種類等を適宜設定することにより調整することができる。
この場合、インクにおける金属酸化物粒子の含有量は、特に限定されないが、1〜40wt%程度であるのが好ましく、10〜30wt%程度であるのがより好ましい。
また、還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、硫化水素、シュウ酸、一酸化炭素等が挙げられる。
分散媒には、例えば、ブチルセロソルブ、ポリエチレングリコール等の低粘度油脂類、2−プロパノール等のアルコール類またはこれらを含む混合液を用いることができる。
なお、インクの粘度は、例えば、金属酸化物粒子の含有量、分散媒の種類や組成等を適宜設定することにより調整することができる。
用いる金属酸化物の前駆体としては、例えば、金属アルコキシド、酢酸または酢酸誘導体の金属塩のような有機金属化合物、金属塩化物、金属硫化物、金属シアン化物等の無機金属化合物等が挙げられ、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。
また、溶媒には、例えば、水、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエタノールアミンのような多価アルコール、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アリルアルコール、フルフリルアルコール、エチレングリコールモノアセタートのような単価アルコールまたはこれらを含む混合液を用いることができる。
なお、インクの粘度は、例えば、金属酸化物の前駆体の濃度、溶媒の種類や組成等を適宜設定することにより調整することができる。
なお本実施形態では、物理的処理としてゲート絶縁層6の上側の面に溝61を形成する場合について説明したが、このような方法に限定されるものではない。すなわち、物理的処理としては、例えば、ゲート絶縁層6の上側の面に矩形状の突起物を液滴を伸展させる方向に沿って複数設けるようなものであってもよい。
次に、第2実施形態のアクティブマトリクス装置およびその製造方法について説明する。
図6は、第2実施形態のアクティブマトリクス装置が備える薄膜トランジスタの形成方法を説明するための縦断面図であり、図2中のA−A線を左側に、図2中のB−B線を右側にそれぞれ示す。なお、以下の説明では、図6中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
第2実施形態では、前記工程[5](ゲート絶縁層処理工程)において、ゲート絶縁層6の上側の面への物理的処理に代えて、化学的処理を施す点が異なりそれ以外は、前記第1実施形態と同様である。
本実施形態では、化学的処理として、図6(a)に示すように、ゲート絶縁層6の上側の面に、ゲート電極7を形成する方向に沿って、複数の帯状の撥液膜62を形成する。
すなわち、本実施形態では、撥液膜62が形成された領域(第1の領域)が、撥液膜62が形成されない領域(第2の領域)より液滴に対する濡れ性が低い撥液部を構成し、第2の領域が第1の領域より液滴に対する濡れ性が高い親液部を構成する。
このような化学的処理を施すことによっても、前記物理的処理を施す場合と同様の作用・効果が得られる。
また、複数の撥液膜62も、前記第1実施形態の溝61と同様に、ゲート電極7を形成する領域に設けるようにすればよく、例えば、ゲート絶縁層6の上側のほぼ全面に形成するようにしてもよく、ゲート電極7を形成する領域を含み、この領域より若干大きい領域に選択的に形成するようにしてもよい。
この撥液膜62は、処理領域全体を覆うように撥液層を形成した後、不要部分を除去することにより形成してもよいし、撥液膜62を形成する領域に選択的に形成するようにしてもよい。
また、撥液膜形成用材料には、これらを溶媒または分散媒に混合して調製した溶液または分散液を用いることができる。
撥液性を示す官能基としては、例えば、フルオロアルキル基、アルキル基、ビニル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロキシ基等が挙げられる。
また、ゲート絶縁層6は、物理的処理を施す場合と同様に、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6は、前述したような撥液膜62の構成材料と優れた密着性を有するので、ゲート絶縁層6の上側の面への撥液膜62の形成を容易かつ確実に行うことができる。
さらに、本実施形態では、撥液部(撥液膜62)と親液部(撥液膜62が設けられていない領域)とが交互に設けられている場合について説明したが、このような構成に限定されるものではない。すなわち、撥液部と親液部とは、例えば、1:伸展方向に沿って形成された親液部同士の間に、撥液性の程度が異なる複数の撥液部が設けられた構成のもの、2:伸展方向に沿って形成された撥液部同士の間に、親液性の程度が異なる複数の親液部が設けられた構成のものや、3:1の構成と2の構成とを組み合わせた構成のもの等であってもよい。このような構成とした場合でも、前述したのと同様の作用・効果が得られる。
このような処理としては、例えば、1:第1実施形態で示した方法により溝61を形成した後、この溝61が形成されたゲート絶縁層6の上側の面に、第2実施形態で用いた撥液膜形成用材料を含浸させたパッドまたはスタンパ等を接触させて、溝61同士の間の領域に撥液膜62を形成する方法、2:第2実施形態で示した方法によりゲート絶縁層6の上側の面の全面に撥液層を形成した後、第1の実施形態で示したラビング法やソフトリソグラフィ法等により撥液層の不要部分と、この不要部分が接触しているゲート絶縁層6の一部を一括して除去することにより、溝61を形成する方法、3:第2実施形態で示した方法によりゲート絶縁層6の上側の面の全面に撥液層を形成した後、第1の実施形態で示した転写法により溝61を形成する方法等が挙げられる。
そのため、これらの処理方法によれば、液滴に対する溝61の内面の少なくとも一部の濡れ性を溝61同士の間の領域よりも高くすることができる。その結果、前記物理的処理または前記化学的処理を施すことによって得られた作用・効果をより顕著に発揮させることができる。
次に、前述したようなアクティブマトリクス装置10を備える本発明の表示装置について、電気泳動表示装置を一例に説明する。
図7は、本発明の表示装置を電気泳動表示装置に適用した場合の実施形態を示す縦断面図である。
図7に示すように、電気泳動表示部25は、対向基板251と、対向電極252と、マイクロカプセル40と、バインダ材45とを有している。
対向基板251上に、対向電極252が積層され、マイクロカプセル40(表示媒体)がバインダ材45により、対向電極252上に固定されている。
また、各カプセル40内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色(色相)の異なる2種の電気泳動粒子401、402を含む電気泳動分散液400が封入されている。
さらに、アクティブマトリクス装置10が有する接続端子8(端子81、82)には、駆動用ICの端子が接続され、これにより、アクティブマトリクス装置10が備える薄膜トランジスタ1(スイッチング素子)のON/OFFの切り替えが可能となる。
これにより、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線92と画素電極41とは、実質的に導通する。このとき、データ線92に所望のデータ(電圧)を供給した状態であれば、このデータ(電圧)は画素電極41に供給される。
一方、この状態から、ゲート線91への選択信号(選択電圧)の供給を停止すると、薄膜トランジスタ1はOFFとなり、かかる薄膜トランジスタ1に接続されているデータ線92と画素電極41とは非導通状態となる。
特に、本実施形態の電気泳動表示装置20では、電気泳動粒子401、402の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
また、本実施形態の電気泳動表示装置20は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。
なお、本発明の表示装置は、このような電気泳動表示装置20への適用に限定されるものではなく、液晶表示装置、有機または無機EL表示装置等に適用することもできる。
このような電気泳動表示装置20は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置20を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図8は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図9は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図であり、(a)は断面図、(b)は平面図である。
この図に示すディスプレイ800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図8に示す構成と同様のものである。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
例えば、前記実施形態では、薄膜トランジスタについて、トップゲート構造のものを代表に説明したが、本発明の半導体装置の製造方法は、薄膜トランジスタとしてボトムゲート構造のものにも適用することができる。
また、前記本実施形態では、アクティブマトリクス装置(本発明の半導体装置)のゲート線を形成する場合を一例に説明したが、これに限定されず、例えば、カラーフィルターのフィルター部を形成する場合や、無線(RF)ICタグの配線部を形成する場合等に適用することもできる。
また、本発明の半導体装置、表示装置および電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
以下では、特に断らない限り、水として純水を用いた。
(実施例1)
<1> まず、平均厚さ1mmのガラス基板を用意し、水(洗浄液)を用いて洗浄した。
<3> 次に、Sn−Pdコロイド液(25℃)中に、ガラス基板を60秒間浸漬した。これにより、ガラス基板の表面にSn−Pdを吸着させた。その後、水を用いてガラス基板を洗浄した。
<5> 次に、Niメッキ液(80℃、pH8.5)中に、ガラス基板を60秒間浸漬した。これにより、ガラス基板の表面に、平均厚さ100nmのNiメッキ膜を形成した。
なお、Niメッキ液は、硫酸ニッケル10gと、ヒドラジン(還元剤)100gと、硫化アンモニウム(pH調整剤)5gとを、それぞれ水1Lに溶解して調製した。
なお、レジスト材料には、東京応化工業社製、「OPR800」を用いた。
<7> 次に、塩化第二鉄水溶液(25℃)中に、ガラス基板を浸漬した。これにより、レジスト層で覆われていない部分のメッキ膜を除去して、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、接続端子およびデータ線を形成した。
なお、ソース電極およびドレイン電極は、双方が櫛歯状をなし、かつ、その歯が互いに噛み合うようにして形成した。また、ソース電極指とドレイン電極指間との距離(チャネル長L)を10μm、ソース電極指の基端とドレイン電極指の基端との距離を20μmとした。
<9> 次に、各部が形成されたガラス基板に対して、大気圧下で酸素プラズマ処理(大気圧酸素プラズマ処理)を施した。
なお、大気圧プラズマ処理の条件は、RFパワー0.05W/cm2、ガス流量80sccmとした。
<11> 次に、ガラス基板上に、ポリビニルフェノールの6%wt/vol酢酸ブチル溶液を、スピンコート法(2400rpm)により塗布した後、60℃×10分間で乾燥した。これにより、平均厚さ400nmのゲート絶縁層を形成した。
以上の工程により、図1に示すアクティブマトリクス装置を製造した。
前記工程<12>を下記工程<12’>のように変更した以外は、前記実施例1と同様にして図1に示すアクティブマトリクス装置を製造した。なお、この際の、液滴の着弾径と親液部同士の間隔との関係(D/C)およびアクティブマトリクス装置が備えるゲート電極の平均厚さと平均幅は、それぞれ、D/C200、平均厚さ730nm、平均幅22μmであった。
その後、ゲート電極を形成する方向に沿って、エキシマレーザーを等間隔ごとに照射して、ゲート絶縁層上に付着しているカップリング剤を帯状に除去した。これにより、ゲート絶縁層のガラス基板と反対側の面にシラン系カップリング剤で構成される撥液部とシラン系カップリング剤が除去された領域で構成される親液部とを交互(撥液部の幅150nm、親液部の幅150nm)に形成した。
前記工程<12>を下記工程<12”>のように変更した以外は、前記実施例1と同様にして図1に示すアクティブマトリクス装置を製造した。なお、この際の、液滴の着弾径と溝同士の間隔との関係(B/A)およびこのアクティブマトリクス装置が備えるゲート電極の平均厚さと平均幅は、それぞれ、B/A1000、平均厚さ850nm、平均幅20μmであった。
その後、ゲート電極を形成する方向に沿って、ラビング装置を用いてラビング処理を施して、ゲート絶縁層のガラス基板と反対側の面に、溝を形成するとともに、この溝を形成した領域に付着しているカップリング剤を除去した。これにより、ゲート電極を形成する方向に沿って複数の溝(溝の深さ10nm、溝の幅30nm、溝同士の間隔30nm)を形成するとともに、この溝同士の間の部分にシラン系カップリング剤で構成される撥液膜を形成した。
前記工程<12>を省略した以外は、実施例と同様にして、図1に示すアクティブマトリクス装置を製造した。
なお、このアクティブマトリクス装置が備えるゲート電極の平均厚さと平均幅は、それぞれ、平均厚さ350nm、平均幅50μmであった。
ここで、オフ電流とは、ゲート電圧を印加しないときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流の値のことであり、オン電流とは、ゲート電圧を印加したときに、ソース電極とドレイン電極との間に流れる電流の値のことである。したがって、ON/OFF比の値が大きいもの程、良好な特性を有する有機TFTであることを意味する。
このことは、各実施例のように細い幅のゲート電極を形成したことにより、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極とが重なる面積が減少して、薄膜トランジスタのオフ電流が小さくなったことが要因であると推察される。
Claims (15)
- 基板上に一定方向へ延びる領域を複数形成する工程と、
前記複数の領域上に液状材料を吐出し導電膜を形成する工程と、を有し、
前記導電膜は前記複数の領域に重なるように該領域と同一方向へ延在することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板上に半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、を形成する工程と、
前記半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に一定方向へ延びる領域を複数形成する工程と、
前記複数の領域上に液状材料を吐出し導電膜を形成する工程と、を有し、
前記導電膜は前記複数の領域に重なるように該領域と同一方向へ延在することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の領域同士の間隔をA[nm]とし、前記液状材料の着弾径をB[nm]としたとき、B/Aが3〜3×105なる関係を満足することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の領域は前記複数の溝であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記複数の溝は前記ゲート絶縁膜を前記一定方向へラビングすることで形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項2乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記液状材料を吐出する前に、前記液状材料に対し前記ゲート絶縁膜上の他の領域より親液性を示す親液領域を前記ゲート絶縁膜上に形成する工程と、をさらに有し、
前記複数の領域は前記ゲート絶縁膜上に形成された複数の前記親液領域であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記他の領域を第1の領域とし、前記親液領域を第2の領域としたとき、
前記第1の領域と前記第2の領域とは、交互に設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
前記液状材料は液滴吐出装置のノズルから吐出され、
前記導電膜は、その延在方向を長さとしたとき、その幅が前記液状材料の着弾径以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記ゲート絶縁層は、主として有機高分子材料で構成される請求項2乃至8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記液状材料は、導電性材料またはその前駆体を含有する請求項2乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ソース電極および前記ドレイン電極は、双方が櫛歯状をなし、かつ、その歯が互いに噛み合うようにして形成される請求項2乃至10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項2乃至11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。
- 基板上に半導体層と、ソース電極と、ドレイン電極と、が形成され、
前記半導体層上に有機絶縁膜が形成され、
前記有機絶縁膜上に一定方向へ延びる複数の溝が形成され、
前記複数の溝に重なるように該溝と同一方向へ延在する導電膜が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項12または13に記載の半導体装置を備えることを特徴とする表示装置。
- 請求項14に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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