JP2007150030A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストの印刷法を用い、高精度の薄膜トランジスタの電極を印刷法により、導電性粒子を分散された溶液をインキング、乾燥する電極を作製することで、安定し且つ容易に電極を形成できる薄膜トランジスタの製造方法を提供すること。
【解決手段】凹凸面を有する硬化性樹脂、又は樹脂フィルムの基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料により形成の半導体層を有する薄膜トランジスタの前記凹凸面を有する基板の凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、該凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層がその順に形成された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のうち少なくとも一つが導電性粒子の分散液により層形成された薄膜トランジスタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。

近年、電子ペーパー、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグ等の電子部品装置が注目されており、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、半導体層としてシリコンなどの無機半導体材料に代わる有機半導体材料の研究が盛んに行われている。一般に有機半導体材料を用いる場合、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）。

このため、印刷法を用いたトランジスタ、特には有機トランジスタが注目されている。この方法が注目されているのは、以下の理由による。

低温での加工が可能であるので基材に樹脂フィルムを用いることが可能である。

また、半導体材料が有機物である場合、この有機物を溶媒に溶解した溶液を用いて半導体層のパターンを形成することが可能であるため、高温、高真空プロセスが不要となり、低コストでトランジスタを作製することが可能となる。

低コストな薄膜トランジスタを製造するには、半導体層のみではなく電極や絶縁膜も乾式法ではなく湿式法により形成されることが望ましい。電極を印刷法により形成している例として、例えば特許文献１では電極をスクリーン印刷により形成し、特許文献２ではフレキソ印刷により形成している。

スクリーン印刷では２０ミクロン以下のチャネルを形成するのは非常に困難であり、形成できたとしてもペーストの流動によりチャネルが潰れてしまうことや素子内でのチャネル長のばらつきが問題となる。また、一般的にスクリーン印刷により形成された電極は膜厚が厚く、そのためゲート絶縁膜も必然的に厚膜となり、駆動電圧が高くなるといった問題があった。

フレキソ印刷ではスクリーン印刷よりも膜厚を薄くすることが可能である。フレキソ印刷はインキがインキパンからアニロックスロール、版、基板と転写を繰り返して印刷を行うため、各転写工程での転写率により電極膜厚が変化するという問題があった。

以下に公知文献を記す。
特開２００５−７２１８８号公報 特表２００５−５１４７２９号公報 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２６５、１６８４（１９９４）

本発明はそのような課題に鑑みてなされたものであり、低コストの印刷法を用い、高精度の薄膜トランジスタの電極を印刷法により、導電性粒子が分散された溶液をインキング
、乾燥することにより電極を作製することで、安定し且つ容易に電極を形成できる薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、凹凸面を有する基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層を有する薄膜トランジスタの前記凹凸面を有する基板の凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、該凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層が形成された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のうち少なくとも一つが導電性粒子の分散液により層形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記凹凸面を有する基板が、硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記凹凸面を有する基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項４に係る発明は、前記半導体層が、有機半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項５に係る発明は、前記導電性粒子が、金属粒子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項６に係る発明は、前記金属粒子が、金若しくは銀の粒子であることを特徴とする請求項５記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項７に係る発明は、前記導電性粒子が、導電性高分子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項８に係る発明は、前記導電性高分子が、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルホン酸、若しくはポリアニリンであることを特徴とする請求項７記載の薄膜トランジスタである。

本発明の請求項９に係る発明は、凹凸面を有する基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層を有する薄膜トランジスタの前記凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、該凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層がその順に形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、少なくともソース電極及びドレイン電極が印刷法により形成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。

本発明の請求項１０に係る発明は、前記ソース電極及びドレイン電極が、アニロックスロールから導電性粒子の分散液を転写、乾燥することにより形成することを特徴とする請求項９記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

本発明の請求項１１に係る発明は、前記ゲート電極が、インクジェット法若しくはディスペンサ法により形成することを特徴とする請求項９、又は１０記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

本発明の請求項１２に係る発明は、前記半導体層が、印刷法により形成することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

本発明の請求項１３に係る発明は、前記印刷法が、インクジェット法若しくはディスペンサ法により形成することを特徴とする請求項１２記載の薄膜トランジスタの製造方法である。

以上説明したように、本発明によれば凹凸面を有する基材を印刷版のようにして用い、凸部に導電性粒子の分散液をインキング、乾燥することで安定し且つ容易に電極を形成することが出来る。

本発明の薄膜トランジスタ及びその製造方法を一実施形態に基づいて以下説明する。

図１（ｅ）は、本発明の薄膜トランジスタの一実施の部分拡大の側断面図である。凹凸面を有する基板１０上に、少なくとも凸面部にソース電極及びドレイン電極１３、凹面部にゲート電極１４、ゲート絶縁膜１５、半導体層１６とその順に積層形成されている。本発明の薄膜トランジスタは、の前記凹凸面を有する基板の凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層がその順に形成された薄膜トランジスタであって、ソース電極とドレイン電極との間隔は凹凸面を有する基板１０の凸部の位置精度で形成される薄膜トランジスタである。

前記凸部の位置精度について図１（ａ）を用いて説明する。凹凸面を有する基板１０は、基板１１の片側全面に感光性の硬化性樹脂を塗布した後、凹凸パターンを形成したフォトマスク３０を介して露光処理、現像処理後、所定の条件で硬化させ作製した。凸部の位置精度は、フォトマスクのパターン形成精度に依存し、高精度、１μｍ以下の精度であり、基材の温度依存による伸縮に比べて無視できる。以降、薄膜トランジスタの電極の形成は、各々電極毎に凸面部のみ、又は凹面部のみに形成されるため、簡単な方法で高精度に且つバラツキのない方法である。

本発明の実施形態における基板に用いる材料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がある。しかしながら、フレキシブル化や各プロセス温度などを考慮すると、基板としてＰＥＮやポリイミドなどを用いることが望ましい。

また、凹凸面を上記のような基板に直接形成してもよいが、基板上に硬化性樹脂層を形成し、その層に凹凸面を形成しても良い。その場合に用いる硬化性樹脂材料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、例えば不飽和ポリエステル、メラミン、エポキシ、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリオール（メタ）アクリレート、メラミン（メタ）アクリレート、ポリアミド、シリコーン、ポリビニルアルコールなどがある。硬化性樹脂層の形成方法は、ダイコート、マイクログラビア、スピンコート法などがあるが、これらに限定されるわけではない。

凹凸面を形成する方法は特に限定されるものではなく、一般に用いられる方法として形成したい凹部と凸部が逆転した凹凸面形成用基板を基板に押し付ける方法、凹凸面形成用基板に硬化性樹脂を流し込む方法、基板と凹凸面形成用基板の隙間に硬化性樹脂を注入する方法、フォトリソグラフィーを用いる方法、機械切削を用いる方法、収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いる方法などがある。

また、導電性粒子塗布時の表面濡れ性を向上させたり、乾燥後の密着性を改善したりする目的で、凹凸面の凸部をマット加工しても良い。マット加工は、サンドブラスト処理、コロナ処理など、公知の方法を用いることが出来る。また、凹凸面を上記のような基板に直接形成する場合には、予めフィラーを添加して表面処理を施したフィルムを用いることでも達成できる。

本発明の実施形態において、電極材料として用いられる材料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などがある。電極を形成する方法としては、インクジェット法、フレキソ印刷、スクリーン印刷、ディスペンサなどの公知の方法を用いることも出来るが、特にソース・ドレイン電極の場合、基板の凹凸を恰も印刷版のように利用することで、アニロックスロールなどから導電材料を分散した溶液などを転写、乾燥するだけで形成できる。一方、ゲート電極は所望の凹部にのみゲート電極材料を製膜することが望まれるので、インクジェット法、ディスペンサなどが好ましいが、これらに限定されるものではない。

本発明の実施形態において、ゲート絶縁膜として用いられる材料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がある。ゲート絶縁膜の形成方法としては、所望の凹部にのみゲート絶縁材料を製膜することが望まれるので、インクジェット法、ディスペンサなどが好ましいが、これらに限定されるものではない。

本発明の実施形態において、半導体層として用いられる材料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が、低コスト化、フレキシブル化、大大面積化を考慮すると印刷法が適用できる有機半導体材料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材料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。有機半導体材料の印刷方法としては、所望の凹部にのみ半導体材料を製膜することが望まれるので、インクジェット法、ディスペンサなどが好ましいが、これらに限定されるものではない。

尚、本発明の薄膜トランジスタには、必要に応じて封止層、遮光層などを公知の方法を用いて形成してもよい。

以下、本発明の実施例を説明する。

本実施例では、ボトムゲート・ボトムコンタクト型素子の作製方法を示す。図１は、本発明の凹凸面を有する基板上にボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタを製造する方法の一例を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、基板（ＰＥＴ）と硬化性樹脂（ポリアミド）とからならる樹脂凸版材料（東洋紡製プリンタイト）を用い、フォトマスクを介して露光、現像して凹凸面を有する基板を得た。

（ｂ）に示すように、供給された銀粒子の分散液をドクターブレードで一定の膜厚に塗布したアニロックスロールから凸部に印刷し、１５０℃で３０分乾燥させてソース・ドレイン電極を形成した。

（ｃ）に示すように、インクジェット装置を用いて銀粒子の分散液を印刷、同上の条件で乾燥させてゲート電極を形成した。

（ｄ）に示すように、インクジェット装置を用いてゲート絶縁材料（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリビニルフェノール）を印刷、２００℃で３０分乾燥させてゲート絶縁膜を形成した。

しかる後、（ｅ）に示すようにインクジェット装置を用いて半導体材料（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリ（３−ヘキシルチオフェン））を印刷、１００℃で１時間乾燥させて半導体層を形成した。

この結果、凹凸面を有する基板上にボトムゲート・ボトムコンタクト型素子を作製することが出来た。

本実施例では、トップゲート型素子の作製方法を示す。図２は、本発明のマット加工された凹凸面を有する基板上にトップゲート型の薄膜トランジスタを製造する方法の一例を示す断面図である。

図２（ａ）に示すように、基板としてＰＥＮ（帝人デュポン製）を用い、予めレーザー加工で凹凸面形成用基板を形成した後、サンドブラスト処理により表面をマット加工した。凹凸面形成用基板を２００℃に加熱した基板に押し当て、徐々に冷却することにより凹凸面を有する基板を得た。

（ｂ）に示すように、供給された銀粒子の分散液をドクターブレードで一定の膜厚に塗布したアニロックスロールから凸部に印刷し、１５０℃で３０分乾燥させてソース・ドレイン電極を形成した。

（ｃ）に示すように、インクジェット装置を用いて半導体材料（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリ（３−ヘキシルチオフェン））を印刷、１００℃で１時間乾燥させて半導体層を形成した。

（ｄ）に示すように、インクジェット装置を用いてゲート絶縁材料（Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリビニルフェノール）を印刷、２００℃で３０分乾燥させてゲート絶縁膜を形成した。

しかる後、（ｅ）に示すようにインクジェット装置を用いて銀粒子の分散液を印刷、同上の条件で乾燥させてゲート電極を形成した。

この結果、マット加工された凹凸面を有する基板上にトップゲート型素子を作製することが出来た。

本発明のボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの製造方法の一実施例の工程を説明する側断面図である。 本発明のトップゲート型の薄膜トランジスタの製造方法の一実施例の工程を説明する側断面図である。

符号の説明

１０…凹凸面を有する基板
１１…基板
１２…硬化性樹脂
１３…ソース・ドレイン電極
１４…ゲート電極
１５…ゲート絶縁膜
１６…半導体層
２１…導電性粒子の分散液
２２…ゲート絶縁材料
２３…半導体材料
３１…アニロックスロール
３２…ドクターブレード
３３…インクジェット装置
３４…凹凸面形成用基板

Claims (13)

1. 凹凸面を有する基板上に、少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層を有する薄膜トランジスタの前記凹凸面を有する基板の凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、該凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層が形成された薄膜トランジスタであって、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極のうち少なくとも一つが導電性粒子の分散液により層形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記凹凸面を有する基板が、硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記凹凸面を有する基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記半導体層が、有機半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記導電性粒子が、金属粒子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記金属粒子が、金若しくは銀の粒子であることを特徴とする請求項５記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記導電性粒子が、導電性高分子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の薄膜トランジスタ。
8. 前記導電性高分子が、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルホン酸、若しくはポリアニリンであることを特徴とする請求項７記載の薄膜トランジスタ。
9. 凹凸面を有する基板上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層を有する薄膜トランジスタの前記凹面に隣接する凸部にソース電極とドレイン電極が形成され、該凸部間の凹部にゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層がその順に形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、少なくともソース電極及びドレイン電極が印刷法により形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記ソース電極及びドレイン電極が、アニロックスロールから導電性粒子の分散液を転写、乾燥することにより形成することを特徴とする請求項９記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. 前記ゲート電極が、インクジェット法若しくはディスペンサ法により形成することを特徴とする請求項９、又は１０記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12. 前記半導体層が、印刷法により形成することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. 前記印刷法が、インクジェット法若しくはディスペンサ法により形成することを特徴とする請求項１２記載の薄膜トランジスタの製造方法。