JP2007242836A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法安定性に優れ、水分や酸素による劣化のない、軽量、フレキシブルで大面積に対応でき量産性のある、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタにおいて、該基材が極薄ガラス（５００ミクロン以下や曲率半径が、１５０ｍｍ以下等）であることを特徴とする薄膜トランジスタおよびその製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、電界効果型薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。

従来より、薄膜トランジスタは、ガラス基板上に電極、絶縁層、半導体層を真空中で蒸着法、スパッタ法、フォトリソグラフィー法等により積層し作製されるのが一般的であった。この作製方法は、高価な装置を必要とし、スループットも悪く、さらに近年の軽量化、フレキシブル化の要求には対応が困難であった。

これに対応するものとして、一部真空工程ではないインクジェット法や印刷法による開発が試みられている。これらの方法によれば、高価な装置は必要とせず、スループットも満足され、さらにプラスチック等のフレキシブルかつ軽量である基材を使用することも可能となる。真空工程を用いないインクジェット法や印刷法では、これまでの金属やアモルファスシリコン等の材料は使用できないため、新たな材料の開発が求められており、近年これらに適用可能な金属粒子分散体や有機半導体材料等の開発も盛んである。

軽量化、フレキシブル化に対応する基材としてプラスチックが挙げられるが、工程中での機械的、熱的刺激による寸法安定性に問題がある。また、作製工程中あるいは作製後に、外部あるいは使用する各種材料から混入する水分や酸素等によって、特に有機材料が劣化し、トランジスタとしての所定の特性を維持できないという問題があった。

以下に特許文献を示す。
特開２００３−３０９２６５号公報

本発明は、寸法安定性に優れ、水分や酸素による劣化のない、軽量、フレキシブルで大面積に対応でき量産性のある、薄膜トランジスタおよび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。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
請求項１の発明は、基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタにおいて、該基材が極薄ガラスであることを特徴とする薄膜トランジスタである。

請求項２の発明は、前記極薄ガラスの膜厚が、５００ミクロン以下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。

請求項３の発明は、前記極薄ガラスの曲率半径が、１５０ｍｍ以下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。

請求項４の発明は、極薄ガラス基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタの製造方法において、該各電極層を形成する工程、該絶縁層を形成する工程、該活性層を形成する工程の少なくとも一工程を大気中で行う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５の発明は、極薄ガラス基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタの製造方法において、該各電極層を形成する工程、該絶縁層を形成する工程、該活性層を形成する工程を巻き取りながら連続的に行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法である。

本発明によれば、薄膜トランジスタの基材として、極薄ガラスを使用するため、機械的あるいは熱的な刺激による寸法安定性に優れ、軽量でフレキシブルなトランジスタを提供することができる。またガスバリア性に優れるため、水分や酸素による劣化のない長寿命の薄膜トランジスタを提供できる。さらに、大気中でかつ巻き取ることもできるため、大面積に対応でき量産性のある、薄膜トランジスタとその製造方法を提供することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

図１は本発明による薄膜トランジスタの一実施例を示す断面図である。図１に示すように、薄膜トランジスタ１は、極薄ガラス基材２上に、ゲート電極３、絶縁層４、さらにソース電極５，ドレイン電極６が形成されており、ソース電極５とドレイン電極６の上および間に半導体層７が設けられる。

図１において、本発明に用いる極薄ガラス基材２は、耐熱性、平坦性、強度、適度な柔軟性を有するものが好ましい。特に柔軟を持たせるために、膜厚は５００μ以下が好ましい。後述のトランジスタの作製工程あるいは使用環境を考慮すると、曲率半径は１５０ｍｍ以下が好適である。極薄ガラス基材２は、ガラス単独で用いてもよいが、場合によっては、基材の片面あるいは両面に無機材料および／または有機材料による保護層を設けてもよい。

基材に極薄ガラスを使用することにより、機械的あるいは熱的な刺激による寸法変化が少なく、軽量でフレキシブルなトランジスタが得られる。またガスバリア性に優れるため、水分や酸素による劣化のない長寿命の薄膜トランジスタが得られる。

基材表面に用いる保護層としては、公知の水分あるいは酸素に対しバリア性のある材料、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの無機薄膜や、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどの有機薄膜、およびそれらの複合膜や積層膜が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。これらは巻き取り式コーティング、あるいは巻き取り式真空成膜法により形成されることが好ましい。

ゲート電極３、ソース電極５、ドレイン電極６としては、金、銀、銅、クロム、チタン、インジウムスズ酸化物、導電性ポリマーなどの公知の材料を適宜用いることができる。ゲート電極３、ソース電極５、ドレイン電極６は、真空蒸着法により作製することも可能であるが、金属粒子の分散体を用いることによるグラビア印刷やスクリーン印刷等の公知の印刷法を用いることが望ましい。

絶縁層４としては公知の有機あるいは無機の絶縁材料を用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフェン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリルレートなどの有機材料や、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機材料が使用可能であるが、これらに限定されるものではない
。

絶縁層は、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、グラビア印刷、凸版印刷、平版印刷、インクジェット法などやＣＶＤ法、ゾルゲル法などの公知の方法により形成することができる。特に大気中でかつ巻き取り式で行うことにより、大面積に対応が可能で、量産性のある薄膜トランジスタを得ることができる。

半導体層７としては公知の有機あるいは無機の半導体材料を用いることができる。例えば、ペリレン・テトラカルボキシリック・ジアンヒドリド、ポリトリアリルアミン、ナフタレン・テトラカルボキシリック・ジアンヒドリド、銅フタロシアニン、フッ化銅フタロシアニン、テトラセン、ペンタセン、チオフェンオリゴマー、α−セクシチオフェン、レジオレギュラー・ポリ（チオフェン）などの有機半導体材料や、酸化亜鉛、カドミウムセレナイド、インジウムガリウム系酸化物などの無機材料が使用可能であるが、これらに限定されるものではない。

半導体層は、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、グラビア印刷、凸版印刷、平版印刷、インクジェット法などや真空蒸着法などの公知の方法により形成することができる。特に大気中でかつ巻き取り式で行うことにより、大面積に対応が可能で、量産性のある薄膜トランジスタを得ることができる。

本発明では、必要に応じて、半導体層７上にさらに保護層を設けてもよい。保護層としては、水分や酸素に対するバリア性のある材料が好ましく、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルフェノール、ポリビニルアルコール、アクリル系ポリマー、エポキシ系ポリマーなどの公知の材料を適宜もちいることができるが、これらに限定されるものではない。

本発明の薄膜トランジスタは、各電極層を形成する工程、絶縁層を形成する工程、活性層を形成する工程の少なくとも一工程を大気中で行うため、かつこれらの各工程を巻き取りながら連続的に行うため、大面積にも対応でき、かつ装置、製造コストを抑えることができ量産にも適する。

本発明の薄膜トランジスタは液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等に使用することができる。これらのディスプレイ市場は、大面積化、フレキシブル化へ向かっており、本発明の薄膜トランジスタは、この流れにも適応できるものである。

１００ミクロン厚の極薄ガラス上に、ゲート電極として膜厚０．１ミクロンの金ナノ粒子による金膜を凸版印刷により形成した。次に絶縁層として、膜厚０．３ミクロンのポリイミド層をスプレーコートにより形成した。次にソース電極とドレイン電極として膜厚０．１ミクロンの金ナノ粒子による金膜を凸版印刷法により形成した。

次に、活性層として、インクジェット法により膜厚０．１ミクロンの有機半導体層を形成した。有機半導体材料には、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を用いた。１００℃で２４時間乾燥後、保護層としてポリビニルフェノール層をノズルコートにより形成した。

作製されたトランジスタは、移動度１×１０^-2ｃｍ²／Ｖｓ、伝導度１×１０^-4Ｓ／ｃｍ、オンオフ比約１０⁴であった。また、作製されたトランジスタは曲率半径１５０ｍｍのフレキシブル性を有し、繰り返し曲げ試験の後も特性は変化しなかった。

７５ミクロン厚の極薄ガラスの両面に、二酸化シリコンをゾルゲル法により形成後、ゲート電極として膜厚０．１ミクロンの銀ナノ粒子による銀膜を凸版印刷により形成した。次に絶縁層として、膜厚０．３ミクロンのエポキシ樹脂層をスプレーコートにより形成した。次にソース電極とドレイン電極として膜厚０．１ミクロンの銀ナノ粒子による銀膜を凸版印刷法により形成した。

次に、活性層として、インクジェット法により膜厚０．１ミクロンの有機半導体層を形成した。有機半導体材料には、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を用いた。１００℃で２４時間乾燥後、保護層としてポリビニルフェノール層をノズルコートにより形成した。

作製されたトランジスタは、移動度１×１０^-2ｃｍ²／Ｖｓ、伝導度１×１０^-4Ｓ／ｃｍ、オンオフ比約１０⁴であった。また、作製されたトランジスタは曲率半径１００ｍｍのフレキシブル性を有し、繰り返し曲げ試験の後も特性は変化しなかった。

本発明による薄膜トランジスタの一実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ 薄膜トランジスタ
２ 極薄ガラス基材
３ ゲート電極
４ 絶縁層
５ ソース電極
６ ドレイン電極
７ 半導体層

Claims (5)

1. 基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタにおいて、該基材が極薄ガラスであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記極薄ガラスの膜厚が、５００ミクロン以下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. 前記極薄ガラスの曲率半径が、１５０ｍｍ以下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. 極薄ガラス基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタの製造方法において、該各電極層を形成する工程、該絶縁層を形成する工程、該活性層を形成する工程の少なくとも一工程を大気中で行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
5. 極薄ガラス基材上に、少なくともゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、絶縁層および半導体からなる活性層を含む薄膜トランジスタの製造方法において、該各電極層を形成する工程、該絶縁層を形成する工程、該活性層を形成する工程を巻き取りながら連続的に行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。

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