JP2010034367A - 有機半導体薄膜の形成方法および薄膜半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転写印刷による有機半導体薄膜の形成において有機半導体材料の選択の自由度が高く、これにより印刷法を適用して特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能な有機半導体薄膜の形成方法および薄膜半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が不可能な有機半導体材料と共に転写が可能な有機材料を混合した混合インク層３を、印刷版１の一主面側に形成する。印刷版１側の混合インク層３を基板１０上に転写することにより、基板１０上に混合インク層３を転写してなる有機半導体薄膜１９を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は有機半導体薄膜の形成方法および薄膜半導体装置の製造方法に関し、特には印刷技術を適用した有機半導体薄膜の形成方法、およびこの形成方法を用いた薄膜半導体装置の製造方法に関する。

近年、活性層として有機半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ、いわゆる有機薄膜トランジスタが注目されている。有機薄膜トランジスタは、活性層となる有機半導体薄膜のパターン形成に印刷法を適用することが可能である。このため、低コスト化に有利であると共に、プラスチック等の耐熱性のないフレキシブルな基板上への形成も可能である。

有機半導体薄膜の印刷法によるパターン形成は、次のように行なう。先ず、例えば撥水性を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用い、表面側に凹凸パターンを有する平板状のスタンプ版を形成する。そしてこのスタンプ版の表面（撥水面）全域に、スピンコート法により有機半導体インクを塗布する。有機半導体インクは、例えばポリ−３ヘキシルチオフェン（poly(3-hexylthiophene(Ｐ３ＨＴ))からなる有機半導体材料をクロロホルムからなる溶媒に溶解させたものが用いられる。次に、スタンプ版に塗布された有機半導体インクを乾燥させて有機半導体薄膜とした後、スタンプ版における有機半導体薄膜の形成面を、薄膜トランジスタが形成される装置基板に押し圧する。これにより、スタンプ版の凸パターン上に形成された有機半導体薄膜部分を装置基板の基板面に密着させる。次いで、装置基板側からスタンプ版を剥がし取ることにより、撥水性を有するスタンプ版側の凸パターン上から装置基板側に有機半導体薄膜をパターン転写する（以上、例えば下記特許文献１参照）。

特開２００７−６７３９０号公報

しかしながら、以上のような有機半導体薄膜の印刷形成においては、スタンプ版からの転写印刷が可能な有機半導体材料が限られており、材料選択の自由度が低かった。例えば、薄膜トランジスタの活性層として用いた場合に、良好な特性を示す有機半導体材料としてＴＩＰＳペンタセン(6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentaceneが知られている。ところがＴＩＰＳペンタセンは、印刷法を適用した膜形成において装置基板側に転写されず、印刷法によるパターン形成を行うことができない。これは、ＴＩＰＳペンタセンを用いた薄膜半導体装置の製造を妨げる要因となっている。

そこで本発明は、転写印刷による有機半導体薄膜の形成において有機半導体材料の選択の自由度が高く、これにより印刷法を適用して特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能な有機半導体薄膜の形成方法および薄膜半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の有機半導体薄膜の形成方法、および薄膜半導体装置の製造方法は、次の工程を行なう。
先ず、溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が不可能な有機半導体材料と共に、同様の状態においての転写が可能な有機材料を混合したインクを調整し、印刷版の一主面側に混合インク層を形成する。次に、印刷版側の混合インク層を基板上に転写することにより、当該基板上に当該混合インク層を転写してなる有機半導体薄膜を形成する。

このような方法では、印刷版からの転写が不可能な有機半導体材料のインクであっても、転写が可能な有機材料を混合することで、基板への転写が可能となることが分かった。これにより、従来、印刷法による薄膜形成が不可能であった有機半導体材料を用いて、基板上に有機半導体薄膜を転写形成することができ、有機半導体薄膜の形成における有機半導体材料の選択性が高められる。

以上説明したように本発明は、転写印刷による有機半導体薄膜の形成において有機半導体材料の選択の自由度が高く、これにより印刷法を適用して特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能になる。

＜第１実施形態＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。以下、これらの図１および図２に基づいて第１実施形態の有機半導体薄膜の形成方法と、これを適用した薄膜半導体装置の製造方法を説明する。尚、本第１実施形態においては、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタを複数設けた薄膜半導体装置の製造を説明する。

先ず、図１（１）に示すように、印刷版１を用意する。この印刷版１は、例えば支持基板１ａの表面を、撥液性を有するＰＤＭＡからなるブランケット層１ｂで覆ってなるものであり、ブランケット層１ｂの表面側が撥液面Ａとなっている。

次に、図１（２）に示すように、印刷版１の撥液面Ａ上に、本発明に特徴的な混合インク層３を塗布形成し乾燥させる。この混合インク層３は、目的とする有機半導体材料（目的材料）と共に、他の有機材料（混合材料）を含有している。このうち、有機半導体材料（目的材料）は、溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が不可能な材料である。一方、このような有機半導体材料（目的材料）と共に混合インク層３を構成する有機材料（混合材料）は、溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が可能な有機材料である。

ここで用いる有機半導体材料（目的材料）は、上述したように溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が不可能な材料である。このような有機半導体材料は、印刷版１（ＰＤＭＳ）の表面エネルギーα、ＴＩＰＳペンタセン（有機半導体材料）の表面エネルギーβ１とした場合、α＞β１となっている材料である。このような有機半導体材料として、例えばＴＩＰＳペンタセンが例示される。ＴＩＰＳペンタセンは、トルエンなどにＴＩＰＳペンタセンを溶解させたインクを、印刷版１の撥液面Ａに塗布してインク層を形成し、このインク層を他の基板に転写印刷しようとした場合に、印刷版１から基板側に転写することができない。

また、ここで用いる他の有機材料（混合材料）は、上述したように溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が可能な材料であれば良い。このような有機材料は、印刷版１（ＰＤＭＳ）の表面エネルギーα、有機材料の表面エネルギーβ２とした場合、α＜β２となっている材料である。また、例えば有機半導体材料がＴＩＰＳペンタセンのような低分子材料であれば、高分子材料であることが好ましく、これによって混合インク層３の粘度を調整できる。ここでは、このような有機材料として、ポリスチレンが例示される。

そして、以上のような有機半導体材料（目的材料）と有機材料（混合材料）との混合割合は、これらを混合した混合インクの粘度が印刷に適する範囲で、かつこの混合インクを用いて形成される有機半導体薄膜に半導体特性が得られる範囲に設定されることとする。

ここでは例えば、ＴＩＰＳペンタセン：ポリスチレン＝４：１（重量比）を、トルエンに５重量％で溶解させて混合インクを調整し、スピンコート法によって印刷版１の撥液面Ａ上に混合インクを塗布して混合インク層３を形成し乾燥させる。尚、スピンコート法によって塗布形成した混合インク層３は、塗布過程において溶剤が揮発して乾燥が進む。このため、必要に応じて乾燥工程を行えば良い。

尚、有機半導体材料（目的材料）が高分子材料であれば、この有機半導体材料によって混合インク層３の粘度調整ができるため、有機材料（混合材料）は低分子材料であっても良く高分子材料であっても良い。つまり、混合インク層３に含有されている有機半導体材料または有機材料の少なくとも一方が高分子材料であれば、混合インク層３の粘度を調整できるために好ましいのである。また、有機半導体材料と共に用いる有機材料は、上述したポリスチレンのような絶縁性材料であっても良いが、半導体材料であっても良い。

次に、図１（３）に示すように、印刷用凹版５を用意する。この印刷用凹版５は、例えば支持基板５ａと感光性樹脂層５ｂとで構成されている。そして、感光性樹脂層５ｂの表面側には、リソグラフィーによって形成された凹パターン５ｃが設けられていることとする。これらの凹パターン５ｃは、最終的に転写印刷によって形成される有機半導体薄膜の外形形状に一致するように、平面視的な開口形状で形成されていることとする。

以上のような構成の印刷用凹版５は、その凹パタ−ン５ｃの形成面を、印刷版１における混合インク層３の形成面側に対向させる状態で配置される。この状態で、印刷用凹版５を印刷版１の混合インク層３に押し圧し、凹パターン５ｃ間に設けられた凸部分に混合インク層３を密着させる。

次いで図１（４）に示すように、印刷版１側から印刷用凹版５を引き剥がす。これにより、印刷用凹版５に密着している混合インク層３部分が印刷用凹版５側に転写され、印刷用凹版５の凹パターン５ｃに対応する部分が印刷版１側に残される。そして、印刷版１上には、印刷版１側に残された混合インク層３部分の形状にパターン化された混合インク層（以下インクパターンと記す）３ａが形成される。

次に、図２（１）に示すように、インクパターン３ａが形成された印刷版１を、基板１０に対向配置させる。

ここでこの基板１０は、例えば絶縁性の支持基板１１上にゲート電極１３が配列形成され、これらのゲート電極１３を覆う状態でゲート絶縁膜１５が設けられ、このゲート絶縁膜１５上にソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄが設けられた構成であることとする。ここで各ソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄは、各ゲート電極１３の両側に対をなして配置されている。このうちゲート電極１３、ソース電極１７ｓ、およびドレイン電極１７ｄは、例えば金（Ａｕ）蒸着膜をリフトオフし電極形成したものとし、５０ｎｍの膜厚を有する。またゲート絶縁膜１５は、例えばポリビニルフェノール（Polyvinylphenol：ＰＶＰ）とオクタデシルトリクロオシラン（ＯＴＳ）との混合材料からなり、３３０ｎｍの膜厚を有する。

以上のような基板１０におけるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄの形成面側に、インクパターン３ａを対向させた状態で印刷版１を配置する。そして、基板１０におけるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄに対して、印刷版１のインクパターン３ａを位置合わせする。この状態で、基板１０に対して印刷版１を押し圧し、基板１０にインクパターン３ａを密着させる。

次に、図２（２）に示すように、基板１０側から印刷版１を引き剥がす。これにより、基板１０における各ソース電極１７ｓ−ドレイン電極１７ｄ間に、印刷版１側からインクパターン３ａを転写印刷する。基板１０側に転写印刷されたインクパターン３ａは、有機半導体材料を含有する混合インク層（３）で構成された有機半導体薄膜１９として形成される。

以上により、基板１０には、ゲート電極１３上にゲート絶縁膜１５を介してソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄが設けられ、これらのソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄ間に有機半導体薄膜１９が形成された薄膜トランジスタＴｒが設けられる。

このような第１実施形態によれば、印刷版１からの転写印刷が不可能であった有機半導体材料（ＴＩＰＳペンタセン）とともに、転写印刷が可能な有機材料を用いて混合インク層３を形成することにより、混合インク層３（インクパターン３ａ）の基板１０上への転写印刷が可能になった。これにより、特性は良好であったが印刷に不向きな有機半導体材料を印刷プロセスに適用することが可能になり、有機半導体薄膜の印刷形成における有機半導体材料の選択性が高められる。この結果、印刷法を適用して特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能になる。

図３には、上述の第１実施形態で例示した構成を適用して作製したボトムゲート・ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタＴｒのＴＦＴ特性を示す。尚、この有機薄膜トランジスタＴｒの作製においては、Ａｕからなるゲート電極１３(膜厚５０ｎｍ）上に、ＰＶＰ−ＯＴＳからなるゲート絶縁膜１５（膜厚３３０ｎｍ）を介してＡｕからなるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄ（膜厚３３０ｎｍ）を設けた基板１０を用いた。そして、ソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄ間の基板１０上に、ＴＩＰＳペンタセン：ポリスチレン＝４：１（重量比）をトルエンに５重量％で溶解させてた混合インクを用いた転写印刷によって、有機半導体薄膜１９を形成した。

この図３に示すように、本発明を適用した第１実施形態の手順で得られた有機薄膜トランジスタＴｒは、チャネル長（Ｌｃｈ）＝５μｍ、チャネル幅（Ｗｃｈ）＝４７．２
ｍｍであって、トランジスタ特性を示すことが確認された。

＜第２実施形態＞
図４および図５は、本発明の第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。以下、これらの図４および図５に基づいて第２実施形態の有機半導体薄膜の形成方法と、これを適用した薄膜半導体装置の製造方法を説明する。尚、本第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、ボトムゲート・ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタを複数設けた薄膜半導体装置の製造を説明する。

先ず、図４（１）に示すように、第１実施形態と同様の印刷版１を用意する。すなわちこの印刷版１は、例えば支持基板１ａの表面を、撥液性を有するＰＤＭＡからなるブランケット層１ｂで覆ってなるものであり、ブランケット層１ｂの表面側が撥液面Ａとなっている。

次に、図４（２）に示すように、印刷版１の撥液面Ａ上に、本発明に特徴的な混合インク層３’を塗布形成し乾燥させることで複数層に分離した混合インク層３’を形成する。この混合インク層３’は、有機半導体材料と共に、他の有機材料を含有していることは第１実施形態と同様である。すなわち有機半導体材料は、溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が不可能な材料である。一方、このような有機半導体材料と共に混合インク層３’を構成する有機材料は、溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が可能な有機材料である。

このような有機半導体材料は、第１実施形態と同様に、溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が不可能な材料であることとする。すなわち有機半導体材料は、印刷版１（ＰＤＭＳ）の表面エネルギーα、ＴＩＰＳペンタセン（有機半導体材料）の表面エネルギーβ１とした場合、α＞β１となっている材料でありＴＩＰＳペンタセンが例示される。

また、このような有機材料は、第１実施形態と同様に、溶剤に溶解させたインクの状態において、印刷版１から他の基板上への転写印刷が可能な材料であれば良い。すなわち、有機材料は、印刷版１（ＰＤＭＳ）の表面エネルギーα、有機材料の表面エネルギーβ２とした場合、α＜β２となっている材料である。

ただし、有機半導体材料と有機材料とは、乾燥の過程で相分離が進みやすいように、有機半導体材料に合わせて有機材料を組み合わせて用いることとする。この場合、例えば所望の有機半導体材料に対して、インク用の溶剤に対する溶解度に差がある有機材料を用いることが好ましい。

また、第１実施形態でも説明したように、混合インク層３’に含有されている有機半導体材料または有機材料の少なくとも一方が高分子材料であれば、混合インク層３の粘度を調整できるために好ましい。さらに、有機半導体材料と共に用いる有機材料は、上述したポリスチレンのような絶縁性材料であっても良いが、半導体材料であっても良い。

そして混合インク層３’は、主に有機半導体材料（目的材料）を含有する有機半導体層３-1と、主に有機材料（混合材料）を含有する有機層３-2とに相分離し、例えば図示したように有機半導体層３-1間に有機層３-2が挟持された構成となる。尚、有機半導体層３-1は、主に有機半導体材料（目的材料）を含有していれば、他の半導体材料（混合材料）が含有されていて良い。同様に、有機層３-2は、主に上述した他の有機材料（混合材料）を含有していれば、有機半導体材料（目的材料）が含有されていても良い。

次に、図４（３）に示すように、第１実施形態と同様の印刷用凹版５を用意する。すなわち印刷用凹版５は、例えば支持基板５ａと感光性樹脂層５ｂとで構成されており、感光性樹脂層５ｂの表面側に、リソグラフィーによって形成された凹パターン５ｃが設けられていることとする。これらの凹パターン５ｃは、最終的に転写印刷によって形成される有機半導体薄膜の外形形状に一致するように、平面視的な開口形状で形成されていることとする。

以上のような構成の印刷用凹版５は、その凹パタ−ン５ｃの形成面を、印刷版１における混合インク層３’の形成面側に対向させる状態で配置される。この状態で、印刷用凹版５を印刷版１の混合インク層３’に押し圧し、凹パターン５ｃ間に設けられた凸部分に混合インク層３’を密着させる。

次いで図４（４）に示すように、第１実施形態と同様に、印刷版１側から印刷用凹版５を引き剥がす。これにより、印刷用凹版５に密着している混合インク層３’部分が印刷用凹版５側に転写され、印刷用凹版５の凹パターン５ｃに対応する部分が印刷版１側に残される。
そして、印刷版１上には、印刷版１側に残された混合インク層３’部分の形状にパターン化された混合インク層（以下インクパターンと記す）３ａ’が形成される。尚、ここでは、混合インク層３’を構成する有機半導体層３-1、有機層３-2、および有機半導体層３-1ともが、印刷用凹版５側に転写された状態を図示した。しかしながら、混合インク層３ａは、有機半導体層３-1と有機層３-2との間で分離されても良く、印刷用凹版５側への転写は、最上層の有機半導体層３-1のみ、または最上層の有機半導体層３-1および有機層３-2のみであっても良い。

次に、図５（１）に示すように、インクパターン３ａ’が形成された印刷版１を、基板１０に対向配置させる。

ここでこの基板１０は、例えば第１実施形態で説明したと同様の構成であって、絶縁性の支持基板１１上にゲート電極１３が配列形成され、これらのゲート電極１３を覆う状態でゲート絶縁膜１５が設けられ、このゲート絶縁膜１５上にソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄが設けられたものであることとする。

以上のような構成の基板１０におけるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄの形成面側に、第１実施形態と同様に、インクパターン３ａ’を対向させた状態で印刷版１を配置する。そして、基板１０におけるソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄに対して、印刷版１のインクパターン３ａ’を位置合わせする。この状態で、基板１０に対して印刷版１を押し圧し、基板１０にインクパターン３ａ’を密着させる。

次に、図５（２）に示すように、基板１０側から印刷版１を引き剥がす。これにより、基板１０における各ソース電極１７ｓ−ドレイン電極１７ｄ間に、印刷版１側からインクパターン３ａ’のうちの少なくとも最上層の有機半導体層３-1を転写印刷する。この際、有機層３-2は、図示したように基板１０側に転写印刷されても良いし、印刷版１側に残されても良い。

そして以上のように基板１０側に転写印刷されたインクパターン３ａ’部分が、有機半導体材料を含有する混合インク層（３’）で構成された有機半導体薄膜１９’となる。

以上により、基板１０には、ゲート電極１３上にゲート絶縁膜１５を介してソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄが設けられ、これらのソース電極１７ｓおよびドレイン電極１７ｄ間に有機半導体薄膜１９’が形成された薄膜トランジスタＴｒ’が設けられる。

このような第２実施形態によれば、印刷版からの転写印刷が不可能であった有機半導体材料（ＴＩＰＳペンタセン）とともに、転写印刷が可能な有機材料を用いて混合インク層３’を構成し、有機半導体層３-1と有機層３-2とに相分離させることで、混合インク層３’（インクパターン３ａ’）のうちの少なくとも有機半導体層３-1の基板１０上への転写印刷が可能になった。これにより、特性は良好であったが印刷に不向きな有機半導体材料を印刷プロセスに適用することが可能になり、有機半導体薄膜の印刷形成における有機半導体材料の選択性が高められる。この結果、印刷法を適用して特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能になる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ここでは、薄膜半導体装置として、液晶表示装置のバックプレーンの製造方法を説明し、これに引き続きこのバックプレーンを用いた液晶表示装置の構成を説明する。

先ず、図６（ａ）の回路図および図６（ｂ）の画素部平面図を用いてバックプレーン２０の構成を説明する。ここで作製するバックプレーン２０の支持基板２１には、表示領域２１Ａとその周辺領域２１Ｂとが設定されている。表示領域２１Ａには、複数の走査線２３と複数の信号線２４とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。また、表示領域２１Ａには、複数の共通配線２５が走査線２３と平行に配線されている。一方、周辺領域２１Ｂには、走査線２３を走査駆動する走査線駆動回路２６と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線２４に供給する信号線駆動回路２７とが配置されている。

各画素ａには、例えばスイッチング素子としての薄膜トランジスタＴｒおよび保持容量Ｃｓからなる画素回路が設けられ、さらにこの画素回路に接続された画素電極２９が設けられている。また保持容量Ｃｓは、共通配線２５から延設された下部電極２５ｃ−画素電極２９間で構成される。薄膜トランジスタＴｒは、走査線２３から延設されたゲート電極２３ｇと、信号線２４から延設されたソース電極２４ｓと、画素電極２９から延設されたドレイン電極２９ｄとを備えており、さらにソース電極２４ｓ−ドレイン電極２９ｄ間にわたる有機半導体薄膜３３を備えている。

そして、薄膜トランジスタＴｒを介して信号線２４から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電圧が画素電極２９に供給される構成となっている。

また以上のような回路が形成された支持基板２１上には、ここでの図示を省略した分離絶縁膜および配向膜が設けられている。

以上のような構成のパックプレーン２０を作製する手順は、次のようである。

先ず、支持基板２１上に画素駆動回路の一部を形成する。この場合、図６（ｂ）の平面図におけるＡ−Ａ’断面に対応する図７（１）に示すように、支持基板２１上に、走査線とこれに接続されたゲート電極２３ｇ、共通配線およびこれに接続された下部電極２５ｃを形成する。これらの配線および電極の形成は、例えば印刷法によって行う。次に、これらの配線および電極を覆う状態でゲート絶縁膜３１を成膜する。

次に、図７（２）に示すように、支持基板２１におけるゲート絶縁膜３１上に、同一プロセスにて、画素電極２９、ソース電極２４ｓとこれに接続された信号線２４、さらにはドレイン電極２９ｄとこれに接続された画素電極２９を形成する。これにより、下部電極２５ｃと画素電極２９との間にゲート絶縁膜３１を狭持してなる容量素子Ｃｓが形成される。尚、これらの電極形成は、例えば印刷法を用いて行なわれる。

その後、図７（３）に示すように、例えば第２実施形態において図４（１）〜図４（４）を用いて説明した手順により、印刷版１の撥液面Ａ上に混合インク層３’からなるインクパターン３ａ’を形成したものを容易する。ここでは、第２実施形態と同様に、有機半導体層３-1間に有機層３-2が挟持されたインクパターン３ａ’を印刷版１の撥液面Ａ上に設けた構成を示している。

そして、支持基板２１におけるソース電極２４ｓ、ドレイン電極２９ｄ、信号線２４、および画素電極２９の形成面側に、インクパターン３ａ’が形成された印刷版１を対向配置する。この際、インクパターン３ａ’の形成面側を支持基板２１側に向けて印刷版１を配置する。また、支持基板２１上のソース電極２４ｓおよびドレイン電極２９ｄに対して、インクパターン３ａ’が対向配置されるように、支持基板２１と印刷版１とを位置合わせする。

この状態で、支持基板２１と印刷版１とを押し圧し、インクパターン３ａ’を基板２１側のソース電極２４ｓからドレイン電極２９ｄにわたる部分に密着させる。

次いで、図７（４）に示すように、支持基板２１側から印刷版１を引き剥がす。これにより、支持基板２１側における各ソース電極２４ｓ−ドレイン電極２９ｄ間に、印刷版１側からインクパターン３ａ’のうちの少なくとも最上層の有機半導体層３-1を転写印刷する。この際、有機層３-2は、図示したように支持基板２１側に転写印刷されても良いし、印刷版１側に残されても良い。

以上のように支持基板２１側に転写印刷されたインクパターン３ａ’部分が、有機半導体材料を含有する混合インク層（３’）で構成された有機半導体薄膜３３となる。

以上により、支持基板２１には、ゲート電極２３ｇ上にゲート絶縁膜３１を介してソース電極２４ｓおよびドレイン電極２９ｄが設けられ、これらのソース電極２４ｓおよびドレイン電極２９ｄ間に有機半導体薄膜３３が形成された薄膜トランジスタＴｒ’が設けられる。

次に、図７（５）に示すように、画素電極２９の周縁と有機半導体薄膜３３とを覆う形状の分離絶縁膜３５を形成し、この分離絶縁膜３５の開口窓３５ａの底部に画素電極２９を広く露出させる。そして、分離絶縁膜３５および画素電極２９上を覆う状態で、支持基板２１の上方に配向膜３７を形成する。

以上により、液晶表示装置用のバックプレーン（薄膜半導体装置）２０を完成させる。

次に、以上のようにして作製したバックプレーン（薄膜半導体装置）２０を用いた液晶表示装置の製造方法を説明する。

先ず、図８に示すように、パックプレーン２０に対向配置させる対向基板４１を用意し、この一主面側に共通電極４３および配向膜４５をこの順に形成する。尚、対向基板４１側における共通電極４３の下部には、ここでの図示を省略したカラーフィルタや位相差層等、必要に応じた部材が設けられることとする。

次に、配向膜３７−４５同士を向かい合わせ、ここでの図示を省略したスペーサを挟持させた状態でパックプレーン２０と対向基板４１とを対向配置し、基板２０−４１間に液晶相ＬＣを充填して周囲を封止することで、液晶表示装置５０を完成させる。

以上のようなパックプレーン２０の製造方法、およびこれに続けて行われる表示装置の製造方法によれば、所望の有機半導体材料を用いた転写印刷によって有機半導体薄膜３３が形成される。この結果、特性の良好な有機半導体薄膜３３が、転写印刷によるより簡便な手順で形成され、特性の良好なバックプレーン２０や液晶表示装置５０を低コストで作製することが可能になる。

尚、上述した実施形態においては、半導体薄膜１９，１９’，３３のパターン形成に、印刷用凹版を用いて印刷版上の混合インク層３をインクパターン３ａとし、これを基板１０上に転写印刷した反転オフセット印刷を適用する方法を説明した。しかしながら本発明は、凸版印刷、凹版印刷、樹脂凸版印刷、など印刷版上の混合インクを、被印刷版としての基板上に転写印刷する方法に広く適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

また上述した実施形態においては、ボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタＴｒ，Ｔｒ’の作製に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら、本発明は、有機半導体薄膜を用いた薄膜半導体装置の製造比広く適用可能であり、例えば薄膜トランジスタであれば、他の層構成の有機薄膜トランジスタの作製にも適用可能である。さらに上述した実施形態においては、薄膜半導体装置のとして、有機薄膜トランジスタやこれを用いた液晶表示装置用のバックプレーンを例示した。しかしながら本発明の薄膜半導体装置は、有機半導体薄膜を用いた電子機器に広く適用可能である。例えば、表示装置であれば、有機電界発光素子を用いた有機ＥＬディスプレイのようなフレキシブルディスプレイに適用できる。また表示装置以外にも、ＩＤタグ、センサー等の電子機器への適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。

第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。 第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。 第１実施形態中で例示した構成で作製した有機薄膜トランジスタのＴＦＴ特性を示す図である。 第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その１）である。 第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図（その２）である。 第３実施形態において薄膜半導体装置として製造する液晶表示装置のバックプレーンの構成図である。 第３実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。 第３実施形態で作製したバックプレーンを用いて構成される液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１…印刷版、３，３’…混合インク層、３-1…有機半導体層（有機半導体材料を含有する層）、３-2…有機層（有機材料を含有する層）、１０…基板、１３，２３ｇ…ゲート電極、１５，３１…ゲート絶縁膜、１７ｓ，２４ｓ…ソース電極、１７ｄ，２９ｄ…ドレイン電極、１９，１９’，３３…有機半導体薄膜、２０…バックプレーン（薄膜半導体装置）、２１…支持基板、Ｔｒ，Ｔｒ’…薄膜トランジスタ（薄膜半導体装置）

Claims (10)

1. 溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が不可能な有機半導体材料と共に転写が可能な有機材料を混合した混合インク層を、印刷版の一主面側に形成する工程と、
   前記印刷版側の混合インク層を基板上に転写することにより、当該基板上に当該混合インク層を転写してなる有機半導体薄膜を形成する工程とを行う
   有機半導体薄膜の形成方法。
2. 前記印刷版の表面エネルギーα、前記有機半導体材料の表面エネルギーβ１、および前記有機材料の表面エネルギーβ２の関係が、α＞β１かつα＜β２である
   請求項１記載の有機半導体薄膜の形成方法。
3. 前記印刷版上において、前記有機半導体材料を含有する層間に前記有機材料を含有する層を挟持した状態に前記混合インク層を相分離させ、
   前記基板上には、前記印刷版上に形成された前記混合インク層における少なくとも最上層の前記有機半導体材料を含有する層を転写する
   請求項１または２に記載の有機半導体薄膜の形成方法。
4. 前記有機半導体材料および前記有機材料のうちの少なくとも一方が高分子材料である
   請求項１〜３のうちの１項に記載の有機半導体薄膜の形成方法。
5. 前記転写が可能な有機材料は、半導体材料である
   請求項１〜４のうちの１項に記載の有機半導体薄膜の形成方法。
6. 前記転写が可能な有機材料は、絶縁性材料である
   請求項１〜４のうちの１項に記載の有機半導体薄膜の形成方法。
7. 溶剤に溶解させたインクの状態において印刷版から基板への転写が不可能な有機半導体材料と共に転写が可能な有機材料を混合した混合インク層を、印刷版の一主面側に形成する工程と、
   前記印刷版側の混合インク層を基板上に転写することにより、当該基板上に当該混合インク層を転写してなる有機半導体薄膜を形成する工程とを行う
   薄膜半導体装置の製造方法。
8. 前記印刷版の表面エネルギーα、前記有機半導体材料β１、および前記有機材料の表面エネルギーβ２の関係が、α＞β１かつα＜β２である
   請求項７記載の薄膜半導体装置の製造方法。
9. 前記基板上にはソース電極とドレイン電極とが形成されており、前記有機半導体薄膜は当該ソース電極−ドレイン電極間にわたる基板上に転写される
   請求項７または８に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
10. 前記基板の表面側には、ゲート電極を介してゲート絶縁膜が形成されており、当該ゲート絶縁膜上に前記ソース電極とドレイン電極とが形成されている
    請求項９記載の薄膜半導体装置の製造方法。

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