JP2012169404A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なトランジスタ特性を得ることができる印刷用版およびそれを用いたパターン形成方法、および薄膜トランジスタの製造方法を提供すること。
【解決方法】少なくとも、絶縁性の基材と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極と接続するよう形成された半導体層と、前記半導体層を封止する封止層と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
表面に凹部と凸部が形成された印刷用版の凹部にインキ供給手段により機能性インキを供給する工程と、前記凹部に供給された機能性インキをブランケット上に転写する工程と、前記ブランケット上の機能性インキを前記基材上又は前記ゲート絶縁層上に転写して前記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層のいずれかを形成する工程と、をこの順に行うとしたもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、印刷用版およびそれを用いたパターン形成方法、および薄膜トランジスタの製造方法に関する。

情報技術の目覚しい発展により、現在ではノート型パソコンや携帯情報端末などでの情報の送受信が頻繁に行われている。近い将来、場所を選ばずに情報をやり取りできるユビキタス社会が来るであろうことは周知の事実である。そのような社会においては、より軽量、薄型の情報端末が望まれる。

現在半導体材料の主流はシリコン系であり、製造方法としてはフォトリソグラフィーを用いたものが一般的である。

一方で、印刷技術を用いて電子部材を製造するプリンタブルエレクトロニクスが注目されている。印刷技術を用いることで、フォトリソグラフィーよりも装置や製造コストが下がり、また真空や高温を必要としないことからプラスチック基板が利用できるなどのメリットが挙げられる。

この場合、半導体材料としては有機溶媒に可溶な有機半導体などを用いることが多い。これにより、半導体層を印刷法により形成できるためである。例えば特許文献１では、インクジェット法により有機半導体層を形成している。有機半導体を用いたＴＦＴは有機ＴＦＴと呼ばれる。ＴＦＴを構成する部材としては、半導体以外に電極や絶縁膜があるが、低コストなＴＦＴを形成する上ではこれらも印刷法やコーティング技術などのウェット法を用いて形成されることが望まれる。例えば特許文献２では、インクジェット法を用いて電極を形成している。また、例えば特許文献３では、スピンコート法を用いてゲート絶縁膜を形成している。

有機半導体は高分子タイプと低分子タイプに大別される。印刷法で半導体層を形成する場合には、インキ粘度の観点から高分子タイプの有機半導体の方が好ましいが、一般的に高分子タイプのキャリヤ移動度は低分子タイプに比べて低いことが知られている。そのため、低分子タイプの有機半導体を印刷法により形成することが望まれている。

低分子タイプの有機半導体を溶解させたインキの粘度は一般的に数ｍＰａｓ程度である。低粘度のインキを利用可能な印刷方法としてはインクジェット法やフレキソ印刷法などが挙げられるが、その場合にもインキ粘度は最低でも５ｍＰａｓ以上にすることが必要であった。

このような課題を解決するため、例えば特許文献４では低分子タイプの有機半導体と粘度調整剤としてポリマーバインダーを混合した溶液をインキとして用い、インキの乾燥工程において相分離をさせることで有機半導体層を形成する方法が報告されている。この場合には、インキ粘度をポリマーバインダーにより調整可能であるため、例えばインクジェットなどの方法で良好に塗布できる。同時に、相分離をさせることで有機半導体層と封止層を一括形成可能であるので好ましい。

また一方で、低分子タイプの有機半導体を用いた場合には、結晶状態の制御が不可欠である。良好なトランジスタ特性を得るためには、比較的大きな結晶粒が好ましく、これらの結晶粒が連続的に成膜されることが不可欠である。同時に、ソース・ドレイン電極の形成工程による有機半導体へのダメージを極力減らすためには、ソース・ドレイン電極形成後にソース・ドレイン電極上に半導体層を形成するボトムコンタクト型と呼ばれる素子構造が好ましいが、この場合ソース・ドレイン電極表面とゲート絶縁膜表面とで表面自由エネルギーが異なるため、ソース・ドレイン電極とゲート絶縁膜の境界部で有機半導体の結晶状態が不連続となり、トランジスタ特性が劣化することが知られている。

しかしながら、例えば低分子タイプの有機半導体とポリマーバインダーを混合した溶液を用いてインクジェット法やフレキソ印刷などの方法で有機半導体層と封止層を一括形成する場合、インクジェット法やフレキソ印刷法ではインクが基板上で濡れ広がり厚膜形成が困難であるため、封止層の厚さが薄くなり、十分な封止能力を示すことが困難である。また、上述したようにボトムコンタクト型の素子構造を用いる場合、ソース・ドレイン電極とゲート絶縁膜の境界部での結晶状態の不連続性は回避できない。

さらに、特許文献２のようにインクジェット法により電極を形成する場合、インクジェット法では厚膜の形成が困難であり、薄い電極しか形成できないが、電極が薄い場合には導通の信頼性や導電性が低下してしまう。また、微細な電極パターンを形成するためにはバンクを用いる方法や予め光照射などにより基板の濡れ性を部分的に制御するなどの方法を必要とするため煩雑である。

特開２００５−２１００８６ 特開２００４−２９７０１１ 特開２００７−２６６３５５ 特開２００９−１７７１３６

上記の課題を鑑み、本発明では、キャリヤ移動度の高い低分子タイプの有機半導体材料を用いてボトムコンタクト型の素子構造を作製した場合においても、ソース・ドレイン電極とゲート絶縁膜の境界部での結晶状態の不連続性を回避でき、ひいては良好なトランジスタ特性を得ることができる印刷用版およびそれを用いたパターン形成方法、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。

また、本発明では、ソース・ドレイン電極等の信頼性や導電性を高めた電極を印刷法によりパターン形成することができる印刷用版およびそれを用いたパターン形成方法、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。

請求項１に記載の発明は、少なくとも、絶縁性の基材と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極と接続するよう形成された半導体層と、前記半導体層を封止する封止層と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
表面に凹部と凸部が形成された印刷用版の凹部にインキ供給手段により機能性インキを供給する工程と、前記凹部に供給された機能性インキをブランケット上に転写する工程と、前記ブランケット上の機能性インキを前記基材上又は前記ゲート絶縁層上に転写して前記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層のいずれかを形成する工程と、をこの順に行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記印刷用版の凸部には撥液処理が施され、該印刷用版の凹部には表面処理が施されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記表面処理が剥離性を付与する処理であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、シランカップリング剤を用いて前記撥液処理および前記表面処理を行うことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記インキ供給手段がインクジェット法であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記機能性インキが少なくとも導電性材料を含むことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、前記機能性インキが少なくとも有機半導体若しくはその前駆体を含み、
前記機能性インキをブランケット上に転写する工程を行う前に、前記凹部に供給された機能性インキを加熱する工程を行うことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、前記有機半導体若しくはその前駆体が低分子有機半導体であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、前記機能性インキがポリマーバインダーを含むことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、前記ポリマーバインダーが絶縁性であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば表面に凹凸が形成された印刷用版において凸部に撥液処理、凹部に表面処理を施すことで、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを容易に製造することが可能である。

請求項１に記載の発明の効果は、表面に凹部と凸部が形成された印刷用版の凹部にインキ供給手段により機能性インキを供給し、凹部に供給された機能性インキをブランケット上に転写し、ブランケット上の機能性インキを基材上又は前記ゲート絶縁層上に転写してゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層のいずれかを形成することで良質な表面状態の有機半導体層、又は導電性や信頼性に優れたゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を有する薄膜トランジスタを作製する事が可能となる。

請求項２に記載の発明の効果は、凸部に撥液処理が施されていることでインキが選択的に凹部へ供給され、且つ凹部に表面処理が施されていることにより有機半導体が理想的な配向状態を形成することが可能となる。

請求項３に記載の発明の効果は、表面処理を剥離性の処理とすることで、凹部でインキが乾燥した場合にもブランケットへインキが転移しやすいため、印刷時間の幅を広くすることが可能となる。また、インキを故意に乾燥させることも可能となるため、インキに２種類以上の溶質を用い、相分離を必要とする場合においても相分離後のインキを転写可能となる。

請求項４に記載の発明の効果は、撥液処理や表面処理にシランカップリング剤を用いることで、印刷用版の凸部や凹部を簡便に、且つ任意に処理することが可能となる。

請求項５に記載の発明の効果は、凹部にインクジェット法を用いてインキを供給することで、ドクタリングが不要となり、印刷用版の耐久性が増す。また、一般的にインクジェット法では微細なパターンを得るためには、形成するパターンの周囲に隔壁を設けることや下地の濡れ性制御などが必要とされるが、この方法を用いることでそれらが不要となる。また、隔壁を用いる場合を除いてインクジェット法では厚膜パターンの形成は非常に困難であったが、この方法を用いることで容易となる。また、基材に直接転写するのではなく、ブランケットを介して転写をすることで、例えばインキに有機半導体が含まれる場合には凹部の表面処理と有機半導体との界面に形成された良質な表面をそのまま基材に転写可能となり、ひいては良好な特性の薄膜トランジスタが得られる。

請求項６に記載の発明の効果は、インキに導電性材料が含まれることで薄膜トランジスタの電極パターンなどを形成することが可能になる。

請求項７に記載の発明の効果は、インキに有機半導体若しくはその前駆体が含まれることで薄膜トランジスタの有機半導体層を形成することが可能となる。また、有機半導体若しくはその前駆体が含まれるインキを上記表面処理がされた印刷用版の凹部内で加熱処理することにより、理想的な結晶構造を形成することが可能となる。

請求項８に記載の発明の効果は、有機半導体若しくはその前駆体が低分子有機半導体である場合でも凹部の表面処理との界面において理想的な結晶構造を形成することが可能となり、良好な結晶状態の低分子有機半導体パターンを形成することが可能となる。

請求項９に記載の発明の効果は、インキがポリマーバインダーを含むことによりインキ粘度を任意に調整可能となり、安定してインキを供給することが可能となる。

請求項１０に記載の発明の効果は、絶縁性のポリマーバインダーを用いた場合に、印刷用版の凹部で有機半導体材料とポリマーバインダー材料を相分離させた後に基材へ転写することで有機半導体層と封止層のパターンを簡便に形成することが可能となる。

本発明の印刷用版の実施形態の一例を示す概略模式図である 実施例１に記載の本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す概略模式図である 実施例２に記載の本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す概略模式図である 実施例３に記載の本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す概略模式図である 実施例４に記載の本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す概略模式図である ・・・比較例１に記載の凸部に撥液処理を施さない印刷用版の概略模式図である

本発明を実施形態の一例として薄膜トランジスタの製造方法を例として説明する。なお、本発明はこれに限るものではない。

本発明のパターン形成方法は、撥液処理がされた凸部頂部と、表面処理がされたパターン状の凹部と、からなる印刷用版の凹部にインキ供給手段により機能性インキを供給するインキ供給工程と、機能性インキが供給された印刷用版をブランケットに押圧してインキパターンをブランケットに転写する工程と、インキパターンが転写されたブランケットを被印刷基材に押圧してブランケットから被印刷基材へとインキパターンを転写する工程と、を連続して行うことで基材上へパターン形成を行う方法である。

ここで、機能性インキが供給された印刷用版は転写に必要なインキの粘度等の調整のためにブランケットへのインキの転写工程の前に加熱・乾燥することができる。特に、ポリマーバインダーを含む半導体材料インキの場合、印刷用版の凹部に供給した後、ブランケットへの転写工程前に印刷用版内において加熱・乾燥工程を行うことが望ましい。これは、ポリマーバインダーを添加した半導体材料インキを加熱することで半導体材料の層とポリマーバインダー層とに相分離する現象を利用したもので、これによりポリマーバインダーからなる封止層と半導体層とを凹部内に形成し、それをブランケットへの転写、ブランケットから基材への転写を経ることでソース・ドレイン電極上に半導体層と封止層を同時に形成することができる。

また、ポリマーバインダーを含む半導体材料インキでも半導体材料のみのインキでも、転写前に加熱することで均一な表面処理がなされた凹部の中で半導体材料が結晶化するため、連続性の高い半導体層を形成することができる。

本発明の実施形態において、印刷用版に用いる材料は金属、ガラス、プラスチックなど、特に限定されるものではないが、表面処理の簡便さから金属やガラスなどが好ましい。また、印刷用版の形状としては板状、シリンダー状、又は板状の版をシリンダーに巻きつけたものとすることができる。印刷用版の凹凸の形成方法としては、サンドブラスト、フォトリソグラフィー、エッチング、ＦＩＢ（収束イオンビーム）、ナノインプリンティング法などがある。

印刷用版の凹凸パターンは、印刷用版で形成する薄膜トランジスタの構成によりパターンが異なるが、凹部の深さは均一であることが望ましい。凹部の深さが均一でない場合、ブランケットへの転写不良や、インキの供給不良が起こる恐れがある。

本発明の実施形態において、印刷用版の撥液処理や表面処理の方法は特に限定されるものではないが、シリコーンやシランカップリング剤を用いた化学的処理、フッ素プラズマなどの物理的処理などが挙げられるが、長期安定性などを考慮するとガラスや金属表面に対するシランカップリング処理が好ましい。シランカップリング処理はシランカップリング剤を好適な溶媒に溶解させた溶液を印刷用版表面に塗布するウェット法やシランカップリング剤を常圧下や減圧下で揮発させて行うドライ処理が挙げられる。

撥液処理はインキをはじくことが必要とされるため、化学的処理の場合に用いられる材料としては、撥水性や撥油性の高いフッ素及びフッ素を含む置換基やシロキサン基を側鎖又は主鎖に含むオリゴマーもしくはポリマーが好ましく、これらの例として、長鎖フルオロアルキルシラン、加水分解性基含有シロキサン、フルオロアルキル基含有オリゴマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

表面処理は用いる機能性のインキによって最適な処理が異なるが、例えば機能性インキとして半導体材料を用いる場合には、表面にヘキサメチルジシラザンやオクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシランなどを用いた場合に高いトランジスタ特性を示すことが小林らやＣｈｏらにより報告されており（Ｓ． Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒ． ３， ３１７（２００４）、Ｋ． Ｃｈｏ ｅｔ ａｌ Ｊ． Ｍａｔｅｒ． Ｃｈｅｍ．， ２０１０， ２０， ２５４９−２５６１）、これらの表面処理を用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。また、剥離性のある材料を用いて表面処理をしても良い。剥離性のある材料を用いることで、凹部へのインキ残り等の転写不良無くブランケットへのインキの転写を行うことができるため好ましい。
オクタデシルトリクロロシランのような撥液性の高い表面処理を用いる場合には、凹部の表面処理と凸部の撥液処理を同じにすることができ、印刷用版を簡便に作製できるため好ましい。

凹部への表面処理方法としては、シリコーンやシランカップリング剤を用いた化学的処理、フッ素プラズマなどの物理的処理などが挙げられるが、長期安定性などを考慮するとガラスや金属表面に対するシランカップリング処理が好ましい。シランカップリング処理はシランカップリング剤を好適な溶媒に溶解させた溶液を凹部に塗布するウェット法やシランカップリング剤を常圧下や減圧下で揮発させて行うドライ処理が挙げられる。
このように、凹部内へ表面処理することにより凹部内は均一な表面状態となる。

本発明の実施形態において、凹部へのインキ供給手段としては特に限定されるものではなく、スピンコート法やダイコート法、ドクターブレードを用いる方法やインクジェット法を用いる方法などが挙げられる。特に、印刷用版としてガラス製の版を用いる場合には、ドクターブレードに対する版の耐久性を考慮するとスピンコート法やダイコート法、インクジェット法が好ましい。金属製の版を用いる場合にも、ドクターブレードによるドクタリングにより金属異物が発生するために、スピンコート法やダイコート法、インクジェット法が好ましい。

本発明の実施形態において用いる機能性インキの種類は特に限定されるものではなく、印刷用の着色インキや導電性、絶縁性、半導体性などの機能性インキなどが挙げられる。特に半導体材料をインキとして用い、本発明の印刷用版を用いてパターンを形成する場合においては、半導体の配向状態を制御可能となるために好ましい。また、導電性のインキを用いる場合には、被印刷基材上にバンクを必要とせずに導電パターンを形成できるため好ましい。

半導体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、インキ化を考慮すると有機半導体材料や酸化物半導体材料を用いることが望ましい。有機半導体材料としては、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、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）、およびそれらの誘導体のような低分子有機半導体材料や加熱処理などで有機半導体に変換される前駆体を半導体材料インキとして用いることができる。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層の材料として用いることができる。酸化物半導体となる無機半導体材料としては、亜鉛やインジウム、ガリウムなどからなる金属塩化物、金属アセテート、金属硝酸塩などを用いることもできる。半導体材料インキを用いる場合には、溶媒としてトルエンやキシレン、インダン、テトラリン、プロピレングリコールメチルエーテルアセテートなどが挙げられるが、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けるポリマーバインダーとして用いる材料は特に限定されるものではないが、例えばポリスチレンやポリメチルメタクリレート、ポリ（α−メチルスチレン）、ポリ（α−エチルスチレン）、ポリカーボネート、ポリアクリルニトリル、ポリ（４−ビニルフェノール）などが挙げられる。また、これらのポリマーバインダーには架橋のための開始剤などが含まれても良く、光を遮るための遮光剤などが含まれても良く、少なくとも絶縁性を有する絶縁性ポリマーであることが好ましい。

ポリマーバインダーは半導体材料と共にインキ化され、混合インキとして印刷用版に供給される（図２（ａ））。ポリマーバインダーは半導体材料、特に、低分子半導体材料からなるインキの増粘のために用いられるが、上記の通り、加熱により相分離するため（図２（ｂ））、基材への転写後に半導体層上の封止層となる役割も有している。

また、本発明の実施形態においては印刷用版の凹部に連続して異なる溶液を供給することも可能である。例えば、第１の溶液として半導体材料インキを用い、第２の溶液としてポリマー材料を溶解させたインキを用いる。この場合、第２の溶液を供給する前に半導体溶液を加熱することなども可能である。この方法は、例えば所望の半導体材料と封止層として用いる材料とが同一溶媒に可溶しない場合において有効である。従って、例えば封止層としてフッ素系樹脂を用いる場合などに好適である。フッ素系樹脂としてはフッ素化エポキシ、フッ素化アクリル、フッ素化ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、フッ素化オレフィン・プロピレン共重合体、フッ素化オレフィン・ビニルエーテル共重合体、フッ素化オレフィン・ビニルエステル共重合体、フッ素化エーテル環化重合体等を用いることができる。

導電性材料をインキとして用いる場合には、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウムなどの金属微粒子分散液に必要に応じて分散溶媒や界面活性剤などの各種添加剤を加えたインキや、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などに溶媒及び各種添加剤を加えたインキ、さらにはインジウムアセチルアセトナート及びジブチルスズアセテートの混合物に溶媒及び各種添加剤を加えたインキ等を導電性材料インキとして用いることができる。基板上への転写後、焼成工程を行うことでインキ中の導電性材料が固化してソース・ドレイン電極や配線が形成される。
なお、印刷用版にインキを供給した後、インキの転写性の向上や、電極の厚膜化のために加熱・乾燥工程を行うこともできる。導電性材料インキに用いる溶媒としてはエタノールやイソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール系溶媒、グリコール系溶媒などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

インクジェット法を用いて導電性材料を印刷する場合には、一般的にはインキの濡れ広がりを防ぐために予め基板上に隔壁を設ける方法や予め光照射などにより基板表面の濡れ性を制御する方法が用いられる。本発明の印刷用版を用い、ブランケットを介して基板上に転写する方式を用いることでこれらの煩雑な構造や工程を省略することが出来、好ましい。また一方で、インクジェット法を用いた場合にはインキの膜厚を厚くすることが非常に困難であるが、本発明の実施形態を用いた場合には印刷用版の凹部にインキを供給してパターンを形成することで、厚膜のパターンを形成することが可能となり、ひいては導電性の改善や基板下地の傷などによる断線などの不良を回避することが可能となり好ましい。

本発明の実施形態におけるブランケットの材料は、印刷用版からブランケットへのインキ転写、ブランケットから基材への転写が可能なものが用いられる。また、変形の少ない材料が好ましいが、ある程度の柔軟性が求められる。このような材料として、シリコーン系エラストマー、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなどを用いることができる。また、ブランケット表面の濡れ性を調製するため、ブランケット表面にフッ素樹脂およびシリコーンの塗布、プラズマ処理、ＵＶオゾン洗浄処理などの表面処理を施しても良い。

ブランケットの形状としては、印刷用版の形状に拠らず板状、シリンダー状、又は板状のブランケットをシリンダーに巻きつけたものとすることができる。また、インキが転写されるブランケット表面は凹凸の無い平坦なものであることが望ましい。

本発明のパターン形成方法を用いて薄膜トランジスタを製造する場合には、薄膜トランジスタの基材の材料としては特に限定されるものではないが、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、これらのプラスチック材料を表面に形成したステンレス等の金属、石英などのガラス基板やシリコンウェハーなどがある。

本発明のパターン形成方法を用いて薄膜トランジスタのゲート電極、キャパシタ電極、ソース電極、ドレイン電極、画素電極、及びこれらの電極と接続する配線等の導電パターンを形成する場合には、上記の導電性材料インキを各電極、又は配線パターンを有する印刷用版を用いて基材上やゲート絶縁層上等にパターン形成した後焼成することで、マスクやフォトリソグラフィー等の複数の工程を必要とせずに精密な電極・配線パターンを形成することができるため、コストや生産性の面で優れている。

同様にコストや生産性の面で優れているインクジェット法のみで基板上に電極を形成する場合、電極の厚膜化のために隔壁を設けてその間に塗布することが一般的である。一方、本発明のパターン形成方法は、隔壁を設けなくても厚膜な電極を形成することができ、隔壁を設ける工程が必要ないため、よりコストや生産性に優れている。

本発明のパターン形成方法を用いて薄膜トランジスタの半導体層を形成する場合には、上記の半導体材料インキを半導体層のパターンを有する印刷用版を用いてソース・ドレイン電極間に転写することで形成される。半導体層形成用の印刷用版のパターンとしては、ソース・ドレイン電極間に半導体層を形成できるパターンであればよく、半導体層が個々のトランジスタにドット状に配置されるパターンや、半導体層が複数のトランジスタにまたがるストライプ状に配置されるパターンとすることができる。

ここで、ポリマーバインダーを含む半導体材料インキは印刷用版の凹部に供給したあと、ブランケットへの転写工程前に印刷用版内において加熱・乾燥工程を行うことが望ましい。これは、ポリマーバインダーを添加した半導体材料インキを加熱することで半導体材料の層とポリマーバインダー層とに相分離する現象を利用したもので、これによりポリマーバインダーからなる封止層と半導体層とを凹部内に形成し、それをブランケットへの転写、ブランケットから基材への転写を経ることでソース・ドレイン電極上に半導体層と封止層を同時に形成することができる。また、ブランケット上や基板上に転写する際のインキ濡れ広がりを抑えることからも、加熱・乾燥工程を行うことが望ましい。

また、半導体材料インキが供給された印刷用版を加熱すると、半導体材料の結晶化が起こるが、印刷用版の凹部内は上述の表面処理により均一な表面状態となっており、この均一な表面状態の凹部内で半導体層の結晶化を行うことで連続性の高い結晶を形成することができるため、トランジスタ特性を向上することができる。凹部内の均一な表面状態を生かして半導体材料の結晶性を良くするには、加熱により凹部の下、即ち凹部の底部に半導体層が来るような組み合わせが望ましい。このような半導体材料とポリマーバインダーとの組み合わせとしては、例えば半導体材料として６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）を、ポリマーバインダーとしてポリ（α−メチルスチレン）を用いた場合などが挙げられる。
さらに、半導体材料インキとして加熱により有機半導体材料に変化する、有機半導体材料の前駆体等を用いた場合には、加熱による有機半導体材料への変換、及び結晶化を印刷用版の凹部内で同時に行うことができる。

印刷用版の加熱方法としては、インキを供給した後の印刷用版をオーブンに導入する、印刷用版をホットプレートに乗せる、加熱機構のあるシリンダーに版を巻きつけてインキ供給後にシリンダーを加熱するといった方法とすることができるが、これに限るものではない。

本発明のパターン形成方法を用いて形成される薄膜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トップゲート型、ボトムゲート型のいずれの構造であってもよい。ゲート電極の配置以外の構造の違いとして、半導体層の位置が異なるボトムコンタクト型、トップコンタクト型があるが、半導体層として有機半導体材料を用いる場合にはボトムコンタクト型とすることが好ましい。ボトムコンタクト型はトップコンタクト型に比べてチャネル長を短くできるため大きなドレイン電流が得られ、さらに本発明のパターン形成方法ではボトムコンタクト型の構造であっても有機半導体材料の連続性の高い結晶化ができるためである。なお、トップコンタクト型であっても連続性の高い結晶を形成することができ、さらに本発明のパターン形成方法を用いてソース・ドレイン電極を形成する場合には、厚膜なソース・ドレイン電極を、半導体層にダメージを与えることなく形成することができるため、トップコンタクト型の薄膜トランジスタとしても良い。

以下、本発明のパターン形成方法を用いて薄膜トランジスタを製造した場合の実施例を元に、本発明を説明する。なお、本発明はこれに限るものではない。

（半導体層形成用版の形成工程）
薄膜トランジスタの半導体層を形成するための印刷用版を以下のように作製した。印刷用版の材料としてはガラスを用いた。ガラス上にクロムをスパッタ法により５０ｎｍ成膜、ポジレジストを用いたフォトリソ、エッチング、レジスト剥離により凸部に対応するクロムパターンを形成した。次にフッ酸を用いたガラスエッチングにより、版深５μｍになるように凹凸を形成した。次に表面処理剤としてヘキサメチルジシラザンを用い、印刷用版とヘキサメチルジシラザンを密閉容器内に１時間入れることで凹部に表面処理を施した。次にクロムをエッチングし、凸部の表面をガラスとした。次にフルオロアルキルシラン（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＬ８２３３）をイソプロピルアルコールに０．５重量％で溶解させた溶液に浸漬後、１２０℃で加熱乾燥させることにより凸部に撥液処理を施した。これにより、凸部に撥液処理、凹部に表面処理が施された印刷用版を作製した。

（薄膜トランジスタ基板の形成工程）
薄膜トランジスタ基板を以下のように作製した。基材としてポリイミド（宇部興産製）を用いた。アルミニウムをスパッタ法により１００ｎｍ成膜、ポジレジストを用いたフォトリソ、エッチング、レジスト剥離によりゲート電極を形成した。次にゲート絶縁材料としてポリイミド（三菱ガス化学製ネオプリム）を用いてダイコーターにより塗布、１８０℃で１時間加熱乾燥させてゲート絶縁膜を形成した。次に金を蒸着法により５０ｎｍ成膜、ポジレジストを用いたフォトリソ、エッチング、レジスト剥離によりソース・ドレイン電極を形成した。

（半導体層の形成工程）
半導体層形成用インキとして、テトラリン（関東化学製）８０重量部に対して６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳ−ペンタセン）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を５重量部、ポリマーバインダーとしてポリスチレン（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を２０重量部で混合した溶液を用い、インクジェット法で印刷用版の凹部に液滴を吐出し、凹部で乾燥させた。

次に、凹部のインキをブランケットに転写させ、ブランケットから予めソース電極、ドレイン電極まで形成した基板のソース電極とドレイン電極間にインキを転写させ、９０℃で加熱乾燥させた。凹部のインキから転写された層はソース・ドレイン電極上のペンタセンからなる半導体層と、半導体層上のポリスチレンからなる封止層と、に分離して形成されていた。この結果、トランジスタ特性に優れたボトムコンタクト型薄膜トランジスタを形成できた。

凸部の撥液処理と凹部の表面処理に同じオクタデシルトリクロロシランを用いた以外は実施例１と同様の方法を用いた。尚、この場合にはガラスのエッチング後に凸部のクロムをエッチングし、凸部と凹部を同時に処理した。この結果、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを形成できた。

印刷用版および薄膜トランジスタ形成用基板は実施例１と同様の方法で作製した。

（半導体層の形成工程）
半導体インキとしてテトラリン（関東化学製）１００重量部に１３，６−Ｎ−スルフィニルアセトアミドペンタセン前駆体（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を２重量部溶解させたインキ、および絶縁性インキとしてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（関東化学製）１００重量部にポリ（４−ビニルフェノール）（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を１０重量部、メラミン樹脂（三和ケミカル製）を２重量部で混合した溶液の２種類を用意した。
先ず半導体インキを印刷用版の凹部に吐出し、２００℃で加熱処理をした。これにより、１３，６−Ｎ−スルフィニルアセトアミドペンタセン前駆体がペンタセンに変換された。次に絶縁性インキを印刷用版のペンタセン上に吐出し、９０℃で加熱乾燥させた。

凹部のインキをブランケットに転写させ、ブランケットから予めソース・ドレイン電極まで形成した基板にインキを転写させ、１５０℃で１時間乾燥させた。この結果、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを形成できた。

（ソース・ドレイン電極形成用版の形成工程）
ソース・ドレイン電極形成用印刷用版として、ガラスを用いた。ガラス上にクロムをスパッタ法により５０ｎｍ成膜、ポジレジストを用いたフォトリソ、エッチング、レジスト剥離により凸部に対応するクロムパターンを形成した。次にフッ酸を用いたガラスエッチングにより、版深５００ｎｍになるように凹凸を形成した。次に凸部のクロムをエッチングし、凸部の表面をガラスとした。次にフルオロアルキルシラン（ＧＥ東芝シリコーン製ＴＳＬ８２３３）をイソプロピルアルコールに０．５重量％で溶解させた溶液に浸漬後、１２０℃で乾燥させることにより凸部および凹部を同時に処理した。

（半導体層形成用版の形成工程）
次に半導体層および封止層形成用印刷用版を、実施例２と同様の方法で作製した。

（薄膜トランジスタ基板の形成工程）
薄膜トランジスタ形成用基板を以下のように作製した。基材としてポリイミド（宇部興産製）を用いた。アルミニウムをスパッタ法により１００ｎｍ成膜、ポジレジストを用いたフォトリソ、エッチング、レジスト剥離によりゲート電極を形成した。次にゲート絶縁材料としてポリイミド（三菱ガス化学製ネオプリム）を用いてダイコーターにより塗布、１８０℃で１時間乾燥させてゲート絶縁膜を形成した。

ソース・ドレイン電極形成用インキとして銀のナノ粒子を分散させたインキ（ハリマ化成製）を用い、インクジェット法でソース・ドレイン電極形成用印刷用版の凹部に吐出した。

凹部のインキをブランケットに転写させ、ブランケットから予めゲート絶縁膜まで形成した基板にインキを転写させ、１５０℃で１時間乾燥させた。

半導体層および封止層形成用インキとしては、実施例１と同様のインキを用いた。インクジェット法で印刷用版の凹部に液滴を吐出し、凹部で乾燥させた。

凹部のインキをブランケットに転写させ、ブランケットから予めソース・ドレイン電極まで形成した基板にインキを転写させ、９０℃で１時間乾燥させた。この結果、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを形成できた。

印刷用版の材料として金属を用いた以外は実施例２と同様である。具体的には、鋼管に１００μｍの厚さで銅めっきを施し、銅のエッチングにより表面に凹凸を形成し、撥液処理及び表面処理を施した。この印刷用版を用いて実施例２と同様に薄膜トランジスタを形成した結果、トランジスタ特性に優れた薄膜トランジスタを形成できた。
（比較例１）

印刷用版の凸部に撥液処理を施さない以外は実施例１と同様の方法を用いた。その結果、インクジェット法で凹部にインキを吐出した際に凸部上にも不要なインキ液膜が形成され、不要なインキ膜はブランケットを介して薄膜トランジスタ形成用基板に不要なパターンとして形成され、その結果良好なトランジスタ特性が得られなかった。

１０・・・印刷用版、１１・・・撥液処理、１２・・・表面処理、１３・・・インクジェット、１４・・・半導体材料、１５・・・ポリマーバインダー、１６・・・導電材料、１７・・・ブランケット、２０・・・薄膜トランジスタ形成用基板、２１・・・ゲート電極、２２・・・ゲート絶縁膜、２３・・・ソース・ドレイン電極、２４・・・混合インキ

Claims (10)

1. 少なくとも、絶縁性の基材と、ゲート電極と、ゲート絶縁層と、ソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極と接続するよう形成された半導体層と、前記半導体層を封止する封止層と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
   表面に凹部と凸部が形成された印刷用版の凹部にインキ供給手段により機能性インキを供給する工程と、
   前記凹部に供給された機能性インキをブランケット上に転写する工程と、
   前記ブランケット上の機能性インキを前記基材上又は前記ゲート絶縁層上に転写して前記ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層のいずれかを形成する工程と、
   をこの順に行うことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 前記印刷用版の凸部には撥液処理が施され、該印刷用版の凹部には表面処理が施されてい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. 前記表面処理が剥離性を付与する処理であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
4. シランカップリング剤を用いて前記撥液処理および前記表面処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
5. 前記インキ供給手段がインクジェット法であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6. 前記機能性インキが少なくとも導電性材料を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
7. 前記機能性インキが少なくとも有機半導体若しくはその前駆体を含み、
   前記機能性インキをブランケット上に転写する工程を行う前に、前記凹部に供給された機能性インキを加熱する工程を行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
8. 前記有機半導体若しくはその前駆体が低分子有機半導体であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記機能性インキがポリマーバインダーを含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記ポリマーバインダーが絶縁性であることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。

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