JP2013513939A - 電子デバイス - Google Patents

Abstract

二重バンクウェル画定構造を備える電子デバイスを作製する方法であって、電子基板を用意するステップと、基板上に第１の絶縁材料を堆積して第１の絶縁層を形成するステップと、第１の絶縁層上に第２の絶縁材料を堆積して第２の絶縁層を形成するステップと、第２の絶縁層の一部分を除去して第１の絶縁層の一部分を露出させ、第２のウェル画定バンクを形成するステップと、第２の絶縁層上および露出した第１の絶縁層の一部にレジストを堆積するステップと、レジストによって覆われていない第１の絶縁層の部分を除去して電子基板の一部分を露出させ、第２のウェル画定バンク内に第１のウェル画定バンクを形成するステップと、レジストを除去するステップとを含む方法。この方法によりリーク電流を低減したデバイスを提供することができる。

Description

本発明は、電子デバイスを作製する方法および電子デバイスそのものに関する。さらに、本発明は、本発明の方法によって得ることができる電子デバイスに関する。本発明のデバイスおよび方法は、デバイススタックの上部にあるカソードから正孔注入層への電気的なリークが最小となるか、またはなくなるため特に有利である。

溶液からの活性成分の堆積（溶液処理）を含む電子デバイスの製造方法は、幅広く研究されてきた。活性成分を溶液から堆積する場合、１つの問題は、活性成分を基板の所望の領域にいかに封じ込めるかである。この問題に対する１つの解決策は、ウェルを画定するパターニングされたバンク層を備える基板を用意することであり、このウェル内で活性成分を溶液から堆積させることができる。このウェルは、溶液が乾燥する間、溶液を収容し、その結果、活性成分がウェルによって画定される基板の領域に残留する。

これらの方法は、溶液から有機材料を堆積するのに特に有用であることがわかった。有機材料は、電流が流れたときに発光できるように、または光が当たったときに電流を発生させることによって光を検出できるように、導電性、半導電性、および／または光電的に活性とすることができる。これらの材料を利用するデバイスは、有機電子デバイスとして知られている。１つの例は有機トランジスタデバイスである。有機材料が発光材料である場合、デバイスは、有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）として知られている。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、特に有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ）は、溶液処理などの低コスト、低温法によって製造することができる。これらのデバイスでは、有機半導体（ＯＳＣ）をデバイスの適正な領域およびチャネル内に収容することが特に重要である。ＯＳＣを収容するために、ウェルを画定するバンクを設けることが知られている。

しかし、そうしたウェル画定バンクを使用する場合でさえ、バンク上のＯＳＣ溶液の接触角が小さすぎる場合は、バンク層の濡れが起きる可能性がある。フッ素を主成分とするプラズマでコーティングすることによってバンクの濡れ性を制御することも知られている。他には、本質的に濡れ性の低い材料を使用する方法がある。

一部のデバイスは、単一のＯＳＣ層よりも多くの層を必要とする場合がある。ディスプレイで使用されるような典型的な有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）は、２層の有機半導体材料を有する可能性があり、このうちの一方は、発光ポリマー（ＬＥＰ）などの発光材料の層であってもよく、他方は、ポリチオフェン誘導体またはポリアニリン誘導体などの正孔輸送材料の層であってもよい。ある状況では、第１および第２のバンク層がこれらバンクによって形成されるウェルの周りにステップ構造を画定するように、二重バンク構造を形成することが有利である。そうした構造により、ウェルを溶液でいっぱいにすることができる。そうした二重バンク方式は、２つの層またはステップを有しているが、下部／内側バンクは、通常有機半導体材料の第１の層に対する個別のピニング／フィリング点としては含まれていなかった。他の方式では、下部／内側バンクは、（エッジ放出効果をマスクするための）マスクとして、または充填領域のエッジの周りの流体の濡れを改善するための手段として働くことはできるが、（上部／外側バンクのエッジまでの）全領域は、有機半導体層全てによって充填され（または充填されることが意図され）、これら有機半導体層は同じピニング点を共有している。

国際公開番号第ＷＯ２００９／０７７７３８号は、ウェル内に堆積される異なる流体に対して、２つの異なるピニング点をもたらす二重バンク構造を開示しており、このピニング点のうちの１つはウェル周囲の第１の層のエッジにあり、１つはウェルから引っ込んだ第２の層のエッジにある。これにより、例えば、乾燥すると、ウェル内に堆積される第２の材料が、特にウェルのエッジ周囲で第１の材料を完全に、確実に、覆うことができる。

二重バンク構成を改善することが望ましい。また、二重バンク構成を使用するデバイスを生産するための改善されたプロセスを開発することが望ましい。本発明は、従来技術に関連する諸問題を軽減することができ、二重バンク技術を組み込んだ改善されたデバイス、ならびにそうしたデバイスを製造するための改善された方法を提供することができる。

本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載された方法が提供される。

一例では、本方法は、
（ａ）電子基板を用意するステップと、
（ｂ）基板上に第１の絶縁材料を堆積して第１の絶縁層を形成するステップと、
（ｃ）第１の絶縁層上に第２の絶縁材料を堆積して第２の絶縁層を形成するステップと、
（ｄ）第２の絶縁層の一部分を除去して第１の絶縁層の一部分を露出させ、第２のウェル画定バンクを形成するステップと、
（ｅ）第２の絶縁層上および露出した第１の絶縁層の一部分上にレジストを堆積するステップと、
（ｆ）レジストによって覆われていない第１の絶縁層の部分を除去して、電子基板の一部分を露出させ、第２のウェル画定バンク内に第１のウェル画定バンクを形成するステップと、
（ｇ）レジストを除去するステップと
を含む。

単一バンクの代わりに、本発明は、エッジが「外側」バンク（第２のバンク、すなわち上部バンク）の内側に位置する「内側」バンク（第１のバンク、すなわち下部バンク）からなる二重バンクを使用する。本発明の重要な点は、バンクの材料の選択および処理、基板の処理、ならびに選択的なインク堆積プロセス（例えば、ノズルプリンティング、限定されるものではないが、ドロップオンデマンド、コンティニュアスドロップなどの任意のインクジェットプリンティング法など）を通して、異なる流体が、２つのバンクに個別にピン止めされ、その中に収容され得るように構成されているということである。

原理的に、ステップ（ｇ）まで電子基板が露出されていなければ、あらゆる物質を様々な層に対して使用することができる。第２の絶縁層は第１の絶縁層よりも低い濡れ性を有していることが好ましい。この特徴は、ウェル内に堆積される２つの異なる流体に対して、デバイスが２つの異なるピニング点を備える手助けとなる。典型的には、限定されるものではないが、第２の絶縁層は８０°以上の接触角を有し、第１の絶縁層は１００°以上の接触角を有する。

さらに、本発明は前述した方法により得ることができる電子デバイスを提供する。

本発明の第２の態様によれば、請求項１６に記載された電子デバイスが提供される。

一例では、本電子デバイスは、回路素子を有する電子基板と、この電子基板上に配置され、絶縁材料の第１の層とその上を覆う絶縁材料の第２の層とを有し、絶縁材料の第２の層が絶縁材料の第１の層よりも低い濡れ性を有する二重バンクウェル画定構造と、第１のウェル内に配置される有機半導電性材料の第１の層と、第１の層上および第２のウェル内に配置される有機半導電性材料の第２の層とを備え、第１のウェルおよび第２のウェルの外形が異なり、第１のウェルおよび第２のウェルのうちの一方のみが直線状の外形を有する。

電子デバイスは、有機薄膜トランジスタとすることができ、電子基板の回路素子は、ソース電極およびドレイン電極を有し、これら電極上に二重バンク構造が配置され、チャネル領域がソース電極とドレイン電極間に画定される。

つぎに、本発明について添付の概略図を参照して、単なる例示として説明する。

本発明の例示的な概略の方法を示す図であり、内側バンク材料は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のアノードが確実に露出されずにおかれるように外側バンクの硬化段階後にパターニングされる。 デバイスに作り込んだときの従来の単一バンク基板の断面を示す図であり、カソードはバンク上で正孔注入層（ＨＩＬ）と直接接触し（上図）、バンク上で非常に薄いデバイススタックを有する（下図）か、ピニング点で点接触するかのいずれかになる可能性がある。これらは全て、電極間での電気的なリーク経路または短絡のいずれかを引き起こす。 図２のデバイスに対する結果を示す図であり、完全に印刷処理されたデバイス（破線）に対するＪＶカーブは、高いリーク（逆駆動（例えば、−４Ｖ）のとき、およびターンオン前（例えば、１Ｖ）で高い電流）を示している。中間層（ＩＬ）およびエレクトロルミネセント層（ＥＬ）をスピン処理することで（点線）、リークは、ＨＩＬが上部のスピン処理された膜によって完全にカバーされるため、はるかに低くなる。 図２のデバイスに対する結果を示す図であり、効率カーブは高いリークを反映して、完全に印刷処理されたケース（実線）では、はるかに低い効率を示している。 単一のピニング点を有する二重バンク構成を示す図である。 二重のピニング点を有する二重バンク構成を示す図である。 二重のピニング点を有する二重バンク構成の拡大概略図である。 薄い内側バンクデバイスのトンネルＡＦＭ（ＴＵＮＡ）電流の波形を示す図である。 厚い内側バンクデバイスのトンネルＡＦＭ（ＴＵＮＡ）電流の波形を示す図である。 二重バンク基板を使用して生産されたＯＬＥＤデバイスのデバイス結果を示す図である。全ての層に対して単一のピニング点（外側バンク）か、またはＨＩＬ（内側バンク）および中間層／発光ポリマー（ＩＬ／ＬＥＰ）（外側バンク）に対して異なるピニング点を有する新しい方法かのいずれかを使用した。単一ピニング点のデバイスに対するカーブは、単一ピニング点のために高い順方向および逆方向リーク電流を示している（点線）。単一ピニング点に関してリークを低減する代替手法は、より高い抵抗率を有するＨＩＬを使用してリーク電流を低減することであり、このことは確かに役に立つが（破線）、リークは依然存在する。対照的に、異なるピニング点のデバイス（実線および一点鎖線）は、はるかに低いリークを示している（対数目盛に留意されたい。逆バイアスで２桁または３桁低い大きさである）。このことは、二重バンクのみでリークが低減されているわけではなく、異なるピニング点法の使用によるものであることを示しており、このピニング点法は、これを可能にし、低いリークデバイスをもたらす二重バンクによって実現可能になっている。

本発明の二重バンク、二重ピニング点構造および方法をより効果的にする重要な態様は、アノード材料（例えば、インジウムスズ酸化物−ＩＴＯ）、内側バンクおよび外側バンク上で、関連する流体に対して適切な流体接触角（適切な表面エネルギー）を生成することにある。例えば、正孔注入層（ＨＩＬ）は、内側バンクに収容されるように、内側バンクではなく基板（例えば、ＩＴＯ）を濡らさなければならないが、ＩＬは、外側バンクまで充填されるように、しかし外側バンクによって収容されるように、外側バンクではなく内側バンクを濡らさなければならない。

このことは、２つのバンク用の材料の選択によって、それらをパターニングするために使用するプロセスシーケンスにおいて達成された。内側バンク（第１の絶縁層）用の材料は、使用されるＨＩＬとは大きな接触角を生じるが、ＩＬとは小さな接触角を生じるという理由から、エポキシを主成分とするネガトーンのフォトレジストから形成される。これまでのところ、２つの外側バンク（第２の絶縁層）方式、すなわちフッ素化添加物（後で混合される）を有する市販のネガトーンのフォトレジストと、バンク形成中にポリマーにフッ素化種が添加された（あらかじめ混合される）フッ素化ポジトーンのバンク材料がうまくいくことがわかっており、これらは両方ともＩＬおよびＬＥＰインクと高い接触角を生成する。

二重バンクの処理における重要な問題点は、ＩＴＯ上ではＨＩＬと非常に小さな接触角を維持し、かつエポキシを主成分とするネガトーンのフォトレジストがＨＩＬに対しては大きな接触角であるが、ＩＬに対しては小さな接触角を保持することにあった。このことを達成するために、内側バンクのパターニングが最終ステップとなる新規のプロセスを開発した（図１参照）。

上記のパターニングプロセスは、以下の利点を有する。平坦な／硬化させた内側バンク材料上で外側バンクをパターニングすることによって、ＩＴＯ（アノード）は外側バンクの硬化段階の間、露出されずにおかれる。硬化段階は、ＩＴＯを汚染する原因となり、ＩＴＯを流体に対して濡れなくする可能性があるため、内側画素を最後にパターニングする手法はＩＴＯを非常に清浄しておくことができる。

ＩＴＯの濡れは、インクジェットプロセスにとって課題であり、他のバンク方式ではＩＴＯを親水性に維持可能とするには、典型的にはリンス処理またはＵＶオゾンに曝すことが必要である。また、ＩＴＯの処理はこれらを取り囲む疎水性バンクに影響を与え、バンクの疎水性を低下させ、従って外側バンクとしての能力を低下させる。

外側バンクのパターニングおよび硬化が完了した後、ドライエッチング（反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や酸素プラズマエッチングなど）を使用してあらかじめ硬化させた内側バンクをパターニングすることによって、ＩＴＯは何日間も非常によく濡れている。これは、ＩＴＯが酸素プラズマに曝されることによって、ＩＴＯが典型的なＨＩＬ流体に非常によく濡れる状態になるということ、ならびに外側バンクはすでに完全に処理されているため、フッ素化種および炭化水素の汚染の可能性を著しく低減すること、またはなくすことができるという理由による。本発明の原理を使用してＩＴＯを清浄および濡れた状態に維持することに加え、内側バンクをＨＩＬに対して疎水性に維持することに相当の改善がなされた。これは、ドライエッチング（ＲＩＥパターニング）を使用することよりもむしろ現像（すなわち、ウェットエッチング）によって達成された。また、より低いフッ素化種の含有およびリンス、オーバ現像およびプリベークならびにリンスなどで、二次汚染を低減することによって、この層をＩＬに対して濡れた状態に維持することに成功した。

単一ピン止め構成では、トンネルＡＦＭの画像は、内側バンク上でアノードからＨＩＬを通る著しいリークをはっきり示しており、このリークは二重ピン止めの場合には存在しない。図６ａは、薄い（垂直方向の厚さが２００ｎｍより薄い）内側バンクを有するデバイスのトンネルＡＦＭ電流波形を示す。この波形は、二重ピン止めの場合はアノードと内側バンク間の界面においてリーク経路がないことを示している。他方、図６ｂは、より厚い内側バンク材料（垂直方向の厚さが２００ｎｍよりも厚い）に対するトンネルＡＦＭ電流波形を示し、アノードと内側バンク間のリーク経路が明瞭である。

特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内において、上記の例示的な方法およびデバイスに対して、多くの変更形態および変形形態が可能である。

Claims (22)

1. 二重バンクウェル画定構造を備える電子デバイスを製造する方法であって、
   （ａ）電子基板を用意するステップと、
   （ｂ）前記基板上に第１の絶縁材料を堆積して第１の絶縁層を形成するステップと、
   （ｃ）前記第１の絶縁層上に第２の絶縁材料を堆積して第２の絶縁層を形成するステップと、
   （ｄ）前記第２の絶縁層の一部分を除去して前記第１の絶縁層の一部分を露出させ、第２のウェル画定バンクを形成するステップと、
   （ｅ）前記第２の絶縁層上および前記露出した第１の絶縁層の一部にレジストを堆積するステップと、
   （ｆ）前記レジストによって覆われていない前記第１の絶縁層の部分を除去して、前記電子基板の一部分を露出させ、前記第２のウェル画定バンク内に第１のウェル画定バンクを形成するステップと、
   （ｇ）前記レジストを除去するステップと
   を含む方法。
2. 前記第１のウェル画定バンクが、外側バンクである前記第２のウェル画定バンク内の内側バンクである、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の絶縁材料が、前記第１の絶縁材料よりも低い濡れ性を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の絶縁層が、エポキシを主成分とするネガフォトレジストから形成される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記第２の絶縁層が、フッ素化添加物を有するネガフォトレジスト、またはフッ素化ポジフォトレジストのいずれかから形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 第１の有機半導電性材料の溶液を前記第１のウェル内に堆積するステップと、第２の有機半導電性材料の溶液を前記第１の有機半導電性材料上および前記第２のウェル内に堆積するステップとをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 前記第１の有機半導電性材料および第２の有機半導電性材料の前記堆積が、結果として前記第１の有機半導電性材料および第２の有機半導電性材料に対して２つの異なるピニング点となる、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１の有機半導電性材料が正孔注入層（ＨＩＬ）である、請求項６または７に記載の方法。
9. 前記第２の有機半導電性材料が、中間層（ＩＬ）および発光ポリマー（ＬＥＰ）から選択される、請求項６〜８のいずれかに記載の方法。
10. 前記レジストによって覆われていない前記第１の絶縁層の前記部分を除去する前記ステップ（ｆ）が、ウェットエッチング、または好ましくはＯ₂プラズマ処理を使用するドライエッチングを使用して実行される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記レジストによって覆われていない前記第１の絶縁層の前記部分を除去する前記ステップ（ｆ）が、ウェットエッチングを使用して実行される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ステップ（ｆ）が、前記電子基板表面が清浄で親水性となるように、前記電子基板表面を露出させる、請求項１０または１１に記載の方法。
13. 前記第２の絶縁層が、８０°以上の接触角を有している、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記第１の絶縁層が、１００°以上の接触角を有している、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の方法によって得ることができる電子デバイス。
16. 回路素子を有する電子基板と、前記電子基板上に配置され、第１のウェルを画定する絶縁材料の第１の層と前記第１の層を覆い第２のウェルを画定する絶縁材料の第２の層とを有し、絶縁材料の前記第２の層が絶縁材料の前記第１の層よりも低い濡れ性を有する二重バンクウェル画定構造と、前記第１のウェル内に配置される有機半導電性材料の第１の層と、前記第１の層上および前記第２のウェル内に配置される有機半導電性材料の第２の層とを備え、前記第１のウェルの前記バンクが正孔注入層を構成する溶液に対して疎水性である、電子デバイス。
17. 前記第１のウェルと第２のウェルが異なる外形を有する、請求項１６に記載の電子デバイス。
18. 有機半導電性材料の前記第１の層および第２の層に対して異なるピニング点を有する、請求項１６または１７に記載の電子デバイス。
19. 前記第１の絶縁材料および／または前記第２の絶縁材料が、請求項３〜５、請求項１３および請求項１４のいずれかにおいて定義される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の電子デバイス。
20. 前記第１の半導電性材料および／または前記第２の半導電性材料が、請求項８または請求項９において定義される、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の電子デバイス。
21. 前記電子デバイスが有機薄膜トランジスタであり、前記電子基板の前記回路素子がソース電極およびドレイン電極を備え、これら電極上に前記二重バンク構造が配置され、チャネル領域が前記ソース電極と前記ドレイン電極間に画定される、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の電子デバイス。
22. 前記電子デバイスが有機発光デバイスであり、前記電子基板の前記回路素子が前記有機発光デバイスの下部電極を備える、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の電子デバイス。

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