JP2015109296A - フレキシブルデバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】支持基板上に熱可塑性フッ素樹脂を塗布成膜した後、該フッ素樹脂膜の表面エネルギーを大きくする物理的表面処理を行う第1工程と、該フッ素樹脂膜の上に絶縁性樹脂を成膜し、前記フッ素樹脂のガラス転移温度以上で加熱し、フッ素樹脂層及び絶縁性樹脂基板を形成する第2工程と、前記絶縁性樹脂基板上に薄膜トランジスタの集積回路を形成した後、前記支持基板から該絶縁性樹脂基板を剥離する又は他の基板に移し取る第3工程とを経ることにより、フレキシブルデバイスを得る。
【選択図】なし
Description
この方法は、耐熱性が300℃以上のポリイミドを用いることにより、高温プロセスにおいても適用することができる。また、支持基板上に、直接ポリイミドが成膜されているため、デバイス形成時の加熱によるフィルム基板の収縮が小さく、ガラス基板上に、直接デバイスを形成した場合と同等の位置決め精度でフレキシブルデバイスを作製することができる。
ポリイミドワニスを用いて樹脂フィルム基板(ポリイミドフィルム)を形成する場合も、支持基板の材質や硬化温度、加熱プロセス等にもよるが、密着強度が大きくなりやすく、ポリイミドフィルムを剥離する工程での歩留まり低下を改善することは難しい。
また、特許文献2には、ガラス基板とポリイミド層との間に、金属膜や酸化膜等の無機膜を形成し、ガラス基板とポリイミドとを剥離しやすくすることが記載されている。
また、上記特許文献2に記載された方法は、前記無機膜の成膜に真空装置が必要であり、製造効率やコストの点で課題を有していた。
このような層構成とすることにより、支持基板と絶縁性樹脂基板との密着強度を制御し、デバイスの特性や歩留まりを低下させることなく、デバイス形成後に前記絶縁性樹脂基板を前記支持基板から容易に剥離することが可能となる。
上記処理方法は、塗布成膜によって形成されたフッ素樹脂膜の表面エネルギーを大きくし、その上に成膜される絶縁性樹脂との密着性を高める上で好適である。
このようなフレキシブル基板であれば、絶縁性を保持しつつ、十分な強度が得られる。
本発明に係る製造方法は、特に、前記絶縁性樹脂基板が厚さ数μm程度と極薄である場合や、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板の密着強度が大きくなりやすい250℃以上の高温プロセスを経る場合にも有効である。
したがって、本発明に係る製造方法を用いることにより、フレキシブルデバイスを簡便に製造することが可能となる。
本発明に係るフレキシブルデバイスの製造方法は、支持基板上に熱可塑性フッ素樹脂を塗布成膜した後、該フッ素樹脂膜の表面エネルギーを大きくする物理的表面処理を行う第1工程と、該フッ素樹脂膜の上に絶縁性樹脂を成膜し、前記フッ素樹脂のガラス転移温度以上で加熱し、フッ素樹脂層及び絶縁性樹脂基板を形成する第2工程と、前記絶縁性樹脂基板上に薄膜トランジスタの集積回路を形成した後、前記支持基板から該絶縁性樹脂基板を剥離する又は他の基板に移し取る第3工程とを経るものである。
このように、本発明においては、支持基板上に形成された絶縁性樹脂基板上に、デバイスを形成する際、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板との間にフッ素樹脂層を挿入しておくことにより、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板との密着強度を制御し、デバイスの特性や歩留まりを低下させることなく、デバイス形成後に前記支持基板から前記絶縁性樹脂基板を簡便に剥離することができる。
熱可塑性フッ素樹脂は、耐熱性が高く、支持基板への密着性が弱いため、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板との間にフッ素樹脂層を挿入することにより、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板との密着強度をほぼ一定に保つことが可能となり、前記支持基板の材質や加熱プロセスによる前記密着強度の変化も抑制される。このため、前記フッ素樹脂層は、デバイス形成プロセス後、良好な剥離層として機能する。
前記フッ素樹脂膜の厚さは、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板との間をあけて密着強度を制御し、かつ、デバイス形成時には、前記支持基板と前記絶縁性樹脂基板とが固定される程度の密着性が必要であることを考慮して、100nm〜2μm程度であることが好ましい。
前記絶縁性樹脂としては、基板としての強度が得られるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)樹脂、オレフィン樹脂等が挙げられるが、耐熱性や柔軟性等の観点から、ポリイミドが好適に用いられる。
また、前記絶縁性樹脂の成膜方法も、特に限定されるものではなく、スピンコートやスプレーコート、バーコート等の塗布成膜法や化学的気相成長法(CVD法)等を用いることができる。
前記絶縁性樹脂基板は、デバイス形成における加熱プロセスによって絶縁性樹脂の硬化が進行した場合であっても、フッ素樹脂層を介して支持基板上に積層されていることにより、破損することなく、また、デバイス特性を低下させることなく、前記支持基板から容易に剥離することができる。
剥離した後、その上にデバイスが形成された絶縁性樹脂基板は、必要に応じて、他の基板上に移し取ってもよい。
熱可塑性フッ素系樹脂(三井・デュポンフルオロケミカル株式会社 テフロン(登録商標)AF1600)をフッ素系溶剤(住友スリーエム株式会社 フロリナート(登録商標)FC−43)に濃度2.5wt%で溶解させた溶液を、10cm×10cmのガラス基板(コーニングインコーポレイティッド イーグルXG)上にスピンコート成膜した。なお、前記ガラス基板の4辺は、端部から5mm程度カプトンテープで覆った。
テフロン成膜後、カプトンテープを剥がし取り、このガラス基板を、ホットプレート上で150℃で1時間乾燥させた。成膜したテフロン層の膜厚は250nmであった。
次に、前記テフロン層表面に、酸素プラズマ処理を100Wで30秒間施した。
この基板上に、ポリイミドワニス(株式会社IST RC−5019)をスピンコート成膜し、段階的に昇温し、250℃(サンプル1)、275℃(サンプル2)、300℃(サンプル3)、325℃(サンプル4)、350℃(サンプル5)の最終温度で30分焼成してポリイミド層を形成し、5種類の基板サンプルを作製した。
図1に、前記基板サンプルの層構造を示す。ガラス基板1上に、テフロン層2、ポリイミド層3が順次積層されている。成膜したポリイミド層の膜厚は、いずれも、約20μmであった。
上記基板サンプル1〜5において、テフロン層を形成せずに、それ以外は基板サンプル1〜5と同様にして、ガラス基板上にポリイミド層を直接形成した各比較サンプルを作製した。比較サンプル1(焼成温度250℃)、比較サンプル2(同275℃)、比較サンプル3(同300℃)、比較サンプル4(同325℃)、比較サンプル5(同350℃)とした。
図2に、前記比較サンプルの層構造を示す。ガラス基板1上に、ポリイミド層3が積層されている。成膜したポリイミド層の膜厚は、いずれも、約10μmであった。
上記各基板サンプル及び比較サンプルについて、引っ張り試験機(日本電算シンポ株式会社 FGP−5)を用いて、ポリイミド層とガラス基板との密着強度を測定した。
図3に、これらの密着強度の測定値とポリイミドワニスの硬化温度(焼成温度)との関係をグラフにして示す。
これに対して、テフロン層が形成されていない比較サンプル1〜5は、硬化温度の上昇に伴って密着強度が増加し、特に、使用したポリイミドワニスの硬化温度である275℃以上では、密着強度が急激に大きくなる傾向が見られた。硬化温度350℃では、ポリイミド層をガラス基板から剥離することができなかった。
これらの結果から、ポリイミド層とガラス基板との間にテフロン層を導入することにより、ポリイミドの硬化温度によらず、ポリイミド層とガラス基板との密着強度の変化を抑制することが可能であることが認められた。
上記において作製した基板サンプル3上に有機薄膜トランジスタを作製した。そのデバイス構造を図4に示す。
ポリイミド層3の上に、メタルマスクを通して真空蒸着により、膜厚50nmのアルミニウムによるゲート電極4を形成した。
その上に、ポリビニルフェノール(PVP)とメラミン樹脂を混合した熱架橋性樹脂をスピンコート成膜した後、ホットプレート上で150℃で1時間焼成し、ゲート絶縁層5を形成した。前記ゲート絶縁層の膜厚は310nmであった。
次に、金電極膜を基板全面に真空蒸着した後、フォトリソグラフィ及びウェットエッチング法により、ソース・ドレイン電極6,7をパターン形成した。
最後に、有機半導体層8としてペンタセンを真空蒸着により成膜した。
上記において作製した比較サンプル3上に、実施例1と同様の方法で、有機薄膜トランジスタを作製した。
作製した有機薄膜トランジスタのデバイス構造を図5に示す。
上記実施例1及び比較例1で作製した有機薄膜トランジスタについて、ガラス基板からポリイミド層を剥離する前後のデバイス特性評価を行った。
図6に、デバイス特性評価として、各有機薄膜トランジスタについてのドレイン電流−ゲート電圧曲線を示す。
一方、比較例1で作製した有機薄膜トランジスタは、ガラス基板とポリイミド層との密着強度が強く、剥離する際にポリイミド層が破損し、デバイス特性を測定することができなかった。
なお、比較例1においては、ソース・ドレイン電極を形成するフォトリソグラフィ後のガラス基板とポリイミド層の密着強度は、フォトリソグラフィ前の密着強度の2倍になっており、デバイス形成工程の進行に伴い、密着強度が大きくなる傾向が見られた。これは、溶媒への浸漬や洗浄、加熱乾燥プロセス等によって、ポリイミド基板の硬化や収縮が進んだためと考えられる。
上記の結果から、ガラス基板とポリイミド層との間にテフロン層が導入されていることにより、ポリイミド層を破損することなく、かつ、デバイスへのダメージが抑制され、高い歩留まりでガラス基板からフィルム基板を剥離することができることが認められた。
可能であると言える。
基板サンプル3において、使用するガラス基板を青板ガラス基板とし、それ以外は実施例1と同様にして、図4に示すようなデバイス構造の有機薄膜トランジスタを作製した。
比較サンプル3において、使用するガラス基板を青板ガラス基板とし、それ以外は比較例1と同様にして、図5に示すようなデバイス構造の有機薄膜トランジスタを作製した。
一方、比較例2においては、ガラス基板とポリイミド層との密着強度が小さく、デバイス形成プロセス中に、ポリイミド層がガラス基板から剥離してしまった。
このことから、ガラス基板とポリイミド層との密着強度は、使用するガラス基板の組成によっても大きく変化するが、両者間にテフロン層を導入することにより、ガラス基板の組成によらずに、ほぼ一定の密着強度とすることができることが認められた。
2 テフロン層
3 ポリイミド層
4 ゲート電極
5 ゲート絶縁層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 有機半導体層
Claims (5)
- 支持基板上に熱可塑性フッ素樹脂を塗布成膜した後、該フッ素樹脂膜の表面エネルギーを大きくする物理的表面処理を行う第1工程と、
該フッ素樹脂膜の上に絶縁性樹脂を成膜し、前記フッ素樹脂のガラス転移温度以上で加熱し、フッ素樹脂層及び絶縁性樹脂基板を形成する第2工程と、
前記絶縁性樹脂基板上に薄膜トランジスタの集積回路を形成した後、前記支持基板から該絶縁性樹脂基板を剥離する又は他の基板に移し取る第3工程
とを備えていることを特徴とするフレキシブルデバイスの製造方法。 - 前記物理的表面処理が、酸素プラズマ処理、窒素プラズマ処理、アルゴンプラズマ処理及び反応性イオンエッチングのうちのいずれかであることを特徴とする請求項1記載のフレキシブルデバイスの製造方法。
- 前記支持基板から剥離された絶縁性樹脂基板は、前記フッ素樹脂層を含み、前記絶縁性樹脂基板及び前記フッ素樹脂層の総厚さが200μm以下のフレキシブル基板であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフレキシブルデバイスの製造方法。
- 前記熱可塑性フッ素樹脂がサイトップ(登録商標)又はテフロン(登録商標)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフレキシブルデバイスの製造方法。
- 前記絶縁性樹脂がポリイミドであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブルデバイスの製造方法。
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