JP2017108040A - Thin film transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the thin film transistor.
従来、電界効果トランジスタに用いられる半導体材料としてはシリコン単結晶やガラス基板上に形成したアモルファスシリコン、ポリシリコン等の無機材料を用いるのが一般的である。これに対して、例えば特許文献1に記載されたような有機半導体を利用した電界効果トランジスタは、前述した無機半導体を利用したものに比べて、低温成膜と大面積化が簡単であり、製造が簡単なことから低コスト化も可能である。しかも、有機物特有の柔軟性に富んだ性質を有するためにプラスチックのようなフレキシブルな基板への応用展開も考えられており、最近は特に開発が進められている。
Conventionally, as a semiconductor material used for a field effect transistor, an inorganic material such as a silicon single crystal, amorphous silicon formed on a glass substrate, or polysilicon is generally used. On the other hand, for example, a field effect transistor using an organic semiconductor as described in
しかし、この種の有機半導体膜からなる活性層を用いた有機薄膜トランジスタにおいて、活性層中における電子やホールの移動度が無機半導体に比べて一般的に小さいため、無機半導体の電界効果型トランジスタに比べて制御できる電流は小さい問題があった。
そのために、より多くの電流が流せるような大きな移動度を持つ有機半導体材料の模索検討や構造検討等が進められているが、十分な成果を納めていないのが現状である。
However, in an organic thin film transistor using an active layer made of this kind of organic semiconductor film, the mobility of electrons and holes in the active layer is generally smaller than that of an inorganic semiconductor, so that it is smaller than that of an inorganic semiconductor field effect transistor. The current that can be controlled is small.
For this reason, investigations and structural studies of organic semiconductor materials having a large mobility capable of flowing a larger amount of current are underway, but at present, sufficient results have not been achieved.
特許文献2及び3は、半導体層の上下にゲート電極を配置した、ダブルゲート構造を開示するが、その上下のゲート電極を電気的に連結する方法に関しては開示がない。
特許文献4及び5は、特許文献2及び3と同様に、半導体層の上下にゲート電極を配置した、ダブルゲート構造を開示する。また、上下のゲート電極を電気的に連結させるコンタクトプラグは、下部ゲート電極上のゲート絶縁膜をエッチングすることでコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール内にコンタクトプラグを形成している。
Patent Documents 2 and 3 disclose a double gate structure in which gate electrodes are arranged above and below a semiconductor layer, but there is no disclosure regarding a method for electrically connecting the upper and lower gate electrodes.
Patent Documents 4 and 5 disclose a double gate structure in which gate electrodes are arranged above and below a semiconductor layer, similarly to Patent Documents 2 and 3. The contact plug for electrically connecting the upper and lower gate electrodes forms a contact hole by etching the gate insulating film on the lower gate electrode, and the contact plug is formed in the contact hole.
本発明の目的は、2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの上部と下部のゲート電極が、より多くの電流を制御して流すことができるように電気的に接続されている薄膜トランジスタを提供することである。
本発明の目的は、2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの上部と下部のゲート電極間を簡便に層間接続できる薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a thin film transistor in which upper and lower gate electrodes of a thin film transistor having two or more gate electrodes are electrically connected so that more current can be controlled to flow. is there.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor that can easily connect the upper and lower gate electrodes of a thin film transistor having two or more gate electrodes.
2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの製造には、2つのゲート電極を電気的に連結させるコンタクトプラグ形成のため、下部ゲート電極上のゲート絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール内にコンタクトプラグを形成するという工程数を要し、歩留まり低下の問題点があった。
本発明者らは、下部ゲート電極上に金属粒子を含む組成物をインクジェット等の各種印刷方式で印刷し焼成することにより凸型の導電体を形成することで、上記問題が解決できることを見出した。
In manufacturing a thin film transistor having two or more gate electrodes, a contact hole is formed by etching the gate insulating film on the lower gate electrode in order to form a contact plug for electrically connecting the two gate electrodes. This requires the number of steps of forming contact plugs therein, resulting in a problem of yield reduction.
The present inventors have found that the above problem can be solved by forming a convex conductor by printing and baking a composition containing metal particles on the lower gate electrode by various printing methods such as inkjet. .
1.2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタにおいて、前記2以上のゲート電極のうちの2つが、金属粒子を含む凸型の導電体によって電気的に連結していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2.前記導電体が撥液材料を含むことを特徴とする1に記載の薄膜トランジスタ。
3.前記導電体表面には前記撥液材料が露出していることを特徴とする2に記載の薄膜トランジスタ。
4.前記撥液材料がフッ素含有化合物であることを特徴とする2又は3に記載の薄膜トランジスタ。
5.前記撥液材料がフッ素含有チオール化合物であることを特徴とする2〜4のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
6.前記導電体の表面エネルギーが10mN/m以上80mN/m以下であることを特徴とする1〜5のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
7.前記導電体によって電気的に連結している2つのゲート電極の間に絶縁層を含み、
前記導電体が前記絶縁層を貫いて一方のゲート電極上に形成されており、
前記導電体の高さが、前記一方のゲート電極における前記絶縁層の厚みに対して0.5倍以上10倍以下であることを特徴とする1〜6のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
8.前記導電体の径が、10μm以上100μm以下であることを特徴とする1〜7のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
9.2つのゲート電極を有する1〜8のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
10.薄膜トランジスタの半導体層が、有機半導体材料からなる半導体層である1〜9のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
11.ゲート電極上に金属粒子を含む組成物を印刷し焼成することにより凸型の導電体を形成し、前記凸型の導電体が前記ゲート電極と他のゲート電極を電気的に連結することを特徴とする2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの製造方法。
12.前記組成物が撥液材料を含むことを特徴とする11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13.前記撥液材料がフッ素含有化合物であることを特徴とする12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14.前記撥液材料がフッ素含有チオール化合物であることを特徴とする12又は13に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
15.前記印刷をインクジェットプロセスによって行うことを特徴とする11〜14のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
16.1〜10までのいずれかに記載の薄膜トランジスタを備えることを特徴とする電子機器。
A thin film transistor having a gate electrode of 1.2 or more, wherein two of the two or more gate electrodes are electrically connected by a convex conductor containing metal particles.
2. 2. The thin film transistor according to 1, wherein the conductor includes a liquid repellent material.
3. 3. The thin film transistor according to 2, wherein the liquid repellent material is exposed on a surface of the conductor.
4). 4. The thin film transistor according to 2 or 3, wherein the liquid repellent material is a fluorine-containing compound.
5). 5. The thin film transistor according to any one of 2 to 4, wherein the liquid repellent material is a fluorine-containing thiol compound.
6). The thin film transistor according to any one of 1 to 5, wherein the surface energy of the conductor is 10 mN / m or more and 80 mN / m or less.
7). Including an insulating layer between two gate electrodes electrically connected by the conductor;
The conductor is formed on one gate electrode through the insulating layer;
The thin film transistor according to any one of
8). The thin film transistor according to any one of 1 to 7, wherein the conductor has a diameter of 10 μm to 100 μm.
9. The thin film transistor according to any one of 1 to 8 having two gate electrodes.
10. The thin film transistor according to any one of 1 to 9, wherein the semiconductor layer of the thin film transistor is a semiconductor layer made of an organic semiconductor material.
11. A convex conductor is formed by printing and baking a composition containing metal particles on a gate electrode, and the convex conductor electrically connects the gate electrode to another gate electrode. A method for manufacturing a thin film transistor having two or more gate electrodes.
12 12. The method for producing a thin film transistor according to 11, wherein the composition contains a liquid repellent material.
13. 13. The method for producing a thin film transistor according to 12, wherein the liquid repellent material is a fluorine-containing compound.
14 The method for producing a thin film transistor according to 12 or 13, wherein the liquid repellent material is a fluorine-containing thiol compound.
15. The method of manufacturing a thin film transistor according to any one of 11 to 14, wherein the printing is performed by an ink jet process.
16. An electronic apparatus comprising the thin film transistor according to any one of 16.1 to 10.
本発明によれば、2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの上部と下部のゲート電極が、より多くの電流を制御して流すことができるように電気的に接続されている薄膜トランジスタを提供できる。
本発明によれば、2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタの上部と下部のゲート電極間を簡便に層間接続できる薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。
According to the present invention, it is possible to provide a thin film transistor in which the upper and lower gate electrodes of a thin film transistor having two or more gate electrodes are electrically connected so that more current can be controlled to flow.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thin-film transistor which can carry out interlayer connection simply between the upper and lower gate electrodes of the thin-film transistor which has two or more gate electrodes can be provided.
<薄膜トランジスタの製造方法>
本発明の薄膜トランジスタの製造方法では、ゲート電極上に金属粒子を含む組成物(以下、導体組成物インクという場合がある)を印刷し焼成することにより凸型の導電体を形成し、当該凸型の導電体がゲート電極と他のゲート電極を電気的に連結する。これにより2以上のゲート電極を有する薄膜トランジスタを製造する。
<Method for Manufacturing Thin Film Transistor>
In the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, a convex conductor is formed by printing and baking a composition containing metal particles (hereinafter sometimes referred to as a conductor composition ink) on a gate electrode, The conductor electrically connects the gate electrode to another gate electrode. Thus, a thin film transistor having two or more gate electrodes is manufactured.
導体組成物インクが含む金属粒子は、凸型の導電体の導電性発現の起源となるものである。
金属粒子の金属種としては、銀、銅、水銀、スズ、インジウム、ニッケル、パラジウム、白金、及び金などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、後述する撥液材料との親和性の観点から、銀が特に好ましい。
金属粒子は、平均粒子径が1nm以上1000nm以下であることが好ましい。また、直径50nm以下の金属ナノワイヤーを含んでもよい。金属粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察により測定できる。具体的には、50個程度の粒子を含む視野において、全ての粒子の投影面積円相当径を測定し、その平均を算出する方法が挙げられる。
The metal particles contained in the conductor composition ink are the origin of the electrical conductivity of the convex conductor.
Examples of the metal species of the metal particles include silver, copper, mercury, tin, indium, nickel, palladium, platinum, and gold. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, silver is particularly preferable from the viewpoint of affinity with the liquid repellent material described later.
The metal particles preferably have an average particle size of 1 nm to 1000 nm. Moreover, you may include metal nanowire with a diameter of 50 nm or less. The average particle diameter of the metal particles can be measured by observation with a transmission electron microscope (TEM). Specifically, in a visual field including about 50 particles, there is a method of measuring the projected area equivalent circle diameter of all the particles and calculating the average.
金属粒子の含有量は、導体組成物インク全量に対して、15質量%以上75質量%以下であることが好ましく、20質量%以上50質量%以下であることがより好ましい。金属粒子の含有量が上記範囲内であれば、より効率よく凸型の導電体が形成できる。 The content of the metal particles is preferably 15% by mass or more and 75% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less based on the total amount of the conductor composition ink. If the content of the metal particles is within the above range, a convex conductor can be formed more efficiently.
導体組成物インクは好ましくは撥液材料を含む。
撥液材料は、凸型の導電体に撥液性を付与するものである。
撥液材料としては、例えばフッ素含有化合物であり、フッ素含有チオール化合物であると好ましい。フッ素含有チオール化合物は、金属粒子の導電性を確保しつつ、金属粒子に撥液性をもたらすことができる。従って、凸型の導電体は導電性と撥液性を両立できる。
The conductor composition ink preferably includes a liquid repellent material.
The liquid repellent material imparts liquid repellency to the convex conductor.
The liquid repellent material is, for example, a fluorine-containing compound, preferably a fluorine-containing thiol compound. The fluorine-containing thiol compound can provide liquid repellency to the metal particles while ensuring the conductivity of the metal particles. Therefore, the convex conductor can achieve both conductivity and liquid repellency.
撥液材料であるフッ素含有化合物としては、例えばフッ素含有ジスルフィド化合物、フッ素含有アミン化合物、フッ素含有カルボン酸化合物、フッ素含有ニトリル化合物、フッ素含有テルル化合物、及びフッ素含有セレン化合物からなる群から選択される1種以上であることが好ましい。これらのうち、フッ素含有チオール化合物、フッ素含有ジスルフィド化合物、フッ素含有アミン化合物、及びフッ素含有カルボン酸化合物が特に好ましい。 The fluorine-containing compound as the liquid repellent material is selected from the group consisting of, for example, fluorine-containing disulfide compounds, fluorine-containing amine compounds, fluorine-containing carboxylic acid compounds, fluorine-containing nitrile compounds, fluorine-containing tellurium compounds, and fluorine-containing selenium compounds. One or more are preferable. Of these, fluorine-containing thiol compounds, fluorine-containing disulfide compounds, fluorine-containing amine compounds, and fluorine-containing carboxylic acid compounds are particularly preferred.
フッ素含有チオール化合物としては、芳香環を有するフッ素含有チオール化合物、フッ化部を持つ炭素鎖を有するチオール化合物等が挙げられる。これらの中でも、金属粒子の表面修飾性から、芳香環(好ましくは、ベンゼン環)を有する炭素数6〜20のフッ素含有チオールからなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物が好ましい。 Examples of the fluorine-containing thiol compound include a fluorine-containing thiol compound having an aromatic ring and a thiol compound having a carbon chain having a fluorinated portion. Among these, at least one compound selected from the group consisting of a fluorine-containing thiol having 6 to 20 carbon atoms having an aromatic ring (preferably a benzene ring) is preferable from the surface modification property of the metal particles.
芳香環を有する炭素数6〜20のフッ素含有チオールとしては、具体的には、トリフルオロメチルベンゼンチオール(例えば、4−トリフルオロメチルベンゼンチオール、3−トリフルオロメチルベンゼンチオール)、ペンタフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−メルカプト安息香酸メチルエステル、3,5−ビストリフルオロメチルベンゼンチオール、4−フルオロベンゼンチオール及び11−(2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンジルオキシ)−1−ウンデカンチオール等が挙げられる。これらの中でも、撥液性の観点からトリフルオロメチルベンゼンチオール、2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオールが特に好ましい。 Specific examples of the fluorine-containing thiol having 6 to 20 carbon atoms having an aromatic ring include trifluoromethylbenzenethiol (for example, 4-trifluoromethylbenzenethiol and 3-trifluoromethylbenzenethiol), pentafluorobenzenethiol. 2,3,5,6-tetrafluorobenzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol, 2,3,5,6-tetrafluoro-4-mercaptobenzoic acid Examples include acid methyl ester, 3,5-bistrifluoromethylbenzenethiol, 4-fluorobenzenethiol and 11- (2,3,4,5,6-pentafluorobenzyloxy) -1-undecanethiol. Among these, trifluoromethylbenzenethiol and 2,3,5,6-tetrafluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol are particularly preferable from the viewpoint of liquid repellency.
撥液材料の含有量は、導体組成物インク全量に対して、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。撥液材料の含有量が当該上限以下であれば、導体組成物インク中の金属粒子の分散性を阻害しない。また、撥液材料の含有量の下限は、導体組成物インクで得られる凸型の導電体の撥液性の観点から、0.1質量%以上であることが好ましい。 The content of the liquid repellent material is preferably 10% by mass or less, and more preferably 5% by mass or less, based on the total amount of the conductor composition ink. If content of a liquid repellent material is below the said upper limit, the dispersibility of the metal particle in conductor composition ink will not be inhibited. Further, the lower limit of the content of the liquid repellent material is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of the liquid repellency of the convex conductor obtained with the conductor composition ink.
導体組成物インクは溶媒を含んでよく、当該溶媒は、金属粒子及び撥液材料を分散又は溶解させるものである。
溶媒としては、水、アルコール系溶媒(モノアルコール系溶媒、ジオール系溶媒、多価アルコール系溶媒など)、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、グライム系溶媒、ハロゲン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも、印刷性の観点から、アルコール系溶媒が好ましい。
The conductor composition ink may contain a solvent, which disperses or dissolves the metal particles and the liquid repellent material.
Solvents include water, alcohol solvents (monoalcohol solvents, diol solvents, polyhydric alcohol solvents, etc.), hydrocarbon solvents, ketone solvents, ester solvents, ether solvents, glyme solvents, halogen solvents. A solvent etc. are mentioned. These solvents may be used alone or in a combination of two or more. Among these, alcohol-based solvents are preferable from the viewpoint of printability.
溶媒の表面張力は、25℃において40mN/m以上65mN/m以下であることが好ましい。溶媒の表面張力が上記範囲内であれば、導体組成物インクを下地に十分に付着させることができる。尚、表面張力は、ペンダントドロップ法により測定できる。
表面張力が25℃において40mN/m以上65mN/m以下のアルコール系溶媒としては、エチレングリコール、グリセリン、1,3−プロパンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、1,3プロパンジオールが特に好ましい。
The surface tension of the solvent is preferably 40 mN / m or more and 65 mN / m or less at 25 ° C. When the surface tension of the solvent is within the above range, the conductor composition ink can be sufficiently adhered to the ground. The surface tension can be measured by a pendant drop method.
Examples of the alcohol solvent having a surface tension of 40 mN / m or more and 65 mN / m or less at 25 ° C. include ethylene glycol, glycerin, and 1,3-propanediol. Among these, 1,3-propanediol is particularly preferable.
溶媒の含有量は、導体組成物インク全量に対して、25質量%以上85質量%以下であることが好ましく、50質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。溶媒の含有量が上記範囲内であれば、導体組成物インクを適正に塗布できる。 The content of the solvent is preferably 25% by mass or more and 85% by mass or less, and more preferably 50% by mass or more and 80% by mass or less with respect to the total amount of the conductor composition ink. When the content of the solvent is within the above range, the conductor composition ink can be appropriately applied.
導体組成物インクは、上述した各成分の他に、任意の成分を含んでいてもよい。
各種任意成分としては、分散剤などが挙げられる。
これらの任意成分は、導体組成物インク全量に対して、10質量%以下であることが好ましい。
The conductor composition ink may contain an arbitrary component in addition to the components described above.
Examples of various optional components include dispersants.
These optional components are preferably 10% by mass or less based on the total amount of the conductor composition ink.
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。
下記に説明される実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が下記に説明される実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。図面において、層領域の厚さは、明確性を図るために、実際厚さに比べて誇張して図示すことができる。また、層が他の層又は基板上にあると言及された場合、これは、他の層又は基板上に直接形成されることができるか、又はそれらの間に第3の層を介在させることもできる。実施形態の全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The embodiments described below can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of the layer region can be exaggerated relative to the actual thickness for clarity. Also, if a layer is referred to as being on another layer or substrate, this can be formed directly on the other layer or substrate, or intervening a third layer therebetween. You can also. Like reference numerals refer to like elements throughout the embodiments.
図1a〜図1gは、本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一実施形態を説明するための図である。
図1aは、ゲートラインが形成された本実施形態に係る中間結果物の平面図を示す。また、図1b〜図1gは、説明の便宜のために図1aの第1方向(I−I’)断面及び第2方向(II−II’)断面を一緒に示したものである。
ここで、ゲートラインは、ゲート信号を伝達するためのものであって、図2aの第1方向I−I’に拡張されるライン形態で設けられ、データラインは、データ信号を伝達するためのものであって、第2方向II−II’に拡張されるライン形態で設けられる。
FIG. 1A to FIG. 1G are diagrams for explaining an embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor of the present invention.
FIG. 1a shows a plan view of an intermediate product according to the present embodiment in which a gate line is formed. FIGS. 1b to 1g also show the first direction (II ′) section and the second direction (II-II ′) section of FIG. 1a together for convenience of explanation.
Here, the gate line is for transmitting a gate signal, and is provided in a line form extended in the first direction II ′ of FIG. 2A, and the data line is for transmitting a data signal. Provided in the form of a line extending in the second direction II-II ′.
図1bに示すように、基板100上にバッファ膜110を形成する。
基板100は、一例として、ガラス基板又はプラスチック基板であることができる。バッファ膜110は、基板100から発生する水分又は不純物の拡散を防止するためのものであって、一例として、有機高分子絶縁膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、若しくはアルミニウム酸化膜の単一層で形成されるか、又は、これらを積層した多重層で形成されることができる。
As shown in FIG. 1 b, a
For example, the
次に、バッファ膜110上にダブルゲートトランジスタの下部ゲート電極120A、120Bを形成する。図1aに示されるように、下部ゲート電極120Aは、T字形状のゲートライン120のライン部に対応し、下部ゲート電極120Bは、T字形状のゲートライン120の突出部に対応する。
以下、説明の便宜上、ゲートライン120のうち突出部は、参照符号‘120B’で表示し、突出部に隣接したライン部は、参照符号‘120A’で表示する。図1bにおいて、下部ゲート電極120A、120Bが2つの領域に分けられて図示されているが、1つのパターンである。
Next,
Hereinafter, for the convenience of description, the protruding part of the
下部ゲート電極120A及び120Bは、例えば反転印刷法で印刷された導電性ペーストを焼成した膜等の各種印刷形成膜や、アルミニウム(Al)もしくはアルミニウム−ネオジム(Al−Nd)のようなアルミニウム合金単一層で形成されるか、又はモリブデン(Mo)合金とアルミニウム合金が積層された多重層で形成されることができる。
また、下部ゲート電極120A、120Bが透明である場合には、ITO(Indium Tin Oxide)膜の単一層で形成されるか、又はシルバー合金とITO膜を積層した多重層で形成されることができる。
The
In addition, when the
次に、下部ゲート電極120Aが形成された結果物の構造上に、上述の導電性組成物インクをインクジェット等の各種印刷方式で印刷し焼成することにより凸型のヴィアポスト160を形成する。このヴィアポストは、凸型の導電体に対応し、撥液性を有していることが好ましい。
Next, a convex via
導体組成物インクの印刷方法としては、所定のパターン状に印刷できる方法であれば特に限定されず、例えば、インクジェット法、ディスペンサ法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷法、反転オフセット印刷法、凸版印刷法などが挙げられる。本実施形態においては、インクジェット法を用いることが好ましい。
導体組成物インクからなる塗布膜の焼成方法としては、導体組成物インクに含まれる溶媒を除去し、導体組成物インクを固化することができれば特に限定されず、一般的な焼成方法を用いることができる。具体的には、ホットプレートなどを用いて焼成することができる。
焼成前又は焼成中において、超音波などを照射して撥液材料の移行を促進させる処理を行なってもよい。
The method for printing the conductor composition ink is not particularly limited as long as it can be printed in a predetermined pattern. For example, the inkjet method, the dispenser method, the screen printing method, the gravure printing method, the gravure offset printing method, the reverse offset printing. And letterpress printing. In the present embodiment, it is preferable to use an inkjet method.
The method for firing the coating film made of the conductor composition ink is not particularly limited as long as the solvent contained in the conductor composition ink can be removed and the conductor composition ink can be solidified, and a general firing method can be used. it can. Specifically, it can be fired using a hot plate or the like.
Before firing or during firing, treatment for accelerating the migration of the liquid repellent material by irradiating ultrasonic waves or the like may be performed.
導体組成物インクからなる塗布膜の焼成温度及び焼成時間は、導体組成物インクに含まれる溶媒、撥液材料などの種類に応じて適宜調整される。
焼成温度としては、導体組成物インクに含まれる溶媒を除去することが可能な温度であれば特に限定されないが、100℃以上220℃以下であることが好ましく、120℃以上200℃以下であることがより好ましい。焼成温度が高すぎる場合は、金属粒子が劣化して所望の導電性を示すことが困難となるおそれがある。また、焼成温度が低すぎる場合、凸型のヴィアポストに溶媒が残存することにより、後述する絶縁層形成工程において絶縁層に不純物が混入するおそれがある。
The firing temperature and firing time of the coating film made of the conductor composition ink are appropriately adjusted according to the type of solvent, liquid repellent material, etc. contained in the conductor composition ink.
The firing temperature is not particularly limited as long as it can remove the solvent contained in the conductor composition ink, but it is preferably 100 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, and 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Is more preferable. If the firing temperature is too high, the metal particles may be deteriorated, making it difficult to exhibit desired conductivity. If the firing temperature is too low, the solvent remains in the convex via post, which may cause impurities to be mixed into the insulating layer in the insulating layer forming step described later.
焼成時間としては、導体組成物インクに含まれる溶媒を除去することが可能な時間であれば特に限定されないが、10分間以上60分間以下であることが好ましく、15分間以上60分間以下であることがより好ましく、30分間以上60分間以下であることが特に好ましい。
焼成時間が短すぎると、導体組成物インクが撥液材料を含む場合に、撥液材料が十分に移行することが困難であるため、凸型のヴィアポストの撥液性を良好なものとすることが困難となるおそれがある。また、焼成時間が長すぎると、金属粒子などが劣化して所望の導電性を示すことが困難となるおそれがある他、生産性が低下するおそれがある。
The firing time is not particularly limited as long as it can remove the solvent contained in the conductor composition ink, but it is preferably 10 minutes or more and 60 minutes or less, and preferably 15 minutes or more and 60 minutes or less. Is more preferable, and it is particularly preferably 30 minutes or longer and 60 minutes or shorter.
If the firing time is too short, it is difficult for the liquid repellent material to be sufficiently transferred when the conductor composition ink contains the liquid repellent material, so that the liquid repellency of the convex via post is improved. May be difficult. Moreover, when baking time is too long, metal particles etc. may deteriorate and it may become difficult to show desired electroconductivity, and productivity may fall.
次に、下部ゲート電極120A、120B、及びヴィアポスト160が形成された結果物の全体構造上に第1ゲート絶縁膜130を形成する。ここで、第1ゲート絶縁膜130は、一例として塗布プロセスによって形成した有機高分子絶縁膜等があげられる。有機高分子絶縁膜は、単一層で形成されるか、又はこれらが積層された多重層で形成されることが好ましい。
上記塗布プロセスにおいて、ヴィアポスト160は絶縁膜溶液をはじき、ヴィアポスト160は第1ゲート絶縁膜130から突出させることが可能である。
Next, a first
In the coating process, the via
図1cに示すように、第1ゲート絶縁膜130上にソース電極162及びドレイン電極164を形成する。ここで、ソース電極162及びドレイン電極164は、例えば反転印刷法で印刷された導電性ペーストを焼成した膜等の各種印刷形成膜や、アルミニウム(Al)又はアルミニウム−ネオジム(Al−Nd)のようなアルミニウム合金単一層、又はモリブデン(Mo)合金とアルミニウム合金が積層された多重層で形成されることが好ましい。
ソース電極162及びドレイン電極164を透明電極で形成する場合には、ITO膜単一層で形成するか、又は、シルバー合金とITO膜が積層された多重層で形成することが好ましい。
As shown in FIG. 1C, a
In the case where the
図1dに示すように、ソース電極162及びドレイン電極164との間の第1ゲート絶縁膜130上にチャネル膜(半導体層)140を形成する。チャネル膜140とソース電極162及びドレイン電極164が電気的に連結されるように、ソース電極162及びドレイン電極164の側壁及び上部の一部を覆うようにパターニングされることが望ましい。図1dに示すように保護膜150を形成してもよい。チャネル膜140及び保護膜150は、下部ゲート電極のうち突出部に該当する下部ゲート電極120Bの上部の一部に形成される。
As shown in FIG. 1 d, a channel film (semiconductor layer) 140 is formed on the first
チャネル膜140は、例えば有機半導体を用いることができるが、これに限定されず酸化物半導体やシリコン半導体等を用いてもよい。
For example, an organic semiconductor can be used for the
保護膜150は、フッ素系有機高分子絶縁膜を用いることができるが、これに限定されずシリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はアルミニウム酸化膜の単一層で形成されるか、又はこれらを積層した多重層で形成されることができる。
The
図1eに示すように、第1ゲート絶縁膜130から突出したヴィアポスト160上、及びドレイン電極164上に、さらに導体組成物インクをインクジェット等の各種印刷方式で印刷し焼成することにより形成した凸型のヴィアポスト161及び200を形成する。このヴィアポストは、撥液性を有していることが好ましい。凸型のヴィアポスト161及び200は、それぞれヴィアポスト160と同じ方法で形成できる。
尚、ヴィアポスト160上のヴィアポスト161は、ヴィアポスト160が十分な高さを有する場合には、形成しなくてもよい。
As shown in FIG. 1e, a protrusion formed by printing and baking conductor composition ink on the via
The via
次に、ヴィアポスト161及び200、チャネル膜140、保護膜150、ソース電極162及びドレイン電極164が形成された結果物の全体構造上に第2ゲート絶縁膜170を形成する。
ここで、第2ゲート絶縁膜170は、一例として塗布プロセスによって形成した有機高分子絶縁膜等があげられる。有機高分子絶縁膜は、単一層で形成されるか、又はこれらが積層された多重層で形成されることが好ましい。
上記塗布プロセスにおいて、ヴィアポスト161及び200上から絶縁膜溶液がはじかれ、ヴィアポスト161及び200を第2ゲート絶縁膜170から突出させることが可能となる。
Next, a second
Here, examples of the second
In the coating process, the insulating film solution is repelled from the via posts 161 and 200, and the via posts 161 and 200 can protrude from the second
図1fに示すように、第2ゲート絶縁膜170上に上部ゲート電極180を形成する。
上部ゲート電極180は、例えば反転印刷法で印刷された導電性ペーストを焼成した膜等の各種印刷形成膜や、アルミニウム(Al)又はアルミニウム−ネオジム(Al−Nd)のようなアルミニウム合金単一層で形成されるか、又はモリブデン(Mo)合金とアルミニウム合金が積層された多重層で形成されることができる。
上部ゲート電極180が透明である場合には、ITO膜の単一層で形成されるか、又はシルバー合金とITO膜を積層した多重層で形成されることができる。
As shown in FIG. 1 f, the
The
When the
上部ゲート電極180は、ヴィアポスト160、161を通じて下部ゲート電極120Aと電気的に連結される。これにより、ヴィアポスト160、161によって連結された下部ゲート電極120A及び上部ゲート電極180を含むダブルゲートトランジスタが形成される。
The
次に、第2ゲート絶縁膜170から突出したヴィアポスト200上に、さらに導電性組成物インクをインクジェット等の各種印刷方式で印刷し焼成することで凸型のヴィアポスト201を形成する。このヴィアポストは、撥液性を有していることが好ましい。
尚、ヴィアポスト200上のヴィアポスト201は、ヴィアポスト200が十分な高さを有する場合には、形成しなくてもよい。
Next, a convex via
Note that the via
次に、第2ゲート絶縁膜170、及びヴィアポスト201が形成された結果物の全体構造上に層間絶縁膜190を形成する。層間絶縁膜190は、一例として塗布プロセスによって形成した有機高分子絶縁膜等があげられる。有機高分子絶縁膜は、単一層で形成されるか、又はこれらが積層された多重層で形成されることが好ましい。
上記塗布プロセスにおいて、ヴィアポスト201上から層間絶縁膜溶液がはじかれ、ヴィアポスト201は層間絶縁膜190から突出させることが可能となる。
Next, an
In the coating process, the interlayer insulating film solution is repelled from the via
図1gに示すように、ヴィアポスト201上に、第1機能電極182を形成する。
層間絶縁膜190によって上部ゲート電極180と第1機能電極182は、互いに電気的に絶縁されている。
As shown in FIG. 1 g, the first
The
第1機能電極182は、有機電界発光表示装置又は液晶素子表示装置のようなディスプレイ装置の画素電極であることができ、ソース電極162又はドレイン電極164と電気的に連結される。本図面では、一例として、第1機能電極182とドレイン電極164が連結された場合を示す。
これにより、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタが形成される。
The first
Thereby, the thin film transistor according to the embodiment of the present invention is formed.
<薄膜トランジスタ>
本発明の薄膜トランジスタは、2以上の層のゲート電極を有する薄膜トランジスタであって、2以上のゲート電極のうちの2つが、金属粒子を含む凸型の導電体によって電気的に連結している。本発明の薄膜トランジスタは、上述した本発明の薄膜トランジスタの製造方法により得られるトランジスタである。
上記「2以上の層のゲート電極を有する薄膜トランジスタ」とは、例えばダブルゲート構造、デュアルゲート構造、ボトム・トップゲート構造、二重ゲート構造、マルチゲート構造等と呼ばれる構造を有する薄膜トランジスタである。
<Thin film transistor>
The thin film transistor of the present invention is a thin film transistor having two or more layers of gate electrodes, and two of the two or more gate electrodes are electrically connected by a convex conductor including metal particles. The thin film transistor of the present invention is a transistor obtained by the above-described method for producing a thin film transistor of the present invention.
The “thin film transistor having two or more layers of gate electrodes” is a thin film transistor having a structure called a double gate structure, a dual gate structure, a bottom-top gate structure, a double gate structure, a multi-gate structure, or the like.
図2a〜図2cは、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を示す図である。
図2aは、1つのダブルゲートトランジスタ及び1つの第1機能電極が形成された中間結果物の平面図を示し、図2bは、図2aの第1方向(I−I’)断面図を示し、図2cは、図2aの第2方向(II−II’)断面図を示す。
2a to 2c are views showing a structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
2a shows a plan view of an intermediate result in which one double gate transistor and one first functional electrode are formed, FIG. 2b shows a cross-sectional view in the first direction (II ′) of FIG. 2a, 2c shows a cross-sectional view in the second direction (II-II ′) of FIG. 2a.
図2bに示すように、本発明の一実施形態に係る薄膜トランジスタは、下部ゲート電極120と、下部ゲート電極120上に形成された上部ゲート電極180と、下部ゲート電極120及び上部ゲート電極180を電気的に連結する凸型のヴィアポスト160及びヴィアポスト161を含む。
本実施形態においてヴィアポスト160及びヴィアポスト161は、それぞれ金属粒子を含む凸型の導電体に対応する。図2では、2つの凸型のヴィアポストで下部ゲート電極と上部ゲート電極を電気的に連結しているが、高さが十分であれば1つの凸型のヴィアポストで電気的に連結してもよい。
Referring to FIG. 2 b, the thin film transistor according to an embodiment of the present invention electrically connects the
In the present embodiment, the via
ヴィアポストが含む金属粒子及び任意に含む撥液材料は、本発明の薄膜トランジスタの製造方法で説明した導電性組成物インクが含む金属粒子及び撥液材料と同じである。 The metal particles included in the via post and the liquid repellent material optionally included are the same as the metal particles and the liquid repellent material included in the conductive composition ink described in the thin film transistor manufacturing method of the present invention.
凸型ヴィアポストが撥液材料を含む場合、凸型ヴィアポストは撥液性を示す。ここで、「凸型ヴィアポストが撥液性を有する」とは、例えば図2bにおいて、凸型ヴィアポスト160の表面と水との接触角が、下部ゲート電極120の表面と水との接触角及びバッファ膜110の表面と水との接触角よりも大きいことをいう。
例えば凸型ヴィアポスト160の表面と水との接触角が、下部ゲート電極120の表面と水との接触角との差が5°以上であるとよく、好ましくは20°以上である。両者の接触角の差が小さいと、ヴィアポストが形成された下部ゲート電極上に樹脂組成物を塗布した場合に濡れ性の差を利用して、樹脂組成物を弾くことが困難となるおそれがある。
上記接触角の差の上限値としては、ヴィアポストの材料、ゲート電極の材料などに応じて適宜決定され、特に限定されないが、例えば、100°程度である。
When the convex via post includes a liquid repellent material, the convex via post exhibits liquid repellency. Here, “the convex via post has liquid repellency” means that, for example, in FIG. 2 b, the contact angle between the surface of the convex via
For example, the contact angle between the surface of the convex via
The upper limit value of the contact angle difference is appropriately determined according to the material of the via post, the material of the gate electrode, and the like, and is not particularly limited, but is about 100 °, for example.
また、例えばヴィアポスト160の表面と水との接触角が、バッファ膜110の表面と水との接触角との差が、5°以上であるとよく、好ましくは20°以上である。両者の接触角の差が小さいと、ヴィアポストが形成された下部電極上に樹脂組成物を塗布した場合に濡れ性の差を利用して、樹脂組成物を弾くことが困難となるおそれがある。
また、上記接触角の差の上限値としては、ヴィアポストの材料、バッファ膜の材料などに応じて適宜決定され、特に限定されないが、例えば、100°程度である。
In addition, for example, the contact angle between the surface of the via
The upper limit of the contact angle difference is appropriately determined according to the material of the via post, the material of the buffer film, and the like, and is not particularly limited, but is about 100 °, for example.
凸型ヴィアポストの平面視形状としては、ヴィアポストを形成することができれば特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、四角形状、多角形状などが挙げられる。なかでも、凸型のヴィアポストの平面視形状が、円形状、楕円形状であることが好ましい。 The plan view shape of the convex via post is not particularly limited as long as the via post can be formed, and examples thereof include a circular shape, an elliptical shape, a quadrangular shape, and a polygonal shape. Especially, it is preferable that the planar view shape of the convex via post is a circular shape or an elliptical shape.
図6は、本実施形態における凸型のヴィアポストの縦断面形状について説明する説明図である。凸型のヴィアポストの縦断面形状とは、下部ゲート電極に対して垂直方向の凸型のヴィアポストの断面形状をいう。
具体的な凸型のヴィアポストの縦断面形状としては、図6(A)に示すような半円形状、図6(B)に示すような半楕円形状、図示はしないが台形状、四角形状などが挙げられる。また、これらの形状は中央に平坦部又は窪みを有していてもよい。図6(C)においては、半楕円形状の中央に平坦部を有する形状を示している。
FIG. 6 is an explanatory view for explaining the vertical cross-sectional shape of the convex via post in the present embodiment. The vertical cross-sectional shape of the convex via post refers to the cross-sectional shape of the convex via post perpendicular to the lower gate electrode.
Specifically, the vertical cross-sectional shape of the convex via post includes a semicircular shape as shown in FIG. 6A, a semi-elliptical shape as shown in FIG. 6B, a trapezoidal shape, and a rectangular shape although not shown. Etc. Moreover, these shapes may have a flat part or a hollow in the center. FIG. 6C shows a shape having a flat portion at the center of the semi-elliptical shape.
凸型のヴィアポストの径としては、凸型のヴィアポストを介して下部ゲート電極及び上部ゲート電極を導通させることが可能であれば特に限定されないが、例えば、1μm以上5000μm以下であることが好ましく、5μm以上1000μm以下であることがより好ましく、10μm以上100μm以下であることが特に好ましい。
凸型のヴィアポストが大きすぎる場合、薄膜トランジスタの高精細化、高集積化が困難となるおそれがある。また、凸型のヴィアポストが小さすぎる場合は、下部ゲート電極と上部ゲート電極とを良好に導通させることが困難となるおそれがある。
尚、「凸型のヴィアポストの径」とは、凸型のヴィアポストの平面視形状の大きさをいい、例えば、平面視形状が円形状の場合は直径をいい、平面視形状が四角形状の場合は、一辺の幅をいう。また、平面視形状が長方形、楕円形などの短辺及び長辺を有する形状の場合は短辺の幅をいう。また、平面視形状が多角形状の場合は、内接円の直径をいう。
具体的に凸型のヴィアポストの大きさとは、図7においてuで示される距離をいう。
The diameter of the convex via post is not particularly limited as long as the lower gate electrode and the upper gate electrode can be conducted through the convex via post, but is preferably 1 μm or more and 5000 μm or less, for example. It is more preferably 5 μm or more and 1000 μm or less, and particularly preferably 10 μm or more and 100 μm or less.
If the convex via post is too large, it may be difficult to achieve high definition and high integration of the thin film transistor. If the convex via post is too small, it may be difficult to make the lower gate electrode and the upper gate electrode conductive.
The “diameter of the convex via post” refers to the size of the convex via post in a plan view shape. For example, when the planar view shape is a circular shape, the diameter is the square shape, and the planar view shape is a square shape. In the case of, it means the width of one side. In addition, when the shape in plan view is a shape having a short side and a long side, such as a rectangle or an ellipse, the width of the short side is meant. Moreover, when the planar view shape is a polygonal shape, it refers to the diameter of the inscribed circle.
Specifically, the size of the convex via post refers to the distance indicated by u in FIG.
凸型のヴィアポストの高さとしては、ヴィアポストの高さが、ゲート電極上の絶縁層の厚みに対して0.5倍以上10倍以下とすると好ましい。
凸型のヴィアポストの高さの具体的な数値としては、例えば10nm以上15000nm以下であることが好ましく、100nm以上10000nm以下であることがより好ましい。凸型のヴィアポストの高さが高すぎる場合は、上部ゲート電極側表面の平坦性を良好なものとすることが困難となる可能性があるからであり、凸型のヴィアポストの高さが低すぎる場合は、凸型のヴィアポストが所望の導電性を示すことが困難となる可能性があるからである。
尚、「凸型のヴィアポストの高さ」とは、凸型のヴィアポストの縦断面形状において絶縁膜の垂直方向の距離が最大となる部分の値をいい、図8においてxで示される距離をいう。yはゲート電極上の絶縁膜の厚みであり、xがyに対して0.5倍以上10倍以下とすると好ましい。
The height of the convex via post is preferably 0.5 to 10 times the thickness of the insulating layer on the gate electrode.
The specific numerical value of the height of the convex via post is, for example, preferably from 10 nm to 15000 nm, and more preferably from 100 nm to 10,000 nm. If the height of the convex via post is too high, it may be difficult to improve the flatness of the surface on the upper gate electrode side. If it is too low, it may be difficult for the convex via post to exhibit the desired conductivity.
The “height of the convex via post” refers to the value of the portion where the vertical distance of the insulating film is maximum in the longitudinal sectional shape of the convex via post, and the distance indicated by x in FIG. Say. y is the thickness of the insulating film on the gate electrode, and x is preferably 0.5 times or more and 10 times or less of y.
凸型のヴィアポストのアスペクト比(高さ/径)としては、特に限定されないが、0.001以上1以下であることが好ましく、0.01以上0.8以下であることがより好ましく、0.01以上0.5以下であることが特に好ましい。
凸型のヴィアポストのアスペクト比が大きすぎる場合は、凸型のヴィアポスト自体を形成することが困難となる可能性や、凸型のヴィアポストに破損などが生じやすくなるおそれがある。また、凸型のヴィアポストのアスペクト比が小さすぎる場合は、凸型のヴィアポストが十分な導電性、撥液性を示すことが困難となるおそれがある。
The aspect ratio (height / diameter) of the convex via post is not particularly limited, but is preferably 0.001 or more and 1 or less, more preferably 0.01 or more and 0.8 or less. It is particularly preferable that the ratio is 0.01 or more and 0.5 or less.
If the aspect ratio of the convex via post is too large, it may be difficult to form the convex via post itself, or the convex via post may be easily damaged. Moreover, when the aspect ratio of the convex via post is too small, it may be difficult for the convex via post to exhibit sufficient conductivity and liquid repellency.
凸型のヴィアポストは、好ましくは表面エネルギーが10mN/m以上80mN/m以下である。
凸型のヴィアポストの表面エネルギーは、例えば撥液材料の含有量によって調整される。表面エネルギーが下限値よりも小さいと凸型のヴィアポスト中の金属粒子が凝集しているおそれがある。一方、表面エネルギーが上限値よりも大きいと、撥液性が低下し、ゲート絶縁層を開孔することができなくなるおそれがある。
尚、本実施形態における表面エネルギーは、例えば、測定対象上に1マイクロリットルの液体を滴下し、滴下した液滴の形状を側面より観測し、液滴と測定対象とのなす角を計測することにより接触角を測定し、各溶媒にて測定した接触角の値から北崎、畑の拡張Fowkes式に基づく幾何学平均法による解析(北崎寧昭、畑敏雄ら、日本接着協会誌、第8巻(3)131−141頁(1972年))で求めた値を言う。
本実施形態における接触角は、例えば、井元製作所製接触角測定装置や、協和界面科学製接触角計DM−901を用いて測定することができる。
The convex via post preferably has a surface energy of 10 mN / m or more and 80 mN / m or less.
The surface energy of the convex via post is adjusted by, for example, the content of the liquid repellent material. If the surface energy is smaller than the lower limit, the metal particles in the convex via post may be aggregated. On the other hand, when the surface energy is larger than the upper limit value, the liquid repellency is lowered, and there is a possibility that the gate insulating layer cannot be opened.
The surface energy in this embodiment is, for example, that 1 microliter of liquid is dropped on the measurement target, the shape of the dropped liquid droplet is observed from the side surface, and the angle between the droplet and the measurement target is measured. The contact angle was measured by the above, and the analysis by the geometric mean method based on the extended Fowkes equation of Kitazaki and Hata from the contact angle value measured with each solvent (Natsuaki Kitasaki, Toshio Hata et al., Journal of Japan Adhesion Association, Vol. 8) (3) This refers to the value obtained on pages 131-141 (1972)).
The contact angle in this embodiment can be measured using, for example, a contact angle measuring device manufactured by Imoto Seisakusho or a contact angle meter DM-901 manufactured by Kyowa Interface Science.
図2a〜図2cの薄膜トランジスタは、下部ゲート電極120と上部ゲート電極180は、凸型のヴィアポスト160及び161によって電気的に連結され、下部ゲート電極120と上部ゲート電極180を同時に駆動するようになる。従来のダブルゲートトランジスタは、一般的に下部ゲート電極と上部ゲート電極に独立的に電圧が印加されて駆動されるのに対して、本実施形態に係るダブルゲートトランジスタは、下部ゲート電極と上部ゲート電極が同時に駆動するようになる。
In the thin film transistor of FIGS. 2a to 2c, the
図3a及び図3bは、本発明の薄膜トランジスタの他の実施形態を示す図である。
図2bでは、下部ゲート電極と上部ゲート電極を、各トランジスタで接続しているが、当該他の実施形態では、図3a及び図3bに示すように、下部ゲート電極と上部ゲート電極の電極取り出し部分にヴィアポストを形成(図3bのIII−III’部分)することで、1カ所のみのヴィアポストを形成するだけで、下部と上部のゲート電極間を電気的に連結している。
尚、図3a中のII−II’は、図2cと同様の形態となる。
3a and 3b are diagrams showing another embodiment of the thin film transistor of the present invention.
In FIG. 2b, the lower gate electrode and the upper gate electrode are connected by each transistor. However, in the other embodiment, as shown in FIGS. 3a and 3b, electrode extraction portions of the lower gate electrode and the upper gate electrode By forming a via post (III-III ′ portion in FIG. 3b), the lower and upper gate electrodes are electrically connected by forming only one via post.
In addition, II-II 'in FIG. 3a becomes a form similar to FIG. 2c.
本発明の薄膜トランジスタは、ディスプレイ装置、センサー等の多様な用途に使用されることができる。
一例として、薄膜トランジスタが有機発光素子を適用したディスプレイ装置である有機電界発光表示装置の場合、第1機能電極182を、画素電極として使用するとよい。また、第1機能電極182上に形成された有機発光層及び共通電極をさらに含む。
The thin film transistor of the present invention can be used in various applications such as a display device and a sensor.
As an example, in the case of an organic light emitting display device in which a thin film transistor is a display device to which an organic light emitting element is applied, the first
他の例として、薄膜トランジスタが液晶表示素子を適用したディスプレイ装置の場合、第1機能電極182は、画素電極として使用される。また、第1機能電極182上に形成された配向膜、ショート部、シーラント、スペーサをさらに含み、共通電極、カラーフィルタ等を含むカラーフィルタ基板及び液晶をさらに含む。
As another example, in the case of a display device using a liquid crystal display element as a thin film transistor, the first
さらに他の例として、薄膜トランジスタがセンサーの場合、第1機能電極182は、センサーの下部電極として使用される。また、第1機能電極182上に形成されたスペーサ及びセンサーの上部電極をさらに含む。
本発明の薄膜トランジスタは、接触式、静電容量方式のセンサーだけでなく、光センサーにも適用可能である。
As yet another example, when the thin film transistor is a sensor, the first
The thin film transistor of the present invention can be applied not only to a contact type and capacitance type sensor but also to an optical sensor.
このように高いオン電流を有するダブルゲートトランジスタをディスプレイ装置及びセンサーに適用することによって、高画質、大面積のディスプレイ装置を提供し、センサーの性能を改善することができる。 By applying such a double gate transistor having a high on-state current to a display device and a sensor, a display device with a high image quality and a large area can be provided, and the performance of the sensor can be improved.
従来の単一のゲートトランジスタは、有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタの場合には0.01〜1cm2/Vsの低い電界効果移動度を有するので、大面積・高画質のディスプレイ装置、センサーを具現するのに限界がある。一方、本発明の薄膜トランジスタは、単一のゲートトランジスタに比べて2倍以上高い電界効果移動度を有するダブルゲートトランジスタを利用する。 In the case of an organic thin film transistor using an organic semiconductor, a conventional single gate transistor has a low field-effect mobility of 0.01 to 1 cm 2 / Vs, thus realizing a display device and a sensor with a large area and high image quality. There is a limit to doing it. On the other hand, the thin film transistor of the present invention uses a double gate transistor having a field effect mobility that is at least twice as high as that of a single gate transistor.
従来の単一ゲートトランジスタは、チャネル膜、ゲート絶縁膜及びゲート電極の構造よりなるが、ゲート電極に電界が印加されれば、ゲート絶縁膜との界面付近のチャネル膜で電荷が蓄積される。一方、ダブルゲートトランジスタは、下部ゲート電極、第1ゲート絶縁膜、チャネル膜、第2ゲート絶縁膜及び上部ゲート電極の構造よりなるので、第1ゲート絶縁膜に当接したチャネル膜の下部界面及び第2ゲート絶縁膜に当接したチャネル膜の上部界面で電荷が蓄積される。従って、ダブルゲート薄膜トランジスタは、単一のゲートトランジスタに比べて電荷が移動することができる領域が2倍となるので、素子のチャネル抵抗が半分になり、オン電流が2倍になる。 A conventional single gate transistor has a structure of a channel film, a gate insulating film, and a gate electrode. When an electric field is applied to the gate electrode, charges are accumulated in the channel film near the interface with the gate insulating film. On the other hand, the double gate transistor has a structure of a lower gate electrode, a first gate insulating film, a channel film, a second gate insulating film, and an upper gate electrode, so that the lower interface of the channel film in contact with the first gate insulating film and Charges are accumulated at the upper interface of the channel film in contact with the second gate insulating film. Therefore, the double-gate thin film transistor has twice as many regions where charges can move as compared with a single gate transistor, so that the channel resistance of the element is halved and the on-current is doubled.
<比較形態>
本発明の薄膜トランジスタの製造方法に対する比較形態として、図4a〜図4hを示す。
図4a〜図4hは、絶縁膜をエッチングにより一部除去し、下部電極を露出させコンタクトホールを形成するプロセスを用いた薄膜トランジスタの製造方法の比較形態を示す図である。
図4aは、ゲートラインが形成された比較形態に係る中間結果物の平面図を示す。図4b〜図4hは、説明の便宜のために図4aの第3方向(IV−IV’)断面及び第4方向(V−V’)断面を一緒に示したものである。
<Comparison form>
4a to 4h are shown as a comparison with respect to the method for manufacturing the thin film transistor of the present invention.
4A to 4H are diagrams showing a comparative example of a method of manufacturing a thin film transistor using a process of partially removing an insulating film by etching and exposing a lower electrode to form a contact hole.
FIG. 4a shows a plan view of an intermediate result according to a comparative embodiment in which gate lines are formed. 4b to 4h show the third direction (IV-IV ′) cross section and the fourth direction (VV ′) cross section of FIG. 4a together for convenience of explanation.
図4bに示すように、基板100上にバッファ膜110を形成する。
次に、バッファ膜110上に下部ゲート電極用導電膜を形成した後、これをパターニングしてダブルゲートトランジスタの下部ゲート電極120A、120Bを形成する。このとき、下部ゲート電極120A、120Bは、図4aに示されるように、ライン部及びライン部から突出した突出部を有する形態、即ちT字形状のゲートライン120で形成される。図1と同様に、説明の便宜上、ゲートライン120のうち突出部は、参照符号‘120B’で表示し、突出部に隣接したライン部は、参照符号‘120A’で表示する。即ち、図4bで、下部ゲート電極120A、120Bが2つの領域に分けられて図示されているが、1つのパターンである。
As shown in FIG. 4B, a
Next, after forming a conductive film for a lower gate electrode on the
次に、下部ゲート電極120A、120Bが形成された結果物の全体構造上に第1ゲート絶縁膜130を形成する。
Next, a first
図4cに示すように、第1ゲート絶縁膜130をエッチングし、下部ゲート電極120Aの表面を露出させ、第1コンタクトホールC1を形成する。このとき、下部ゲート電極のうち突出部に当接したライン部領域に該当する下部ゲート電極120Aの表面が露出されるように第1コンタクトホールC1を形成する。
本図面では、第1コンタクトホールC1の形成過程でエッチングされた第1ゲート絶縁膜を参照符号‘130A’で示す。
As shown in FIG. 4c, the first
In the drawing, the first gate insulating film etched in the process of forming the first contact hole C1 is denoted by reference numeral '130A'.
次に、第1コンタクトホールC1が形成された第1ゲート絶縁膜130A上にコンタクト用導電膜を形成する。このとき、第1コンタクトホールC1内にコンタクト用導電膜が埋め込まれる。
コンタクト用導電膜をエッチングした後、下部ゲート電極120Aと連結されるコンタクトプラグ260を形成すると同時に、コンタクトプラグ260から離隔した位置にソース電極162及びドレイン電極164を形成する。コンタクトプラグ260、ソース電極162及びドレイン電極164の形成は、1つの蒸着工程及び1つのマスク工程を通じて同時に実施でき、それによって、同一の物質からなるコンタクトプラグ260、ソース電極162及びドレイン電極164が形成できる。
Next, a contact conductive film is formed on the first
After the contact conductive film is etched, a
図4dに示されるように、ソース電極162及びドレイン電極164との間の第1ゲート絶縁膜130上にチャネル膜140を形成する。チャネル膜140とソース電極162及びドレイン電極164が電気的に連結されるように、ソース電極162及びドレイン電極164の側壁及び上部の一部を覆うようにパターニングされることが望ましい。場合によっては、保護膜150を形成してもよい。チャネル膜140及び保護膜150は、下部ゲート電極のうち突出部に該当する下部ゲート電極120Bの上部の一部に形成される。
As shown in FIG. 4 d, the
次に、コンタクトプラグ260、チャネル膜140、保護膜150、ソース電極162及びドレイン電極164が形成された結果物の全体構造上に第2ゲート絶縁膜170を形成する。
ここで、第2ゲート絶縁膜170及び保護膜150の単位面積当たり静電容量が、第1ゲート絶縁膜130Aの単位面積当たり静電容量と類似な値を有するようにすることが好ましい。
Next, a second
Here, it is preferable that the capacitance per unit area of the second
図4eに示されるように、第2ゲート絶縁膜170をエッチングし、コンタクトプラグ260の表面を露出させる第2コンタクトホールC2を形成すると同時に、ソース電極162又はドレイン電極164の表面を露出させる第3コンタクトホールC3を形成する。
As shown in FIG. 4e, the second
図4eでは、第3コンタクトホールC3の一例として、ドレイン電極164の表面を露出させる場合を図示している。第2コンタクトホールC2及び第3コンタクトホールC3の形成過程でエッチングされた第2ゲート絶縁膜を参照符号‘170A’で図示する。
FIG. 4e illustrates a case where the surface of the
図4fに示されるように、第2コンタクトホールC2及び第3コンタクトホールC3が形成された第2ゲート絶縁膜170A上に電極用導電膜を形成する。次に、電極用導電膜をエッチングし、下部ゲート電極120Aの上部の一部に位置する上部ゲート電極180及び上部ゲート電極180から離隔して位置する中間電極181を形成する。
上部ゲート電極180及び中間電極181は、1つの蒸着工程及び1つのマスク工程を利用して、上部ゲート電極180及び中間電極181を同時に形成することができる。同時に形成することにより、上部ゲート電極180と中間電極181は、実質的に同一の高さに形成される。また、同一の物質よりなる上部ゲート電極180及び中間電極181が形成される。
As shown in FIG. 4f, an electrode conductive film is formed on the second
The
上部ゲート電極180は、コンタクトプラグ260を通じて下部ゲート電極120Aと電気的に連結される。これにより、コンタクトプラグ260によって連結された下部ゲート電極120A及び上部ゲート電極180を含むダブルゲートトランジスタが形成される。
尚、断面の位置によって上部ゲート電極180が2つの領域に分離されて図示されているが、図4aを参照すれば、上部ゲート電極180が1つのパターンからなることが分かる。
Although the
次に、上部ゲート電極180及び中間電極181が形成された結果物の全体構造上に層間絶縁膜190を形成する。層間絶縁膜190によって上部ゲート電極180と中間電極181は、互いに電気的に絶縁される。
Next, an
図4gに示されるように、層間絶縁膜190をエッチングし、中間電極181の表面を露出させる開口部C4を形成する。開口部C4の形成時にエッチングされた層間絶縁膜を参照符号‘190A’で図示する。
As shown in FIG. 4g, the
図4hに示されるように、開口部C4を通じて露出された中間電極181上に第1機能電極182を形成する。第1機能電極182は、有機電界発光表示装置又は液晶素子表示装置のようなディスプレイ装置の画素電極であることができ、ソース電極162又はドレイン電極164と電気的に連結される。図4hでは、一例として、第1機能電極182とドレイン電極164が連結された場合について図示する。
As shown in FIG. 4h, the first
これにより、比較形態に係る薄膜トランジスタが形成される。図4hの薄膜トランジスタと図1gの薄膜トランジスタは同じ構成の薄膜トランジスタであるが、比較形態では、本発明の実施形態と比べてゲート絶縁膜や層間絶縁膜をエッチングすることによりコンタクトホールを形成しており、本発明よりも多段階のプロセスが必要であることが確認できる。 Thereby, the thin film transistor according to the comparative form is formed. The thin film transistor of FIG. 4h and the thin film transistor of FIG. 1g are thin film transistors having the same configuration, but in the comparative embodiment, a contact hole is formed by etching the gate insulating film and the interlayer insulating film as compared with the embodiment of the present invention. It can be confirmed that a multi-step process is necessary as compared with the present invention.
図5a〜図5cは上記比較形態に係る製造方法で得られる薄膜トランジスタの概略平面図及び断面図である。
図5aは、1つのダブルゲートトランジスタ及び1つの第1機能電極が形成された中間結果物の平面図を示し、図5bは、図5aの第1方向(IV−IV’)断面図を示し、図5cは、図5aの第2方向(V−V’)断面図を示す。
比較形態に係る薄膜トランジスタは、下部ゲート電極120と、下部ゲート電極120上に形成された上部ゲート電極180と、下部ゲート電極120及び上部ゲート電極180を連結するコンタクトプラグ260を含む(図5b)。
5a to 5c are a schematic plan view and a cross-sectional view of a thin film transistor obtained by the manufacturing method according to the comparative embodiment.
FIG. 5a shows a plan view of an intermediate result in which one double gate transistor and one first functional electrode are formed, FIG. 5b shows a cross-sectional view in the first direction (IV-IV ′) of FIG. FIG. 5c shows a cross-sectional view in the second direction (VV ′) of FIG. 5a.
The thin film transistor according to the comparative example includes a
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
次に、本発明の実施形態について、簡易的に作製した1つの具体的な例で詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail using one specific example that is simply manufactured. However, the present invention is not limited to these examples.
実施例1
基材として、ガラス(Corning社製のEagle XG、大きさ:40mm×40mm、厚み:0.7mm)を準備した。上記基材の表面に、スパッタ法にてクロムを50nmの厚さで成膜し、ゲート電極を作製した。次いで、この基板をイソプロピルアルコールで10分超音波洗浄した後に乾燥N2ガスを吹き付け乾燥した。
下部ゲート電極上に、導体組成物インク(銀ナノコロイド(平均粒子径:40nm)と2,3,5,6−テトラフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンチオールと溶媒(水と1,3−プロパンジオールとグリセリンの混合溶媒)を、質量比39.4:1.5:59.1の割合で混ぜたもの)をインクジェットし、150℃30分間焼成してヴィアポストを形成した。
Poly(methyl methacrylate)(PMMA、シグマアルドリッチ445746)を、1−Methoxy−2−propyl acetate(関東化学)に5質量%で溶解させ、樹脂組成物を調製した。上記基材の表面に上述の樹脂組成物をスピンコート法により塗布した後、130℃のホットプレート(アズワン EC−1200NP)上で5分乾燥させ、PMMAによる第1ゲート絶縁膜を形成した。第1ゲート絶縁膜表面を顕微鏡(オリンパス社 MX61)で観察すると、ヴィアポスト上の第1ゲート絶縁膜は開孔を示していた。
Example 1
As a base material, glass (Corning Eagle XG, size: 40 mm × 40 mm, thickness: 0.7 mm) was prepared. A chromium electrode was formed to a thickness of 50 nm on the surface of the base material by sputtering to produce a gate electrode. Next, this substrate was ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol for 10 minutes, and then dried by blowing dry N 2 gas.
On the lower gate electrode, a conductor composition ink (silver nanocolloid (average particle size: 40 nm), 2,3,5,6-tetrafluoro-4- (trifluoromethyl) benzenethiol and solvent (water and 1,3 A mixed solvent of propanediol and glycerin) mixed at a mass ratio of 39.4: 1.5: 59.1) was ink-jetted and baked at 150 ° C. for 30 minutes to form via posts.
Poly (methyl methacrylate) (PMMA, Sigma-Aldrich 445746) was dissolved in 1-methoxy-2-propyl acetate (Kanto Chemical Co., Ltd.) at 5 mass% to prepare a resin composition. The above-mentioned resin composition was applied to the surface of the base material by a spin coating method, and then dried on a hot plate (ASONE EC-1200NP) at 130 ° C. for 5 minutes to form a first gate insulating film made of PMMA. When the surface of the first gate insulating film was observed with a microscope (Olympus MX61), the first gate insulating film on the via post showed an opening.
次に、反転印刷法により導電性ペーストを印刷し、180℃で焼成してソース電極及びドレイン電極を形成した。次に、ソース電極及びドレイン電極との間の第1ゲート絶縁膜上に、インクジェット印刷法によりRegioregular poly(3−hexylt hiophene−2,5−diyl)(P3HT、シグマアルドリッチ698989)をDecahydronaphthalene (和光純薬工業)に1wt%で溶解させた有機半導体インクを塗布し、150℃のホットプレート上で10分乾燥させ、チャネル膜を形成した。
第1ゲート絶縁膜から突出したヴィアポスト上、及びドレイン電極上に、上記導体組成物インクを再度インクジェットし、150℃30分間焼成しヴィアポストを形成した。
Next, a conductive paste was printed by a reverse printing method and baked at 180 ° C. to form a source electrode and a drain electrode. Next, on the first gate insulating film between the source electrode and the drain electrode, a Regularregular poly (3-hexyl thiophene-2,5-diyl) (P3HT, Sigma-Aldrich 69889) is applied to the Decahydronaphthalene (Wako Pure). The organic semiconductor ink dissolved at 1 wt% was applied to Yakuhin Kogyo) and dried on a hot plate at 150 ° C. for 10 minutes to form a channel film.
On the via post protruding from the first gate insulating film and the drain electrode, the above-mentioned conductor composition ink was again ink-jetted and baked at 150 ° C. for 30 minutes to form a via post.
次に、ヴィアポスト、チャネル膜、ソース電極及びドレイン電極が形成された結果物の全体構造上に、上記樹脂組成物をスピンコート法により塗布した後、130℃のホットプレート上で5分乾燥させ、PMMAによる第2ゲート絶縁膜を形成した。第2ゲート絶縁膜表面を顕微鏡で観察すると、上述のヴィアポスト上の第2ゲート絶縁膜は開孔を示していた。
そして、反転印刷法により導電性ペーストを印刷し、180℃で焼成して上部ゲート電極を形成し、ヴィアポストを通じて下部ゲート電極と電気的に連結させ、ダブルゲートトランジスタを得た。
Next, the resin composition is applied on the entire structure of the resultant structure on which the via post, the channel film, the source electrode and the drain electrode have been formed, and then dried on a hot plate at 130 ° C. for 5 minutes. A second gate insulating film was formed by PMMA. When the surface of the second gate insulating film was observed with a microscope, the second gate insulating film on the via post described above showed an opening.
Then, a conductive paste was printed by a reverse printing method, fired at 180 ° C. to form an upper gate electrode, and electrically connected to the lower gate electrode through a via post to obtain a double gate transistor.
得られたトランジスタについて、ソース電極及びドレイン電極に接続させた引き出し線に、それぞれ測定用のプローブを接触させ、半導体パラメーターアナライザー(アジレント社B1500A)を用いてトランジスタ特性を測定した。その結果、作製したダブルゲートトランジスタはソース電極及びドレイン電極間の電位差に応じて電流値が増大し、ゲート電圧がそれを制御可能な正常の動作を示した。また、同様の構造のシングルゲートトランジスタと比較して、2倍程度のオン電流を得ることができた。 About the obtained transistor, the probe for a measurement was made to contact with the lead wire connected to the source electrode and the drain electrode, respectively, and the transistor characteristic was measured using the semiconductor parameter analyzer (Agilent B1500A). As a result, the fabricated double gate transistor showed a normal operation in which the current value increased according to the potential difference between the source electrode and the drain electrode, and the gate voltage could control it. In addition, about twice as much on-current was obtained as compared with a single gate transistor having a similar structure.
100 基板
110 バッファ膜
120 下部ゲート電極
130 第1ゲート絶縁膜
140 チャネル膜
150 保護膜
160,161,200,201 凸型のヴィアポスト
162 ソース電極
164 ドレイン電極
170 第2ゲート絶縁膜
180 上部ゲート電極
181 中間電極
182 第1機能電極
190 層間絶縁膜
260 コンタクトプラグ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記導電体が前記絶縁層を貫いて一方のゲート電極上に形成されており、
前記導電体の高さが、前記一方のゲート電極における前記絶縁層の厚みに対して0.5倍以上10倍以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。 Including an insulating layer between two gate electrodes electrically connected by the conductor;
The conductor is formed on one gate electrode through the insulating layer;
The height of the conductor is 0.5 to 10 times the thickness of the insulating layer in the one gate electrode, according to any one of claims 1 to 6. Thin film transistor.
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