JP5025107B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット法に代表される液滴吐出法を用いて形成した半導体素子を有する半導体装置の作製方法、また半導体素子の各部位の膜、マスクパターン及びコンタクトホールを形成する技術に関するものである。
半導体装置の作製において、設備の低コスト化、工程の簡略化を目的として、半導体素子に用いられる薄膜や配線のパターン形成に、液滴吐出装置を用いることが検討されている。
液滴吐出法にて吐出した溶液は塗れ広がってしまうという問題があった。また基板上における塗れ広がりにはばらつきが生じやすかった。金属微粒子を含有する溶液を液滴吐出法にて吐出して配線を形成した場合、配線同士がショートするなど問題が発生した。このため配線間の距離が狭い場合には、塗れ性の低い材料からなるパターンを形成し、このパターンではじかせることにより配線間のショートを防止する方法が用いられている。
このパターンの形成方法としては、フルオロアルキル基を含有する有機材料膜を形成した後、いわゆる通常のフォトリソグラフィー工程で使用されているフォトマスクのパターンを用いてUV照射する方法など(例えば、特許文献1参照)が用いられてきた。
特開2002−164635号公報
しかしながら上記の方法においては、通常のフォトリソグラフィー工程で使用されているフォトマスクを用いているので設備の低コスト化、工程の簡略化等を図ることができなかった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な工程で絶縁膜、半導体膜、導電膜等の膜パターンを有する基板を作製する方法、さらには、低コストで、スループットや歩留まりの高い半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
本発明は通常のフォトリソグラフィー工程(レジスト形成、フォトマスクを用いて露光、現像)を経ることなく、塗れ性の異なる領域を形成し、該領域を用いて、すなわち、この塗れ性の差を移用して、絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成することを特徴とするものである。
本発明の一は基板上に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上にマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の一は基板上に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に界面活性剤とマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の一は基板上に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上にマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有し、
前記マスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角は、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角よりも小さいことを特徴とする。
本発明の一は基板上に第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に界面活性剤とマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有し、
前記マスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角は、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角よりも小さいことを特徴とする。
また前記パターニングによって第1の膜が存在している領域が塗れ性の低い領域であり、第1の膜が除去された領域が塗れ性の高い領域であることを特徴とする。
また前記塗れ性に低い領域における、前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角は、前記塗れ性の高い領域における、前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことを特徴とする。
また前記塗れ性の低い領域における接触角と、前記塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることを特徴とする。
また前記第1の膜は、フッ化炭素鎖を有する化合物からなることを特徴とする。
また前記マスク材料を含有する溶液を、前記基板を加熱した状態で吐出することを特徴とする。
本発明の一は基板上に形成された絶縁膜、半導体膜又は導電膜上に接して第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に第1のマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上に第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜表面上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、第2のマスク材料を含有する溶液を吐出して第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜をエッチングするとともに前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜をエッチングすることを特徴とする。
本発明の一は基板上に形成された絶縁膜、半導体膜又は導電膜上に接して第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に界面活性剤と第1のマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上に第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜表面上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、第2のマスク材料を含有する溶液を吐出して第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜をエッチングするとともに前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜をエッチングすることを特徴とする。
本発明の一は基板上に形成された絶縁膜、半導体膜又は導電膜上に接して第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に第1のマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上に第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜表面上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、第2のマスク材料を含有する溶液を吐出して第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜をエッチングするとともに前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜をエッチングする工程と、を有し、
前記第1のマスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角は、前記第2のマスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角よりも小さいことを特徴とする。
本発明の一は基板上に形成された絶縁膜、半導体膜又は導電膜上に接して第1の膜を形成する工程と、
前記第1の膜上に界面活性剤と第1のマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上に第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜表面上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、第2のマスク材料を含有する溶液を吐出して第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜をエッチングするとともに前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜をエッチングする工程と、を有し、
前記第1のマスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角は、前記第2のマスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角よりも小さいことを特徴とする。
また前記パターニングによって第1の膜が存在している領域が塗れ性の低い領域であり、第1の膜が除去された領域が塗れ性の高い領域であることを特徴とする。
また前記塗れ性に低い領域における、前記第2のマスク材料を含有する溶液の接触角は、前記塗れ性の高い領域における、前記第2のマスク材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことを特徴とする。
また前記塗れ性の低い領域における接触角と、前記塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることを特徴とする。
また前記第1の膜は、フッ化炭素鎖を有する化合物からなることを特徴とする。
また前記第1のマスク材料を含有する溶液を、前記基板を加熱した状態で吐出することを特徴とする。
第1の膜を形成する方法としては、第1の膜の材料を希釈した溶液を基板上に塗布したり、当該材料を希釈した溶液と基板とを同一密閉容器に入れて当該材料の蒸気を基板に吸着させてもよい。
マスク材料を含有する溶液には、界面活性剤を添加してもよい。これにより当該溶液の表面張力を下げることができ、断線などの問題を生じることなくマスク(第1のマスク)を形成することができる。
マスク(第1のマスク)は、マスク材料を含有する溶液を用いて液相法又は印刷法によって形成する。液相法の代表例としては、液滴吐出法、インクジェット法、スピンコート法、ロールコート法、スロットコート法等が挙げられる。
絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料や第2のマスク材料は、これらの材料を含有する溶液を用いて液相法によって形成する。液相法の代表例としては、液滴吐出法、インクジェット法、スピンコート法、ロールコート法、スロットコート法等が挙げられる。
塗れ性の低い領域では液体の接触角が大きく、塗れ性の高い領域では液体の接触角が小さい。塗れ性の低い領域の接触角と塗れ性の高い領域の接触角の差は、30度、望ましくは40度以上であることが好ましい。
このように接触角が異なる二つの領域上に溶液を塗布又は吐出した場合、溶液は塗れ性の高い領域の表面に塗れ広がり、塗れ性の低い領域との界面で半球状にはじかれ、自己整合的に各マスクパターンを形成することが可能である。
したがって塗れ性の低い領域における、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角、第2のマスク材料を含有する溶液の接触角は、塗れ性の高い領域における、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角、第2のマスク材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことが望ましい。また塗れ性の低い領域における接触角と、塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることが望ましい。
絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料や第2のマスク材料を含有する溶液は、第1の膜に対して弾かれるとよい。一方、マスク(第1のマスク)材料を含有する溶液は、断線等が生じないようにする必要がある。そこでマスク(第1のマスク)材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角は、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料や第2のマスク材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角よりも小さくするとよい。
絶縁膜、半導体膜又は導電膜や第2のマスクを形成してから残存する第1の膜を完全に除去してもよい。
また上記のようにして形成された第2のマスクを用いて、基板上に設けられた絶縁膜、半導体膜又は導電膜をエッチングしてパターンを形成することができる。
膜パターンとしては1〜500μmの線幅を有するパターンを形成しているが、これに限定されることはなく、1μm以下の細線パターンを形成することもできる。
本発明によると、所望の形状を有する絶縁膜、半導体膜、及び導電膜、並びにコンタクトホールが形成された絶縁膜を形成できる。代表的には、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、保護膜、コンタクトホールが形成された絶縁膜等の絶縁膜、チャネル形成領域、ソース領域、ドレイン領域等の半導体膜、及びソース電極、ドレイン電極、配線、ゲート電極、画素電極、アンテナ等の導電膜が挙げられる。
半導体素子としては、TFT、電界効果トランジスタ(FET)、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、有機半導体トランジスタ、MIM素子、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、容量素子、抵抗素子等が挙げられる。
半導体装置としては、半導体素子で構成された集積回路、表示装置、無線タグ、ICタグ、ICカード等が挙げられる。表示装置としては、代表的には液晶表示装置、発光表示装置、DMD(Digital Micromirror Device;デジタルマイクロミラーデバイス)、PDP(Plasma Display Panel;プラズマディスプレイパネル)、FED(Field Emission Display;フィールドエミッションディスプレイ)、電気泳動表示装置(電子ペーパー)等の表示装置があげられる。なお、TFTは、順スタガ型TFT、逆スタガ型TFT(チャネルエッチ型TFT又はチャネル保護型TFT)、トップゲートのコプレナー型TFT、ボトムゲートのコプレナー型TFT等である。
上記表示装置とは、表示素子を用いたデバイス、即ち画像表示デバイスを指す。また、表示パネルにコネクター、例えばフレキシブルプリント配線(FPC:Flexible Printed Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)やCPUが直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
本発明によると、所望の形状を有する膜パターンを所望の箇所に形成することができる。また層間絶縁膜、平坦化膜、ゲート絶縁膜等として機能する膜を、所望の箇所に選択的に形成することができる。しかもレジストマスクパターンやフォトマスクパターンを用いた露光・現像プロセス等を経ることなく膜パターンを形成でき、またコンタクトホールを有する絶縁膜を形成できるため、従来と比較して、工程を大幅に簡略化することができる。さらに任意の場所、任意に形状の膜パターンを形成することができる。
このように本発明を用いることによってレジストマスクパターンやフォトマスクパターンを用いた露光・現像プロセス等を経ることなく半導体素子、及び半導体装置を、簡単な工程で精度良く形成することができ、さらには、低コストで、スループットや歩留まりの高い半導体素子、半導体装置の作製方法を提供することができる。
またプラズマ処理を行わないため、例えば下地膜がシリコン膜、酸化珪素膜、窒化珪素膜などの場合にはダメージを与えることがない。
またマスクを形成する際や、導電膜等を形成する際に、液滴吐出法を用いることによって、それらの膜の材料を含む液滴の吐出口であるノズルと基板との相対的な位置を変化させることで任意の場所に液滴を吐出でき、ノズル径、液滴の吐出量及びノズルと吐出物が形成される基板との移動速度の相対的な関係によって、形成するパターンの厚さや太さを調整できるため、それらの膜を所望の箇所に精度良く吐出形成することができる。
以下、発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(第1実施形態)
本実施形態においては、基板上に形成された第1の膜をパターニングし、このパターンを用いて所望の形状を有する膜パターンを形成する工程を、図1を用いて示す。
図1(A)に示すように、基板101上に第1の膜102を形成する。
基板101としては、ガラス基板、石英基板、アルミナなど絶縁物質で形成される基板、後工程の処理温度に耐え得る耐熱性を有するプラスチック基板、シリコンウェハ、金属板等を用いることができる。この場合、酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y)など、基板側から不純物などの拡散を防止するための絶縁膜を形成しておいてもよい。またステンレスなどの金属または半導体基板などの表面に酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁膜を形成した基板なども用いることができる。また、基板101として、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mmのような大面積基板を用いることができる。ここでは、基板101としてガラス基板を用いる。
なお、基板101にプラスチック基板を用いる場合、PC(ポリカーボネート)、PES(ポリエチレンサルファイル)、PET(ポリエチレンテレフタレート)もしくはPEN(ポリエチレンナフタレート)等のガラス転移点が比較的高いものを用いることが好ましい。
第1の膜102は、第1の膜を形成する材料を塗布又は吐出して形成することができる。また当該材料と基板とを同一の密閉容器中に入れておくことで基板上に形成できる。
第1の膜の形成材料の代表例としては、フッ化炭素鎖を有する化合物が挙げられる。フッ化炭素鎖を有する化合物の組成物の一例としては、Rn−Si−X4-n(n=1、2、3)の化学式で表されるシランカップリング剤が挙げられる。ここで、Rは、アルキル基などの比較的不活性な基を含む物である。また、Xはハロゲン、メトキシ基、エトキシ基又はアセトキシ基あるいは水酸基からなる。
また、シランカップリング剤としては、Rにフルオロアルキル基を有するフッ素系シランカップリング剤(フルオロアルキルシラン(FAS))を用いることにより、塗れ性を低下させることができる。FASのRは、(CF3)(CF2x(CH2y(x:0以上10以下の整数、y:0以上4以下の整数)で表される構造を持ち、複数個のR又はXがSiに結合している場合には、R又はXはそれぞれすべて同じでも良いし、異なっていてもよい。代表的なFASとしては、ヘプタデフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロテトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下、FASという。)が挙げられる。
また第1の膜の形成材料の組成物の一例として、フッ化炭素鎖を有する材料(フッ素系樹脂)を用いることができる。フッ素系樹脂として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE;四フッ化エチレン樹脂)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA;四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂)、パーフルオロエチレンプロペンコーポリマー(PFEP;四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂)、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー(ETFE;四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF;フッ化ビニリデン樹脂)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE;三フッ化塩化エチレン樹脂)、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー(ECTFE;三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合樹脂)、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロジオキソールコポリマー(TFE/PDD)、ポリビニルフルオライド(PVF;フッ化ビニル樹脂)等を用いることができる。
フッ化炭素鎖を有しないものであっても第1の膜に用いることができる。例えば有機シランとしてオクタデシルトリメトキシシラン等を用いることができる。
当該材料に用いる溶媒としては、nーペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、デュレン、インデン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、スクワランなどの炭化水素系溶媒又はテトラヒドロフランなどを用いる。
その他、第1の膜の形成方法としては、例えばフッ化炭素鎖を有しない膜を形成し、その表面にフッ素プラズマを照射して形成することができる。
また別途、誘電体が設けられた電極を用意し、誘電体が空気、酸素又は窒素を用いたプラズマに曝されるようにプラズマを発生させてプラズマ処理を行うことができる。この場合、誘電体は電極表面全体を覆う必要はない。誘電体としては、フッ素系樹脂を用いることができる。フッ素系樹脂を用いる場合、第1の膜表面にCF2結合が形成されることにより表面改質が行われ、前記フッ化炭素鎖を有する化合物と同様の特性を与えることが可能である。
フッ化炭素鎖を有しない膜としては、ポリビニルアルコール(PVA)のような水溶性樹脂を、H2O等の溶媒に混合した材料を用いることができる。また、PVAと他の水溶性樹脂を組み合わせて使用してもよい。また、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド(ナイロン)、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、レジスト材料等の有機樹脂などを用いることができる。
次に第1の膜102の上にマスク材料を含有する溶液を液滴吐出法にて吐出する。
マスク材料としては、ポリビニルアルコール(PVA)のような水溶性樹脂を用いることができる。またPVAと他の水溶性樹脂を組み合わせて使用してもよい。またアクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド(ナイロン)、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、レジスト材料等の有機樹脂などを用いることができる。またホットメルトインクを用いることもできる。ホットメルトインクは室温で固形状をなしている熱可塑性ポリマーがベースになっているので溶媒を除去するだけでマスクを形成することが可能である。
マスク材料を含有する溶液には界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤を添加することによって溶液の表面張力を下げることができ、第1の膜102上において断線などの問題を生じさせることなく溶液を塗布することができるからである。
界面活性剤としてはフッ素系の界面活性剤を用いることができる。例えばフルオロアルキル基等を有する界面活性剤を用いることができる。もちろんこれに限定されるものではない。
また溶媒としては水、アルコール系、エーテル系、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ヘキサメチルホスファミド、クロロホルム、塩化メチレン等の極性溶媒を用いた溶液を用いることができる。
液滴吐出法に用いるノズルの径は、0.1〜50μm(好適には0.6〜26μm)に設定し、ノズルから吐出される組成物の吐出量は0.00001pl〜50pl(好適には0.0001〜10pl)に設定する。この吐出量は、ノズルの径の大きさに比例して増加する。また、被処理物とノズル吐出口との距離は、所望の箇所に滴下するために、できる限り近づけておくことが好ましく、好適には0.1〜2mm程度に設定する。
液滴吐出法に用いる組成物の粘度は300mPa・s以下が好適であり、これは、乾燥が起こることを防止し、吐出口から組成物を円滑に吐出できるようにするためである。なお、用いる溶媒や用途に合わせて、組成物の粘度、表面張力等は適宜調整するとよい。
また基板を加熱しながら溶液を吐出することもできる。これにより塗布後、直ちに溶媒を除去することができ、マスク103を形成することが可能である。
マスク間の幅は最終的に形成する膜パターンの幅に依存する。本明細書では膜パターンとして1〜500μmの幅のものを形成しているが、これに限定されないことはいうまでもない。
次に溶媒が除去できていない場合には、マスク材料を含有する溶液の溶媒を乾燥してマスク103を形成する。また必要に応じて加熱、焼成してマスク103を形成してもよい。
次にマスク103が形成されていない部分の第1の膜102を除去して島状の第1の膜110を形成する。除去する方法は構成する材料に依存するが、紫外線等の照射、ドライエッチング、ウエットエッチングによって除去することができる。
次にマスク103を剥離液、アッシング等によって除去する。これによって基板上に塗れ性の高い領域105と塗れ性の低い領域104を形成することができる。
次に塗れ性の高い領域105上であって、且つ塗れ性の低い領域に挟まれた領域105の間に、絶縁膜、半導体膜、及び導電膜材料を含有する溶液を塗布する。
ここで、図15を用いて塗れ性の低い領域104と塗れ性の高い領域105の関係について示す。塗れ性の低い領域とは、図15に示すように、液体の接触角θ1が大きい領域である。この表面上では液体は半球状にはじかれる。一方、塗れ性の高い領域は、表面において液体の接触角θ2が小さい領域である。この表面上では、液体は塗れ広がる。
このため、接触角の異なる二つの領域が接している場合、相対的に接触角の小さい領域が塗れ性が高い領域となり、接触角の大きい方の領域が塗れ性が低い領域となる。このように接触角が異なる二つの領域上に溶液を塗布又は吐出した場合、溶液は塗れ性の高い領域の表面に塗れ広がり、塗れ性の低い領域との界面で半球状にはじかれ、自己整合的に各マスクパターンを形成することが可能である。
塗れ性の低い領域の接触角θ1と塗れ性の高い領域の接触角θ2の差は、30度以上、望ましくは40度以上であることが好ましい。この結果、塗れ性の低い領域の表面で溶液が半球状にはじかれ、塗れ性の高い領域に自己整合的に各マスクパターンを形成することが可能である。このため、第1の膜の形成方法及び材料で列挙されたものの中で、互いの接触角の差が30度以上、望ましくは40度以上の場合、接触角の小さい材料で形成された領域は塗れ性の高い領域となり、接触角の大きい材料で形成された領域は塗れ性の低い領域となりうる。同様に、後に絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液106として列挙されるものの中で、互いの接触角の差が30度以上、望ましくは40度以上の場合、接触角の小さい材料で形成された領域は塗れ性の高い領域となり、接触角の大きい材料で形成された領域は塗れ性の低い領域となりうる。
したがって塗れ性の低い領域における、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角は、塗れ性の高い領域における、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことが望ましい。また塗れ性の低い領域における接触角と、塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることが望ましい。
また絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液106は、第1の膜に対して弾かれるとよい。一方、マスク材料を含有する溶液は、断線等が生じないようにする必要がある。そこでマスク材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角は、絶縁膜、半導体膜、及び導電膜材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角よりも小さくするとよい。
なお、表面が凹凸を有する場合、所望のパターンを形成することが難しい。しかし表面が凹凸を有する場合、塗れ性が低い領域ではさらに接触角が増大する。即ち、塗れ性がより低下する。一方、塗れ性が高い領域では、さらに接触角が低くなる。即ち、塗れ性がより向上する。したがって凹凸を有する各表面上に塗れ性の低い材料と塗れ性の高い材料を塗布又は吐出し、焼成すると、たとえ凹凸を有していても所望のパターンを形成することができる。
塗れ性の高い領域に吐出する材料106としては、絶縁材料、導電材料、及び半導体材料を適宜用いることができる。絶縁材料の代表例として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド(ナイロン)、フラン樹脂、ジアリルフタレート樹脂等の有機樹脂、シロキサンポリマー、ポリシラザン、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、を用いることができる。
また、水、アルコール系、エーテル系、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、ヘキサメチルホスファミド、クロロホルム、塩化メチレン等の極性溶媒を用いた溶液を用いることもできる。
また、導電材料の代表例として、導電体を溶媒に溶解又は分散させたものを用いることができる。導電体としては、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Si、Ge、Zr、Ba等の金属、ハロゲン化銀の微粒子等、又は分散性ナノ粒子を用いることができる。または、透明導電膜として用いられるITO、酸化珪素を含むITO、有機インジウム、有機スズ、酸化亜鉛(ZnO)、窒化チタン(TiN:Titanium Nitride)等を用いることができる。
また、半導体材料の代表例として、有機半導体材料を用いることもできる。有機半導体材料としては、その骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の有機材料や高分子材料が望ましい。代表的には、ポリチオフェン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリチオフェン誘導体、ペンタセン等の可溶性の有機材料や高分子材料を用いることができる。
前記材料を含有する溶液を塗布する方法としては、液滴吐出法、インクジェット法、スピンコート法、ロールコート法、スロットコート法等を用いることができる。
次に、図1(C)に示すように、前記絶縁材料、導電材料又は半導体材料を含有する溶液を塗布した後、乾燥、焼成して所望の形状を有する膜パターン106を形成する。この結果、前記材料が絶縁材料の場合、膜パターンは所望の形状を有する絶縁層となる。また導電材料の場合、膜パターンは所望の形状を有する導電層となる。また半導体材料の場合、膜パターンは所望の形状を有する半導体層となる。その後図1(D)に示すように、第1の膜を除去してもよい。
以上の工程により、公知のフォトリソグラフィー工程を全く用いずとも、所望の形状を有する膜パターンを形成することができる。このため、作製工程数、作製コストを大幅に削減することが可能である。
(第2実施形態)
本実施形態においては、絶縁膜、半導体膜又は導電膜上に第1の膜をパターニングし、このパターンを用いて絶縁膜、半導体膜又は導電膜を所望の形状にパターニングする工程を、図2を用いて示す。
図2(A)に示すように、基板101上に絶縁膜、半導体膜又は導電膜201を形成する。
基板101は第1実施形態で示したようなものを用いることができる。また酸化シリコン(SiOx)、窒化シリコン(SiNx)、酸化窒化シリコン(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化シリコン(SiNxOy)(x>y)など、基板側から不純物などの拡散を防止するための絶縁膜を形成してもよい。
前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜201は、所望の形状にパターニングすることができる。すなわち絶縁膜、半導体膜又は導電膜を所望の形状に形成することができる。
絶縁膜201としては、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、窒化珪素膜等の半導体の酸化物や窒化物、無機絶縁物や有機絶縁物等が挙げられる。形成方法としては公知のCVD法、スパッタ法、塗布法、蒸着法等を用いることができる。
半導体膜201としては、シリコン、ゲルマニウム、GaAs、有機半導体膜等が挙げられる。形成方法としては公知のCVD法、スパッタ法、塗布法、蒸着法等を用いることができる。また非晶質であっても結晶性を有してもいてもよい。
導電膜201としては、金属膜、透明導電膜(ITO、酸化珪素を含むITO、IZO等)などが挙げられる。
次に絶縁膜、半導体膜又は導電膜201上に、第1の膜102を形成する。第1の膜を形成する材料、溶媒、形成方法は実施形態1で示したものを用いることができる。
次に、図2(A)に示すように、第1の膜102上に第1のマスク材料を含有する溶液を液滴吐出法にて吐出して第1のマスク103を形成する。
第1のマスク材料としては、第1実施形態のマスク材料を含有する材料で示したようなものを用いることができる。また界面活性剤を添加してもよい。さらに溶媒も第1実施形態で示したものを用いることできる。
次にマスク103が形成されていない部分の第1の膜102を除去する。その後マスク103を除去する。これによって絶縁膜、半導体膜又は導電膜201上に塗れ性の高い領域105と塗れ性の低い領域104を形成することができる(図2(B))。
次に、図2(C)に示すように、塗れ性の高い領域105上であって、且つ塗れ性の低い領域に挟まれた領域の間に、第2のマスク材料を含有する溶液を塗布、焼成等をして第2のマスク202を形成する。図2(C)に示すように第1の膜210が形成されていない領域、すなわち塗れ性の高い領域に第2のマスク材料を含有する溶液を塗布する。塗布する方法としては、液滴吐出法、インクジェット法、スピンコート法、ロールコート法、スロットコート法等を用いることができる。
第2のマスク材料としては、第1実施形態のマスク材料として示したものを用いることができる。溶媒も第1実施形態で示したものを用いることできる。
また第1実施形態にて示したように塗れ性の低い領域における、第2のマスク材料を含有する溶液の接触角は、塗れ性の高い領域における、第2のマスク材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことが望ましい。また塗れ性の低い領域における接触角と、塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることが望ましい。これにより自己整合的にマスクパターンを形成することができる。
第2のマスク材料を含有する溶液は、第1の膜に対して弾かれるとよい。一方、第1のマスク材料を含有する溶液は、断線等が生じないようにする必要がある。そこで第1のマスク材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角は、第2のマスク材料を含有する溶液の第1の膜に対する接触角よりも小さくするとよい。
この後、必要に応じて乾燥し焼成する。この結果、エッチング用マスクパターンである第2のマスク202を形成することができる。
次に、図2(D)に示すように、第2のマスクを用いて第1の膜210を除去する。本実施形態では、アッシングにより除去する。この後、基板上の絶縁膜、半導体膜又は導電膜の露出した領域をドライエッチング、ウエットエッチング等の公知の手法によりエッチングして、所望の形状を有する膜パターン203を形成することができる。なお、第2のマスクパターンが柱状又は円柱状である場合、膜パターンは、コンタクトホールを有する膜となる。
なお、図2(E)に示すように、第2のマスク202を除去し、所望の形状を有する膜パターン203を露出してもよい。
以上の工程により、公知のフォトリソグラフィー工程を用いずとも、マスクパターンを形成することができる。このため、従来より少ない工程数で膜を所望の形状にエッチングすることが可能である。また、従来より少ない工程数で、膜パターン又は良好なコンタクトホールを形成することも可能である。
(第3実施形態)
以下、半導体素子の作製方法について示す。なお、以下の実施形態では、半導体素子としてTFTを用いて説明するが、これに限定されるものではなく、有機半導体トランジスタ、ダイオード、MIM素子、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、容量素子、抵抗素子等を用いることができる。
本実施形態では、本発明を用いて半導体素子として逆スタガ型TFTの代表例としてチャネルエッチ型TFTを形成する工程を、図3を用いて説明する。
図3(A)に示すように、基板101上にゲート電極301を形成する。なお基板には必要に応じて酸化珪素膜や窒化珪素膜等を形成しておく。ゲート電極の形成方法としては、液滴吐出法、印刷法、電界メッキ法、PVD法、CVD法を用いて導電層を形成する。ここでは第1実施形態に示した方法を用いて、基板101上にゲート電極を形成する。この場合、マスクパターンを用いたエッチング工程が不要となるので、作製工程を大幅に簡略化することができる。
まず基板上に第1の膜を形成し、マスク材料を含有する溶液を第1の膜の上に液滴吐出法にて吐出して第1のマスクを形成する。その後、紫外線照射等の方法により第1のマスクが形成されていない部分の第1の膜を除去して、基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する。その後第1のマスクを除去する。第1の膜、第1のマスク材料を含有する溶液は第1実施形態、第2実施形態で記載したものを用いることができる。
次に塗れ性の低い領域(島状の第1のマスクが形成された領域)に挟まれた塗れ性の高い領域(島状の第1のマスクが形成されていない領域)に第1実施形態で記載した導電体を溶媒に溶解又は分散させたものを液滴吐出法にて吐出する。その後塗れ性の低い領域を形成する第1の膜を除去する。そしてゲート電極301を形成することができる。
なお、吐出口から吐出する組成物は、比抵抗値を考慮して、金、銀、銅のいずれかの材料を溶媒に溶解又は分散させたものを用いることが好ましい。より好ましくは、低抵抗且つ安価な銀又は銅を用いるとよい。但し、銅を用いる場合には、不純物対策のため、合わせてバリア膜を設けるとよい。溶媒は、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等の有機溶剤等を用いればよい。
ここで、銅を配線として用いる場合のバリア膜としては、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タンタル(TaN:Tantalum Nitride)など窒素を含む絶縁性又は導電性の物質を用いると良く、これらを液滴吐出法で形成しても良い。
なお、液滴吐出法に用いる組成物の粘度は5〜20mPa・sが好適であり、これは、乾燥が起こることを防止し、吐出口から組成物を円滑に吐出できるようにするためである。また、表面張力は40mN/m以下が好ましい。なお、用いる溶媒や用途に合わせて、組成物の粘度等は適宜調整するとよい。一例として、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ、有機スズを溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は5〜20mPa・s、銀を溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は5〜20mPa・s、金を溶媒に溶解又は分散させた組成物の粘度は10〜20mPa・sである。
各ノズルの径や所望のパターン形状などに依存するが、ノズルの目詰まり防止や高精細なパターンの作製のため、導電体の粒子の径はなるべく小さい方が好ましく、好適には粒径0.1μm以下が好ましい。組成物は、電解法、アトマイズ法又は湿式還元法等の公知の方法で形成されるものであり、その粒子サイズは、一般的に約0.5〜10μmである。ただし、ガス中蒸発法で形成すると、分散剤で保護されたナノ分子は約7nmと微細であり、またこのナノ粒子は、被覆剤を用いて各粒子の表面を覆うと、溶剤中に凝集がなく、室温で安定に分散し、液体とほぼ同じ挙動を示す。したがって、被覆剤を用いることが好ましい。
組成物を吐出する工程は、減圧下で行っても良い。これは、組成物を吐出して被処理物に着弾するまでの間に、該組成物の溶媒が揮発し、後の乾燥と焼成の工程を省略又は短くすることができるためである。溶液の吐出後は、溶液の材料により、常圧下又は減圧下で、レーザ光の照射や瞬間熱アニール、加熱炉等により、乾燥と焼成の一方又は両方の工程を行う。乾燥と焼成の工程は、両工程とも加熱処理の工程であるが、例えば、乾燥は100℃で3分間、焼成は200〜350℃で15分間〜120分間で行うもので、その目的、温度と時間が異なるものである。乾燥と焼成の工程を良好に行うためには、基板を加熱しておいてもよく、そのときの温度は、基板等の材質に依存するが、100〜800℃(好ましくは200〜350℃)とする。本工程により、溶液中の溶媒の揮発又は化学的に分散剤を除去し、周囲の樹脂が硬化収縮することで、融合と融着を加速する。雰囲気は、酸素雰囲気、窒素雰囲気又は空気で行う。但し、金属元素を分解又は分散している溶媒が除去されやすい酸素雰囲気下で行うことが好適である。
なお、液滴吐出法により形成した導電層は、導電体である微粒子が3次元に不規則に重なり合って形成されている。即ち、3次元凝集体粒子で構成されている。このため、表面は微細な凹凸を有する。また、光吸収層の熱及びその帯熱時間により、微粒子が焼成され粒子の粒径が増大するため、表面の高低差が大きい層となる。
レーザ光の照射は、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ等が挙げられ、後者の固体レーザとしては、Cr、Nd等がドーピングされたYAG、YVO4等の結晶を使ったレーザ等が挙げられる。なお、レーザ光の吸収率の関係から、連続発振のレーザを用いることが好ましい。また、パルス発振と連続発振を組み合わせた所謂ハイブリッドのレーザ照射方法を用いてもよい。但し、基板の耐熱性に依っては、レーザ光の照射による加熱処理は、数マイクロ秒から数十秒の間で瞬間に行うとよい。瞬間熱アニール(RTA)は、不活性ガスの雰囲気下で、紫外光乃至赤外光を照射する赤外ランプやハロゲンランプなどを用いて、急激に温度を上昇させ、数マイクロ秒から数分の間で瞬間的に熱を加えて行う。この処理は瞬間的に行うために、実質的に最表面の薄膜のみを加熱することができ、下層の膜には影響を与えないという利点がある。
次に、ゲート電極301上にゲート絶縁膜302を形成する。ゲート絶縁膜302はプラズマCVD法またはスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化シリコン、酸化シリコン、その他の珪素を含む絶縁膜の単層又は積層構造で形成する。また、ゲート絶縁膜をゲート電極層に接する側から、窒化珪素膜(窒化酸化珪素膜)、酸化珪素膜、及び窒化珪素膜(窒化酸化珪素膜)の積層構造とすることが好ましい。この構造では、ゲート電極が、窒化珪素膜と接しているため、酸化による劣化を防止することができる。
次に、ゲート絶縁膜302上に、第1の半導体膜303を形成する。第1の半導体膜303としては、非晶質半導体、非晶質状態と結晶状態とが混在したセミアモルファス半導体(SASとも表記する)、非晶質半導体中に0.5nm〜20nmの結晶粒を観察することができる微結晶半導体、及び結晶性半導体から選ばれたいずれの状態を有する膜で形成する。特に、0.5nm〜20nmの結晶を粒観察することができる微結晶状態はいわゆるマイクロクリスタル(μc)と呼ばれている。いずれも、シリコン、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)等を主成分とする膜厚は、10〜60nmの半導体膜を用いることができる。
SASは、非晶質構造と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)との中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体である。また短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいる。そして少なくとも膜中の一部の領域には、0.5〜20nmの結晶領域を観測することができ、珪素を主成分とする場合にはラマンスペクトルが520cm-1よりも低波数側にシフトしている。X線回折では珪素結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また未結合手(ダングリングボンド)の終端のため、SASは水素或いはハロゲンを1原子%、又はそれ以上含んでいる。
SASは、珪化物気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪化物気体としては、SiH4であり、その他にもSi26、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などを用いることができる。珪化物気体を水素、水素とヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種又は複数種の希ガス元素で希釈して用いることによりSASの形成を容易なものとすることができる。このとき希釈率が10倍〜1000倍の範囲となるように、珪化物気体を希釈すると好ましい。またSi26及びGeF4を用い、ヘリウムガスで希釈する方法を用いてSASを形成することができる。グロー放電分解による被膜の反応生成は減圧下で行うと好ましく、圧力は概略0.1Pa〜133Paの範囲で行えばよい。グロー放電を形成するための電力は1MHz〜120MHz、好ましくは13MHz〜60MHzの高周波電力を供給すればよい。基板加熱温度は300℃以下が好ましく、100〜250℃の基板加熱温度が推奨される。
また結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜を加熱又はレーザ照射により結晶化して形成することができる。また、直接、結晶性半導体膜を形成してもよい。この場合、GeF4、又はF2等のフッ素系ガスと、SiH4、又はSi26等のシラン系ガスとを用い、熱又はプラズマを利用して直接、結晶性半導体膜を形成することができる。
その他、非晶質半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜し、そして例えば珪素の結晶化を助長するような金属元素(ニッケル等)を含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させ、この非晶質半導体膜に脱水素化(500℃、1時間)を行なった後、熱結晶化(550℃、4時間)を行なって結晶質半導体膜を形成することもできる。この後レーザー光を照射してさらに結晶性を高めてもよい。
また、レーザー結晶化法で結晶性半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、Ti:サファイアレーザー等を用いることができる。パルス発光型ではMHzの周波数を有するものを用いることも可能である。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザービームを光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択することができる。
なお、第1の半導体膜303を、有機半導体材料を用い、印刷法、スプレー法、液滴吐出法などで直接島状に形成することができる。この場合エッチング工程が必要ないため、工程数を削減することが可能である。本発明に用いる有機半導体材料としては、その骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の有機材料や高分子材料が望ましい。代表的には、ポリチオフェン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリチオフェン誘導体、ペンタセン等の可溶性の高分子材料を用いることができる。
その他にも本発明に用いることができる有機半導体材料としては、可溶性の前駆体を成膜した後で処理することにより第1の半導体膜を形成することができる材料がある。なお、このような前駆体を経由する有機半導体材料としては、ポリチエニレンビニレン、ポリ(2,5−チエニレンビニレン)、ポリアセチレン、ポリアセチレン誘導体、ポリアリレンビニレンなどがある。
前駆体を有機半導体に変換する際には、加熱処理だけではなく塩化水素ガスなどの反応触媒を添加することがなされる。また、これらの可溶性有機半導体材料を溶解させる代表的な溶媒としては、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、クロロホルム、ジクロロメタン、γブチルラクトン、ブチルセルソルブ、シクロヘキサン、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、シクロヘキサノン、2−ブタノン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド(DMF)または、THF(テトラヒドロフラン)などを適用することができる。
次に、(p型、n型の)一導電型を有する第2の半導体膜304を成膜する。導電性を有する第2の半導体膜304はnチャネル型のTFTを形成する場合には、15属の元素、代表的にはリンまたはヒ素を添加する。また、pチャネルTFTを形成する場合には、13属の元素、代表的にはボロンを添加する。第2の半導体膜は、珪化物気体にボロン、リン、ヒ素のような13属又は15属の元素を有する気体を加えたプラズマCVD法で成膜する。
第2の半導体膜304を形成した後、加熱処理を施してもよい。例えば第1の半導体膜303が金属元素(ニッケル等)を用いて結晶化させたようなものである場合には、この加熱処理により第1の半導体膜に含有する金属元素が第2の半導体膜にゲッタリングされる。
次に、導電性を有する第2の半導体膜304及び第1の半導体膜303をエッチングして所望の形状にする。ここでは第2実施形態の手法によって、第2の半導体膜304上にマスクパターンを形成し、所望の形状にエッチングする。
まず第2の半導体膜304上に第1の膜を形成する。第1の膜はゲート電極を形成する際に用いた第1の膜と同じ役割を果たす。すなわち第2の半導体膜上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成するものである。第1の膜は第1実施形態、第2実施形態において記載したものを用いることができる。
次に第1の膜上に第2のマスク材料を含有する溶液を吐出して第2のマスクを形成する。第2のマスク材料及び溶媒は、第1実施形態、第2実施形態においてマスク材料及び溶媒として記載したものを用いることができる。
第2のマスクを用いて第1の膜をパターニングして第2の半導体膜304上に塗れ性の低い領域(島状の第1の膜110が形成されている領域)と塗れ性の高い領域(島状の第1の膜110が形成されていない領域)を形成する。その後、第2のマスクを除去する。
塗れ性の低い領域に挟まれた塗れ性の高い領域に、第3のマスク材料を含有する溶液を吐出して第3のマスク305を形成する。この第3のマスク305は、第1のマスク、第2のマスクに用いたものと同じものを用いることができるが、耐熱性高分子材料を用いて形成してもよく、芳香環、複素環を主鎖にもち、脂肪族部分が少なく高極性のヘテロ原子基を含む高分子を用いることができる。そのような高分子物質の代表例としてはポリイミド又はポリベンゾイミダゾールなどが挙げられる。
第3のマスク305を用いて、パターニングされた第1の膜及び第2の半導体膜及び第1の半導体膜を所望の形状にエッチングする。これにより所望の形状を有する第1の半導体領域312及び第2の半導体領域313を形成する。エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4もしくはCCl4などを代表とする塩素系ガス、CF4、SF6、NF3、CHF3などを代表とするフッ素系ガス、あるいはO2を用いることができる。第3のマスク305は、エッチング後に除去する。
次に、第2の半導体領域313上に、ソース電極及びドレイン電極314を、導電材料を用いて形成する。導電材料としては、ゲート電極301に用いた材料と同様の材料を、溶媒に溶解又は分散させたものを用いることができる。ここでは、Agを含む組成物(以下「Agペースト」という。)を用い、ゲート電極を形成したときのように第1実施形態に示した工程を経て膜厚600〜800nmの各電極を形成する。
なお、Agペーストの焼成をO2雰囲気中で行うと、Agペースト内に含まれているバインダ(熱硬化性樹脂)などの有機物が分解され、有機物をほとんど含まないAg膜を得ることができる。また、膜表面を平滑にすることができる。さらに、Agペーストを減圧下で吐出することにより、ペースト中の溶媒が揮発するため、後の加熱処理を省略、又は加熱処理時間を短縮することができる。
なお、ソース電極及びドレイン電極314は、導電膜を予めスパッタ法等によって成膜しておき、第2実施形態に示したような工程によってマスクを形成した後に、エッチングして形成してもよい。このマスクも上述した材料を用いて形成することができる。
次に、図3(C)に示すように、ソース電極及びドレイン電極314をマスクとして、第2の半導体領域をエッチングして第1の半導体領域312を露出する。ここでは、エッチングして分断された第2の半導体領域を第3の半導体領域321と示す。
なお、第1の半導体領域312に有機半導体を用いた場合、第3の半導体領域321の代わりに、ポリアセチレン、ポリアニリン、PEDOT(poly−ethlyenedioxythiophen)、PSS(poly−styrenesulphonate)のような有機導電性材料で形成される導電層を形成することができる。導電層は、コンタクト層、又はソース電極及びドレイン電極として機能する。
また、第3の半導体領域321の代わりに、金属元素で形成される導電層を用いることができる。この場合、多くの有機半導体材料が電荷を輸送する材料がキャリアとして正孔を輸送するp型半導体であることからその半導体層とオーミック接触を取るために仕事関数の大きい金属を用いることが望ましい。
具体的には、金や白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属又は合金等が望ましい。これらの金属又は合金材料を用いた導電性ペーストを用いて上述の実施形態1又は2に記載の方法により形成することができる。
さらには、有機半導体材料で形成される第1の半導体領域、有機導電性材料で形成される導電層、及び金属元素で形成される導電層を積層してもよい。
次に、ソース電極及びドレイン電極314上に、パッシベーション膜323を成膜することが好ましい。パッシベーション膜は、プラズマCVD法又はスパッタリング法などの薄膜形成法を用い、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素含有炭素(CN)、その他の絶縁性材料を用いて形成することができる。
次に、パッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、その後ソース電極及びドレイン電極と電気的に接続する配線又は画素電極331を形成する。
コンタクトホールの形成は実施形態2に示した方法によって、パッシベーション膜上の、コンタクトホールを形成する部分以外の領域にマスクを形成し、そのマスクを用いてパッシベーション膜をエッチングすることにより形成することが可能である。
次に、ソース電極及びドレイン電極それぞれに接続する導電膜331を形成する。ここでは、第1実施形態に示した方法により導電材料を溶媒に溶解又は分散したペーストを吐出して導電膜を形成する。導電膜の導電材料としては、ソース電極及びドレイン電極と同様の材料を用いることができる。なお、導電膜331は、接続配線又は画素電極として機能する。
以上の工程により、チャネルエッチ型TFTを作製することができる。なお本実施形態ではチャネルエッチ型TFTを作製する方法を示したが、本願発明はこのタイプのTFTに限定されるものではないことは明らかである。すなわち本願発明を用いてチャネル保護型のTFTを形成することもできる。
チャネル保護型の場合は、第1の半導体膜を形成した後、チャネル保護用の絶縁膜を形成することになる。このときゲート電極を形成の際に使用した方法によって、当該絶縁膜を形成することができる。すなわち第1の半導体膜上に第1の膜を形成し、その上にマスク材料を含有する溶液を吐出してマスクを形成する。
その後、当該マスクを用い、マスクされていない部分の第1の膜を除去して第1の半導体膜上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する。この場合、塗れ性の高い領域がチャネル保護用の絶縁膜を形成する領域となる。絶縁膜材料を含有する溶液を塗れ性の低い領域に挟まれた塗れ性の高い領域に液滴吐出法にて吐出する。
次に焼成してチャネル保護用の絶縁膜を形成する。第1の膜を形成する材料、マスクを形成する材料及びその溶媒、チャネル保護用の絶縁膜等は上述したものや第1実施形態、第2実施形態に示したものを用いることができる。
その後第2の半導体膜を形成し、第1の半導体膜、第2の半導体膜を所望の形状に上述の方法によりパターニングする。上述の方法によりソースドレイン電極を形成し、ソースドレイン電極をマスクにして第2の半導体膜をエッチングすることで形成することができる。
(第4実施形態)
本実施形態においては、トップゲートのコプレナー構造のTFTの作製工程について図4を用いて示す。
図4(A)に示すように、基板101に第1の絶縁膜402を成膜する。第1の絶縁膜としては、基板101からの不純物が後に形成されるTFTに侵入するのを防止するためのものであり、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜等の膜を、PVD法、CVD法等の公知の手法により成膜する。なお、基板101から不純物がTFTに侵入しない材料、代表的には石英等で形成されている場合には、第1の絶縁膜402を成膜する必要はない。
次に、第1の絶縁膜402上に半導体膜403を形成する。半導体膜403は、第3実施形態で示される第1の半導体膜303を、第1実施形態又は第2実施形態に示した方法により所望の形状に形成する。
次に、半導体膜403のソース領域及びドレイン領域となる部分の上に13属又は15属の不純物を有する溶液404を第1実施形態の方法を用い、液滴吐出法で吐出した後、レーザ光405を照射する。この工程により、図4(B)に示されるように、導電性を有する半導体領域(ソース領域及びドレイン領域)411を形成することができる。このため、13属又は15属の不純物を有する溶液は、後のソース領域及びドレイン領域となる半導体領域上に吐出する。また半導体膜403が非晶質珪素膜等の場合にはいわゆるチャネル領域に相当する部分が結晶化される場合がある。
次に、図4(B)に示すように、ソース領域及びドレイン領域411上に島状の第1の膜412を形成する。第1の膜412は、後に形成されるゲート絶縁膜及び層間絶縁膜の形成を妨げるためのものであるので、後のコンタクトホール及び接続配線を形成する領域に吐出する。第1の膜412は、第1実施形態、第2実施形態又は第3実施形態で示される第1の膜と同様の材料及び形成方法を適宜用いることができる。すなわち全面に第1の膜を形成し、その後上述のコンタクトホール及び接続配線を形成する領域にマスクを形成し、当該マスクで覆われていない領域の第1の膜を除去する。これにより除去されずに残った部分が第1の膜412となる。第1の膜412上のマスクは除去する。
次に、シロキサンポリマー、ポリシラザン等の有機SOG、無機SOG等の塗れ性の高い材料を液滴吐出法又は塗布法により形成し、乾燥及び焼成を行ってゲート絶縁膜413を形成する。なお、有機SOG、無機SOG等は第1の膜で弾かれ、第1の膜412に挟まれた領域に形成される。
次に半導体膜403上において、ソース領域及びドレイン領域411の間であって、ゲート絶縁膜413上にゲート電極421を形成する。ゲート電極421は、第3実施形態に示されるゲート電極301と同様の材料及び作製方法を適宜用いる。
次に、絶縁材料を含有する溶液を塗布して層間絶縁膜323を形成する。第1の膜412が設けられた領域は塗れ性が低いため、前記絶縁材料を含有する溶液ははじかれる。このため第1の膜412に挟まれた領域に選択的に層間絶縁膜323を形成することができる。
次に第1の膜を除去する(図4(C))。次に、第2の実施形態に示した方法を用いて導電膜331を形成する(図4(D))。
以上の工程により、トップゲートのコプレナー構造のTFTを形成することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、上記実施形態におけるパターン形成に用いることができる液滴吐出装置について説明する。図16において、基板1900上において、1つのパネル1930が形成される領域を点線で示す。
図16には、配線等のパターンの形成に用いる液滴吐出装置の一態様を示す。液滴吐出手段1905は、ヘッドを有し、ヘッドは複数のノズルを有する。本実施の形態では、十個のノズルが設けられたヘッドを三つ(1903a、1903b、1903c)有する場合で説明するが、ノズルの数や、ヘッドの数は処理面積や工程等により設定することができる。
ヘッドは、制御手段1907に接続され、制御手段がコンピュータ1910により制御することにより、予め設定されたパターンを描画することができる。描画するタイミングは、例えば、ステージ1931上に固定された基板1900等に形成されたマーカー1911を基準点として行えばよい。また、基板1900の縁を基準点として行ってもよい。これら基準点をCCDなどの撮像手段1904で検出し、画像処理手段1909にてデジタル信号に変換させる。デジタル変化された信号をコンピュータ1910で認識して、制御信号を発生させて制御手段1907に送る。このようにパターンを描画するとき、パターン形成面と、ノズルの先端との間隔は、0.1cm〜5cm、好ましくは0.1cm〜2cm、さらに好ましくは0.1cm前後とするとよい。このように間隔を短くすることにより、液滴の着弾精度が向上する。
このとき、基板1900上に形成されるパターンの情報は記憶媒体1908に格納されており、この情報を基にして制御手段1907に制御信号を送り、各ヘッド1903a、1903b、1903cを個別に制御することができる。すなわち、ヘッド1903a、1903b、1903cが有する各ノズルから異なる材料を有する液滴を吐出することができる。例えばヘッド1903a、1903bが有するノズルは絶縁膜材料を有する液滴を吐出し、ヘッド1903cが有するノズルは導電膜材料を有する液滴を吐出することができる。
さらに、ヘッドが有する各ノズルを個別に制御することもできる。ノズルを個別に制御することができるため、特定のノズルから異なる材料を有する液滴を吐出することができる。例えば同一ヘッド1903aに、導電膜材料を有する液滴を吐出するノズルと、絶縁膜材料を有する液滴を吐出するノズルとを設けることができる。
また、層間絶縁膜の形成工程のように大面積に対して液滴吐出処理を行う場合、層間絶縁膜材料を有する液滴を全ノズルから吐出させるとよい。さらに、複数のヘッドが有する全ノズルから、層間絶縁膜材料を有する液滴を吐出するとよい。その結果、スループットを向上させることができる。もちろん、層間絶縁膜形成工程において、一つのノズルから層間絶縁膜材料を有する液滴を吐出し、複数走査することにより大面積に対して液滴吐出処理を行ってもよい。
そしてヘッドをジグザグ又は往復させ、大型マザーガラスに対するパターン形成を行うことができる。このとき、ヘッドと基板を相対的に複数回走査させればよい。ヘッドを基板に対して走査するとき、進行方向に対してヘッドを斜めに傾けるとよい。
ヘッドの幅は、大型マザーガラスから複数のパネルを形成する場合、ヘッドの幅は1つのパネルの幅と同程度とすると好ましい。1つのパネル1930が形成される領域に対して一回の走査でパターン形成することができ、高いスループットが期待できるからである。
また、ヘッドの幅は、パネルの幅より小さくしてもよい。このとき、複数の幅の小さなヘッドを直列に配置し、1つのパネルの幅と同程度としてもよい。複数の幅の小さなヘッドを直列に配置することにより、ヘッドの幅が大きくなるにつれて懸念されるヘッドのたわみの発生を防止することができる。もちろん、幅の小さなヘッドを複数回走査することにより、パターン形成を行ってもよい。
このような液滴吐出法により溶液の液滴を吐出する工程は、減圧下で行うと好ましい。溶液を吐出して被処理物に着弾するまでの間に、該溶液の溶媒が蒸発し、溶液の乾燥と焼成の工程を省略することができるからである。また、減圧下で行うと、導電体の表面に酸化膜などが形成されないため好ましい。また溶液を滴下する工程は、窒素雰囲気中や有機ガス雰囲気中で行ってもよい。
また、液滴吐出法として、ピエゾ方式を用いることができる。ピエゾ方式は、液滴の制御性に優れインク選択の自由度の高いことからインクジェットプリンターでも利用されている。なお、ピエゾ方式には、MLP(Multi Layer Piezo)タイプとMLChip(Multi Layer Ceramic Hyper Integrated Piezo Segments)タイプがある。また溶液の溶媒によっては、発熱体を発熱させ気泡を生じさせ溶液を押し出す、いわゆるサーマル方式を用いた液滴吐出法でもよい。
次に、銀配線を形成する方法について図5〜図7を用いて説明する。
図5(A)に示すように、基板501表面に窒化珪素膜502を形成する。基板501には、旭硝子社製AN100ガラス基板を用いた。
次に窒化珪素膜502上に、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(GE 東芝シリコーン製TSL8233)層503を吸着させた(以下、本実施例において「第1の膜」という)。ここではヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを希釈した溶液を酸化珪素膜上に塗布して吸着させた。
第1の膜503上に、第1のマスクパターン504を形成した。第1のマスクパターンはポリイミド溶液(東レ製、DL1602(65wt%))とヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(5wt%)とジプロピレングリコールモノメチルエーテル(30wt%)とを混合したものを液滴吐出法にて吐出して線幅60μmのパターンを形成した。第1のマスク間の距離は100μmとした。ここでは界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを添加した。このときの表面張力は20.5mN/m、静的接触角は35°であった。また溶媒を除去してポリイミドの増粘を高めるために、基板温度を60℃にした(図6)。
これにより第1のマスクパターン504が形成されていない領域は第1の膜が露出することになる(図5(A))。
次にUVオゾンクリーナーにて10分間処理し、第1のマスクパターンが形成されていない領域の第1の膜503を分解して除去した。その後第1のマスクパターン504を剥離液によって剥離して島状の第1の膜510を形成した。これにより基板内に塗れ性の高い領域506(第1の膜が形成されていない領域)と塗れ性の低い領域505(第1の膜が形成されている領域)が形成される(図5(B))。
この島状の第1の膜に挟まれた領域506に銀ペースト(ハリマ化成製)を液滴吐出法にて吐出した。第1の膜に対する静的接触角は55°であった。その後オーブンで230℃で焼成した。これにより線幅100μmの銀の配線507を形成できた(図5(C)、図7)。島状の第1の膜はその後UVオゾンクリーナー処理して除去した(図5(D))。
ここでは第1の膜を形成し、その上に界面活性剤を添加して接触角を低くした溶液を用いて第1のマスクパターンを形成して第1の膜をパターニングして塗れ性の低い領域(第1の膜が形成されている領域)と高い領域(第1の膜が形成されていない領域)を形成した。その後塗れ性の高い領域に第1の膜に対して接触角が高い溶液(ここでは銀ペースト)を吐出した。この方法によりいわゆるフォトリソグラフィー工程を経ることなく、また基板にダメージを与えることなく、簡便に細線パターンを形成することができた。
次に、透明電極をパターニングする方法について説明する。
図2(A)に示すように、透明電極(ITO、酸化珪素を含むITO、IZO等)201が形成された基板101上にヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(GE 東芝シリコーン製XC98−A5382)膜102を吸着させた(以下、本実施例において「第1の膜」という)。ここではヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを希釈した溶液を透明電極上に塗布して吸着させた。
第1の膜102上に、第1のマスクパターン103を形成した。第1のマスクパターンはポリビニルアルコール(クラレ製、LM25S0(10wt%))をメチルエチルケトンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メチルエチルケトン:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル=1:1)を溶媒とし、界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(XC98−A5382(1wt%))を混合したものを液滴吐出法にて吐出した。これにより線幅60μmのパターンを形成した。また間隔は500μmとした。このときの表面張力は18mN/mであり、第1の膜に対する静的接触角は36°であった。また吐出時には基板温度を50℃にした。
これにより第1のマスクパターンが形成されていない領域は第1の膜が露出することになる(図2(A)、図8)。
次にUVオゾンクリーナーにて10分間処理し、第1のマスクパターンが形成されていない領域の第1の膜102を分解して除去した。その後第1のマスクパターンをエタノール液によって剥離して島状の第1の膜210を形成した。これにより基板内にぬれ性の高い領域105(第1の膜が形成されていない領域)とぬれ性の低い領域104(第1の膜が形成されている領域)が形成される(図2(B))。
その後、第1の膜が形成されていない領域105上に、第2のマスクパターン202を形成した(図2(c))。第2のマスクパターン202は島状の第1の膜が形成された基板の全面にポリイミド溶液(東レ製DL1602、溶媒:ブチロラクトン:乳酸エチル=1:1)を液滴吐出法にて吐出して形成した。基板内には塗れ性の高い領域105と塗れ性の低い領域104が形成されているから、塗れ性の高い領域105にポリイミド溶液が塗布された。第1の膜に対する表面張力は31mN/mであり、第1の膜に対する静的接触角は68°であった。なおポリイミド溶液を塗布する際に基板は加熱しなかった(図9)。この後焼成工程を入れても構わない。
図2(D)に示すように第2のマスクパターン202を用いて、島状の第1の膜及びその下の透明電極をエッチングしてパターニングした。これにより間隔500μmで隣の透明電極との間隔が60μmの透明電極パターンを形成できた。その後第2のマスクパターンは除去した(図2(E))。
ここでは透明電極上に第1の膜を形成し、その上に界面活性剤を添加して接触角を低くした溶液を用いて第1のマスクパターンを形成して第1の膜をパターニングして塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成した。その後塗れ性の高い領域に第1の膜に対して接触角が高い溶液(ここではポリイミド溶液)を吐出して第2のマスクを形成し、このマスクを用いて透明電極をエッチングした。この方法によりいわゆるフォトリソグラフィー工程を経ることなく、また基板にダメージを与えることなく、簡便に透明電極をパターニングすることができた。
次に、絶縁膜をパターニングする方法について説明する。
図2(A)に示すように、酸化珪素膜201が形成された基板101上にオクタデシルトリメトキシシラン膜102を吸着させる(以下、本実施例において「第1の膜」という)。ここではオクタデシルトリメトキシシラン膜を希釈した溶液を酸化珪素膜上に塗布して吸着させる。
第1の膜102上に、第1のマスクパターン103を形成する。第1のマスクパターンはポリイミド溶液(東レ製、DL1602(65wt%))とヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(5wt%)とジプロピレングリコールモノメチルエーテル(30wt%)とを混合したものを液滴吐出法にて吐出して線幅10μmのパターンを形成した。ここでは界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを添加した。
これにより第1のマスクパターンが形成されていない領域は第1の膜が露出することになる。
次にUVオゾンクリーナーにて10分間処理し、第1のマスクパターンが形成されていない領域の第1の膜102を分解して除去する。その後第1のマスクパターンを剥離して島状の第1の膜210を形成する。これにより基板内に塗れ性の高い領域105(第1の膜が形成されていない領域)と塗れ性の低い領域104(第1の膜が形成されている領域)が形成される。
その後、島状の第1の膜が形成されていない領域105上に、第2のマスクパターンを形成した。第2のマスクパターン202は第1の膜210が形成された基板の全面にポリイミド溶液を液滴吐出法にて吐出する。基板内には塗れ性の高い領域105と塗れ性の低い領域104が形成されているから、塗れ性の高い領域にポリイミド溶液が塗布される。次にポリイミドを焼成することもできる。
第2のマスクパターン202を用いて、第1の膜210及びその下の酸化珪素膜201をエッチングしてパターニングする(図2(D)(E))。
次に図10等を用いて逆スタガ型のTFTを形成する実施例を示す。
酸化珪素膜1002が形成されたガラス基板1001上にヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(GE 東芝シリコーン製XC98−A5382)膜1003を塗布して吸着させる(以下、本実施例において「第1の膜」という)。
第1の膜1003上に、第1のマスクパターン1004を形成する。第1のマスクパターンはポリイミド溶液(東レ製、DL1602(65wt%))とヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン(5wt%)とジプロピレングリコールモノメチルエーテル(30wt%)とを混合したものを液滴吐出法にて吐出して線幅10μmのパターンを形成する。ここでは界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを添加する。
これにより第1のマスクパターンが形成されていない領域は第1の膜が露出することになる(図10(A))。
次にUVオゾンクリーナーにて5〜15分間処理し、第1のマスクパターンが形成されていない領域の第1の膜1003を分解して除去する。その後第1のマスクパターンを剥離液によって剥離して島状の第1の膜1010を形成する。これにより基板内に塗れ性の高い領域1006(第1の膜が形成されていない領域)と塗れ性の低い領域1005(第1の膜が形成されている領域)が形成される(図10(B))。
この第1の膜に挟まれた領域1006に銀の微粒子を溶媒に分散した溶液を液滴吐出法にて吐出する。その後オーブンで200〜250℃で焼成する。これにより線幅10μmのゲート電極1007を形成できる(図10(C))。島状の第1の膜1010はその後UVオゾンクリーナーにて処理して除去する(図10(D))。
次に、ゲート電極1007上にゲート絶縁膜1008を形成する。ゲート絶縁膜1008はプラズマCVD法を用い、窒化酸化珪素膜と酸化窒化珪素膜の積層膜を形成する。ゲート電極層に接する側から、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜の積層構造とする。膜厚は50〜100nmとする。
次に、ゲート絶縁膜1008上に、プラズマCVD法により非晶質珪素膜1009を形成する。膜厚は100〜200nmとする。
次にニッケルを含む酢酸溶液を非晶質半導体膜上にスピンコート法にて塗布して保持させ、この非晶質半導体膜に脱水素化(500℃、1時間)を行なった後、熱結晶化(550℃、4時間)を行なって結晶性珪素膜1011を形成する。この後パルス発光型でMHzの周波数を有するレーザー光1050を照射してさらに結晶性を高める(図11(A))。
次に、珪化物気体にリンの元素を有する気体を加えたプラズマCVD法で第2の非晶質珪素膜1012を成膜する。
第2の非晶質珪素膜1012を形成した後、再度550℃で加熱処理を施す。これにより結晶性珪素膜1011に含まれるニッケルが第2の非晶質珪素膜1012にゲッタリングされる。なおこの加熱処理により第2の非晶質珪素膜も結晶化され、第2の結晶質珪素膜になる場合がある。
次に、第2の非晶質珪素膜又は第2の結晶性珪素膜1012及び結晶性珪素膜1011をエッチングして島状にする。まず第2の非晶質珪素膜又は第2の結晶性珪素膜1012上に第1の膜1013を吸着させる。
次に第1の膜上にポリビニルアルコールをメチルエチルケトンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メチルエチルケトン:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル=1:1)を溶媒とし、界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを混合したものを液滴吐出法にて吐出して第2のマスク1014を形成する(図11(B))。
第2のマスク1014を用いて第1の膜1013をパターニングして第2の非晶質珪素又は結晶性珪素膜1012上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する。その後、第2のマスク1014を除去する。
塗れ性の低い領域1015に挟まれた塗れ性の高い領域に、ポリイミドを含有する溶液を吐出して第3のマスク1016を形成する(図11(C))。この後焼成工程を入れてもよい。
第3のマスク1016を用いて、パターニングされた第1の膜1013及び第2の非晶質珪素膜又は結晶性珪素膜1012及び結晶性珪素膜1011をドライエッチングして島状にする。第3のマスク1016は、このエッチング後に除去する(図11(D))。
次に、第2の非晶質珪素膜又は結晶性珪素膜1012上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する。ここでは導電膜1017としてTi膜、Al膜、Ti膜をそれぞれスパッタ法にて形成する(図12(A))。
次に、最表面のTi膜上に第1の膜1018を吸着させる(図12(B))。第1の膜上にポリビニルアルコールをメチルエチルケトンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メチルエチルケトン:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル=1:1)を溶媒とし、界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを混合したものを液滴吐出法にて吐出して第4のマスク(図示しない)を形成する。
第4のマスクを用いて第1の膜をパターニングしてTi膜上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する。その後、第4のマスクを除去する。
塗れ性の低い領域に挟まれた塗れ性の高い領域に、ポリイミドを含有する溶液を吐出して第5のマスクを形成する(図示しない)。
第5のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜及びTi膜、Al膜、Ti膜をドライエッチングしてソース電極及びドレイン電極1021を形成する。第5のマスクは、このエッチング後に除去する(図12(C))。
次に、ソース電極及びドレイン電極1021をマスクとして、第2の非晶質珪素膜又は結晶性珪素膜1012をエッチングして結晶性珪素膜1022を露出させる。このとき結晶珪素膜表面の一部もエッチングされる。
次に、ソース電極及びドレイン電極1021上に、パッシベーション膜1023を成膜する(図12(D))。
次に第1の膜1024を吸着させる。第1の膜上にポリビニルアルコールをメチルエチルケトンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メチルエチルケトン:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル=1:1)を溶媒とし、界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを混合したものを液滴吐出法にて吐出して第6のマスク1025を形成する(図12(E))。
次に第6のマスクが形成されていない部分の第1の膜を除去する。この第6のマスクが形成された部分には、後にコンタクトホールが形成される。その後、第6のマスクを除去する(図示しない)。
第1の膜1024が形成された領域は塗れ性の低い領域となり、その他の領域は塗れ性の高い領域となる。次に層間絶縁膜を含有する溶液を吐出すると、層間絶縁膜1026は塗れ性の高い領域に形成され、第1の膜が形成された塗れ性の低い領域には形成されない(図13(A))。その後、第1の膜1024を除去する。また続けてパッシベーション膜1023を除去してソース電極又はドレイン電極の一部を露出させる(図13(B))。
次に画素電極1027をスパッタ法等により形成する(図13(C))。
次に、画素電極1027上に第1の膜を吸着させる。第1の膜上にポリビニルアルコールをメチルエチルケトンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル(メチルエチルケトン:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル=1:1)を溶媒とし、界面活性剤としてヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランを混合したものを液滴吐出法にて吐出して第7のマスクを形成する(図示しない)。
第7のマスクを用いて第1の膜をパターニングして画素電極上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する。その後、第7のマスクを除去する(図示しない)。
塗れ性の低い領域に挟まれた塗れ性の高い領域に、ポリイミドを含有する溶液を吐出して第8のマスクを形成する(図示しない)。
第8のマスクを用いて、パターニングされた第1の膜及び画素電極をエッチングする。第8のマスクは、このエッチング後に除去する。以上の工程により、チャネルエッチ型TFTを作製することができる(図示しない)。
本実施例では、実施例4で示したTFTの作製方法を用いて、アクティブマトリクス装置を作製した例について説明する。ここでは表示パネルとして液晶表示パネルを用いて説明する。
図14は、画素部1420及び接続端子部1421の縦断面構造を模式的に示したものである。TFTは実施例4で示した方法で作製でき、また補助容量は実施例4で示した方法を用いることによりTFTと同時に作製できることは言うまでもない。
1401は基板、1412は対向基板を示す。1403はゲート電極又はゲート配線、1404はゲート絶縁膜、1405は半導体膜、1406はn型又はp型の半導体膜、1407はソース電極、ドレイン電極又はソース線を示す。1408、1409はパッシベーション膜、層間絶縁膜、1410は画素電極、1411は配向膜、1414は接続端子、1415は異方性導電膜、1416は液晶材料を示している。
画素電極1410はインジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化スズなどを含む組成物により形成してもよい。また反射型の液晶表示パネルを作製する場合は銀、金、銅、タングステン、アルミニウム等の金属の粒子を主成分とした組成物を用いることができる。
配向膜1411は印刷法やスピンコート法により、絶縁膜を成膜し、ラビングを行って形成する。また斜方蒸着法により形成することもできる。
また基板周辺部には封止材を液滴吐出法、ディスペンサ法、印刷法等により形成する(図示しない)。
液晶材料1416はディスペンサ式(滴下式)により、シール材で形成された閉ループ内側に、液晶材料を滴下する。
液晶材料としてはネマチック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。また液晶モードとしてはOCB、MVA等のモードを用いることもできる。
ゲート配線層1403、ソース配線層(図示しない)それぞれには異方性導電層1415を介して接続端子(ゲート配線層に接続される接続端子1414、ソース配線層に接続される接続端子は図示せず。)を貼り付けられている。
なお、静電破壊防止のための保護回路、代表的にはダイオードなどを、接続端子とソース配線(ゲート配線)の間または画素部に設けてもよい。この場合、上記したTFTと同様の工程で作製し、画素部のゲート配線層とダイオードのドレイン又はソース配線層とを接続することにより、ダイオードとして動作させることができる。
なお、第1実施形態乃至第5実施形態のいずれをも本実施例に適応することができる。また、本実施例では、表示パネルとして液晶表示パネルの作製方法を示したが、これに限られるものではなく、有機材料又は無機材料で形成された発光物質を発光層として有する発光表示装置、DMD(Digital Micromirror Device;デジタルマイクロミラーデバイス)、PDP(Plasma Display Panel;プラズマディスプレイパネル)、FED(FieldEmission Display;フィールドエミッションディスプレイ)、電気泳動表示装置(電子ペーパー)等のアクティブ型表示パネルに適宜適応することができる。
本実施例では、パッシブマトリクス基板を用いる表示パネルについて、図17を用いて説明する。本実施例では、表示パネルとして、EL表示パネル(発光表示パネル)を用いて説明する。
図17(A)に示すように、透光性を有する基板1701上に、透光性導電膜で形成される第1の画素電極1702を形成する。
まず基板1701上に第1の膜を形成する。次に第1の膜上にマスク材料を含有する溶液を液滴吐出法にて吐出してマスクを形成する。このマスクを用い、第1の膜をUVオゾン処理をしてマスクされていない部分の第1の膜を除去する。これにより基板上に塗れ性の低い領域と高い領域を形成できる。次に塗れ性の高い領域にITO、ZnO、SiO2を組成物として有する溶液を液滴吐出法にて吐出し、焼成して第1の画素電極を形成する。なお平行に描画しながら吐出して、第1の画素電極を形成する(図示しない)。
次に、第1の画素電極1702上に、等間隔で第1の電極と直交した複数の第1の絶縁膜1703を形成する。第1の絶縁膜としては、SiO2、SiN等の絶縁膜を成膜し、平行にエッチングして形成する。ここでは実施形態2に示した方法により形成することができる。
次に、図17(B)に示すように、後に有機EL材料層が形成される領域、即ち隣り合う第1の絶縁膜1703間の領域に、マスクパターン1711を形成する。まず第1の膜を全面に形成し、その上にマスク材料を含有する溶液を液滴吐出法にて吐出してマスクを形成する。そしてこのマスクを用いて第1の膜をUVオゾン処理にてパターニングして形成する。第1の膜上のマスクは除去して第1の膜からなるマスクパターンを形成する。
次に、マスクパターンが形成されていない領域、即ちマスクパターンの外縁に、絶縁膜材料を含有する溶液を吐出し、乾燥及び焼成をして第2の絶縁膜1712を形成する。本実施例では、ポリイミドを吐出する。
なお、当該溶液の組成、粘度、表面張力等により図17(B)に示すような、断面が逆テーパー形状の第2の絶縁膜1712を形成することができる。
また、当該溶液の組成、粘度、表面張力等により図18に示すように、断面が順テーパ形状の第2の絶縁膜1731を形成することができる。
次に、図17(C)に示すように、酸素を用いたアッシングにより、マスクパターン1711を除去する。次に、有機EL材料を蒸着して、即ち隣り合う第1の絶縁膜1703間の領域に、有機EL材料層1721を形成する。この工程において、第2の絶縁膜1712上にも、有機EL材料1722が蒸着される。
次に、図17(D)に示すように、導電材料を蒸着し、第2の画素電極1723を形成する。なお、この工程において、第2の絶縁膜1712上に形成された有機EL材料1722上に、第2の導電材料1724が蒸着される。本実施例では、第2の画素電極はAl、Al−Li合金、Ag−Mg合金等で形成されている。
なお、第2の絶縁膜1712の断面が逆テーパー形状の場合、有機EL材料層1721及び第2の画素電極1723は、第2の絶縁膜1712の頭部によって蒸着が妨げられる。
このため、公知のフォトリソグラフィー工程を用いずとも、第2の絶縁膜1712ごとに分断することができる。
また、第2の絶縁膜1731が順テーパー形状の場合、液滴吐出法により、図18(B)に示すように、各第2の絶縁膜1731の間に、有機EL材料及び導電材料を有する溶液をそれぞれ吐出して、有機EL材料1732及び第2の画素電極1733を形成することができる。
この後、保護膜を成膜して有機EL表示パネルを作製することができる。
なお、第1実施形態乃至第5実施形態のいずれをも本実施例に適応することができる。また、本実施例では、表示パネルとして有機EL表示パネルの作製方法を示したが、これに限られるものではなく、液晶表示装置、DMD(Digital Micromirror Device;デジタルマイクロミラーデバイス)、PDP(Plasma Display Panel;プラズマディスプレイパネル)、FED(Field Emission Display;フィールドエミッションディスプレイ)、電気泳動表示装置(電子ペーパー)等のパッシブ型表示パネルに適宜適応することができる。
本実施例によって公知のフォトリソグラフィーを用いずとも、有機EL表示装置を形成することができる。
本実施例では、上記実施例に示した表示パネルへの駆動回路(信号線駆動回路1502及び走査線駆動回路1503a、1503b)の実装について、図19を用いて説明する。
図19(A)に示すように、画素部1501の周辺に信号線駆動回路1502、及び走査線駆動回路1503a、1503bを実装する。図19(A)では、信号線駆動回路1502、及び走査線駆動回路1503a、1503b等として、COG方式により、基板1500上にICチップ1505を実装する。そして、FPC(フレキシブルプリントサーキット)1506を介して、ICチップと外部回路とを接続する。
また、図19(B)に示すように、SASや結晶性半導体でTFTを形成する場合、画素部1501と走査線駆動回路1503a、1503b等を基板上に一体形成し、信号線駆動回路1502等を別途ICチップとして実装する場合がある。図19(B)において、信号線駆動回路1502として、COG方式により、基板1500上にICチップ1505を実装する。そして、FPC1506を介して、ICチップと外部回路とを接続する。
またさらに図19(C)に示すように、COG方式に代えて、TAB方式により信号線駆動回路1502等を実装する場合がある。そして、FPC1506を介して、ICチップと外部回路とを接続する。図19(C)において、信号線駆動回路をTAB方式により実装しているが、走査線駆動回路をTAB方式により実装してもよい。
ICチップをTAB方式により実装すると、基板に対して画素部を大きく設けることができ、狭額縁化を達成することができる。
ICチップは、シリコンウェハを用いて形成するが、ICチップの代わりにガラス基板上にICを形成したIC(以下、ドライバICと表記する)を設けてもよい。ICチップは、円形のシリコンウェハからICチップを取り出すため、母体基板形状に制約がある。一方ドライバICは、母体基板がガラスであり、形状に制約がないため、生産性を高めることができる。そのため、ドライバICの形状寸法は自由に設定することができる。例えば、ドライバICの長辺の長さを15〜80mmとして形成すると、ICチップを実装する場合と比較し、必要な数を減らすことができる。その結果、接続端子数を低減することができ、製造上の歩留まりを向上させることができる。
ドライバICは、基板上に形成された結晶質半導体を用いて形成することができ、結晶質半導体は連続発振型のレーザ光を照射することで形成するとよい。連続発振型のレーザ光を照射して得られる半導体膜は、結晶欠陥が少なく、大粒径の結晶粒を有する。その結果、このような半導体膜を有するトランジスタは、移動度や応答速度が良好となり、高速駆動が可能となり、ドライバICに好適である。
本実施例では、上記実施例に示した表示パネルへの駆動回路(信号線駆動回路1502及び走査線駆動回路1503a、1503b)の実装方法について、図20を用いて説明する。この実装方法としては、異方性導電材を用いた接続方法やワイヤボンディング方式等を採用すればよく、その一例について図20を用いて説明する。なお、本実施例では、信号線駆動回路1502及び走査線駆動回路1503a、1503bにドライバICを用いた例を示す。ドライバICの代わりに、適宜ICチップを用いることができる。
図20(A)はアクティブマトリクス基板2001に、ドライバIC2003が異方性導電材を用いて実装された例を示す。アクティブマトリクス基板2001上には、ソース配線又はゲート配線等の各配線(図示しない。)と該配線の取り出し電極である電極パッド2002a、2002bが形成されている。
ドライバIC2003表面には、接続端子2004a、2004bが設けられ、その周辺部には保護絶縁膜2005が形成される。
アクティブマトリクス基板2001上には、ドライバIC2003が異方性導電接着剤2006で固定されており、接続端子2004a、2004bと電極パッド2002a、2002bはそれぞれ、異方性導電接着剤中に含まれる導電性粒子2007で電気的に接続されている。異方性導電接着剤は、導電性粒子(粒径3〜7μm程度)を分散、含有する接着性樹脂であり、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。また、導電性粒子は、金、銀、銅、パラジウム、又は白金から選ばれた一元素、若しくは複数の元素の合金粒子で形成される。また、これらの元素の多層構造を有する粒子でも良い。さらには、樹脂粒子に金、銀、銅、パラジウム、又は白金から選ばれた一元素、若しくは複数の元素の合金がコーティングされた粒子でもよい。
また、異方性導電接着剤の代わりに、ベースフィルム上にフィルム状に形成された異方性導電フィルムを転写して用いても良い。異方性導電フィルムも、異方性導電接着剤と同様の導電性粒子が分散されている。異方性導電接着剤2006中に混入された導電性粒子2007の大きさと密度を適したものとすることにより、このような形態でドライバICをアクティブマトリクス基板に実装することができる。本実装方法は、図19(A)及び図19(B)のドライバICの実装方法に適している。
図20(B)は有機樹脂の収縮力を用いた実装方法の例であり、ドライバICの接続端子表面にTaやTiなどでバッファ層2011a、2011bを形成し、その上に無電解メッキ法などによりAuを約20μm形成しバンプ2012a、2012bとする。ドライバICとアクティブマトリクス基板との間に光硬化性絶縁樹脂2013を介在させ、光硬化して固まる樹脂の収縮力を利用して電極間を圧接して実装することができる。本実装方法は、図19(A)及び図19(B)のドライバICの実装方法に適している。
また、図20(C)で示すように、アクティブマトリクス基板2001にドライバIC2003を接着剤2021で固定して、ワイヤ2022a、2022bによりドライバICの接続端子と配線基板上の電極パッド2002a、2002bとを接続しても良い。そして有機樹脂2023で封止する。本実装方法は、図19(A)及び図19(B)のドライバICの実装方法に適している。
また、図20(D)で示すように、FPC(Flexible printed circuit)2031上の配線2032と、導電性粒子2008を含有する異方性導電接着剤2006を介してドライバIC2003を設けてもよい。この構成は、携帯端末等の筐体の大きさが限られた電子機器に用いる場合に大変有効である。本実装方法は、図19(C)のドライバICの実装方法に適している。
なお、ドライバICの実装方法は、特に限定されるものではなく、公知のCOG方法やワイヤボンディング方法、或いはTAB方法、半田バンプを用いたリフロー処理を用いることができる。なお、リフロー処理を行う場合は、ドライバIC又はアクティブマトリクス基板に用いられる基板が耐熱性の高いプラスチック、代表的にはポリイミド基板、HT基板(新日鐵化学社製)、極性基のついたノルボルネン樹脂からなるARTON(JSR製)等を用いることが好ましい。
本実施例では、表示モジュールについて説明する。ここでは、表示モジュールの一例として、液晶モジュールを、図21を用いて示す。
図21に示す液晶モジュールにおいて、アクティブマトリクス基板1601と対向基板1602とが、封止材1600により固着され、それらの間には画素部1603と液晶層1604とが設けられ表示領域を形成している。
着色層1605は、カラー表示を行う場合に必要であり、RGB方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した着色層が各画素に対応して設けられている。アクティブマトリクス基板1601と対向基板1602との外側には、偏光板1606、1607が配設されている。また、偏光板1606の表面には、保護膜1616が形成されており、外部からの衝撃を緩和している。
アクティブマトリクス基板1601に設けられた接続端子1608には、FPC1609を介して配線基板1610が接続されている。FPC又は接続配線には画素駆動回路(ICチップ、ドライバIC等)1611が設けられ、配線基板1610には、コントロール回路や電源回路などの外部回路1612が組み込まれている。
冷陰極管1613、反射板1614、及び光学フィルム1615はバックライトユニットであり、これらが光源となって液晶表示パネルへ光を投射する。液晶パネル、光源、配線基板、FPC等は、ベゼル1617で保持及び保護されている。
本実施例では、表示モジュールの一例として、発光表示モジュールの外観について、図22を用いて説明する。図22(A)は、第1の基板と、第2の基板との間を第1の封止材1205及び第2の封止材1206によって封止されたパネルの上面図であり、図22(B)は、図22(A)のA−A’における断面図に相当する。
図22(A)において、点線で示された1201は信号線(ソース線)駆動回路、1202は画素部、1203は走査線(ゲート線)駆動回路である。本実施例において、信号線駆動回路1201、画素部1202、及び走査線駆動回路1203は第1の封止材及び第2の封止材で封止されている領域内にある。第1の封止材としては、フィラーを含む粘性の高いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第2の封止材としては、粘性の低いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1の封止材1205及び第2の封止材はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
また、画素部1202と封止材1205との間に、乾燥剤を設けてもよい。さらには、画素部において、走査線又は信号線上に乾燥剤を設けてもよい。乾燥剤としては、酸化カルシウム(CaO)や酸化バリウム(BaO)等のようなアルカリ土類金属の酸化物のような化学吸着によって水(H2O)を吸着する物質を用いるのが好ましい。但し、これに限らずゼオライトやシリカゲル等の物理吸着によって水を吸着する物質を用いても構わない。
また、透湿性の高い樹脂に乾燥剤の粒状の物質を含ませた状態で第1の基板を第2の基板1204に固定することができる。ここで、透湿性の高い樹脂としては、例えば、エステルアクリレート、エーテルアクリレート、エステルウレタンアクリレート、エーテルウレタンアクリレート、ブタジエンウレタンアクリレート、特殊ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、アミノ樹脂アクリレート、アクリル樹脂アクリレート等のアクリル樹脂を用いることができる。この他、ビスフェノールA型液状樹脂、ビスフェノールA型固形樹脂、含ブロムエポキシ樹脂、ビスフェノールF型樹脂、ビスフェノールAD型樹脂、フェノール型樹脂、クレゾール型樹脂、ノボラック型樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、エピビス型エポキシ樹脂、グリシジルエステル樹脂、グリジシルアミン系樹脂、複素環式エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂を用いることができる。また、この他の物質を用いても構わない。また、例えばシロキサンポリマー、ポリイミド、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、等の無機物等を用いてもよい。
乾燥剤を走査線と重畳する領域に設けることで、また、透湿性の高い樹脂に乾燥剤の粒状の物質を含ませた状態で第2の基板に固定することで、開口率を低下せずに表示素子への水分の侵入及びそれに起因する劣化を抑制することができる。
なお、1210は、信号線駆動回路1201及び走査線駆動回路1203に入力される信号を伝送するための接続領域であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリント配線)1209から、接続配線1208を介してビデオ信号やクロック信号を受け取る。
次に、断面構造について図22(B)を用いて説明する。第1の基板1200上には駆動回路及び画素部が形成されており、TFTを代表とする半導体素子を複数有している。駆動回路として信号線駆動回路1201と画素部1202とを示す。なお、信号線駆動回路1201はnチャネル型TFT1221とpチャネル型TFT1222とを組み合わせたCMOS回路が形成される。
本実施例においては、同一基板上に信号線駆動回路、走査線駆動回路、及び画素部のTFTが形成されている。このため、発光表示装置の容積を縮小することができる。
また、画素部1202はスイッチング用TFT1211と、駆動用TFT1212とそのドレインに電気的に接続された反射性を有する導電膜からなる第1の画素電極(陽極)1213を含む複数の画素により形成される。
また、これらのTFT1211、1212、1221、1222の層間絶縁膜1220としては、無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、有機材料(ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー)を主成分とする材料を用いて形成することができる。また、層間絶縁膜の原料としてシロキサンポリマーを用いると、シリコンと酸素を骨格構造に有し、側鎖に水素又は/及びアルキル基を有する構造の絶縁膜となる。
また、第1の画素電極(陽極)1213の両端には絶縁物(バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)1214が形成される。絶縁物1214に形成する膜の被覆率(カバレッジ)を良好なものとするため、絶縁物1214の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。絶縁物1214の材料としては、無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、有機材料(ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン、またはシロキサンポリマー)を主成分とする材料を用いて形成することができる。また、絶縁物の原料としてシロキサンポリマーを用いると、シリコンと酸素を骨格構造に有し、側鎖に水素又は/及びアルキル基を有する構造の絶縁膜となる。また、絶縁物1214を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜(平坦化層)で覆ってもよい。また、絶縁物1214として、黒色顔料、色素などの可視光を吸収する材料を溶解又は分散させてなる有機材料を用いることで、後に形成される発光素子からの迷光を吸収することができる。この結果、各画素のコントラストが向上する。また、層間絶縁膜1220も遮光性を有する絶縁物で設けることによって、絶縁物1214とのトータルで遮光の効果を得ることができる。
また、第1の画素電極(陽極)1213上には、有機化合物材料の蒸着を行い、発光物質を含む層1215を選択的に形成する。
発光物質を含む層1215は公知の構造を適宜用いることができる。ここで、発光物質を含む層の構造を、図23を用いて示す。
図23(A)は第1の画素電極11を透光性の酸化物導電性材料で形成した例であり、酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で形成している。その上に正孔注入層若しくは正孔輸送層41、発光層42、電子輸送層若しくは電子注入層43を積層した発光物質を含む層16を設けている。第2の画素電極17は、LiFやMgAgなどアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第1の電極層33とアルミニウムなどの金属材料で形成する第2の電極層34で形成している。この構造の画素は、図中に矢印で示したように第1の画素電極11側から光を放射することが可能となる。
図23(B)は第2の画素電極17から光を放射する例を示し、第1の画素電極11はアルミニウム、チタンなどの金属、又は該金属と化学量論的組成比以下の濃度で窒素を含む金属材料で形成する第1の電極層35と、酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で形成する第2の電極層32で形成している。その上に正孔注入層若しくは正孔輸送層41、発光層42、電子輸送層若しくは電子注入層43を積層した発光物質を含む層16を設けている。第2の画素電極17は、LiFやCaFなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第3の電極層33とアルミニウムなどの金属材料で形成する第4の電極層34で形成するが、いずれの層も100nm以下の厚さとして光を透過可能な状態としておくことで、第2の画素電極17から光を放射することが可能となる。
図23(E)は、両方向、即ち第1の電極及び第2の電極から光を放射する例を示し、第1の画素電極11に、透光性を有し且つ仕事関数の大きい導電膜を用い、第2の画素電極17に、透光性を有し且つ仕事関数の小さい導電膜を用いる。代表的には、第1の画素電極11を、酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で形成し、第2の画素電極17を、それぞれ100nm以下の厚さのLiFやCaFなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第3の電極層33とアルミニウムなどの金属材料で形成する第4の電極層34で形成すればよい。
図23(C)は第1の画素電極11から光を放射する例を示し、かつ、発光物質を含む層を電子輸送層若しくは電子注入層43、発光層42、正孔注入層若しくは正孔輸送層41の順に積層した構成を示している。第2の画素電極17は、発光物質を含む層16側から酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で形成する第2の電極層32、アルミニウム、チタンなどの金属、又は該金属と化学量論的組成比以下の濃度で窒素を含む金属材料で形成する第1の電極層35で形成している。第1の画素電極11は、LiFやCaFなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第3の電極層33とアルミニウムなどの金属材料で形成する第4の電極層34で形成するが、いずれの層も100nm以下の厚さとして光を透過可能な状態としておくことで、第1の画素電極11から光を放射することが可能となる。
図23(D)は第2の画素電極17から光を放射する例を示し、かつ、発光物質を含む層を電子輸送層若しくは電子注入層43、発光層42、正孔注入層若しくは正孔輸送層41の順に積層した構成を示している。第1の画素電極11は図23(C)と同様な構成とし、膜厚は発光物質を含む層で発光した光を反射可能な程度に厚く形成している。第2の画素電極17は、酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で構成している。この構造において、正孔注入層41を無機物である金属酸化物(代表的には酸化モリブデン若しくは酸化バナジウム)で形成することにより、第2の電極層32を形成する際に導入される酸素が供給されて正孔注入性が向上し、駆動電圧を低下させることができる。
図23(F)は、両方向、即ち第1の画素電極及び第2の画素電極から光を放射する例を示し、第1の画素電極11に、透光性を有し且つ仕事関数の小さい導電膜を用い、第2の画素電極17に、透光性を有し且つ仕事関数の大きい導電膜を用いる。代表的には、第1の画素電極11を、それぞれ100nm以下の厚さのLiFやCaFなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む第3の電極層33とアルミニウムなどの金属材料で形成する第4の電極層34で形成し、第2の画素電極17を、酸化珪素を1〜15原子%の濃度で含む酸化物導電性材料で形成すればよい。
こうして、図22(B)に示すように、第1の画素電極(陽極)1213、発光物質を含む層1215、及び第2の画素電極(陰極)1216からなる発光素子1217が形成される。発光素子1217は、第2の基板1204側に発光する。
また、発光素子1217を封止するために保護積層膜1218を形成する。保護積層膜は、第1の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第2の無機絶縁膜との積層膜からなっている。次に、保護積層1218と第2の基板1204とを、第1のシール材1205及び第2のシール材1206で接着する。なお、第2のシール材は液晶を滴下する装置のように、シール材を滴下する装置を用いて滴下することが好ましい。シール材をディスペンサから滴下、又は吐出させてシール材をアクティブマトリクス基板上に塗布した後、真空中で、第2の基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせ、紫外線硬化を行って封止することができる。
なお、第2の基板1204表面には、偏光板1225が固定され、偏光板1225表面には、1/2λ又は1/4λの位相差板1229及び反射防止膜1226が設けられている。また、第2の基板1204から順に、1/4λ板の位相差板及び1/2λ板の位相差板1229、偏光板1225を順次設けてもよい。位相差板及び偏光板を設けることにより、外光が画素電極で反射することを防止することが可能である。なお、第1の画素電極1213及び第2の画素電極1216を透光性又は半透光性を有する導電膜で形成し、層間絶縁膜1220を可視光を吸収する材料、又は可視光を吸収する材料を溶解又は分散させてなる有機材料を用いて形成すると、各画素電極で外光が反射しないため、位相差板及び偏光板を用いなくとも良い。
接続配線1208とFPC1209とは、異方性導電膜又は異方性導電樹脂1227で電気的に接続されている。さらに、各配線層と接続端子との接続部を封止樹脂で封止することが好ましい。この構造により、断面部からの水分が発光素子に侵入し、劣化することを防ぐことができる。
なお、第2の基板1204と、保護積層1218との間には、不活性ガス、例えば窒素ガスを充填した空間を有してもよい。水分や酸素の侵入の防止を高めることができる。
画素部1202と偏光板1225の間に着色層を設けることができる。この場合、画素部に白色発光が可能な発光素子を設け、RGBを示す着色層を別途設けることでフルカラー表示することができる。また、画素部に青色発光が可能な発光素子を設け、色変換層などを別途設けることによってフルカラー表示することができる。さらには、各画素部、赤色、緑色、青色の発光を示す発光素子を形成し、且つ着色層を用いることもできる。このような表示モジュールは、各RBGの色純度が高く、高精細な表示が可能となる。
また、第1の基板1200又は第2の基板1204の一方、若しくは両方にフィルム又は樹脂等の基板を用いて発光表示モジュールを形成してもよい。このように対向基板を用いず封止すると、表示装置の軽量化、小型化、薄膜化を向上させることができる。
なお、第1実施形態乃至第5実施形態のいずれをも本実施例に適応することができる。また、本実施例では、表示モジュールとして発光表示モジュールを示したが、これに限られるものではなく、発光表示装置、DMD(Digital Micromirror Device;デジタルマイクロミラーデバイス)、PDP(Plasma Display Panel;プラズマディスプレイパネル)、FED(Field Emission Display;フィールドエミッションディスプレイ)、電気泳動表示装置(電子ペーパー)等の表示モジュールに適宜適応することができる。
前述した実施例に示される表示モジュールを筺体に組み込むことによって様々な電子機器を作製することができる。電子機器としては、テレビジョン装置、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。ここでは、これらの電子機器の代表例としてテレビジョン装置を及びそのブロック図をそれぞれ図24及び図25に、デジタルカメラを図26に示す。
図24は、アナログのテレビジョン放送を受信するテレビジョン装置の一般的な構成を示す図である。図24において、アンテナ1101で受信されたテレビ放送用の電波は、チューナ1102に入力される。チューナ1102は、アンテナ1101より入力された高周波テレビ信号を希望受信周波数に応じて制御された局部発振周波数の信号と混合することにより、中間周波数(IF)信号を生成して出力する。
チューナ1102により取り出されたIF信号は、中間周波数増幅器(IFアンプ)1103により必要な電圧まで増幅された後、映像検波回路1104によって映像検波されると共に、音声検波回路1105によって音声検波される。映像検波回路1104により出力された映像信号は、映像系処理回路1106により、輝度信号と色信号とに分離され、さらに所定の映像信号処理が施されて映像信号となり、本発明の半導体装置である液晶表示装置、発光表示装置、DMD(Digital Micromirror Device;デジタルマイクロミラーデバイス)、PDP(Plasma Display Panel;プラズマディスプレイパネル)、FED(Field Emission Display;フィールドエミッションディスプレイ)、電気泳動表示装置(電子ペーパー)等の映像系出力部1108に出力される。
また、音声検波回路1105により出力された信号は、音声系処理回路1107により、FM復調などの処理が施されて音声信号となり、適宜増幅されてスピーカ等の音声系出力部1109に出力される。
なお、本発明を用いたテレビジョン装置は、VHF帯やUHF帯などの地上波放送、ケーブル放送、又はBS放送などのアナログ放送に対応するものに限らず、地上波デジタル放送、ケーブルデジタル放送、又はBSデジタル放送に対応するものであっても良い。
図25はテレビジョン装置を前面方向から見た斜視図であり、筐体1151、表示部1152、スピーカ部1153、操作部1154、ビデオ入力端子1155等を含む。また、図24に示すような構成となっている。
表示部1152は、図24の映像系出力部1108の一例であり、ここで映像を表示する。
スピーカ部1153は、図24の音声系出力部の一例であり、ここで音声を出力する。
操作部1154は、電源スイッチ、ボリュームスイッチ、選局スイッチ、チューナースイッチ、選択スイッチ等が設けられており、該ボタンの押下によりテレビジョン装置の電源のON/OFF、映像の選択、音声の調整、及びチューナの選択等を行う。なお、図示していないが、リモートコントローラ型操作部によって、上記の選択を行うことも可能である。
ビデオ入力端子1155は、VTR、DVD、ゲーム機等の外部からの映像信号をテレビジョン装置に入力する端子である。
本実施例で示されるテレビジョン装置を壁掛け用テレビジョン装置の場合、本体背面に壁掛け用の部位が設けられている。
テレビジョン装置の表示部に本発明の半導体装置の一例である表示装置を用いることにより、低コストで、スループットや歩留まり高くテレビジョン装置を作製することができる。また、テレビジョン装置の映像検波回路、映像処理回路、音声検波回路、音声処理回路を制御するCPUに本発明の半導体装置を用いることにより、低コストで、スループットや歩留まり高くテレビジョン装置を作製することができる。このため、壁掛けテレビジョン装置、鉄道の駅や空港などにおける情報表示板や、街頭における広告表示板など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
図26(A)及び図26(B)は、デジタルカメラの一例を示す図である。図26(A)は、デジタルカメラの前面方向から見た斜視図、図26(B)は、後面方向から見た斜視図である。図26(A)において、デジタルカメラには、リレーズボタン1301、メインスイッチ1302、ファインダー窓1303、フラッシュ1304、レンズ1305、鏡胴1306、筐体1307が備えられている。
また、図26(B)において、ファインダー接眼窓1311、モニター1312、操作ボタン1313が備えられている。
リレーズボタン1301は、半分の位置まで押下されると、焦点調整機構および露出調整機構が作動し、最下部まで押下されるとシャッターが開く。
メインスイッチ1302は、押下又は回転によりデジタルカメラの電源のON/OFFを切り替える。
ファインダー窓1303は、デジタルカメラの前面のレンズ1305の上部に配置されており、図26(B)に示すファインダー接眼窓1311から撮影する範囲やピントの位置を確認するための装置である。
フラッシュ1304は、デジタルカメラの全面上部に配置され、被写体輝度が低いときに、レリーズボタンが押下されてシャッターが開くと同時に補助光を照射する。
レンズ1305は、デジタルカメラの正面に配置されている。レンズは、フォーカシングレンズ、ズームレンズ等により構成され、図示しないシャッター及び絞りと共に撮影光学系を構成する。また、レンズの後方には、CCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子が設けられている。
鏡胴1306は、フォーカシングレンズ、ズームレンズ等のピントを合わせるためにレンズの位置を移動するものであり、撮影時には、鏡胴を繰り出すことにより、レンズ1305を手前に移動させる。また、携帯時は、レンズ1305を沈銅させてコンパクトにする。なお、本実施例においては、鏡胴を繰り出すことにより被写体をズーム撮影することができる構造としているが、この構造に限定されるものではなく、筐体1307内での撮影光学系の構成により鏡胴を繰り出さずともズーム撮影が可能なデジタルカメラでもよい。
ファインダー接眼窓1311は、デジタルカメラの後面上部に設けられており、撮影する範囲やピントの位置を確認する際に接眼するために設けられた窓である。
操作ボタン1313は、デジタルカメラの後面に設けられた各種機能ボタンであり、セットアップボタン、メニューボタン、ディスプレイボタン、機能ボタン、選択ボタン等により構成されている。
本発明の半導体装置の一実施例である表示装置をモニターに用いことにより、低コストで、スループットや歩留まり高くデジタルカメラを作製することが可能である。また、各種機能ボタン、メインスイッチ、リレーズボタン等の操作入力を受けて関連した処理を行うCPU、自動焦点動作及び自動焦点調整動作を行う回路、ストロボ発光の駆動制御、CCDの駆動を制御するタイミング制御回路、CCD等の撮像素子によって光電変換された信号から画像信号を生成する撮像回路、撮像回路で生成された画像信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路、メモリへの画像データの書き込み及び画像データの読み出しを行うメモリインターフェース等の各回路を制御するCPU等に本発明の半導体装置の一例であるCPUを用いることにより、低コストで、スループットや歩留まり高くデジタルカメラを作製することが可能である。
本発明に係る膜パターンを形成する工程を説明する断面図。 本発明に係る膜パターンを形成する工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の断面図。 塗れ性の低い領域及び塗れ性の高い領域の接触角を説明する図。 本発明に適応することのできる液滴吐出装置の構成を説明する図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る半導体装置の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る表示装置の駆動回路の実装方法を説明する上面図。 本発明に係る表示装置の駆動回路の実装方法を説明する断面図。 本発明に係る液晶表示モジュールの構成を説明する図。 本発明に係る発光表示モジュールの構成を説明する図。 本発明に適応可能な発光素子の形態を説明する図。 電子機器の構成を説明するブロック図。 電子機器の一例を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。
符号の説明
11 第1の画素電極
16 発光物質を含む層
17 電極
32 電極層
33 電極層
34 電極層
35 電極層
41 正孔注入層若しくは正孔輸送層
42 発光層
43 電子輸送層若しくは電子注入層
101 基板
102 第1の膜
103 マスク
104 塗れ性の低い領域
105 塗れ性の高い領域
106 溶液又は膜パターン
110 第1の膜
201 絶縁膜、半導体膜又は導電膜
202 マスク
203 膜パターン
210 第1の膜
301 ゲート電極
302 ゲート絶縁膜
303 第1の半導体膜
304 第2の半導体膜
305 マスク
312 第1の半導体領域
313 第2の半導体領域
314 ソース電極及びドレイン電極
321 第3の半導体領域
323 層間絶縁膜
331 配線又は画素電極
402 第1の絶縁膜
403 半導体膜
404 溶液
405 レーザ光
411 ソース領域及びドレイン領域
412 第1の膜
413 ゲート絶縁膜
421 ゲート電極
501 基板
502 窒化珪素膜
503 第1の膜
504 マスク
505 塗れ性の低い領域
506 塗れ性の高い領域
507 配線
510 第1の膜
1001 基板
1002 酸化珪素膜
1003 第1の膜
1004 マスク
1005 塗れ性の低い領域
1006 塗れ性の高い領域
1007 ゲート電極
1008 ゲート絶縁膜
1009 非晶質珪素膜
1010 第1の膜
1011 結晶性珪素膜
1012 第2の非晶質珪素膜又は第2の結晶性珪素膜
1013 第1の膜
1014 マスク
1015 塗れ性の低い領域
1016 マスク
1017 導電膜
1018 第1の膜
1021 ソース電極及びドレイン電極
1022 結晶性珪素膜
1023 パッシベーション膜
1024 第1の膜
1025 マスク
1026 層間絶縁膜
1027 画素電極
1050 レーザー光
1101 アンテナ
1102 チューナ
1103 中間周波数増幅器
1104 映像検波回路
1105 音声検波回路
1106 映像系処理回路
1107 音声系処理回路
1108 映像系出力部
1109 音声出力部
1151 筐体
1152 表示部
1153 スピーカ部
1154 操作部
1155 ビデオ入力端子
1200 第1の基板
1201 信号線駆動回路
1202 画素部
1203 走査線駆動回路
1204 基板
1205 封止材
1206 封止材
1208 接続配線
1209 FPC
1210 接続領域
1211 スイッチング用TFT
1212 駆動用TFT
1213 第1の画素電極
1214 絶縁物
1215 発光物質を含む層
1216 第2の画素電極
1217 発光素子
1218 保護積層膜
1220 層間絶縁膜
1221 nチャネル型TFT
1222 pチャネル型TFT
1225 偏光板
1226 反射防止膜
1227 異方性導電樹脂
1229 位相差板
1301 リレーズボタン
1302 メインスイッチ
1303 ファインダー窓
1304 フラッシュ
1305 レンズ
1306 鏡胴
1307 筐体
1311 ファインダー接眼窓
1312 モニター
1313 操作ボタン
1401 基板
1403 ゲート電極又はゲート配線
1404 ゲート絶縁膜
1405 半導体膜
1406 n型又はp型の半導体膜
1407 ソース電極
1408 パッシベーション膜
1409 層間絶縁膜
1410 画素電極
1411 配向膜
1412 対向基板
1414 接続端子
1415 異方性導電膜
1416 液晶材料
1420 画素部
1421 接続端子部
1500 基板
1501 画素部
1502 信号線駆動回路
1503a 走査線駆動回路
1503b 走査線駆動回路
1505 ICチップ
1506 FPC
1600 封止材
1601 基板
1602 基板
1603 画素部
1604 液晶層
1605 着色層
1606 偏光板
1607 偏光板
1608 接続端子
1609 FPC
1610 配線基板
1611 画素駆動回路
1612 外部回路
1613 冷陰極管
1614 反射板
1615 光学フィルム
1616 保護膜
1617 ベゼル
1701 基板
1702 画素電極
1703 絶縁膜
1711 マスク
1712 絶縁膜
1721 有機EL材料
1722 有機EL材料
1723 画素電極
1724 導電材料
1731 絶縁膜
1732 有機EL材料
1733 画素電極
1900 基板
1903a ヘッド
1903b ヘッド
1903c ヘッド
1904 撮像手段
1905 液滴吐出手段
1907 制御手段
1908 記憶媒体
1909 画像処理手段
1910 コンピュータ
1911 マーカー
1930 パネル
1931 ステージ
2001 基板
2002a 電極パッド
2002b 電極パッド
2003 ドライバIC
2004a 接続端子
2004b 接続端子
2005 保護絶縁膜
2006 異方性導電接着剤
2007 導電性粒子
2008 導電性粒子
2011a バッファ層
2011b バッファ層
2012a バンプ
2012b バンプ
2013 光硬化性絶縁樹脂
2021 接着剤
2022a ワイヤ
2022b ワイヤ
2023 有機樹脂
2031 FPC
2032 配線

Claims (7)

  1. 基板上に第1の膜を形成する工程と、
    前記第1の膜上に界面活性剤とマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
    前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
    前記マスクを除去する工程と、
    前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  2. 基板上に第1の膜を形成する工程と、
    前記第1の膜上に界面活性剤とマスク材料を含有する溶液を吐出して前記第1の膜上にマスクを形成する工程と、
    前記マスクを用いて前記第1の膜をパターニングして前記基板上に塗れ性の低い領域と塗れ性の高い領域を形成する工程と、
    前記マスクを除去する工程と、
    前記塗れ性の低い領域に挟まれた前記塗れ性の高い領域に、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液を吐出して絶縁膜、半導体膜又は導電膜のパターンを形成する工程と、を有し、
    前記マスク材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角は、絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の前記第1の膜に対する接触角よりも小さいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
  3. 請求項1または請求項2において、前記パターニングによって前記第1の膜が存在している領域が前記塗れ性の低い領域であり、前記第1の膜が除去された領域が前記塗れ性の高い領域であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、前記塗れ性低い領域における、前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角は、前記塗れ性の高い領域における、前記絶縁膜、半導体膜又は導電膜材料を含有する溶液の接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 請求項において、前記塗れ性の低い領域における接触角と、前記塗れ性の高い領域における接触角の差は30度以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、前記第1の膜は、フッ化炭素鎖を有する化合物からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、前記マスク材料を含有する溶液を、前記基板を加熱した状態で吐出することを特徴とする半導体装置の作製方法。
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