JP5103758B2 - Thin film transistor manufacturing method - Google Patents
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本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとしてフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。またさらに情報化の進展に伴い、従来紙媒体で提供されていた情報が電子化されて提供される機会が増え、薄くて軽い、手軽に持ち運びが可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパーあるいはデジタルペーパーへのニーズも高まりつつある。 With the widespread use of information terminals, there is an increasing need for flat panel displays as computer displays. In addition, with the progress of computerization, the information provided by paper media has increased the opportunity to be provided electronically, and as a mobile display medium that is thin, light and easy to carry, electronic paper or digital The need for paper is also increasing.
一般に平板型のディスプレイ装置においては液晶、有機EL、電気泳動などを利用した素子を用いて表示媒体を形成している。またこうした表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度などを確保するために、画像駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT)により構成されたアクティブ駆動素子を用いる技術が主流になっている。 In general, in a flat display device, a display medium is formed using an element utilizing liquid crystal, organic EL, electrophoresis, or the like. In such a display medium, a technique using an active drive element formed of a thin film transistor (TFT) as an image drive element has become mainstream in order to ensure uniformity of screen brightness, screen rewrite speed, and the like.
ここでTFT素子は、通常、ガラス基板上に、主にa−Si(アモルファスシリコン)、p−Si(ポリシリコン)などの半導体薄膜や、ソース、ドレイン、ゲート電極などの金属薄膜を基板上に順次形成していくことで製造される。このTFTを用いるフラットパネルディスプレイの製造には通常、CVD、スパッタリングなどの真空系設備や高温処理工程を要する薄膜形成工程に加え、精度の高いフォトリソグラフィ法工程が必要とされ、設備コスト、ランニングコストの負荷が非常に大きい。さらに、近年のディスプレイの大画面化のニーズに伴い、それらのコストは非常に膨大なものとなっている。 Here, the TFT element is usually formed on a glass substrate, mainly a semiconductor thin film such as a-Si (amorphous silicon) or p-Si (polysilicon), or a metal thin film such as a source, drain, or gate electrode on the substrate. Manufactured by sequentially forming. The production of flat panel displays using TFTs usually requires high-precision photolithography methods in addition to vacuum equipment such as CVD and sputtering, and thin film formation processes that require high-temperature treatment processes. The load of is very large. Furthermore, along with the recent needs for larger display screens, their costs have become enormous.
近年、従来のTFT素子のデメリットを補う技術として、有機半導体材料を用いた有機TFT素子の研究開発が盛んに進められている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。この有機TFT素子は低温プロセスで製造可能であるため、軽く、割れにくい樹脂基板を用いることができ、さらに、樹脂フィルムを基板として用いたフレキシブルなディスプレイが実現できると言われている(例えば、非特許文献2参照)。また、大気圧下で、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造できる有機半導体材料を用いることで、生産性に優れ、非常に低コストのディスプレイが実現できる可能性がある。 In recent years, research and development of organic TFT elements using organic semiconductor materials has been actively promoted as a technique to compensate for the disadvantages of conventional TFT elements (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Since this organic TFT element can be manufactured by a low-temperature process, it is said that a light and difficult-to-break resin substrate can be used, and that a flexible display using a resin film as a substrate can be realized (for example, non- Patent Document 2). Further, by using an organic semiconductor material that can be manufactured by a wet process such as printing or coating under atmospheric pressure, a display with excellent productivity and a very low cost may be realized.
しかしながら、印刷や塗布などのウェットプロセスで製造では、パターンニングの精度が悪く、有機TFT素子の性能ばらつきが大きくなりやすいという問題がある。 However, in manufacturing by a wet process such as printing or coating, there is a problem that patterning accuracy is poor and performance variation of organic TFT elements tends to increase.
パターンニングの精度を改善する方法として、自己組織化単分子膜を絶縁膜表面のゲート電極投影領域に選択的に且つ高精細に配置させ、有機半導体膜の配向秩序を、ゲート電極投影領域外の光照射部分では向上せず、ゲート電極投影領域内のみ選択的に向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 As a method for improving the accuracy of patterning, a self-assembled monolayer is selectively and precisely arranged in the gate electrode projection region on the surface of the insulating film, and the orientation order of the organic semiconductor film is adjusted outside the gate electrode projection region. A method has been proposed in which the light irradiation portion does not improve but is selectively improved only within the gate electrode projection region (see, for example, Patent Document 2).
また、絶縁膜に光照射すると、光の当たった箇所の表面状態が変化し、表面エネルギーの潜像が形成される。露光済みの絶縁膜上に塗布材料を塗布すると、表面エネルギーに応じて塗布材料が弾かれたり、馴染んだりする性質を利用して、塗布材料が所望のパターンになるように、あらかじめ下地に表面エネルギーの潜像を形成しておく方法が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。 In addition, when the insulating film is irradiated with light, the surface state of the portion exposed to light changes, and a latent image of surface energy is formed. When a coating material is applied on the exposed insulating film, the surface energy is applied to the base in advance so that the coating material can be repelled or adapted according to the surface energy. A method of forming a latent image is proposed (for example, see Non-Patent Document 3).
これらの方法では、いずれも光照射が必要である。光照射を行うと、有機材料などで構成されてい基板や絶縁膜が劣化し、有機TFT素子の信頼性が劣化する、という問題がある。 In any of these methods, light irradiation is necessary. When light irradiation is performed, there is a problem that a substrate or an insulating film made of an organic material or the like deteriorates and reliability of the organic TFT element deteriorates.
光照射を行わないパターンニング方法として、物理的に絶縁膜などを切断して、所望のパターンを得る方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、特表文献1で開示されている方法では、膜を切断する際に細かい切りくずが発生し、製造工程において歩留まりが低下するという課題がある。 However, in the method disclosed in JP-A-2001-318, there is a problem that fine chips are generated when the film is cut, and the yield is lowered in the manufacturing process.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、光照射による劣化を生じることなく、精度の高いパターンニングを可能にする薄膜トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor that enables highly accurate patterning without causing deterioration due to light irradiation.
1.
基板の上に少なくともゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜トランジスタの製造方法において、
前記ゲート絶縁層を形成する工程の後に、
圧接部材を前記ゲート絶縁層に接触させることにより、前記ゲート絶縁層の一部を変形あるいは変質させる工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
1.
In a method for manufacturing a thin film transistor having at least a gate electrode, a gate insulating layer, a semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate,
After the step of forming the gate insulating layer,
A method of manufacturing a thin film transistor, comprising a step of deforming or altering a part of the gate insulating layer by bringing a pressure contact member into contact with the gate insulating layer.
2.
前記ゲート絶縁層の一部を変形あるいは変質させる工程において、
圧接部材を加熱することを特徴とする1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
2.
In the step of deforming or altering a part of the gate insulating layer,
2. The method of manufacturing a thin film transistor according to 1, wherein the pressure contact member is heated.
3.
前記ゲート絶縁層上の変形あるいは変質させた部分に、半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
3.
2. The method for manufacturing a thin film transistor according to 1, wherein a semiconductor layer is formed in a deformed or altered portion on the gate insulating layer.
4.
前記半導体層をドット塗布法にて塗布することを特徴とする3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
4).
4. The method for producing a thin film transistor according to 3, wherein the semiconductor layer is applied by a dot coating method.
5.
前記半導体層を面状塗布法にて塗布した後、スキージを用いて前記半導体層の不要部分を除去することを特徴とする3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
5.
4. The method of manufacturing a thin film transistor according to 3, wherein the semiconductor layer is applied by a surface coating method, and then unnecessary portions of the semiconductor layer are removed using a squeegee.
6.
前記ゲート絶縁層上の変形あるいは変質させた部分に、導電層を形成する工程を含むことを特徴とする1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6).
2. The method of manufacturing a thin film transistor according to 1, wherein a conductive layer is formed on the deformed or altered portion of the gate insulating layer.
7.
前記導電層をドット塗布法にて塗布することを特徴とする6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
7).
7. The method of manufacturing a thin film transistor according to 6, wherein the conductive layer is applied by a dot coating method.
8.
前記導電層を面状塗布法にて塗布した後、スキージを用いて前記導電層の不要部分を除去することを特徴とする6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
8).
7. The method of manufacturing a thin film transistor according to 6, wherein the conductive layer is applied by a planar coating method, and then unnecessary portions of the conductive layer are removed using a squeegee.
9.
前記基板上に複数の前記薄膜トランジスタを作成する場合において、
前記圧接部材は、
前記基板を所定の距離移動させる送り方向に対し直角に、列状に配列されていることを特徴とする1乃至8の何れか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
9.
In creating a plurality of the thin film transistors on the substrate,
The pressure contact member is:
9. The method of manufacturing a thin film transistor according to any one of 1 to 8, wherein the thin film transistors are arranged in a row at right angles to a feeding direction in which the substrate is moved by a predetermined distance.
10.
前記圧接部材のゲート絶縁層と接触する部分はシリコンゴムで構成されていることを特徴とする1乃至9の何れか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10.
10. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a portion of the pressure contact member that contacts the gate insulating layer is made of silicon rubber.
11.
前記基板の上に前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層の順に積層されている前記薄膜トランジスタの製造方法において、
前記圧接部材のゲート絶縁層と接触する部分に計測電極を設け、前記ゲート電極と前記計測電極間の静電容量を計測することを特徴とする1乃至9の何れか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11.
In the method of manufacturing the thin film transistor, in which the gate electrode and the gate insulating layer are stacked in this order on the substrate.
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 9, wherein a measurement electrode is provided in a portion of the pressure contact member that contacts the gate insulating layer, and a capacitance between the gate electrode and the measurement electrode is measured. Production method.
12.
前記ゲート電極と前記計測電極間の静電容量を計測した結果に基づいて、前記圧接部材により変形する前記ゲート絶縁層の厚みを制御することを特徴とする11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12
12. The method of manufacturing a thin film transistor according to 11, wherein the thickness of the gate insulating layer deformed by the pressure contact member is controlled based on a result of measuring a capacitance between the gate electrode and the measurement electrode.
本発明によれば、精度の高いパターンニングを可能にする薄膜トランジスタの製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thin-film transistor which enables highly accurate patterning can be provided.
以下、実施形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
本発明の製造方法によって得られる有機薄膜トランジスタ(以下有機TFTと記す。)は、基板上にゲート電極を有し、ゲート絶縁層を介して有機半導体層と接するソース電極とドレイン電極を有するボトムゲート型と、基板上に有機半導体層に接したソース電極とドレイン電極を有し、その上にゲート絶縁層を介してゲート電極を有するトップゲート型に大別される。ボトムゲート型とトップゲート型の具体的な素子の層構成の1例を図1、図2に示す。 An organic thin film transistor (hereinafter referred to as an organic TFT) obtained by the production method of the present invention has a gate electrode on a substrate and a bottom gate type having a source electrode and a drain electrode in contact with an organic semiconductor layer through a gate insulating layer. And a top gate type having a source electrode and a drain electrode in contact with an organic semiconductor layer on a substrate, and a gate electrode on the gate electrode via a gate insulating layer. One example of the layer structure of specific elements of the bottom gate type and the top gate type is shown in FIGS.
図1は本発明に係わるボトムゲート型有機薄膜トランジスタ(以下ボトムゲート型有機TFTと記す。)の層構成の一例を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a layer structure of a bottom gate type organic thin film transistor (hereinafter referred to as a bottom gate type organic TFT) according to the present invention.
基板1上にゲート電極7が設けられ、上層のゲート絶縁層8上の凹部には、有機半導体層2が形成されている。ゲート絶縁層8上には、有機半導体層2に接するように、ソース電極3とドレイン電極4が形成されている。
A
図2は本発明に係わるトップゲート型有機薄膜トランジスタ(以下トップゲート型有機TFTと記す。)の層構成の一例を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the layer structure of a top gate type organic thin film transistor (hereinafter referred to as a top gate type organic TFT) according to the present invention.
基板1上に有機半導体層2と有機半導体層2に接合するソース電極3及びドレイン電極4が形成されている。さらに上層のゲート絶縁層8上の凹部には、ゲート電極7が設けられている。
On the substrate 1, an
図3は本発明に係わるボトムゲート型有機TFTの製造方法の第1の実施形態を説明する説明図である。図3(x)〜図3(d)は、基板1上に形成された有機TFTのチャネル部の断面を示している。図3を用いて、ゲート絶縁層8を変形させて凹部を設け、該凹部に有機半導体層2を形成する製造方法について順を追って説明する。
FIG. 3 is an explanatory view for explaining a first embodiment of a method for producing a bottom gate type organic TFT according to the present invention. 3 (x) to 3 (d) show cross sections of the channel portion of the organic TFT formed on the substrate 1. FIG. A manufacturing method for deforming the
最初に、前工程について図3(x)を用いて説明する。 First, the previous process will be described with reference to FIG.
導電性薄膜が形成された基板1上に感光性レジストを塗布後、形成しようとするゲート電極に対応したパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して、電極パターンのレジスト層を形成する。次に、基板1にエッチングを行って、ゲート電極7を形成する。
A photosensitive resist is applied onto the substrate 1 on which the conductive thin film is formed, and then exposed and developed through a photomask having a pattern corresponding to the gate electrode to be formed, thereby forming a resist layer having an electrode pattern. Next, the substrate 1 is etched to form the
基板1としては特に材料を限定されないが、PEN、PES、PC、TACなどのフィルム基板が望ましい。導電性薄膜は、例えば、蒸着やスパッタリング、CVD法等の方法を用いて、基板1上に導電性薄膜としてAl、Cr、Ta、Mo、Agなどの低抵抗金属材料やこれら金属の積層構造、また、金属薄膜の耐熱性向上、支持基板1への密着性向上、欠陥防止のために他の材料のドーピングしたものを用いることができる。また、ITO、IZO、SnO、ZnOなどの透明電極を用いることもできる。 The material of the substrate 1 is not particularly limited, but a film substrate such as PEN, PES, PC, and TAC is desirable. For example, the conductive thin film may be a low-resistance metal material such as Al, Cr, Ta, Mo, or Ag as a conductive thin film on the substrate 1 using a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD, or a laminated structure of these metals. Further, a material doped with another material can be used for improving the heat resistance of the metal thin film, improving the adhesion to the support substrate 1, and preventing defects. A transparent electrode such as ITO, IZO, SnO, or ZnO can also be used.
次に、工程S1〜S4を説明する。
S1・・・・・ゲート絶縁層8を形成する工程
S2・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程
S3・・・・・有機半導体層2を形成する工程
S4・・・・・ソース電極3、ドレイン電極4を形成する工程
以下、各工程について順に説明する。
Next, steps S1 to S4 will be described.
S1... Step of forming
S1・・・・・ゲート絶縁層8を形成する工程。
S1 Step for forming the
図3(a)に示すように、ゲート絶縁層8を形成する。
As shown in FIG. 3A, the
ゲート絶縁層8は、例えばスピンコート法で形成する。ゲート絶縁層8としては、特にフレキシブル性を確保するためには、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、ポリイミド系などの樹脂が望ましい。樹脂には、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があるが、いずれも用いることができる。一方、無機膜の絶縁膜などは、フレキシブル性に乏しく、また加工しにくいので、適さない。
The
S2・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程
図3(b)に示すように、圧接部材40をゲート絶縁層8に接触させて、ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる。
S2... Step of deforming or altering a part of the
圧接部材40は、図3には図示せぬ駆動手段により図3(b)の矢印方向に駆動され、ゲート絶縁層8に接触する。図3(b)では、ゲート絶縁層8の圧接部材40により圧接されたゲート絶縁層凹部8aの部分の厚みが薄くなり、凹状になっている状態を図示している。後の工程で説明するように、ゲート絶縁層凹部8aを設けることにより、液状の半導体材料をゲート絶縁層凹部8aに塗布すれば、精度の高いパターン形状の有機半導体層2を形成できる。
The
図5は本工程に用いる製造装置の一例を説明する説明図である。基板1上に3×5の計15の有機TFTを形成する例を示している。図5(a)は列状に配列された圧接部材40を用いた場合、図5(b)はローラ62上に配列された圧接部材40を用いた場合を説明する説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view illustrating an example of a manufacturing apparatus used in this step. In this example, 3 × 5 total 15 organic TFTs are formed on the substrate 1. 5A is an explanatory view for explaining the case where the
最初に図5(a)を用いて列状に配列された圧接部材40を用いた場合について説明する。
First, the case where the
図5(a)は、ステップS1の工程を終えた基板1が矢印X方向に送られている状態を示している。圧接部材40a、40b、40cは列状に配列されている。内部にCPUを有する制御装置60は、圧接部材駆動部61を制御し、圧接部材40a、40b、40c矢印Xで示すように、基板1に対して垂直方向に駆動する。
FIG. 5A shows a state in which the substrate 1 that has finished the process of step S1 is sent in the direction of the arrow X. The
また、制御装置60は、図示せぬ基板1の送り装置を制御する。制御装置60は、基板1を所定量送ると一旦停止させる。次に、制御装置60は、圧接部材駆動部61を圧接部材40a、40b、40cを所定量基板1の方向に移動させて圧接し、ゲート絶縁層凹部8aを形成する。
The
ゲート絶縁層凹部8aが形成された後、制御装置60の制御により、圧接部材駆動部61は圧接部材40a、40b、40cを上昇させ、基板1の送り装置は所定量基板1を送る。
After the gate insulating
このようにして、ゲート絶縁層8の表面に3×5のゲート絶縁層凹部8aが形成される。
In this way, 3 × 5 gate insulating layer recesses 8 a are formed on the surface of the
図5(b)も、ステップS1の工程を終えた基板1が矢印X方向に送られている状態を示している。圧接部材40a、40b、40cはローラー62上に配列され、制御装置60の制御により、圧接部材駆動部61は基板1の送りと同期して回転する。圧接部材40a、40b、40cは、ゲート絶縁層8に圧接するような位置に配置されているので、ローラー62が回転するとゲート絶縁層凹部8aが形成される。
FIG. 5B also shows a state in which the substrate 1 that has finished the process of step S1 is sent in the direction of arrow X. The
このようにして、ゲート絶縁層8の表面に3×5のゲート絶縁層凹部8aが形成される。
In this way, 3 × 5 gate insulating layer recesses 8 a are formed on the surface of the
圧接部材40は特に素材や形状を限定されるものではないが、圧接部材40のゲート絶縁層8に接触する部分は、鉄、アルミ、銀などの金属を用いることが望ましい。圧接部材40が圧接する力量は、圧力が1×105N/m2〜1×109N/m程度が好適範囲である。この範囲より圧力が低すぎると、所望の変形を得ることが出来ない。一方、圧力が高すぎると、絶縁膜あるいは基板の破損が発生してしまう。
Although the material and shape of the
また、ゲート絶縁層8の材料が熱可塑性樹脂の場合は、圧接部材40をヒータなどで加熱して圧接すると、熱により樹脂が柔らかくなり、容易に変形させることができる。例えば、常温では、1×108N/m2程度の加圧が必要であるものが、100℃に加熱すると、1×106N/m2程度の軽い加圧で変形させることが出来るようになる
ゲート絶縁層8に用いる熱可塑性樹脂の例として、ポリアミック酸などを用いることができる。ポリアミック酸は加熱するとポリイミドに変化するので、加熱された部分が収縮し、容易に変形させることができる。
In the case where the material of the
熱硬化性樹脂の場合は、圧接部材40を加熱せず、圧力により変形させる。なお、熱可塑性樹脂の場合においても、圧接部材40を加熱せずに圧接しても良い。
In the case of a thermosetting resin, the
S3・・・・・有機半導体層2を形成する工程。
S3 Step for forming the
図3(c)に示すように、圧接部材40によりゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させた部分に、既知の塗布方法、例えばドット塗布法や面状塗布法にて有機半導体材料をパターン塗布する。
As shown in FIG. 3 (c), an organic semiconductor material is applied to a portion obtained by deforming or altering a part of the
図7は本発明に係わる塗布法を説明する説明図である。基板1上に3×5の計15の有機TFTを形成する例を示している。図7(a)はドット塗布法、図7(b)は面状塗布法を説明する説明図である。 FIG. 7 is an explanatory view for explaining a coating method according to the present invention. In this example, 3 × 5 total 15 organic TFTs are formed on the substrate 1. 7A is an explanatory diagram for explaining the dot coating method, and FIG. 7B is an explanatory diagram for explaining the planar coating method.
最初に図7(a)を用いてドット塗布法について説明する
図7(a)はステップS2のゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程を終えた基板1が矢印X方向に送られている状態を示している。ゲート絶縁層8の表面には3×5のゲート絶縁層凹部8aが設けられている。
First, the dot coating method will be described with reference to FIG. 7A. FIG. 7A shows the substrate 1 that has undergone the process of deforming or altering a part of the
53は、基板1の送り方向と直角方向に設けられたドット塗布法に用いるヘッドアレイ53であり、ヘッドアレイ53には例えば3つの吐出ヘッド53a、53b、53cが配列されている。吐出ヘッド53a、53b、53cからは図7(a)の矢印に示すように、直下の対応する位置に送られてきたゲート絶縁層凹部8aaに所定のタイミングで吐出ヘッド53a、53b、53cから液状の半導体材料を滴下する。ドット塗布法にはインクジェット法やディスペンサー法などがあるが何れを用いても良い。
図7(a)に図示するゲート絶縁層凹部8abは、ゲート絶縁層凹部8aaに半導体材料が滴下され、ゲート絶縁層凹部8abが半導体材料で充填され、有機半導体層2が形成された状態を示している。このように、所望の形状に高精度で有機半導体層2を形成できる。
The gate insulating layer recess 8ab shown in FIG. 7A shows a state in which the semiconductor material is dropped into the gate insulating layer recess 8aa, the gate insulating layer recess 8ab is filled with the semiconductor material, and the
次に図7(b)を用いて面状塗布法について説明する
図7(b)もステップS2のゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程を終えた基板1が矢印X方向に送られている状態を示している。ゲート絶縁層8の表面には3×5のゲート絶縁層凹部8aが設けられている。
Next, the planar coating method will be described with reference to FIG. 7B. FIG. 7B also shows that the substrate 1 that has finished the process of deforming or altering part of the
52は、基板1の送り方向と直角方向に設けられた面状塗布法に用いる面状塗布機52であり、面状塗布機52から図7(b)に示すように基板1の送り方向と直角方向に液状の半導体材料が吐出される。面状塗布機52の直下に、基板1が送られてくると、面状塗布機52から吐出される半導体材料が、基板1の表面に塗布される。
52 is a
スキージ51は基板1の表面に当接するように配置され、基板1が送られてくると基板1の表面に塗布されている不要な半導体材料を掻き分けて除去する。このようにして、図7(b)に図示するように、ゲート絶縁層凹部8abに半導体材料が充填され、有機半導体層2を形成することができる。このように、所望の形状に高精度で有機半導体層2を形成できる。
The
有機半導体材料は、その材料について問わない。有機高分子材料はもちろんのこと、ペンタセンなどの低分子材料も使用可能である。 The organic semiconductor material may be any material. Not only organic polymer materials but also low molecular materials such as pentacene can be used.
塗布できる材料の代表例としては、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)などのポリチオフェン類、チオフェンの6量体を基本に側鎖を有するオリゴチオフェンなどの芳香族オリゴマー類、ペンタセンに置換基を持たせ溶解性を高めたペンタセン類、フルオレンとバイチオフェンとの共重合体(F8T2)、ポリチエニレンビニレンまたはフタロシアニンなどのいかなる可溶性の半導体でも使用できる。特にペンタセン類には6、13−ビストリイソプロピルシリルエチニルペンタセン、6、13−ビストリエチルシリルエチニルペンタセンを含むシリルエチニルペンタセンがある。これは特許文献として、米国特許6,690,029号明細書、非特許文献として、J.AM.CHEM.誌 2005年 127号 4986頁−4987頁に開示されている半導体材料であり、ペンタセンに2つの置換基を設け、分子間の相互作用を制御し、高移動度を実現している材料である。 Typical examples of materials that can be applied include polythiophenes such as poly (3-hexylthiophene), aromatic oligomers such as oligothiophene having a side chain based on the hexamer of thiophene, and pentacene with substituents and dissolution. Any soluble semiconductor can be used, such as pentacenes with enhanced properties, a copolymer of fluorene and bithiophene (F8T2), polythienylene vinylene or phthalocyanine. In particular, pentacenes include silylethynylpentacene including 6,13-bistriisopropylsilylethynylpentacene and 6,13-bistriethylsilylethynylpentacene. This is disclosed in U.S. Pat. No. 6,690,029 as a patent document, and in J. Pat. AM. CHEM. Journal 2005, No. 127, pages 4986-4987, which is a material in which two substituents are provided in pentacene to control the interaction between molecules and realize high mobility.
S4・・・・・ソース電極3、ドレイン電極4を形成する工程
図3(d)に示すように、ソース電極3、ドレイン電極4を形成する。ソース電極3、ドレイン電極4は、例えば、金をスパッタにより成膜することにより形成する。なお、ここでは金を例示したが、特に金に材料を限定されることなく、白金、銀、銅、アルミニウム等種々の材料を用いることができる。または、塗布材料としてPEDOT/PSSに代表される導電性有機材料、金属ナノ粒子を分散させた塗布材料を用いることもできる。
S4... Process for forming
このように、圧接部材40を接触させて形成したゲート絶縁層凹部8aに有機半導体材料を塗布して有機半導体層2を形成するので、有機半導体層2を劣化させることもないし、また製造工程で切りくず等発生することも無い。したがって、信頼性の高い有機TFTを製造することができる。また、圧接部材40の先端形状により決定される形状に精度良くパターンニングすることが可能になる。
Thus, since the
なお、ここまで説明した工程は一例であり、本発明はこれらの工程に限定されるものではない。 In addition, the process demonstrated so far is an example, and this invention is not limited to these processes.
次に、ゲート絶縁層8の一部を変質させ、該変質部に有機半導体層2を形成する製造方法について図4を用いて説明する。
Next, a manufacturing method in which a part of the
図4は本発明に係わるボトムゲート型有機TFTの製造方法の第2の実施形態を説明する説明図である。図4(a)〜図4(c)は、基板1上に形成された有機TFTのチャネル部の断面を示している。 FIG. 4 is an explanatory view for explaining a second embodiment of a method for producing a bottom gate type organic TFT according to the present invention. 4A to 4C show a cross section of the channel portion of the organic TFT formed on the substrate 1.
ステップS1のゲート絶縁層8を形成する工程までは図3と同じであるので、ステップS2のゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程から説明する。
Since the process up to the step S1 of forming the
S2・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程。
S2: A step of deforming or altering a part of the
図4(a)は圧接部材40をゲート絶縁層8の厚みを変えない程度の圧力で圧接し、ゲート絶縁層8の8bの部分を変質させ、ゲート絶縁層変質部8bとしている。
In FIG. 4A, the
例えば、圧接部材40をゲート絶縁層8の厚みを変えない程度の圧力で圧接し、ゲート絶縁層8の表面粗さを小さくして、ゲート絶縁層変質部8bとしても良い。後の工程で説明するように、圧接部材40で圧接した部分に液状の半導体材料を塗布すると、表面粗さが大きい部分には広がらず、表面粗さが小さい部分の範囲に留まるので、所望の形状の有機半導体層2を形成できる。
For example, the
また、圧接部材40のゲート絶縁層8と接触する部分にシリコンゴムなどを用いて、ゲート絶縁層8の圧接部材40と接触した部分の濡れ性を高くしても良い。後の工程で説明するように、圧接部材40で圧接した部分に液状の半導体材料を塗布すると、濡れ性が低い部分には広がらず、濡れ性が高い部分の範囲に留まるので、所望の形状の有機半導体層2を形成できる。
Alternatively, the wettability of the portion of the
なお、圧接部材40がゲート絶縁層8と接触する量を変更することにより、図5で説明した製造装置を本工程に用いることができる。
In addition, the manufacturing apparatus demonstrated in FIG. 5 can be used for this process by changing the quantity which the press-
S3・・・・・有機半導体層2を形成する工程。
S3 Step for forming the
圧接部材40をゲート絶縁層8に接触させて変質させたゲート絶縁層変質部8bに、図7(a)で説明したドット塗布法により、液状の有機半導体材料をパターン塗布する。図4(b)に示すように、滴下した有機半導体材料は表面張力によりゲート絶縁層変質部8bに留まり、所望のパターンの有機半導体層2を形成することができる。
A liquid organic semiconductor material is pattern-coated by the dot coating method described with reference to FIG. 7A on the gate insulating layer altered
S4・・・・・ソース電極3、ドレイン電極4を形成する工程
図3で説明した工程と同様であり、説明を省略する。
S4... Process for forming
このように、圧接部材40を接触させて形成したゲート絶縁層変質部8bに有機半導体材料を塗布して有機半導体層2を形成するので、有機半導体層2を劣化させることもないし、また製造工程で切りくず等発生することも無い。したがって、信頼性の高い有機TFTを製造することができる。また、圧接部材40の先端形状により決定される形状に精度良くパターンニングすることが可能になる。
Thus, since the
次に、図6を用いて、ゲート絶縁層8を変形させて凹部を設け、該凹部に導電層を形成しゲート電極7とする製造方法について順を追って説明する。
Next, a manufacturing method in which the
図6は本発明に係わるトップゲート型有機TFTの製造方法の一例を説明する説明図である。図6(x)〜図6(d)は、基板1上に形成された有機TFTのチャネル部の断面を示している。 FIG. 6 is an explanatory view for explaining an example of a method for producing a top gate type organic TFT according to the present invention. 6 (x) to 6 (d) show cross sections of the channel portion of the organic TFT formed on the substrate 1. FIG.
最初に、前工程について図6(x)を用いて説明する。 First, the previous process will be described with reference to FIG.
導電性薄膜が形成された基板1上に感光性レジストを塗布後、ソース電極3、ドレイン電極4のパターンを有するフォトマスクを介して露光、現像して、各電極パターンのレジスト層を形成する。次に、基板1にエッチングを行って、ソース電極3、ドレイン電極4を形成する。
After applying a photosensitive resist on the substrate 1 on which the conductive thin film is formed, exposure and development are performed through a photomask having a pattern of the
基板1は図3で説明した材料と同じ材料を用いることができる。 The substrate 1 can use the same material as described in FIG.
次に、前工程以降の工程S11〜S14を説明する。
S11・・・・・有機半導体層2を形成する工程
S12・・・・・ゲート絶縁層8を形成する工程
S13・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程
S14・・・・・ゲート電極7(導電層)を形成する工程
以下、各工程について順に説明する。
Next, steps S11 to S14 after the previous step will be described.
S11...
S11・・・・・有機半導体層2を形成する工程
ソース電極8、ドレイン電極9の間に前述の有機半導体材料を塗布して有機半導体層2を形成する。有機半導体層2を形成する方法は、例えばスピンコート法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリント法など何れの方法でも可能である。
S11... Step of Forming
S12・・・・・ゲート絶縁層8を形成する工程。
S12: A step of forming the
図6(b)に示すように、ゲート絶縁層8を形成する。
As shown in FIG. 6B, the
図3のS1で説明した材料と製法を適用することができる。 The materials and manufacturing methods described in S1 of FIG. 3 can be applied.
S13・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程。
S13: A step of deforming or altering a part of the
圧接部材40をゲート絶縁層8に接触させて、ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる。図6(c)ではゲート絶縁層凹部8aを形成した例を示している。なお、図4で説明したように、ゲート絶縁層8の厚みを変えずにゲート絶縁層変質部8bを設けても良い。
The
S14・・・・・ゲート電極7(導電層)を形成する工程
図6(d)では、ゲート絶縁層凹部8aにゲート電極7(導電層)を形成した状態を図示している。図7で説明した有機半導体材料の場合と同様に、ゲート絶縁層凹部8aを形成した場合は、ドット塗布法や面状塗布法を用いて導電材料を塗布しゲート電極7(導電層)を形成することができる。
S14... Step of Forming Gate Electrode 7 (Conductive Layer) FIG. 6D shows a state in which the gate electrode 7 (conductive layer) is formed in the gate insulating
また、図6(d)には図示せぬゲート絶縁層変質部8bを形成した場合は、ドット塗布法を用いて導電材料を塗布しゲート電極7(導電層)を形成することができる。
6D, when the gate insulating layer altered
導電材料には、PEDOT/PSSに代表される導電性有機材料の他、Ag(銀)、Au(金)、Cu(銅)、Pt(白金)等の金属のナノ粒子をバインダー中に分散させた塗布材料を用いることもできる。 In addition to conductive organic materials typified by PEDOT / PSS, the conductive material is made of metal nanoparticles such as Ag (silver), Au (gold), Cu (copper), and Pt (platinum) dispersed in a binder. A coating material can also be used.
このように、圧接部材40を接触させて形成したゲート絶縁層変質部8bに導電材料を塗布してゲート電極7(導電層)を形成するので、製造工程で切りくず等発生することも無い。したがって、信頼性の高い有機TFTを製造することができる。また、圧接部材40の先端形状により決定される形状に精度良くパターンニングすることが可能になる。
Thus, since the gate electrode 7 (conductive layer) is formed by applying the conductive material to the gate insulating layer altered
なお、ここまで説明した工程は一例であり、本発明はこれらの工程に限定されるものではない。 In addition, the process demonstrated so far is an example, and this invention is not limited to these processes.
次に、図8、図9、図10を用いてゲート絶縁層凹部8aの厚みdを精度良く形成する製造方法を説明する。
Next, a manufacturing method for accurately forming the thickness d of the gate insulating
図8は、ボトムゲート型有機TFTのゲート絶縁層凹部8aの厚みdを計測する方法を説明する説明図である。図8(a)は圧接部材40がゲート絶縁層8に接触する前の状態、図8(b)は圧接部材40がゲート絶縁層8に厚みdのゲート絶縁層凹部8aを形成した状態である。なお、今までの説明と同じ構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a method of measuring the thickness d of the gate insulating
最初に図8(a)について説明する。圧接部材40には厚みdを計測するための計測電極41が先端部に設けられている。
First, FIG. 8A will be described. The
図8(b)は、圧接部材40が所望の厚みdになるまでゲート絶縁層8を押し込んでゲート絶縁層凹部8aを形成した状態を示している。計測電極41とゲート電極7の両電極間にゲート絶縁層8を挟んだ並行平板コンデンサ80を構成している。
FIG. 8B shows a state in which the gate insulating
並行平板コンデンサ80の静電容量Cは、式1で表される。
The capacitance C of the
[式1]C=εS/d
εは電極間に挟まれているゲート絶縁層8の誘電率、Sは計測電極41とゲート電極7の面積、dはゲート絶縁層凹部8aの厚みである。したがって、計測電極41とゲート電極7により構成される並行平板コンデンサ80の静電容量Cを求めれば、厚みdを求めることができる。
[Formula 1] C = εS / d
ε is the dielectric constant of the
図9は、静電容量Cを計測しながら圧接部材40を駆動し、所望の深さのゲート絶縁層凹部8aを形成する制御を説明するブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram illustrating control for driving the
なお、今までに説明した機能要素には同番号を付し、説明を省略する。 It should be noted that the functional elements described so far are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
制御装置60はマイクロコンピュータ70を有し、マイクロコンピュータ70の厚み制御部63は圧接部材40の駆動などを制御している。静電容量計測部62は、厚み制御部63の指令により並行平板コンデンサ80の静電容量を計測し、結果を厚み制御部63に送信する。
The
静電容量計測部62には、例えば図5(a)で説明した列状に配列された圧接部材40の先端の一つに設けられた計測電極41と、基板1の対応する位置にあるゲート電極7から構成される並行平板コンデンサ80が接続されている。
The
静電容量Cは式2により計測できる。
The capacitance C can be measured by
[式2]C=i×t/V
iは並行平板コンデンサ80に流入する電流、tは時間であり、Vは並行平板コンデンサ80の電圧である。静電容量計測部62は並行平板コンデンサ80の両端を短絡した後、内部の定電流源により一定の電流iを時間tの間充電する。次に静電容量計測部62は内部の電圧計で並行平板コンデンサ80の電圧を計測し、静電容量Cを求め厚み制御部63に送信する。
[Formula 2] C = i × t / V
i is a current flowing into the
図10は圧接部材駆動部61を自動制御し、所望の深さのゲート絶縁層凹部8aを形成するフローチャートである。図10においては、図5(a)で説明した基板1が所定の位置まで送られ、圧接部材駆動部61が圧接部材40の駆動を開始するところから説明する。
FIG. 10 is a flowchart for forming the gate insulating
S101:圧接部70を所定量、基板1方向に駆動するステップである。
S101: This is a step of driving the
厚み制御部63は、圧接部材駆動部61に指令し、圧接部材40を所定量、基板1方向に駆動する。
The
S102:静電容量Cを計測するステップである。 S102: This is a step of measuring the capacitance C.
厚み制御部63は、静電容量計測部62に指令し、並行平板コンデンサ80の容量Cを計測させる。
The
S103:静電容量Cが所定値Cd以上か、どうか判定するステップである。 S103: A step of determining whether or not the capacitance C is equal to or greater than a predetermined value Cd.
厚み制御部63は、静電容量計測部62が計測した静電容量Cが、所定値Cd以上か、どうか判定する。所定値Cdは所望の厚みdのときの静電容量である。
The
静電容量Cが、所定値Cd以下の場合(ステップS103;No)、圧接部40の駆動量が足らないので、ステップS101に戻り再度駆動する。
If the capacitance C is equal to or less than the predetermined value Cd (step S103; No), the drive amount of the
静電容量Cが、所定値Cd以上の場合(ステップS103;Yes)、所望の厚みdのゲート絶縁層凹部8aが形成できたので、ステップS104に進む。
If the capacitance C is equal to or greater than the predetermined value Cd (step S103; Yes), the gate insulating
S104:圧接部40を初期位置に移動するステップである。
S104: This is a step of moving the
厚み制御部63は、圧接部材駆動部61に指令し、圧接部材40を基板1から離れる方向に、初期位置まで駆動する。
The
以上で、基板1上に所望の厚みdのゲート絶縁層凹部8aを一列分、形成することができた。 As described above, the gate insulating layer recesses 8a having a desired thickness d can be formed on the substrate 1 for one row.
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although the Example performed in order to confirm the effect of this invention is described, this invention is not limited to these.
[実施例]
本実施例では、基板1として幅150mmで厚み200μmのロール状フィルム基板を用い、基板1上にライン方向、送り方向とも1mm間隔で、100×100の計10000の有機TFTを形成した。有機TFTの大きさは50μm×200μmである。
[Example]
In this example, a roll film substrate having a width of 150 mm and a thickness of 200 μm was used as the substrate 1, and a total of 10,000 organic TFTs of 100 × 100 were formed on the substrate 1 at intervals of 1 mm in both the line direction and the feeding direction. The size of the organic TFT is 50 μm × 200 μm.
〔有機TFTの作製〕
図3で説明したS1〜S4の工程で作製したので、各工程の番号を付して順に説明し、共通する点は説明を省略する。
。
[Production of organic TFT]
Since it produced in the process of S1-S4 demonstrated in FIG. 3, it attaches | subjects the number of each process and demonstrates in order, and abbreviate | omits description in common.
.
基板1にはポリカーボネイト基板を用い、フォトリソグラフィック法でゲート電極を形成した。 A polycarbonate substrate was used as the substrate 1, and a gate electrode was formed by a photolithographic method.
次に、工程S1〜S4を説明する。 Next, steps S1 to S4 will be described.
S1・・・・・ゲート絶縁層8を形成する工程
ゲート絶縁層8の材料として、熱可塑性を有するウレタン樹脂をジメチルホルムアミドで溶かした溶液を用い、基板1上にスピンコートにより1μmの厚みで塗布する。スピンコート後、150℃で焼成し、ゲート絶縁層8の溶剤を飛ばした。
S2・・・・・ゲート絶縁層8の一部を変形あるいは変質させる工程
図5(a)に示す列状の圧接部材40を100℃に加熱してゲート絶縁層8を圧接した。圧接部材40の材質は鉄であり、先端部の形状は50μm×160μmの長方形である。並行平板コンデンサ80の静電容量Cを計測しながら圧接部材40を駆動し、計測した静電容量Cが、厚みdが0.5μmのときの静電容量Cdになるまで圧接部材40を駆動した。
S3・・・・・有機半導体層2を形成する工程
形成されたゲート絶縁層凹部8aに、ペンタセンをトルエンで溶かした溶液をドット塗布法により塗布し、塗布後溶媒成分を乾燥させた。
S4・・・・・ソース電極3、ドレイン電極4を形成する工程
PEDOT/PSSを塗布し、ソース電極3、ドレイン電極4を形成した。
S1... Process for forming
S2... Process for deforming or altering a part of the
S3: Step of forming organic semiconductor layer 2 A solution obtained by dissolving pentacene in toluene was applied to the formed gate insulating
S4... Process for forming
このようにして作製した有機TFTは、高い精度で有機半導体層のパターンが形成することができた。また、有機TFTの移動度とON/OFF電流比を評価したところ、十分な性能を有し、バラツキも少なかった。 The organic TFT fabricated in this manner was able to form an organic semiconductor layer pattern with high accuracy. Moreover, when the mobility and ON / OFF current ratio of organic TFT were evaluated, it had sufficient performance and there was little variation.
このように、本発明の実施例3では、ボトムゲート型有機TFTの製造工程S7において遮光層6とゲート電極7を電気的に接続し、導電性のある遮光層6を第2のゲート電極として機能させるので、高性能な有機TFT素子を製造できる。
Thus, in Example 3 of the present invention, the light shielding layer 6 and the
以上、このように、精度の高いパターンニングを可能にする薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。 As described above, a method for manufacturing a thin film transistor that enables highly accurate patterning can be provided.
1 基板
2 有機半導体層
3 ソース電極
4 ドレイン電極
7 ゲート電極
8 ゲート絶縁層
8a ゲート絶縁層凹部
8b ゲート絶縁層変質部
40 圧接部
61 圧接部材駆動部
62 静電容量計測部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board |
Claims (10)
前記ゲート絶縁層を形成する工程の後に、
圧接部材を前記ゲート絶縁層に接触させることにより、前記ゲート絶縁層の一部を、厚みを変えることなく、表面粗さを小さくする又は濡れ性を高くするよう変質させる工程を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In a method for manufacturing a thin film transistor having at least a gate electrode, a gate insulating layer, a semiconductor layer, a source electrode, and a drain electrode on a substrate,
After the step of forming the gate insulating layer,
A step of bringing a pressure contact member into contact with the gate insulating layer , and changing a part of the gate insulating layer so as to reduce surface roughness or increase wettability without changing thickness. A method for manufacturing a thin film transistor.
圧接部材を加熱することを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the step of altering a part of the gate insulating layer,
The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the pressure contact member is heated.
前記圧接部材は、The pressure contact member is:
前記基板を所定の距離移動させる送り方向に対し直角に、列状に配列されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the thin film transistors are arranged in a row at right angles to a feeding direction in which the substrate is moved by a predetermined distance.
前記ゲート絶縁層を形成する工程の後に、After the step of forming the gate insulating layer,
圧接部材を前記ゲート絶縁層に接触させることにより、前記ゲート絶縁層の一部を変形させる工程を含み、A step of deforming a part of the gate insulating layer by bringing a pressure contact member into contact with the gate insulating layer;
前記基板の上に前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層の順に積層し、Laminating the gate electrode and the gate insulating layer in this order on the substrate;
前記圧接部材のゲート絶縁層と接触する部分に計測電極を設け、前記ゲート電極と前記計測電極間の静電容量を計測することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。A method of manufacturing a thin film transistor, comprising: providing a measurement electrode at a portion of the pressure contact member that is in contact with a gate insulating layer; and measuring a capacitance between the gate electrode and the measurement electrode.
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