JP6002894B2 - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイオード、トランジスタ等の電子デバイスにおける電極の形成に関し、より詳細には、塗布法により形成される電極パターンを備えた電子デバイスの製造方法に関する。

電子回路は、年々小型化が進み、それに伴って電極も微細配線化が進んでいる。このように微細配線化された電極の作製には、通常、フォトリソグラフィが用いられている。
しかしながら、フォトリソグラフィプロセスを用いたリフトオフやウエットエッチングでは、レジスト塗布、乾燥、露光、現像及び膜のエッチング等において、大量の溶剤や化学薬品、電力が使用されるため、地球環境への負荷が大きい。

これに対しては、近年、設備投資の負担が軽く、大量生産が可能であり、低コストメリットを望める方法として、印刷を用いた電極形成が行われるようになってきた。印刷法は、フォトリソグラフィに比べて使用原材料や化学薬品が少量で済むため、地球環境に優しいグリーンイノベーション分野の技術として期待されている。印刷法においては、さらに、少量多品種に対応できる印刷技術が望まれている。

印刷法により電極パターンを形成する具体的な方法としては、インクジェット方式、凸版印刷、グラビア印刷、スプレー印刷、スリットコート法、スクリーン印刷等、様々な方法がある。この中でも、微細配線に効果的な印刷方法は、インクジェット方式、凸版印刷及びグラビア印刷である。
しかしながら、凸版印刷及びグラビア印刷は、版を用いる点でオンデマンド性に劣る。これに対して、版を必要としないインクジェット方式は、オンデマンド性に優れていると言える。

ただし、インクジェット方式で微細配線を行う場合、基板に着弾したインクが如何に広がらずに指定位置に確実に形成することができるかが重要なポイントとなる。
図４，５に、インクジェット方式で基板上に微細配線を行った場合の概念図を示す。それぞれ、（ａ）はインク滴下直後、（ｂ）は溶媒蒸発時、（ｃ）は乾燥後のインクの状態を示したものである。
図４においては、基板１１のインク１５に対する濡れ性が高いため、設定幅ｄ以上に線幅が広がっている。一方、図５においては、基板２１のインク２５に対する撥液性が高いため、インク２５が定着せずに基板の端に移動し、線幅も狭くなっている。
このように、インクジェット方式では、基板の濡れ性によりインクの線幅が変化するという現象が生じる。

この対策として、例えば、特許文献１に、濡れ性制御層に紫外線を照射することにより表面エネルギーを変化させて、インクが広がる範囲を制御することが記載されている。
また、特許文献２には、インクが広がる範囲の制御のために、凸領域にインクを滴下することで平滑面より撥水的な挙動が起こる現象を利用することが記載されている。

特開２００７−１５０２４６号公報 特開２００４−１４１８５６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、紫外線のエネルギーに反応して濡れ性が変化するような特殊な制御層を形成する必要があり、また、前記制御層を有機トランジスタのゲート絶縁膜として用いる場合は、絶縁性やトランジスタ特性の点で問題が生じるおそれがある。
一方、上記特許文献２に記載された方法では、濡れ性を制御するための凹凸層を基板に形成する必要があり、このような凹凸を高精度で形成するためにはフォトリソグラフィ技術を用いなければならない。

したがって、高精細な電極パターンを単純な構造で簡単にオンデマンドに対応して形成することができる方法が望まれている。

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、オンデマンドでの対応が可能であり、高精細で簡便に形成することができる電極パターンを備えた電子デバイスの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスの製造方法において、前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴とする。
ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法を用いることにより、高精細な電極パターンを容易に構成することが可能となる。

また、本発明に係る他の態様の電子デバイスの製造方法は、基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも低い表面エネルギーを持つ下地層と、前記下地層の上面に、前記下地層とは異なる材質からなり、前記下地層よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスの製造方法において、前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴とする。
基板の表面エネルギーが、第一層の表面エネルギーと同等程度又はより大きい場合には、このように基板と第一層との間に、基板よりも表面エネルギーが低い下地層を介在させ、かつ、ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法を用いることにより、上記の場合と同様に、高精細な電極パターンの形成が可能となる。

前記第一層は、前記基板又は前記下地層の表面エネルギーより高い表面ネルギーを持つ材質として、金属又はその酸化物もしくは窒化物のうちのいずれか１種もしくは２種以上の混合物、又は、有機化合物により形成される。

本発明によれば、真空チャンバやフォトリソグラフィを用いることなく、オンデマンドに対応して高精細な電極パターンが形成された電子デバイスを簡便な方法で製造することができる。

本発明に係る電子デバイスの電極パターン構造の一態様を示す概念断面図である。 本発明に係る電子デバイスの電極パターン構造の他の態様を示す概念断面図である。 図１の電極パターンが形成される過程を説明するための概念断面図であり、（ａ）はインク滴下直後、（ｂ）は溶媒蒸発時、（ｃ）は乾燥後のインクの状態を示す。 インクジェット方式で濡れ性が高い基板上に微細配線を行った場合の概念断面図であり、（ａ）はインク滴下直後、（ｂ）は溶媒蒸発時、（ｃ）は乾燥後のインクの状態を示す。 インクジェット方式で撥液性が高い基板上に微細配線を行った場合の概念断面図であり、（ａ）はインク滴下直後、（ｂ）は溶媒蒸発時、（ｃ）は乾燥後のインクの状態を示す。 ガスカーテン方式レーザＣＶＤ装置の概念図を示す。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスを製造する方法である。そして、前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴としている。

図１に、本発明に係る電子デバイスの上記の態様の電極パターン構造の概念図を示す。図１に示したように、本発明に係る電子デバイスは、基板１上に、第一層２及び第二層３が形成されている。第一層２は、基板１とは異なる材質で、基板１よりも高い表面エネルギーを持ち、電極パターン形状に形成される。そして、第二層３は、導電性ナノインクにより形成される。

図３に、図１に示す電極パターンが形成される過程を説明するための概念図を示す。まず、基板１上に、基板１よりも高い表面エネルギーを持つ第一層２を電極パターン形状に形成しておく。これにより、基板１と第一層２との間に表面エネルギーが異なる境界面が形成される。そして、第一層２の上に、導電性ナノインク５を滴下すると、その直後は、第一層２の幅からはみ出して、基板１表面にも一部接触するようにインクが広がる（図３（ａ）参照）。その後、インクの溶媒が蒸発していくと、導電性ナノインク５は自己組織的に、表面エネルギーが高い第一層２の上面のみに集まって留まり、それ以上広がることが抑制される（図３（ｂ）参照）。この状態で乾燥させると、第一層２の上面のみに導電性ナノインク５が乾燥して生成した第二層３が形成され、第一層２とほぼ同等の幅で微細な電極パターンを形成することができる。

また、本発明に係る他の態様の電子デバイスの製造方法は、基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも低い表面エネルギーを持つ下地層と、前記下地層の上面に、前記下地層とは異なる材質からなり、前記下地層よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスの製造方法である。そして、この方法においても、前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴としている。

図２に、本発明に係る電子デバイスの上記の態様の電極パターン構造の概念図を示す。図２においては、基板１と第一層２との間に、下地層４が形成されている。下地層４は、基板１とは異なる材質で、基板１よりも低い表面エネルギーを持つ。そして、下地層４の上面の第一層２は、下地層４とは異なる材質で、下地層４よりも高い表面エネルギーを持ち、電極パターン形状に形成される。また、第二層３は、導電性ナノインクにより形成される。
このような下地層４の形成は、基板１の表面エネルギーが、第一層２の表面エネルギーと同等程度又はより大きい場合に有効である。基板１よりも表面エネルギーが低い下地層４上に、表面エネルギーがより高い第一層２を形成することにより、導電性ナノインクが第一層２上にのみ付着しやすくさせることができ、微細な電極パターンを形成することができる。
したがって、下地層４は、基板１の表面エネルギーが第一層２よりも十分に低い場合には、形成する必要はなく、図１に示すような層構造で電極パターンを形成すればよい。
なお、図２に示す電極パターン構造の形成過程は、図３において、基板１が下地層４を備えた基板１に代わる以外は、図３に示す過程と同様である。

上記のような本発明に係る電子デバイスの製造方法においては、いずれも、第一層２は、ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成される。
図６に、ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法に用いられる装置の一例の概念図を示す。図６に示すガスカーテン方式レーザＣＶＤ装置１００においては、基板１又は下地層４上に、レーザ光導入窓１０１を備えたガスウィンドウ１０２がわずかに隙間を空けて覆うように設置されている。ガスウィンドウ１０２のレーザ光導入窓１０１下方には、ガス導入用空間１０３が形成され、このガス導入用空間１０３に向けて、ソースガス供給通路１０４及びパージガス供給通路１０５が設けられている。また、ガスウィンドウ１０２のガス導入用空間１０３の周囲には、吸引排気通路１０６が設けられている。
なお、ガスウィンドウ１０２の具体的な構成としては、特開２０１０−２１５９４７号公報に記載されているようなガスウィンドウを好適に用いることができる。

この装置１００では、第一層２の形成箇所となる基板１又は下地層４の上面を覆ったガスウィンドウ１０２のガス導入用空間１０３に、ソースガス供給通路１０４及びパージガス供給通路１０５からそれぞれ、ソースガス及びパージガスを供給すると同時に、吸引排気通路１０６からガス排気を行いつつ、レーザ光導入窓１０１から所定のレーザ光Ｌを照射して、照射スポットにてＣＶＤを行う。そして、このガスウィンドウ１０２と、基板１又は下地層４のレーザ光照射スポットとを相対的に移動させながら、所望箇所に第一層２を形成していく。
このように、ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法においては、レーザ光照射スポットに、いわゆるガスのカーテン１０７でソースガスを局所的に封じ込め、原料ガスのリークと周囲の雰囲気からの空気等の混入を防ぐことができるため、真空チャンバ等の真空設備を要することなく、レーザＣＶＤを行うことができる。

したがって、前記ガスカーテン方式レーザＣＶＤ法によれば、基板１又は下地層４の表面に、レーザ光幅に対応した微細なパターンの第一層２を形成することができ、その上面に導電性ナノインクを用いて第二層３を形成することにより、第一層２とほぼ同等の幅で微細な電極パターンを形成することが可能となる。しかも、大量の材料やエネルギーを要するフォトリソグラフィや真空チャンバ等の設備を用いることなく、高精細な電極パターン形成を簡便に行うことが可能となる。
ただし、真空設備を使用しないことにより、真空チャンバを用いるレーザＣＶＤ法よりも形成膜中に酸素や窒素等が多く含まれ、酸化膜や窒化膜が金属膜と混在して形成される場合もある。

本発明においては、基板１の材質としては、例えば、ガラス、又は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のプラスチック材を用いることができる。

下地層４は、上述したように、基板１の表面エネルギーが第一層２と同等である場合又はより大きい場合に形成され、第一層２よりも低い表面エネルギーを持つ材質で構成される。例えば、基板１がガラスの場合、上記ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＭＭＡ、ＰＴＦＥの他に、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）や各種フッ素系ポリマー等のポリマーを用いることができる。

また、第一層２は、上述したように、その直下層となる基板１又は下地層４の表面エネルギーより高い表面ネルギーを持つ材質で構成される。具体的には、金属又はその酸化物もしくは窒化物のうちのいずれか１種もしくは２種以上の混合物、又は、有機化合物を用いることができる。特に、レーザ光の照射によって容易に成膜可能であるものが好ましく、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、クロム等の金属やこれらを含む有機金属化合物が挙げられる。

一方、第二層３は、導電性ナノインクにより形成されるが、その材質としては、電子デバイスにおける好適な電極材料が用いられ、具体的には、銀、金、銅及び酸化インジウムスズのうちのいずれか１種又は２種以上の混合物が挙げられる。
導電性ナノインクは市販のものを適用することができ、その塗布方法としては、スピンコート法、インクジェット法、スリットコート法、ダイコート法等を用いることができるが、オンデマンドに対応する観点からは、版を用いない塗布方法が好ましく、特に、インクジェット方式による印刷が効率的であり好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて、さらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
以下に示す手順で、図２に示すような電子デバイスの電極パターン構造を作製した。
まず、洗浄したガラス基板１上に、ガラス基板１より表面エネルギーが低いＰＴＦＥをスピンコート法（４０００ｒｐｍ）で厚さ３００ｎｍで成膜し、１５０℃で熱硬化させて、下地層４（表面エネルギー：８．７ｍＮ／ｍ）を形成した。
次に、ガスカーテン方式レーザＣＶＤ装置（オムロンレーザーフロント株式会社製）を用いて、下地層４の上面に、ソースガスとしてヘキサカルボニルタングステン（Ｗ(ＣＯ)₆）、パージガスとしてＡｒを供給しながらレーザ光（波長３４９ｎｍ、幅５μｍ）を照射し、光反応及び熱反応によりＷとＣＯに分解し、レーザ光の幅でタングステン膜を堆積させて、第一層２（表面エネルギー：３０ｍＮ／ｍ）を形成した。
そして、第一層２の上面に、導電性ナノインクとして銀ナノペースト（ハリマ化成株式会社；ＮＰＳ−ＪＬ）をスピンコート法（４０００ｒｐｍ）で成膜し、ホットプレート上で１００℃、３０分間焼成し、第二層３である銀電極（幅５．５μｍ）を形成した。
このように、第二層３を第一層２とほぼ同等の幅で形成することができ、微細配線の電極パターンの形成が可能であることが認められた。

１，１１，２１ 基板
２ 第一層
３ 第二層
４ 下地層
５，１５，２５ インク
１００ ガスカーテン方式レーザＣＶＤ装置
１０１ レーザ光導入窓
１０２ ガスウィンドウ
１０３ ガス導入用空間
１０４ ソースガス供給通路
１０５ パージガス供給通路
１０６ 吸引排気通路
１０７ ガスカーテン

Claims (3)

1. 基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスの製造方法において、
   前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 基板上に、前記基板とは異なる材質からなり、前記基板よりも低い表面エネルギーを持つ下地層と、前記下地層の上面に、前記下地層とは異なる材質からなり、前記下地層よりも高い表面エネルギーを持つ、電極パターン形状の第一層と、前記第一層の上面に、導電性ナノインクにより形成された第二層とを備えた電子デバイスの製造方法において、
   前記第一層をガスカーテン方式レーザＣＶＤ法により形成することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 前記第一層が、金属又はその酸化物もしくは窒化物のうちのいずれか１種もしくは２種以上の混合物、又は、有機化合物からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。

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