JP2006060079A - Semiconductor layer pattern forming method, electronic device, electronic device array, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法とその関連技術に関し、特にフラットパネルディスプレイの駆動用などに用いられる素子の半導体層のパターン形成方法と、それにより得られる電子素子、それをアレイ化した電子素子アレイ、および電子素子アレイを備えた表示装置に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and related technology, and more particularly to a method for forming a semiconductor layer pattern of an element used for driving a flat panel display, an electronic element obtained thereby, and an electronic element obtained by arraying the same The present invention relates to an array and a display device including an electronic element array.
トランジスタアレイを形成する場合、隣り合ったトランジスタ素子の半導体層を電気的に分離しておかないと、動作時に隣りのトランジスタからのリーク電流によって相互干渉し、正確な動作ができなくなる。そのため、良好な性能の半導体素子を作製する上で、半導体層のパターニングを行うことが必須となる。例えば、現在広く利用されている無機半導体材料の場合には、フォトリソグラフィを用いて微細なパターンを形成する方法が一般的に用いられている。 When forming a transistor array, if the semiconductor layers of adjacent transistor elements are not electrically separated, mutual interference occurs due to leakage current from adjacent transistors during operation, and accurate operation cannot be performed. Therefore, patterning of the semiconductor layer is indispensable for producing a semiconductor element with good performance. For example, in the case of inorganic semiconductor materials that are currently widely used, a method of forming a fine pattern using photolithography is generally used.
すなわち、フォトリソグラフィでは、一般的に次のような工程によってパターニングが行われる。まず、パターニングしたい材料(以下、材料Aとよぶ)を基板全面に形成する。次に、形成した材料Aの上にフォトレジストをコーティングして乾燥した後、フォトマスクを使用して形成したいパターンを露光する。次いで、レジストを現像し、リンスすることによってレジストパターンを形成する。その後、材料Aが溶解するエッチング剤を用いて材料Aをエッチングする。エッチング後、レジストを除去する。以上のプロセスを踏むことで材料Aを所望の形にパターニングすることができる。しかし、製造工程が複雑で時間を要するなどの問題がある。 That is, in photolithography, patterning is generally performed by the following process. First, a material to be patterned (hereinafter referred to as material A) is formed on the entire surface of the substrate. Next, after a photoresist is coated on the formed material A and dried, a pattern to be formed is exposed using a photomask. Next, the resist is developed and rinsed to form a resist pattern. Thereafter, the material A is etched using an etching agent that dissolves the material A. After the etching, the resist is removed. By following the above process, the material A can be patterned into a desired shape. However, there are problems such as complicated manufacturing processes and time.
一方、近年有機半導体材料を使ったデバイスが注目を集めるようになってきた。すなわち、有機半導体材料を用いた場合、無機半導体材料のデバイスと比較して、(1)成膜などの製造工程が簡単であり、(2)ファンデルワールス力によるゆるやかな結合で結びついているため材料自体に可撓性があり、フレキシブル基板への適用が容易であるなどの特徴がある。そのため、絶縁膜、誘電体膜、導電膜、半導体素子、発光素子、およびそれらを用いたフレキシブルで軽量な表示デバイスなどさまざま応用展開が期待されており、研究開発が活発化している。例えば、光や熱などの物理的外部刺激によりキャリア移動度が変化する材料を用いた電界効果型トランジスタ(FET)が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, devices using organic semiconductor materials have recently attracted attention. That is, when an organic semiconductor material is used, compared with an inorganic semiconductor device, (1) the manufacturing process such as film formation is simple, and (2) it is connected by a loose bond by van der Waals force. The material itself is flexible and can be easily applied to a flexible substrate. Therefore, various applications such as an insulating film, a dielectric film, a conductive film, a semiconductor element, a light emitting element, and a flexible and lightweight display device using them are expected, and research and development have been activated. For example, a field effect transistor (FET) using a material whose carrier mobility is changed by a physical external stimulus such as light or heat has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、材料や構成の研究開発が進む一方で、有機半導体材料に適した加工方法は未だ確立されていないのが現状である。なお、有機半導体材料のパターニングに無機半導体材料のパターニング方法をそのまま使うことは以下の理由から難しい。
(a)有機材料は無機材料に比べて物理的、化学的にダメージを受けやすい。そのため、エッチングや、エッチング後のレジスト除去時にダメージを受けやすく、材料の劣化を抑えることが困難である。
(b)無機材料のパターニングに使われるレジスト剤は有機系材料であり、パターニングしたい有機材料によっては、レジスト剤塗布時にレジスト剤の溶媒によってダメージを受けるおそれがある。
However, while research and development of materials and structures proceed, a processing method suitable for organic semiconductor materials has not yet been established. In addition, it is difficult to use the patterning method of an inorganic semiconductor material as it is for patterning of an organic semiconductor material for the following reasons.
(A) Organic materials are more susceptible to physical and chemical damage than inorganic materials. For this reason, it is easy to be damaged during etching or resist removal after etching, and it is difficult to suppress deterioration of the material.
(B) The resist agent used for patterning of the inorganic material is an organic material, and depending on the organic material to be patterned, there is a risk of being damaged by the solvent of the resist agent when the resist agent is applied.
また、有機EL素子を製造する例として、有機エレクトロルミネッセンス(EL)材料のパターニング方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
この提案における有機EL材料のパターニング方法、すなわち図1(A)、(B)〔(A):特許文献2の図1に該当、(B):特許文献2の図2に該当〕の模式図に示される工程によれば、まず、透明基板10に駆動回路を含む微細構造物20を埋め込み、保護薄膜12を形成した後、親液性の透明電極14を形成する[(A)−(a)]。次いで、透明基板10の表面全体をシリコン酸化膜などの親液性の材料からなる絶縁膜で覆った後にそれをパターニングすることにより、透明電極14が形成されていない領域、すなわち保護薄膜12が露出している領域を絶縁膜50で覆う。これを、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシランとともに密閉容器に入れて96時間室温で放置することで、透明基板10の表面全体を撥液性の膜51を形成する[(A)−(b)]。次に、透明基板10の表面に、マスクを介して紫外線を選択的に照射することにより、撥液性膜51のうち、画素形成領域40の部分の撥液性膜を分解除去する[(A)−(c)]。次いで、インクジェット方式によって正孔注入材料41aを画素形成領域40に塗布し、乾燥させることで正孔注入層41を形成する[(B)−(a)]。同様にして有機EL層42を形成して発光層43を形成する[(B)−(b)]。最後に陰極層16を形成して有機EL素子が完成する[(B)−(c)]。
As an example of manufacturing an organic EL element, a patterning method of an organic electroluminescence (EL) material has been proposed (for example, refer to Patent Document 2).
Schematic diagram of organic EL material patterning method in this proposal, that is, FIGS. 1 (A) and 1 (B) [(A): corresponds to FIG. 1 of Patent Document 2, and (B): corresponds to FIG. 2 of Patent Document 2]. According to the process shown in FIG. 1, first, the
上記方法によれば、ダメージを与えることなく有機材料をパターニングすることが可能となるが、撥液性膜の形成に長時間を要するため実用的とは言えない。また、パターニング時に含フッ素有機膜を分解して除去しているが、含フッ素有機膜は分解によって有害な分解ガスを発生するので、安全性、環境の面で好ましくないという難点がある。 According to the above method, the organic material can be patterned without causing damage, but it is not practical because it takes a long time to form the liquid repellent film. In addition, the fluorine-containing organic film is decomposed and removed at the time of patterning, but the fluorine-containing organic film generates a harmful decomposition gas due to the decomposition, which is disadvantageous in terms of safety and environment.
また、有機半導体材料を用いてパターニングを行う別の例が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
この提案における有機半導体材料のパターニング方法、すなわち図2(A)、(B)〔(A):参考文献の図5に該当、(B):参考文献の図6に該当〕の模式図にに示される工程によれば、下記のようにして半導体のパターニングを行っている。
(1)ガラス基板101上にCrMo膜をスパッタリング法により形成する(工程201)。
(2)ホトリソ工程によりCrMo膜をパターン化してゲート電極102を形成する(工程202)。
(3)ゲート電極102を形成したガラス基板101上にCVD法により、酸化シリコン(SiO2)膜のゲート絶縁膜103を形成する(工程203)。
(4)ホトリソ工程により、SiO2膜にゲート電極取り出し用穴109を形成する(工程204)。
(5)その上にスパッタ法を用いて、CrMo膜を形成し、ホトリソ工程によりパターン化して、ソース電極104,ドレイン電極105を形成する(工程205、206)。
(6)その上に蒸着法を用いて形成したAu膜をホトリソ工程によりパターン化して、ソース電極104、ドレイン電極105を形成する。ここでCrMo膜はAu膜とSiO2膜の密着性を向上させるために用いている(工程207、208)。
(7)その上に、CVD法を用いて、厚さ500nmの窒化シリコン(SiNx)膜106を形成する(工程209)。
(8)ホトリソ工程によりSiNx膜の一部110を除去する(工程210)。
(9)その上に有機半導体膜107および108を真空蒸着法により形成する(工程211)。
Another example of patterning using an organic semiconductor material has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
In the patterning method of the organic semiconductor material in this proposal, that is, in the schematic diagrams of FIGS. 2A and 2B [(A): corresponds to FIG. 5 of the reference, and (B): corresponds to FIG. 6 of the reference] According to the process shown, semiconductor patterning is performed as follows.
(1) A CrMo film is formed on the
(2) The CrMo film is patterned by a photolithography process to form the gate electrode 102 (process 202).
(3) A gate insulating film 103 of a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed by CVD on the
(4) A gate
(5) A CrMo film is formed thereon by sputtering and patterned by a photolithography process to form the
(6) The Au film formed thereon by vapor deposition is patterned by a photolithography process to form the
(7) A silicon nitride (SiNx)
(8) A
(9)
しかし、上記方法によれば、ダメージを与えることなく有機材料をパターニングすることが可能となるが、CVD法による窒化シリコン(SiNx)膜の形成に時間がかかり、実用的でないという問題がある。 However, according to the above method, it is possible to pattern an organic material without causing damage, but there is a problem that it takes time to form a silicon nitride (SiNx) film by a CVD method and is not practical.
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、FET構造を有する素子の半導体層を、製造工程が簡便で、高速、かつメンテナンス性よく、しかも有機半導体材料にダメージを与えることなく任意のパターン形状で形成できるパターン形成方法と、それにより得られる電子素子、それをアレイ化した電子素子アレイ、および電子素子アレイを備えた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described prior art, and a semiconductor layer of an element having an FET structure can be arbitrarily formed by a simple manufacturing process, high speed, good maintainability, and without damaging an organic semiconductor material. It is an object of the present invention to provide a pattern forming method that can be formed in the pattern shape, an electronic element obtained thereby, an electronic element array in which the pattern is formed, and a display device including the electronic element array.
本発明者らは鋭意検討した結果、基板上に対向形成されたソース電極およびドレイン電極の形成領域における臨界表面張力よりも該領域以外の臨界表面張力を小さく低表面エネルギーとなるように制御し、各電極間に半導体材料を含有する溶液を付与して半導体層を形成すると所望のパターンが得られ、上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。 As a result of intensive studies, the present inventors have controlled the critical surface tension other than the region to be lower than the critical surface tension in the formation region of the source electrode and the drain electrode formed opposite to each other on the substrate so as to have a low surface energy. When a solution containing a semiconductor material was applied between the electrodes to form a semiconductor layer, it was found that the desired pattern was obtained and the above-mentioned problems were solved, leading to the present invention. Hereinafter, the present invention will be specifically described.
すなわち、本発明は、基板上に直接またはゲート絶縁層を介してソース電極およびドレイン電極を適宜の間隔で対向形成し、該ソース電極およびドレイン電極間に半導体材料を含有する溶液を付与してパターン化された半導体層を形成する工程を有する、FET構造からなる半導体層のパターン形成方法であって、
前記ソース電極およびドレイン電極形成領域以外のゲート絶縁層または基板の各臨界表面張力は、該ソース電極およびドレイン電極の形成領域における各臨界表面張力よりも小さい低表面エネルギーであることを特徴とする半導体層のパターン形成方法である。
That is, according to the present invention, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate directly or via a gate insulating layer at an appropriate interval, and a solution containing a semiconductor material is applied between the source electrode and the drain electrode to form a pattern. A method for forming a pattern of a semiconductor layer having an FET structure, comprising a step of forming an integrated semiconductor layer,
Each of the critical surface tensions of the gate insulating layer or substrate other than the source electrode and drain electrode formation regions has a low surface energy that is smaller than the respective critical surface tensions in the source electrode and drain electrode formation regions. This is a layer pattern forming method.
また、本発明は、基板上に、少なくとも臨界表面張力の小さい低表面エネルギーのゲート絶縁層を設け、所定のゲート絶縁層上に臨界表面張力の大きな高表面エネルギーのソース電極およびドレイン電極を適宜の間隔で対向形成し、該ソース電極およびドレイン電極間に半導体材料を含有する溶液を付与してパターン化された半導体層を形成する工程を有する、FET構造からなる半導体層のパターン形成方法である。 In the present invention, a low-surface energy gate insulating layer having a low critical surface tension is provided on a substrate, and a high-surface energy source electrode and a drain electrode having a high critical surface tension are appropriately formed on a predetermined gate insulating layer. A method for forming a pattern of a semiconductor layer having an FET structure, comprising a step of forming a patterned semiconductor layer by applying a solution containing a semiconductor material between the source electrode and the drain electrode so as to face each other at intervals.
ここで、上記いずれかのパターン形成方法において、前記ソース電極およびドレイン電極の形成領域以外のゲート絶縁層または基板の臨界表面張力に比べて、10mN/m以上臨界表面張力が大きいソース電極およびドレイン電極を形成する工程を含むことが好適である。 Here, in any one of the pattern forming methods described above, the source electrode and drain electrode having a critical surface tension of 10 mN / m or more larger than the critical surface tension of the gate insulating layer or substrate other than the source electrode and drain electrode formation regions. It is preferable to include a step of forming.
また、上記いずれかのパターン形成方法において、前記ソース電極およびドレイン電極に挟持された低表面エネルギーのゲート絶縁層または基板の間隔が、該ソース電極およびドレイン電極の各幅よりも小さくなるように各電極を形成する工程を含むことが好ましい。 Further, in any one of the above pattern forming methods, each of the low surface energy gate insulating layers or the substrates sandwiched between the source electrode and the drain electrode is made smaller than the width of each of the source electrode and the drain electrode. It is preferable to include the process of forming an electrode.
さらに、上記いずれかのパターン形成方法において、前記ソース電極およびドレイン電極に挟持されたゲート絶縁層または基板の臨界表面張力が、該各電極に挟持されていないゲート絶縁層または基板の臨界表面張力の値よりも大きくなるように作製する工程を含むことが望ましい。 Further, in any one of the above pattern forming methods, the critical surface tension of the gate insulating layer or the substrate sandwiched between the source electrode and the drain electrode is less than the critical surface tension of the gate insulating layer or the substrate not sandwiched between the electrodes. It is desirable to include a step of making the layer to be larger than the value.
そして、上記いずれかのパターン形成方法において、前記ゲート絶縁層は、エネルギーの付加によって臨界表面張力が変化する材料からなることが好ましい。 In any one of the above pattern forming methods, the gate insulating layer is preferably made of a material whose critical surface tension changes with the addition of energy.
また、上記いずれかのパターン形成方法において、前記ゲート絶縁層は、少なくとも第一の材料と第二の材料とからなり、該第一の材料は第二の材料と比較してエネルギーの付加によって臨界表面張力が大きく変化する材料であり、該第二の材料は第一の材料とは別の性能を補完する機能を有する材料であり、
かつ、前記第一の材料と第二の材料はゲート絶縁層厚方向に濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことが望ましい。
In any one of the above pattern forming methods, the gate insulating layer is composed of at least a first material and a second material, and the first material is critical by adding energy as compared with the second material. The material whose surface tension changes greatly, and the second material is a material having a function of complementing the performance different from that of the first material,
In addition, it is desirable that the first material and the second material have a concentration distribution in the thickness direction of the gate insulating layer, and the concentration of the first material in the outermost layer portion is higher than the concentration of the second material.
上記パターン形成方法において、前記第二の材料は、第一の材料と比較して電気絶縁性の高い材料であることが好ましい。 In the pattern forming method, it is preferable that the second material is a material having higher electrical insulation than the first material.
上記パターン形成方法において、前記第二の材料は、第一の材料と比較して高比誘電率の材料であることが好ましい。 In the pattern forming method, the second material is preferably a material having a high relative dielectric constant as compared with the first material.
また、上記いずれかのパターン形成方法において、前記エネルギー付加が紫外線照射により行われ、ゲート絶縁層の臨界表面張力を変化させて低表面エネルギー領域を形成することが望ましい。 In any one of the above pattern forming methods, it is preferable that the energy addition is performed by ultraviolet irradiation to change a critical surface tension of the gate insulating layer to form a low surface energy region.
さらに、前記いずれかのパターン形成方法において、前記ゲート絶縁層は、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることが好ましい。 Furthermore, in any one of the pattern forming methods, the gate insulating layer is preferably made of a polymer material having a hydrophobic group in a side chain.
上記パターン形成方法において、前記側鎖に疎水性基を有する高分子材料は、ポリイミド構造を有する材料からなることが好適である。 In the pattern forming method, the polymer material having a hydrophobic group in the side chain is preferably made of a material having a polyimide structure.
また、前記いずれかのパターン形成方法において、前記半導体層は、有機半導体からなることが好ましい。 In any one of the pattern forming methods, the semiconductor layer is preferably made of an organic semiconductor.
さらに、前記いずれかのパターン形成方法において、前記ソース電極およびドレイン電極間に半導体材料を含有する溶液を付与する方法が、インクジェット法であることが好適である。 Furthermore, in any one of the pattern forming methods, it is preferable that a method of applying a solution containing a semiconductor material between the source electrode and the drain electrode is an ink jet method.
そして、本発明は、前記いずれかの半導体層のパターン形成方法により半導体層がパターニングされたことを特徴とする電子素子に係るものである。 The present invention also relates to an electronic device characterized in that a semiconductor layer is patterned by any one of the semiconductor layer pattern forming methods.
さらに、本発明は、上記の電子素子が絶縁性基板上に複数形成されたことを特徴とする電子素子アレイに係るものである。
ここで、上記絶縁性基板が、臨界表面張力の小さい低表面エネルギー領域を有するゲート絶縁層を兼ねることが好ましい。
Furthermore, the present invention relates to an electronic element array, wherein a plurality of the electronic elements are formed on an insulating substrate.
Here, it is preferable that the insulating substrate also serves as a gate insulating layer having a low surface energy region having a small critical surface tension.
また、本発明は、上記いずれかに記載の電子素子アレイを備えたことを特徴とする表示装置係るものである。 The present invention also relates to a display device comprising any one of the electronic element arrays described above.
本発明によれば、FET構造を有する素子の半導体層を、製造工程が簡便で、高速、かつメンテナンス性よく、有機半導体材料にダメージを与えることなく任意のパターン形状で容易に、しかも確実に形成できるパターン形成方法が提供できる。そして、この製造方法によって容易に、電気特性、誘電特性など性能の良好な電子素子が得られる。また、この電子素子を用いれば、簡便で容易に低コストで電子素子アレイが提供でき、さらにこの電子素子アレイを使用することによって容易に安価な表示装置を提供することが可能になる。 According to the present invention, a semiconductor layer of an element having an FET structure can be easily and reliably formed in an arbitrary pattern shape without damaging an organic semiconductor material, with a simple manufacturing process, high speed and good maintainability. A pattern forming method that can be used can be provided. An electronic device having good performance such as electrical characteristics and dielectric characteristics can be easily obtained by this manufacturing method. If this electronic element is used, an electronic element array can be provided simply and easily at a low cost, and further, an inexpensive display device can be easily provided by using this electronic element array.
前述のように本発明は、電界効果型トランジスタ(FET)構造を有する素子における半導体層のパターン形成方法に関するものであり、基板上に適宜の間隔で対向形成されたソース電極およびドレイン電極間に半導体材料を含有する溶液を付与してパターン化された半導体層を形成する工程を有する。その際、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート絶縁層を介して形成されるか、または基板上に直接形成され、さらに、該ソース電極およびドレイン電極形成領域以外のゲート絶縁層または基板の各臨界表面張力は、該ソース電極およびドレイン電極の形成領域における各臨界表面張力よりも小さい低表面エネルギーに制御されることを特徴とするものである。
なお、本発明における臨界表面張力の大小、すなわち表面エネルギーの高低は相対的なものであり、後述のようにその差が10mN/m以上であることが好適である。
As described above, the present invention relates to a method for forming a pattern of a semiconductor layer in an element having a field effect transistor (FET) structure, and a semiconductor between a source electrode and a drain electrode formed to face each other at an appropriate interval on a substrate. A step of applying a solution containing the material to form a patterned semiconductor layer. At that time, the source electrode and the drain electrode are formed through the gate insulating layer or directly formed on the substrate, and each critical surface of the gate insulating layer or the substrate other than the source electrode and drain electrode forming regions is formed. The tension is controlled to have a low surface energy smaller than each critical surface tension in the region where the source electrode and the drain electrode are formed.
In the present invention, the magnitude of the critical surface tension, that is, the level of the surface energy is relative, and the difference is preferably 10 mN / m or more as described later.
また本発明は、半導体層のパターン形成方法における特定の形態に関するものであり、基板上に、少なくとも臨界表面張力の小さい低表面エネルギーのゲート絶縁層を設け、所定のゲート絶縁層上に臨界表面張力の大きな高表面エネルギーのソース電極およびドレイン電極を適宜の間隔で対向形成し、各電極間に半導体材料を含有する溶液を付与してパターン化された半導体層を形成する工程を有することを特徴とするものである。
以下、本発明の好適な形態について図を参照して説明する。
The present invention also relates to a specific form of the semiconductor layer pattern forming method, wherein a low surface energy gate insulating layer having at least a small critical surface tension is provided on a substrate, and the critical surface tension is provided on the predetermined gate insulating layer. A high surface energy source electrode and a drain electrode facing each other at an appropriate interval, and a solution containing a semiconductor material is applied between the electrodes to form a patterned semiconductor layer. To do.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は、本発明を実施するのに好適なトランジスタ素子の構成例を示す概略断面図である。図3において、基板1上にゲート電極2が設けられ、その上にゲート絶縁層4が形成されている。ゲート絶縁層4上にソース電極5およびドレイン電極6が間隔を設けて対向形成されている。
この構成において、ソース電極5およびドレイン電極6の表面は、それぞれ臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部Sa、Daとされ、一方、該各電極間のゲート絶縁層4の表面、および各電極が形成されている領域以外のゲート絶縁層4の表面は、それぞれ臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部4a、4bとなるように制御されて形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a transistor element suitable for carrying out the present invention. In FIG. 3, a gate electrode 2 is provided on a substrate 1, and a gate insulating layer 4 is formed thereon. A source electrode 5 and a drain electrode 6 are formed on the gate insulating layer 4 so as to face each other with a space therebetween.
In this configuration, the surfaces of the source electrode 5 and the drain electrode 6 are respectively high surface energy portions Sa and Da having a large critical surface tension, while the surface of the gate insulating layer 4 between the electrodes and the electrodes are formed. The surface of the gate insulating layer 4 other than the region that is formed is controlled so as to be low
上記構成とされたソース電極5およびドレイン電極6間に、半導体材料を含有する溶液を付与した場合、ソース電極5およびドレイン電極6がバンク、いわゆる堤防となり、ゲート絶縁層4の低表面エネルギー部4bに半導体層が形成されることはなく、図3に示したようなパターン化された半導体層3が形成された素子を得ることができる。
When a solution containing a semiconductor material is applied between the source electrode 5 and the drain electrode 6 configured as described above, the source electrode 5 and the drain electrode 6 serve as banks, so-called dikes, and the low
さらに、本発明を実施するのに好適なトランジスタ素子の別の構成例を図4の概略断面図に示す。
図4において、基板1上にソース電極5およびドレイン電極6が間隔を設けて対向形成されている。ソース電極5およびドレイン電極6の表面はそれぞれ臨界表面張力の大きい高表面エネルギー部Sa、Daとされ、一方、該各電極間の基板1の表面、および各電極が形成されている領域以外の基板1の表面は、それぞれ臨界表面張力の小さい低表面エネルギー部1a、1bとなるように制御されて形成されている。
Further, another structural example of a transistor element suitable for carrying out the present invention is shown in a schematic sectional view of FIG.
In FIG. 4, a source electrode 5 and a drain electrode 6 are formed on a substrate 1 so as to face each other with a gap therebetween. The surfaces of the source electrode 5 and the drain electrode 6 are high surface energy portions Sa and Da having a large critical surface tension, respectively, while the surface of the substrate 1 between the electrodes and the substrate other than the region where the electrodes are formed. The surface of 1 is formed so as to be a low
上記構成とされたソース電極5およびドレイン電極6間に、半導体材料を含有する溶液を付与した場合、ソース電極5およびドレイン電極6がバンク、いわゆる堤防となり、基板1の低表面エネルギー部1bに半導体層が形成されることはなく、図4に示したようなパターン化された半導体層3が形成される。半導体層3が形成された後、ゲート絶縁層4およびゲート電極2を形成して素子を得ることができる。
When a solution containing a semiconductor material is applied between the source electrode 5 and the drain electrode 6 configured as described above, the source electrode 5 and the drain electrode 6 serve as banks, so-called dikes, and a semiconductor is formed on the low
なお、半導体層3の形状は、前記図3や図4に示されるような断面形状である必要はなく、半導体層3の各パターンが分離独立し、チャネルが形成される部位に半導体層が形成された形状であればよい。半導体層の他の形状例を図5(a)、(b)に示す。 Note that the shape of the semiconductor layer 3 does not have to be a cross-sectional shape as shown in FIG. 3 or FIG. 4, and the semiconductor layer is formed at a site where each pattern of the semiconductor layer 3 is separated and independent and a channel is formed. Any shape may be used. Another example of the shape of the semiconductor layer is shown in FIGS.
上記発明によれば、FET構造を有する素子の半導体層を、有機半導体材料にダメージを与えることなく任意のパターン形状で容易に形成することができる。このような製造方法は、工程が簡便で、かつ高速に製造できメンテナンス性もよい。 According to the above invention, the semiconductor layer of the element having the FET structure can be easily formed in an arbitrary pattern shape without damaging the organic semiconductor material. Such a manufacturing method has a simple process, can be manufactured at high speed, and has good maintainability.
また本発明は、前記図3または4に示したソース電極5およびドレイン電極6の形成領域以外のゲート絶縁層4または基板1の臨界表面張力に比べて、10mN/m以上臨界表面張力が大きいソース電極5およびドレイン電極6を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
半導体材料を含有する液体をチャネル部にのみ確実に付着させるためには、前述のように、ソース電極5およびドレイン電極6の高表面エネルギー部とゲート絶縁層4または基板1の低表面エネルギー部の、いわゆるの臨界表面張力差の大きいことが必要であるが、この差を10mN/m以上とすることにより、所定の場所に確実に半導体材料を含有する溶液を付着させ半導体層のパターン形成を行うことができる。
Further, the present invention provides a source having a critical surface tension of 10 mN / m or more larger than the critical surface tension of the gate insulating layer 4 or the substrate 1 other than the region where the source electrode 5 and the drain electrode 6 shown in FIG. The method includes a step of forming the electrode 5 and the drain electrode 6.
In order to reliably attach the liquid containing the semiconductor material only to the channel part, as described above, the high surface energy part of the source electrode 5 and the drain electrode 6 and the low surface energy part of the gate insulating layer 4 or the substrate 1 are used. Although a so-called critical surface tension difference is required to be large, by setting this difference to 10 mN / m or more, a solution containing a semiconductor material is surely adhered to a predetermined place to form a pattern of the semiconductor layer. be able to.
さらに本発明は、図6の概略断面図に示す構成を一例とすると、ソース電極5およびドレイン電極6に挟持された低表面エネルギーのゲート絶縁層4の間隔Cwが、ソース電極の幅Swおよびドレイン電極の幅Dwよりも小さくなるように各電極を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
なお、図6ではゲート絶縁層4上にソース電極5およびドレイン電極6を設ける場合を示しているが、前述の図4のようにソース電極5およびドレイン電極6が直接基板1上に形成される場合も同様である。
Furthermore, in the present invention, taking the configuration shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 6 as an example, the distance Cw between the low-surface energy gate insulating layers 4 sandwiched between the source electrode 5 and the drain electrode 6 is the width of the source electrode Sw The method includes the step of forming each electrode so as to be smaller than the width Dw of the electrode.
Although FIG. 6 shows the case where the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided on the gate insulating layer 4, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed directly on the substrate 1 as shown in FIG. The same applies to the case.
上記のように構成すると、ソース電極の幅Swおよびドレイン電極の幅Dwに比較して、ゲート絶縁層4の間隔Cw、すなわちチャネル長が小さく、ゲート絶縁層4の低表面エネルギーとソース電極5およびドレイン電極6の高表面エネルギーとの差に基づきブロッキングが有効に働くため、半導体層のパターニングが良好に行われる。 When configured as described above, the distance Cw of the gate insulating layer 4, that is, the channel length is smaller than the width Sw of the source electrode and the width Dw of the drain electrode, and the low surface energy of the gate insulating layer 4 and the source electrode 5 and Since blocking works effectively based on the difference from the high surface energy of the drain electrode 6, the semiconductor layer is well patterned.
そして本発明は、図7の概略断面図に示す構成を一例とすると、ソース電極5およびドレイン電極6に挟持されたゲート絶縁層4の低表面エネルギー部7aの臨界表面張力が、ソース電極5およびドレイン電極6に挟持されていないゲート絶縁層4の低表面エネルギー部7bにおける臨界表面張力の値よりも大きくなるように作製する工程を含むことを特徴とするものである。
このような構成とすることにより、各電極に挟持されたゲート絶縁層4の表面エネルギーとソース電極5およびドレイン電極6の表面エネルギーとの差が少なくなり、各電極の臨界表面張力に近い値となり、密着性が良い半導体層を形成することができる。したがって、各パターン形成箇所における連続的な半導体層が形成され、その結果性能の良好な電子素子が提供される。
In the present invention, taking the configuration shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7 as an example, the critical surface tension of the low surface energy portion 7a of the gate insulating layer 4 sandwiched between the source electrode 5 and the drain electrode 6 is The method includes a step of manufacturing the gate insulating layer 4 not sandwiched between the drain electrodes 6 so as to be larger than the critical surface tension value in the low
By adopting such a configuration, the difference between the surface energy of the gate insulating layer 4 sandwiched between the electrodes and the surface energy of the source electrode 5 and the drain electrode 6 is reduced, and becomes a value close to the critical surface tension of each electrode. A semiconductor layer with good adhesion can be formed. Therefore, a continuous semiconductor layer is formed at each pattern formation location, and as a result, an electronic device with good performance is provided.
図8(a)および(b)は、前記図7において、ゲート絶縁層4の低表面エネルギー部7aの臨界表面張力と、ソース電極5およびドレイン電極6の高表面エネルギー部Sa、Daの臨界表面張力との差を変化させ、半導体層を形成した場合の外観状態を示す俯瞰図である。
図8(a)は、低表面エネルギー部7aと高表面エネルギー部Sa、Daとの差が大きい場合について、各電極間に半導体材料を含有する液体を付与して半導体層を形成した素子の俯瞰図である。半導体層の付着していないところが見受けられ、パターニングができていないことが分かる。
8A and 8B show the critical surface tension of the low surface energy portion 7a of the gate insulating layer 4 and the critical surfaces of the high surface energy portions Sa and Da of the source electrode 5 and the drain electrode 6 in FIG. It is a bird's-eye view which shows the external appearance at the time of changing the difference with tension | tensile_strength and forming a semiconductor layer.
FIG. 8A shows an overview of an element in which a semiconductor layer is formed by applying a liquid containing a semiconductor material between the electrodes when the difference between the low surface energy portion 7a and the high surface energy portions Sa and Da is large. FIG. It can be seen that the semiconductor layer is not attached and patterning is not possible.
一方、図8(b)は、低表面エネルギー部7aと高表面エネルギー部Sa、Daとの差がより少ない場合について、各電極間に半導体材料を含有する液体を付与して半導体層を形成した素子の俯瞰図である。半導体層の良好なパターニングができていることが分かる。 On the other hand, in FIG. 8B, in the case where the difference between the low surface energy portion 7a and the high surface energy portions Sa and Da is smaller, a semiconductor layer is formed by applying a liquid containing a semiconductor material between the electrodes. It is an overhead view of an element. It can be seen that the semiconductor layer is well patterned.
また本発明は、前記ゲート絶縁層が、エネルギーの付加によって臨界表面張力が変化する材料からなることを特徴とするものである。
臨界表面張力が変化する材料を用いることによって、エネルギーの付加によりゲート絶縁層表面に前述のような低表面エネルギー部を容易に形成することが可能となり、確実に半導体層のパターンが形成できる。
本発明に用いることのできるこのようなゲート絶縁層用材料としては、限定するものではないが、例えば、パラキシリレン、プルランおよびその誘導体、ポリビニルフェノールなどが挙げられる。
In the invention, it is preferable that the gate insulating layer is made of a material whose critical surface tension is changed by application of energy.
By using a material whose critical surface tension changes, it is possible to easily form the low surface energy portion as described above on the surface of the gate insulating layer by adding energy, and the pattern of the semiconductor layer can be surely formed.
Examples of such a gate insulating layer material that can be used in the present invention include, but are not limited to, paraxylylene, pullulan and derivatives thereof, and polyvinylphenol.
そして本発明は、前記ゲート絶縁層が、少なくとも第一の材料と第二の材料とからなるものである。そして、第一の材料は第二の材料と比較してエネルギーの付加によって臨界表面張力が大きく変化する材料であり、第二の材料は第一の材料とは別の性能を補完する機能を有する材料であると共に、第一の材料と第二の材料はゲート絶縁層厚方向に濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことを特徴とするものである。 In the present invention, the gate insulating layer comprises at least a first material and a second material. The first material is a material whose critical surface tension is greatly changed by the addition of energy as compared with the second material, and the second material has a function of complementing the performance different from that of the first material. The first material and the second material have a concentration distribution in the gate insulating layer thickness direction, and the concentration of the first material in the outermost layer portion is higher than the concentration of the second material. It is what.
上記においてさらに望ましくは、最表層部における第一の材料濃度は100%に近いことが好ましい。このようにすると、臨界表面張力の制御、すなわち濡れ性変化機能を確実に発現することが可能となる。
上記のような構成とすることによって、確実に低表面エネルギー部を作製することが可能となり、容易に半導体層のパターン形成を行うことができる。
More desirably, the first material concentration in the outermost layer is preferably close to 100%. In this way, it is possible to reliably control the critical surface tension, that is, to exhibit the wettability changing function.
With the above-described configuration, it is possible to reliably manufacture a low surface energy portion, and a semiconductor layer pattern can be easily formed.
上記第一の材料と第二の材料の構成例を図9(a)、(b)の断面模式図に示す。
図9(a)に示す構造は、第一の材料からなる層を作製した後に第二の材料からなる層を順次積層して作製することが可能である。各層の作製方法としては、真空蒸着などの真空プロセスを用いることも可能であるし、溶液を用いた塗布プロセスを使用することも可能である。
The structural example of said 1st material and 2nd material is shown to the cross-sectional schematic diagram of Fig.9 (a), (b).
The structure shown in FIG. 9A can be manufactured by sequentially stacking layers made of the second material after forming layers made of the first material. As a manufacturing method of each layer, a vacuum process such as vacuum deposition can be used, or a coating process using a solution can be used.
一方、図9(b)は、第一と第二の材料が混在し、厚さ方向に偏り無く濃度勾配を有する構成を示す。このような構造を得るためのプロセスとしては、第一の材料と第二の材料を混合した溶液を基板に塗布、乾燥する方法が挙げられる。
この方法は、第一の材料の極性が第二の材料と比較して小さい場合、または第一の材料の分子量が小さい場合などに適用される。すなわち、乾燥時に溶媒が蒸発するまでの間に第一の材料が表面側に移行し、表面側に濃度の高い分布を有する状態で層を形成することができる場合である。
On the other hand, FIG. 9B shows a configuration in which the first and second materials are mixed and have a concentration gradient without deviation in the thickness direction. As a process for obtaining such a structure, there is a method in which a solution in which a first material and a second material are mixed is applied to a substrate and dried.
This method is applied when the polarity of the first material is smaller than that of the second material, or when the molecular weight of the first material is small. That is, it is a case where the first material moves to the surface side before the solvent evaporates at the time of drying, and a layer can be formed with a high concentration distribution on the surface side.
なお、塗布プロセスを用いた場合は、図9(b)に示したように、第一の材料からなる層と第二の材料からなる層は、界面によって明確に分離できない場合が多いが、本発明においては、最表層部における第一の材料濃度が第二の材料濃度よりも高ければ適用できる。
また、図10(c)〜(e)の断面模式図に示したように、膜厚方向に対して所定の濃度分布で前記第一および第二の材料が混在・偏在していてもよい。なお、臨界表面張力が変化する構成とされたゲート絶縁層(濡れ変化材料層)が3種類以上の材料から構成されている場合は、3層以上の積層構造からなっていても構わないし、層構造を持たずに膜厚方向に対して所定の濃度分布で材料が混在していてもよい。
When the coating process is used, as shown in FIG. 9B, the layer made of the first material and the layer made of the second material often cannot be clearly separated by the interface. The present invention can be applied if the first material concentration in the outermost layer is higher than the second material concentration.
Moreover, as shown in the schematic cross-sectional views of FIGS. 10C to 10E, the first and second materials may be mixed and unevenly distributed with a predetermined concentration distribution in the film thickness direction. In addition, when the gate insulating layer (wetting change material layer) configured to change the critical surface tension is composed of three or more kinds of materials, the gate insulating layer may be composed of three or more layers, Materials may be mixed with a predetermined concentration distribution in the film thickness direction without having a structure.
また本発明は、前記第二の材料が、第一の材料と比較して電気絶縁性の高い材料であることを特徴とするものである。
このような材料構成とすることによって、電気絶縁性が高く確実に低表面エネルギー部を作製可能なゲート絶縁層が提供できるとともに、微細な導電層パターンを容易に形成することができる。
In addition, the present invention is characterized in that the second material is a material having higher electrical insulation than the first material.
With such a material structure, it is possible to provide a gate insulating layer that has high electrical insulation and can reliably manufacture a low surface energy portion, and a fine conductive layer pattern can be easily formed.
上記において、電気絶縁性に優れた第二の材料とエネルギーの付加によって臨界表面張力が大きく変化する第一の材料の組成割合(第二の材料/第一の材料)は、重量比で50/50〜99/1である。
上記組成割合における第一の材料の重量比が増加するにつれて、ゲート絶縁層(濡れ変化材料層)の電気絶縁性が低くなり、50を超えると電子素子の絶縁層としては不向きとなる。一方、第一の材料の重量比が減少し、1未満になると濡れ性変化が小さくなるため、導電層のパターニングが良好でなくなる。そのため、両者の混合比は、望ましくは60/40〜95/5、さらに望ましくは70/30〜90/10である。また、本発明におけるゲート絶縁層(濡れ変化材料層)の体積固有抵抗値は、1×1012Ω・cm前後からそれ以上であることが好ましい。
In the above, the composition ratio (second material / first material) of the first material in which the critical surface tension greatly changes due to the addition of energy and the second material excellent in electrical insulation is 50 / weight ratio. 50-99 / 1.
As the weight ratio of the first material in the composition ratio increases, the electrical insulation of the gate insulating layer (wetting change material layer) decreases, and if it exceeds 50, it becomes unsuitable as an insulating layer of an electronic device. On the other hand, when the weight ratio of the first material is reduced and the weight ratio is less than 1, the change in wettability becomes small, so that the patterning of the conductive layer is not good. Therefore, the mixing ratio of both is desirably 60/40 to 95/5, and more desirably 70/30 to 90/10. Further, the volume resistivity of the gate insulating layer (wetting change material layer) in the present invention is preferably about 1 × 10 12 Ω · cm or more.
さらに本発明は、前記第二の材料が、第一の材料と比較して高比誘電率の材料であることを特徴とするものである。
このような材料構成とすることによって、確実に低表面エネルギー部を作製可能なゲート絶縁層が提供できるとともに、容易に半導体層のパターン形成を行うことが可能となり、また絶縁層全体の比誘電率が大きくなることから、低電圧で駆動可能な素子を提供することができる。本発明における高誘電率とは、無機半導体で用いられている酸化シリコンの比誘電率4.0以上を指す。
Furthermore, the present invention is characterized in that the second material is a material having a higher relative dielectric constant than the first material.
With such a material structure, a gate insulating layer capable of reliably producing a low surface energy portion can be provided, and a semiconductor layer can be easily patterned, and the relative dielectric constant of the entire insulating layer can be provided. Therefore, an element that can be driven at a low voltage can be provided. The high dielectric constant in the present invention refers to a relative dielectric constant of 4.0 or more of silicon oxide used in inorganic semiconductors.
そして本発明は、前記ゲート絶縁層が、側鎖に疎水性基を有する高分子材料からなることを特徴とするものである。
このような側鎖に疎水性基を有する高分子材料を用いることによって、エネルギーを付加して形成される撥水部と親水部の差が大きくなるため、ゲート絶縁層(濡れ変化材料層)上に微細な電極パターニングが施された積層構造体を作製することができ、繊細な半導体層のパターン形成を行うことが可能となる。図11に側鎖に疎水性基を有する高分子材料を説明するための概念図を示す。
In the present invention, the gate insulating layer is made of a polymer material having a hydrophobic group in a side chain.
By using such a polymer material having a hydrophobic group in the side chain, the difference between the water-repellent part and the hydrophilic part formed by applying energy increases, so the gate insulating layer (wetting change material layer) In addition, it is possible to manufacture a laminated structure on which fine electrode patterning is performed, and it is possible to form a pattern of a delicate semiconductor layer. FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining a polymer material having a hydrophobic group in a side chain.
図11において、Lは、例えば、ポリイミドや(メタ)アクリレート等の骨格を有する高分子材料の主鎖を示し、R1〜R4は、主鎖Lに直接あるいは図示しない結合基を介して結合した疎水性基を有する側鎖を示す。なお、R1〜R4は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。 In FIG. 11, L represents a main chain of a polymer material having a skeleton such as polyimide or (meth) acrylate, and R1 to R4 are hydrophobic bonded to the main chain L directly or through a bonding group (not shown). The side chain which has a sex group is shown. R1 to R4 may be the same or different from each other.
上記疎水性基としては、末端構造が−CF2CH3、−CF2CF3、−CF(CF3)2、−C(CF3)3、−CF2H、−CFH2等の基が挙げられる。
ここで、分子鎖同士を配向しやすくするためには、炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数4以上のものがより好ましい。さらには、アルキル基の水素原子の2個以上がフッ素原子に置換されたポリフルオロアルキル基(以下、「Rf基」と記す。)が好ましく、特に炭素数4〜20のRf基が好ましく、とりわけ、炭素数6〜12のRf基が好ましい。Rf基は直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。さらに、疎水性基は、アルキル基の水素原子の実質的に全てがフッ素原子に置換されたパーフルオロアルキル基が好ましい。パーフルオロアルキル基はCnF2n+1−(ただし、nは4〜16の整数)で表わされる基が好ましく、特に、nが6〜12の整数である場合の該基が好ましい。パーフルオロアルキル基は直鎖構造であっても分岐構造であっても構わないが、直鎖構造が好ましい。
Examples of the hydrophobic group include groups having a terminal structure of —CF 2 CH 3 , —CF 2 CF 3 , —CF (CF 3 ) 2 , —C (CF 3 ) 3 , —CF 2 H, —CFH 2, etc. Can be mentioned.
Here, in order to facilitate the orientation of molecular chains, a group having a long carbon chain length is preferable, and a group having 4 or more carbon atoms is more preferable. Furthermore, a polyfluoroalkyl group in which two or more of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms (hereinafter referred to as “Rf group”) is preferable, and an Rf group having 4 to 20 carbon atoms is particularly preferable. The Rf group having 6 to 12 carbon atoms is preferred. The Rf group may have a linear structure or a branched structure, but a linear structure is preferred. Further, the hydrophobic group is preferably a perfluoroalkyl group in which substantially all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with fluorine atoms. The perfluoroalkyl group is preferably a group represented by C n F 2n + 1 — (where n is an integer of 4 to 16), particularly preferably when n is an integer of 6 to 12. The perfluoroalkyl group may have a linear structure or a branched structure, but a linear structure is preferred.
上記材料については特開平3−178478号公報等に詳しく記載されて周知であり、加熱状態で液体また固体と接触させたときに親液性となり、空気中で加熱すると疎液性となる性質を有する。すなわち、熱エネルギーの付加によって臨界表面張力を変化させることができる。なお、臨界表面張力は接触媒体の選択によって変化する。 The above materials are well known in detail in JP-A-3-178478 and the like, and become lyophilic when brought into contact with a liquid or solid in a heated state and become lyophobic when heated in air. Have. That is, the critical surface tension can be changed by the addition of thermal energy. The critical surface tension varies depending on the selection of the contact medium.
さらに、疎水性基としては、フッ素原子を含まない−CH2CH3、−CH(CH3)2、−C(CH3)3等の末端構造を有する基を挙げることができる。
この場合にも、分子鎖同士を配向しやすくするためには炭素鎖長の長い基が好ましく、炭素数4以上のものがより好ましい。疎水性基は、直鎖構造であっても分岐構造であってもよいが、直鎖構造の方が好ましい。上記アルキル基は、ハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数1〜12の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有していてもよい。Rの結合部位が多いほど表面エネルギーが低く(臨界表面張力が小さく)、疎液性になると考えられる。なお、紫外線照射等のエネルギー付加によって結合の一部が切断されるか、あるいは、配向状態が変化するために臨界表面張力が増加し、親液性になるものと推察される。
Furthermore, examples of the hydrophobic group include groups having a terminal structure such as —CH 2 CH 3 , —CH (CH 3 ) 2 , and —C (CH 3 ) 3 that do not contain a fluorine atom.
Also in this case, in order to facilitate the orientation of molecular chains, a group having a long carbon chain length is preferable, and a group having 4 or more carbon atoms is more preferable. The hydrophobic group may have a linear structure or a branched structure, but a linear structure is preferred. The alkyl group contains a phenyl group substituted with a halogen atom, a cyano group, a phenyl group, a hydroxyl group, a carboxyl group, or a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or an alkoxy group. Also good. It is considered that the more R bonding sites, the lower the surface energy (the smaller the critical surface tension) and the more lyophobic. In addition, it is speculated that a part of the bond is broken by energy addition such as ultraviolet irradiation, or the critical state tension increases due to the change of the orientation state and becomes lyophilic.
また、ポリイミドや(メタ)アクリレート等の骨格を有する前記図11の主鎖Lに図示しない結合基を介して疎水性基を有する側鎖については、下記文献Aや文献Bに記載されている二種類のポリイミドからなるブロック共重合体やポリメチルメタクリレートを、側鎖に用いることも可能である。
文献A:”Preparation of porous polyimides from selfassembled graft copolymers” E.Y.Lebedeva, B.S.Kesler, K.R.Carter, Polymer Preprint, vol.40(1), pp494-495 (1999).
文献B:”Nanoporous low-k polyimide films prepared from poly(amic acid)s with grafted poly(methylmethacrylate)/poly(acrylamide) side chains” G.D.Fu, W.C.Wang, S.Li, E.T.Kang, K.G.Neoh, W.T.Tseng, D.J.Liaw, Journal of Materials Chemistry, vol.13, pp2150-2156 (2003).
Further, the side chain having a hydrophobic group via a bonding group (not shown) in the main chain L of FIG. 11 having a skeleton such as polyimide or (meth) acrylate is described in the following documents A and B. It is also possible to use a block copolymer made of various types of polyimide or polymethyl methacrylate for the side chain.
Reference A: “Preparation of porous polyimides from self assembled graft copolymers” EYLebedeva, BSKesler, KRCarter, Polymer Preprint, vol.40 (1), pp494-495 (1999).
Reference B: “Nanoporous low-k polyimide films prepared from poly (amic acid) s with grafted poly (methylmethacrylate) / poly (acrylamide) side chains” GDFu, WCWang, S.Li, ETKang, KGNeoh, WTTseng, DJLiaw, Journal of Materials Chemistry, vol.13, pp2150-2156 (2003).
さらに本発明は、前記側鎖に疎水性基を有する高分子材料が、ポリイミド構造を有する材料からなることを特徴とするものである。
ポリイミド構造からなる高分子材料は、電気絶縁性、耐薬品性、耐熱性に優れているため、ゲート絶縁層上に電極層等を形成する際に、溶媒や焼成による温度変化によって、膨潤したりクラックが入るといったことがない。このため、各種性能に優れた低表面エネルギー部が作製可能なゲート絶縁層を提供できるとともに、確実に半導体層のパターン形成を行うことが可能となる。また、絶縁層を2種類以上の材料から構成する場合においては、耐熱性、耐溶剤性、親和性を考慮すると、側鎖に疎水性基を有する高分子材料以外の材料もポリイミドからなることが望ましい。
Furthermore, the present invention is characterized in that the polymer material having a hydrophobic group in the side chain is made of a material having a polyimide structure.
A polymer material composed of a polyimide structure is excellent in electrical insulation, chemical resistance, and heat resistance. Therefore, when an electrode layer or the like is formed on the gate insulation layer, it may swell due to temperature change due to solvent or baking. There is no such thing as a crack. Therefore, it is possible to provide a gate insulating layer capable of producing a low surface energy portion excellent in various performances, and to surely form a pattern of the semiconductor layer. Further, when the insulating layer is composed of two or more kinds of materials, considering heat resistance, solvent resistance, and affinity, materials other than the polymer material having a hydrophobic group in the side chain may be made of polyimide. desirable.
本発明で用いられる側鎖に疎水性基を有するポリイミド構造を有する高分子材料の疎水性基としては、限定するものではないが、例えば、ポリイミドを構成するアミン化合物として下記構造式(1)〜(6)で示されるジアミン化合物のいずれかを含むことができる。 Although it does not limit as a hydrophobic group of the high molecular material which has a polyimide structure which has a hydrophobic group in the side chain used by this invention, For example, following structural formula (1)-as an amine compound which comprises a polyimide. Any of the diamine compounds represented by (6) can be included.
上記構造式(1)中、Xは−CH2−または−CH2CH2−であり、A1は1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたは1〜4個のフッ素で置換された1,4−フェニレンであり、A2、A3およびA4はそれぞれ独立して単結合、1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレンまたは1〜4個のフッ素で置換された1,4−フェニレンであり、B1、B2、B3はそれぞれ独立して単結合または−CH2CH2−であり、B4は炭素数1〜10までのアルキレンであり、R3、R4、R5、R6、およびR7はそれぞれ独立して炭素数が1〜10までのアルキルであり、pは1以上の整数である。 In the structural formula (1), X is —CH 2 — or —CH 2 CH 2 —, and A 1 is substituted with 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene or 1 to 4 fluorines. 1,4-phenylene, wherein A 2 , A 3 and A 4 are each independently a single bond, 1,4-cyclohexylene, 1,4-phenylene or 1,4 substituted with 1 to 4 fluorines -Phenylene, B 1 , B 2 and B 3 are each independently a single bond or —CH 2 CH 2 —, B 4 is alkylene having 1 to 10 carbon atoms, R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , and R 7 are each independently alkyl having 1 to 10 carbon atoms, and p is an integer of 1 or more.
上記構造式(2)中、T、UおよびVはそれぞれ独立してベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、これら環上の任意のHは炭素数1〜3のアルキル、炭素数1〜3のフッ素置換アルキル、F、ClまたはCNで置換されていてもよく、mおよびnはそれぞれ独立して0〜2の整数であり、hは0〜5の整数であり、RはH、F、Cl、CNまたは1価の有機基であり、mが2の場合の2個のUまたはnが2の場合の2個のVはそれぞれ同じでも異なっていてもよい。 In the above structural formula (2), T, U and V are each independently a benzene ring or a cyclohexane ring, and any H on these rings is alkyl having 1 to 3 carbon atoms and fluorine substitution having 1 to 3 carbon atoms. Optionally substituted with alkyl, F, Cl or CN, m and n are each independently an integer from 0 to 2, h is an integer from 0 to 5, and R is H, F, Cl, CN Or it is a monovalent organic group, and two V when m is 2 or two V when n is 2 may be the same or different.
上記構造式(3)中、連結基Zは、CH2、CFH、CF2、CH2CH2またはCF2Oであり、環Yは1,4−シクロへキシレンまたは1〜4個のHがFまたはCH3で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり、A1〜A3はそれぞれ独立して単結合、1,4−シクロへキシレンまたは1〜4個のHがFまたはCH3で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり、B1〜B3はそれぞれ独立して単結合、炭素数1〜4のアルキレン、酸素原子、炭素数1〜3のオキシアルキレンまたは炭素数1〜3のアルキレンオキシであり、RはH、任意のCH2がCF2で置き換えられてもよい炭素数1〜10のアルキル、または1個のCH2がCF2で置き換えられてもよい炭素数1〜9のアルコキシもしくはアルコキシアルキルであり、ベンゼン環に対するアミノ基の結合位置は任意の位置である。ただし、ZがCH2である場合には、B1〜B3のすべてが同時に炭素数1〜4のアルキレンであることはなく、ZがCH2CH2であって、環Yが1,4−フェニレンである場合には、A1およびA2がともに単結合であることはなく、またZがCF2Oである場合には、環Yが1,4−シクロへキシレンであることはない。 In the structural formula (3), the linking group Z is CH 2 , CFH, CF 2 , CH 2 CH 2 or CF 2 O, and the ring Y is 1,4-cyclohexylene or 1 to 4 H atoms. 1,4-phenylene which may be replaced by F or CH3, A1 to A3 are each independently a single bond, 1,4-cyclohexylene or 1 to 4 Hs are replaced by F or CH3 1,4-phenylene, and B1 to B3 are each independently a single bond, alkylene having 1 to 4 carbon atoms, oxygen atom, oxyalkylene having 1 to 3 carbon atoms or alkyleneoxy having 1 to 3 carbon atoms. There, R represents H, any of the CH 2 is CF 2 at replaced with 1 to 10 carbon atoms which may alkyl or one CH 2 may or alkoxy having 1 to 9 carbon atoms which may be replaced by CF 2, Is alkoxyalkyl The bonding position of the amino group to the benzene ring is an arbitrary position. However, when Z is CH 2 , all of B1 to B3 are not simultaneously alkylene having 1 to 4 carbon atoms, Z is CH 2 CH 2 , and ring Y is 1,4-phenylene. , A 1 and A 2 are not both single bonds, and when Z is CF 2 O, ring Y is not 1,4-cyclohexylene.
上記構造式(4)中、R2は水素原子または炭素数1〜12のアルキル基であり、Z1はCH2基であり、mは0〜2であり、環Aはベンゼン環またはシクロヘキサン環であり、lは0または1であり、各Y1は独立に酸素原子またはCH2基であり、各n1は独立に0または1である。 In the structural formula (4), R 2 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, Z 1 is a CH 2 group, m is 0 to 2, and ring A is a benzene ring or a cyclohexane ring. Wherein l is 0 or 1, each Y 1 is independently an oxygen atom or a CH 2 group, and each n 1 is independently 0 or 1.
上記構造式(5)中、各Y2は独立に酸素原子またはCH2基であり、R3、R4は独立に水素原子、炭素数1〜12のアルキル基またはパーフルオロアルキル基であり、少なくとも一方は炭素数3以上のアルキル基、またはパーフルオロアルキル基であり、各n2は独立に0または1である。 In the structural formula (5), each Y 2 is independently an oxygen atom or a CH 2 group, R 3 and R 4 are independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a perfluoroalkyl group, At least one is an alkyl group having 3 or more carbon atoms or a perfluoroalkyl group, and each n 2 is independently 0 or 1.
前記ジアミン化合物については、限定されるものではないが、例えば、特開2002−162630号公報、特開2003−96034号公報、特開2003−267982号公報等に詳しく記載されている。 The diamine compound is not limited, but is described in detail, for example, in JP-A Nos. 2002-162630, 2003-96034, and 2003-267882.
上記構造式(6)中、nは3〜21の整数を示す。なお、溶媒への溶解性を考慮すると5から15が好ましい。
この化合物については、例えば、特開平5−43687号に詳しく記載されている。
In the structural formula (6), n represents an integer of 3 to 21. In view of solubility in a solvent, 5 to 15 is preferable.
This compound is described in detail, for example, in JP-A-5-43687.
一方、これらのジアミン化合物とともにポリイミドの主鎖骨格を構成するために用いられるテトラカルボン酸二無水物については、脂肪族系、脂環式、芳香族系など種々の材料を用いることが可能である。 On the other hand, various materials such as aliphatic, alicyclic and aromatic materials can be used for the tetracarboxylic dianhydride used for constituting the main chain skeleton of polyimide together with these diamine compounds. .
具体的には、限定されるものではないが、ピロメリット酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物などである。この他特開平11−193345号公報、特開平11−193346号公報、特開平11−193347号公報等に詳しく記載されている材料についても用いることが可能である。 Specific examples include, but are not limited to, pyromellitic dianhydride, cyclobutane tetracarboxylic dianhydride, butane tetracarboxylic dianhydride, and the like. In addition, materials described in detail in JP-A-11-193345, JP-A-11-193346, JP-A-11-193347, and the like can also be used.
上記構造式(1)〜(6)のジアミンと各種酸二無水物を用いて合成した疎水性基を含むポリイミドは単独で用いてもよいし、他の材料と混合して用いてもよい。ただし、混合して用いる場合は、耐熱性、耐溶剤性、親和性を考慮すると、混合する材料もポリイミド構造を有するものであることが望ましい。 Polyimides containing hydrophobic groups synthesized using the diamines of the structural formulas (1) to (6) and various acid dianhydrides may be used alone or in combination with other materials. However, when mixed and used, it is desirable that the material to be mixed has a polyimide structure in consideration of heat resistance, solvent resistance and affinity.
なお、本実施の形態におけるゲート絶縁層の厚さは30nm〜3μmが好ましく、50nm〜1μmがさらに好ましい。30nmより薄い場合にはバルク体としての特性(絶縁性、ガスバリア性、防湿性等)が損なわれ、3μmより厚い場合には表面形状が悪化するため好ましくない。 Note that the thickness of the gate insulating layer in this embodiment is preferably 30 nm to 3 μm, and more preferably 50 nm to 1 μm. If it is thinner than 30 nm, the properties as a bulk body (insulating properties, gas barrier properties, moisture resistance, etc.) are impaired, and if it is thicker than 3 μm, the surface shape is deteriorated.
さらに本発明は、前記エネルギー付加が紫外線照射により行われ、ゲート絶縁層の臨界表面張力を変化させて低表面エネルギー領域を形成することを特徴とするものである。
このようにすれば、微細なパターンが容易に形成可能となる。紫外線としては100nmから300nmの比較的短い波長の光が含まれるのが望ましい。
Further, the present invention is characterized in that the energy addition is performed by ultraviolet irradiation, and the critical surface tension of the gate insulating layer is changed to form a low surface energy region.
In this way, a fine pattern can be easily formed. The ultraviolet rays preferably include light having a relatively short wavelength of 100 nm to 300 nm.
また本発明は、前記半導体層が、有機半導体からなることを特徴とするものである。
有機半導体とすることにより、ゲート絶縁層と半導体層との界面特性を極めて良好なものとすることができると共に、印刷法等の簡易なプロセスにより容易に半導体層のパターン形成を行うことが可能となる。
In the present invention, the semiconductor layer is made of an organic semiconductor.
By using an organic semiconductor, the interface characteristics between the gate insulating layer and the semiconductor layer can be made extremely good, and the patterning of the semiconductor layer can be easily performed by a simple process such as a printing method. Become.
上記有機半導体材料としては、限定するものではないが、例えば、ペンタセン、アントラセン、テトラセン、フタロシアニンなどの有機低分子、ポリアセチレン系導電性高分子、ポリパラフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体などのポリフェニレン系導電性高分子、ポリピロールおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリフランおよびその誘導体等の複素環系導電性高分子、ポリアニリンおよびその誘導体等の各種イオン性導電性高分子等の有機半導体を用いることができる。 Examples of the organic semiconductor material include, but are not limited to, organic low molecules such as pentacene, anthracene, tetracene, and phthalocyanine, polyacetylene conductive polymers, polyparaphenylene and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, and the like. Use organic semiconductors such as polyphenylene-based conductive polymers, polypyrrole and derivatives thereof, polythiophene and derivatives thereof, heterocyclic conductive polymers such as polyfuran and derivatives thereof, and various ionic conductive polymers such as polyaniline and derivatives thereof be able to.
そして本発明は、前記ソース電極およびドレイン電極間に半導体材料を含有する溶液を付与する方法が、インクジェット法であることを特徴とするものである。
すなわち、より小さな液滴を供給できるインクジェット法を利用することにより、表面エネルギーの影響を受けやすくすることができ、半導体層の微細なパターンが容易に形成可能となる。また、小さな液滴を必要量供給する方法を適用するので、半導体材料を無駄に使用せずに半導体層のパターン形成を行うことが可能となる。
The present invention is characterized in that the method for applying a solution containing a semiconductor material between the source electrode and the drain electrode is an ink jet method.
That is, by using an ink jet method capable of supplying smaller droplets, it can be easily affected by surface energy, and a fine pattern of a semiconductor layer can be easily formed. In addition, since a method of supplying a necessary amount of small droplets is applied, it is possible to form a pattern of a semiconductor layer without using a semiconductor material wastefully.
さらに本発明は、前記いずれかに記載の半導体層のパターン形成方法により半導体層がパターニングされた電子素子を提供するものである。
前述のパターン形成方法によれば、製造プロセスが簡便であってかつ高精細なパターニングができるため、良好な特性の電子素子を提供することが可能となる。
Furthermore, the present invention provides an electronic device in which a semiconductor layer is patterned by any one of the semiconductor layer pattern forming methods described above.
According to the pattern forming method described above, since the manufacturing process is simple and high-definition patterning can be performed, it is possible to provide an electronic device having good characteristics.
また本発明は、上記電子素子が絶縁性基板上に複数形成された電子素子アレイを提供するものである。
図12は、本発明における電子素子がゲート絶縁膜を介して絶縁性基板上に複数設置される電子素子アレイ(TFTアレイ)の構成例示す概略断面図である。
図12に示すように、電子素子アレイ19は、基板11上にゲート電極12、ゲート絶縁膜14、ソース電極15およびドレイン電極16、半導体層13、層間絶縁膜17が順次設けられてなる電子素子18がそれぞれ2次元的に複数個形成されている。
このような構成の電子素子アレイは簡便、かつ容易に低コストで製作可能であると共に、チャネル領域を含む半導体層13が島状に形成されているので隣接する素子への電流リークが発生せず良好な素子特性を発揮することができる。
The present invention also provides an electronic element array in which a plurality of the electronic elements are formed on an insulating substrate.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of an electronic element array (TFT array) in which a plurality of electronic elements in the present invention are installed on an insulating substrate via a gate insulating film.
As shown in FIG. 12, an electronic element array 19 includes an electronic element in which a
The electronic element array having such a structure can be manufactured easily and easily at low cost, and the
さらにまた本発明は、前記電子素子アレイの絶縁性基板が、臨界表面張力の小さい低表面エネルギー領域を有するゲート絶縁層を兼ねることを特徴とするものである。
図13は、本発明における電子素子が直接絶縁性基板上に複数設置される電子素子アレイの(TFTアレイ)の構成例を示す概略断面図である。
図13に示すように、電子素子アレイ19は、基板11上に、ソース電極15およびドレイン電極16、半導体層13、ゲート絶縁膜14、ゲート電極12が順次設けられてなる電子素子18がそれぞれ2次元的に複数個形成されている。
Furthermore, the invention is characterized in that the insulating substrate of the electronic element array also serves as a gate insulating layer having a low surface energy region having a small critical surface tension.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a (TFT array) of an electronic element array in which a plurality of electronic elements according to the present invention are directly installed on an insulating substrate.
As shown in FIG. 13, the electronic element array 19 includes two electronic elements 18 each having a source electrode 15 and a
前記ゲート絶縁膜を介して電子素子を絶縁性基板上に複数設置した場合と同様に、簡便、かつ容易に低コストで製作可能であり、チャネル領域を含む半導体層13が島状に形成されているので隣接する素子への電流リークが発生せず良好な素子特性を得ることができる。
Similar to the case where a plurality of electronic elements are provided on an insulating substrate through the gate insulating film, the
そして本発明は、前記記載の電子素子アレイを備えた表示装置を提供するものである。
上記電子素子アレイを用いれば、容易にしかも安価で表示装置を提供することが可能となる。
図14は、本発明における表示装置の構成例を示す概略断面図である。
図14において、前記図12のように構成された電子素子(TFT)アレイ基板11と透明導電膜23を有する第二の基板24との間に表示素子22が設けられ、TFTによって画素電極を兼ねるドレイン電極16上の表示素子がスイッチングされる。
第二の基板24としては、ガラスやポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチックを用いることができる。表示素子22としては液晶、電気泳動、有機EL等の方式を用いることができる。
And this invention provides the display apparatus provided with the said electronic element array.
If the electronic element array is used, a display device can be provided easily and inexpensively.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a display device according to the present invention.
In FIG. 14, a display element 22 is provided between an electronic element (TFT)
As the second substrate 24, plastic such as glass, polyester, polycarbonate, polyarylate, or polyethersulfone can be used. As the display element 22, a method such as liquid crystal, electrophoresis, organic EL, or the like can be used.
液晶表示素子は、電界駆動であるため消費電力が小さく、また駆動電圧が低いことからTFTの駆動周波数を高くすることができ、大容量表示に適している。液晶表示素子の表示方式として、TN、STN、ゲスト・ホスト型、高分子分散液晶(Polymer-dispersed Liquid Crystal=PDLC)等が挙げられるが、反射型で明るい白色表示が得られる点ではPDLCが好ましい。 Since the liquid crystal display element is driven by an electric field, the power consumption is low, and the driving voltage is low, so that the driving frequency of the TFT can be increased, which is suitable for large-capacity display. Examples of the display method of the liquid crystal display element include TN, STN, guest-host type, and polymer-dispersed liquid crystal (PDLC). PDLC is preferable in that a bright white display can be obtained in a reflective type. .
電気泳動表示素子は第一の色(例えば白色)を呈する粒子を第二の色を呈する着色分散媒中に分散した分散液からなるもので、第一の色を呈する粒子は着色分散媒中で帯電することにより、電界の作用で分散媒中における存在位置を変えることができ、それによって呈する色が変化する。この表示方式によれば明るく、視野角の広い表示ができ、また表示メモリー性があるため、特に消費電力の観点から好ましく使用される。 The electrophoretic display element is composed of a dispersion liquid in which particles exhibiting a first color (for example, white) are dispersed in a coloring dispersion medium exhibiting a second color. The particles exhibiting the first color are contained in the coloring dispersion medium. By being charged, the position in the dispersion medium can be changed by the action of an electric field, and the color to be exhibited thereby changes. According to this display method, it is possible to display brightly and with a wide viewing angle, and since it has a display memory property, it is preferably used particularly from the viewpoint of power consumption.
上記分散液を高分子膜で包んだマイクロカプセルとすることにより、表示動作が安定化するとともに、表示装置の製造が容易になる。
マイクロカプセルはコアセルベーション法、In−Situ重合法、界面重合法等公知の方法で製作することができる。白色粒子としては、酸化チタンが特に好適に用いられ、必要に応じて表面処理あるいは他の材料との複合化等が施される。
By using microcapsules in which the dispersion is wrapped with a polymer film, the display operation is stabilized and the display device can be easily manufactured.
Microcapsules can be produced by a known method such as a coacervation method, an In-Situ polymerization method, or an interfacial polymerization method. Titanium oxide is particularly preferably used as the white particles, and surface treatment or compounding with other materials is performed as necessary.
分散媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭化水素類、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物、シリコーンオイル等の抵抗率の高い有機溶媒を使用するのが好ましい。分散媒を着色するためには、所望の吸収特性を有するアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染が用いられる。分散液中には分散安定化のために界面活性剤等を添加してもよい。 Dispersion media include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthenic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, kerosene, paraffinic hydrocarbons, trichloroethylene, tetrachloroethylene, trichlorofluoroethylene, odor It is preferable to use an organic solvent having high resistivity such as halogenated hydrocarbons such as ethyl halide, fluorine-containing ether compounds, fluorine-containing ester compounds, and silicone oil. In order to color the dispersion medium, oil-soluble dyes such as anthraquinones and azo compounds having desired absorption characteristics are used. A surfactant or the like may be added to the dispersion for stabilization of dispersion.
有機EL素子は自発光型であるため、鮮やかなフルカラー表示を行うことができる。またEL層は非常に薄い有機薄膜であるので、柔軟性に富み、特にフレキシブルな基板上に形成するのに適している。 Since the organic EL element is a self-luminous type, vivid full color display can be performed. Further, since the EL layer is a very thin organic thin film, it has a high flexibility and is particularly suitable for being formed on a flexible substrate.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその趣旨を逸脱しない限り下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples without departing from the gist thereof.
(実施例1)
以下の手順で前記図3に示したのと同様の構成のTFT素子を作製した。
(1):ガラス基板上に膜厚60nmのAlを真空蒸着し、フォトリソエッチングにより40μmの幅に加工し、ゲート電極を形成した。
(2):化学蒸着法(CVD)を用いてポリパラキシリレンのゲート絶縁層を形成した。
(3):メタルマスクを介してAuを蒸着することで電極幅40μm、電極間隔5μmのソース電極層およびドレイン電極層を形成した。
(4):パターン形成装置としてインクジェット装置を用意し、このインクジェット装置にポリ3ヘキシルチオフェンのキシレン混合溶液を充填した。
(5):上記各電極が形成された基板をパターン形成装置にセットした。
(6):パターン形成装置にパソコンから信号を送信し、ソース電極およびドレイン電極の電極間(チャネル部)が被覆される位置にポリ3ヘキシルチオフェンのキシレン混合溶液を吐出し、面積が約64μm角の半導体パターンを形成した。
(7):最後に180℃のオーブンで60分加熱して半導体層を形成し、TFT素子を作製した。
なお、上記工程において形成されるソース電極およびドレイン電極形成領域以外のゲート絶縁層の各臨界表面張力は、図3で示したのと同様に各電極の臨界表面張力よりも小さい低表面エネルギーに制御されている。
Example 1
A TFT element having the same configuration as that shown in FIG. 3 was prepared according to the following procedure.
(1): A 60 nm-thick Al film was vacuum-deposited on a glass substrate and processed to a width of 40 μm by photolithography to form a gate electrode.
(2): A gate insulating layer of polyparaxylylene was formed by chemical vapor deposition (CVD).
(3): Au was evaporated through a metal mask to form a source electrode layer and a drain electrode layer having an electrode width of 40 μm and an electrode interval of 5 μm.
(4): An inkjet apparatus was prepared as a pattern forming apparatus, and this inkjet apparatus was filled with a xylene mixed solution of poly-3-hexylthiophene.
(5): The substrate on which each of the electrodes was formed was set in a pattern forming apparatus.
(6): A signal is transmitted from the personal computer to the pattern forming apparatus, and a xylene mixed solution of poly (3-hexylthiophene) is discharged to a position where the space between the source electrode and the drain electrode (channel portion) is covered, and the area is about 64 μm square. The semiconductor pattern was formed.
(7): Finally, a semiconductor layer was formed by heating in an oven at 180 ° C. for 60 minutes to produce a TFT element.
The critical surface tension of the gate insulating layer other than the source electrode and drain electrode formation regions formed in the above process is controlled to a low surface energy smaller than the critical surface tension of each electrode as shown in FIG. Has been.
上記手順によって得られたTFT素子の俯瞰図を図15に示す。図15に示されているように有機半導体材料にダメージを与えることなく所定のパターン形状からなる半導体層が形成されている。
このTFTの移動度は9.8×10-3cm2/Vs、On/Off比は650であり、半導体層をスピンコート法で形成する場合に較べて遜色なかった。
An overhead view of the TFT element obtained by the above procedure is shown in FIG. As shown in FIG. 15, a semiconductor layer having a predetermined pattern shape is formed without damaging the organic semiconductor material.
The mobility of this TFT was 9.8 × 10 −3 cm 2 / Vs, and the On / Off ratio was 650, which was inferior to that in the case where the semiconductor layer was formed by spin coating.
(実施例2)
以下の手順で前記図12に示したのと同様のTFT素子構造を有するアレイを作製した。
(1):ガラス基板上に膜厚60nmのAlを真空蒸着し、フォトリソエッチングにより40μmの幅に加工し、ゲート電極を形成した。
(2):加熱処理後に下記構造式(7)および構造式(8)で表されるポリイミド構造体となるポリイミド前駆体を溶解した混合溶液を、スピンコート法にて塗布し250℃で加熱処理してゲート絶縁層を作製した。
(3):開口幅が40μm、開口部間のスペースが5μmのパターンを施したマスクをゲート絶縁層に圧着し、紫外線を9J/cm2の条件で照射した。
(Example 2)
An array having the same TFT element structure as that shown in FIG. 12 was prepared by the following procedure.
(1): A 60 nm-thick Al film was vacuum-deposited on a glass substrate and processed to a width of 40 μm by photolithography to form a gate electrode.
(2): After heat treatment, a mixed solution in which a polyimide precursor that becomes a polyimide structure represented by the following structural formula (7) and structural formula (8) is dissolved is applied by a spin coat method, and the heat treatment is performed at 250 ° C. Thus, a gate insulating layer was produced.
(3): A mask provided with a pattern having an opening width of 40 μm and a space between openings of 5 μm was pressure-bonded to the gate insulating layer, and irradiated with ultraviolet rays at 9 J / cm 2 .
(4):インクジェット装置を用いて導電性高分子であるPEDOT/PSS(ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリエチレンスルフォン酸)の水溶液を、ゲート絶縁層の紫外線照射により形成された高表面エネルギー部に付与した。
(5):付与された導電性高分子溶液を200℃で焼成し、ソースならびにドレイン電極層を形成した。
(6):上記各電極が形成された基板をパターン形成装置にセットした。
(7):パターン形成装置にパソコンから信号を送信し、ソース電極およびドレイン電極の電極間(チャネル部)が被覆される位置にポリ3ヘキシルチオフェンのキシレン混合溶液を吐出し、64μm角の半導体パターンを形成した。
(8):最後に180℃のオーブンで60分加熱して半導体層を形成し、TFT素子構造を有するアレイを作製した。
なお、上記工程において形成されるソース電極およびドレイン電極形成領域以外のゲート絶縁層の各臨界表面張力は、前記図3で示したのと同様に各電極の臨界表面張力よりも小さい低表面エネルギーに制御されている。
(4): An aqueous solution of PEDOT / PSS (polyethylenedioxythiophene / polyethylenesulfonic acid), which is a conductive polymer, was applied to the high surface energy part formed by ultraviolet irradiation of the gate insulating layer using an inkjet apparatus.
(5): The applied conductive polymer solution was baked at 200 ° C. to form a source and drain electrode layer.
(6): The substrate on which each of the electrodes was formed was set in a pattern forming apparatus.
(7): A signal is transmitted from the personal computer to the pattern forming apparatus, and a xylene mixed solution of poly (3-hexylthiophene) is discharged to a position where the space between the source electrode and the drain electrode (channel portion) is covered, and a semiconductor pattern of 64 μm square Formed.
(8): Finally, a semiconductor layer was formed by heating in an oven at 180 ° C. for 60 minutes to produce an array having a TFT element structure.
The critical surface tensions of the gate insulating layer other than the source electrode and drain electrode formation regions formed in the above process are low surface energy smaller than the critical surface tension of each electrode as shown in FIG. It is controlled.
以上の工程により、基板上に32×32個(素子間ピッチ500μm)のTFT素子を有する電子素子アレイを作製した。TFTの平均的な特性は移動度が3.5×10-3cm2/Vs、On/Off比が2500であった。 Through the above steps, an electronic element array having 32 × 32 (inter-element pitch 500 μm) TFT elements on the substrate was produced. The average characteristics of the TFT were a mobility of 3.5 × 10 −3 cm 2 / Vs and an On / Off ratio of 2500.
1 基板
2 ゲート電極
3 半導体層
4 ゲート絶縁層
4a 低表面エネルギー部
4b 低表面エネルギー部
5 ソース電極
6 ドレイン電極
Sa 高表面エネルギー部
Da 高表面エネルギー部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Gate electrode 3 Semiconductor layer 4 Gate insulating layer 4a Low
Claims (18)
前記ソース電極およびドレイン電極形成領域以外のゲート絶縁層または基板の各臨界表面張力は、該ソース電極およびドレイン電極の形成領域における各臨界表面張力よりも小さい低表面エネルギーであることを特徴とする半導体層のパターン形成方法。 A patterned semiconductor layer is formed by forming a source electrode and a drain electrode facing each other at an appropriate interval directly on a substrate or via a gate insulating layer, and applying a solution containing a semiconductor material between the source electrode and the drain electrode. A method for forming a pattern of a semiconductor layer having an FET structure, the method comprising:
Each of the critical surface tensions of the gate insulating layer or substrate other than the source electrode and drain electrode formation regions has a low surface energy that is smaller than the respective critical surface tensions in the source electrode and drain electrode formation regions. Layer pattern formation method.
かつ、前記第一の材料と第二の材料はゲート絶縁層厚方向に濃度分布を有し、最表層部における第一の材料の濃度が第二の材料の濃度よりも高いことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体層のパターン形成方法。 The gate insulating layer is composed of at least a first material and a second material, and the first material is a material whose critical surface tension is greatly changed by the addition of energy as compared with the second material, The second material is a material having a function to complement the performance different from the first material,
The first material and the second material have a concentration distribution in the thickness direction of the gate insulating layer, and the concentration of the first material in the outermost layer is higher than the concentration of the second material. The pattern formation method of the semiconductor layer in any one of Claims 1-6.
A display device comprising the electronic element array according to claim 16.
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