JP5036219B2 - 有機薄膜トランジスタを有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。

近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）装置を有する表示装置の様々な研究開発が行われている。このＴＦＴは、低消費電力・省スペースであるため、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡなどの携帯装置の表示装置駆動用トランジスタとして使用され始めている。このようなＴＦＴは、結晶質シリコンや非晶質シリコンを代表とする無機半導体材料により大部分が作製されている。これは、従来の半導体装置の製造工程・製造技術を用いて作製できるためである。しかしながら、半導体製造工程を用いる場合、半導体膜形成時の処理温度が３５０℃以上になるため形成できる基板に制約がある。特に、プラスチックに代表されるフレキシブルな基板は、耐熱温度が３５０℃以下のものが多く通常の半導体製造工程を用いた無機半導体材料のＴＦＴ作製は困難である。

この問題に対して、最近、低温で作製可能な、有機半導体材料を用いたＴＦＴ装置(以下、有機ＴＦＴと略称する)の研究開発が進められている。有機ＴＦＴは、有機半導体膜が低温形成可能であるため、プラスチックなどの耐熱性の低い基板上への形成も可能となる。そのため、従来に無いフレキシブルな新デバイスの作製が可能となる。

有機ＴＦＴを形成する際の有機半導体膜の形成方法としては、有機半導体材料に依って、インクジェットなどの印刷法、回転塗布法、スプレー法、転写法、蒸着法、ディッピング法、キャスト法等の中から最適な方法が用いられている。例えば、ペンタセン誘導体等の低分子化合物は蒸着法等で成膜されており、ポリチオフェン誘導体等の高分子化合物は、溶液から成膜される。有機薄膜トランジスタを有する半導体装置の製造方法に関する例としては、例えば、特開２００４−８００２６号公報（特許文献１参照）などをあげることが出来る。この例では、毛細管現象を用いて有機半導体材料の使用量を抑える工夫をなしている。

最近では、インクジェット、マイクロディスペンス、転写法などに代表される印刷工程を用いることによって、無駄なく少量の有機半導体材料でＴＦＴのチャネル部を作製することで更なる低価格化を進める研究開発が行われている。加えて、電極や配線部も印刷により作製する研究開発も行われ始めている。

特開２００４−８００２６号公報 特開２００３−１５８１３４号公報 特開２００３−３２１４７９号公報

上述の様に、印刷技術を用いるＴＦＴ製法は、低価格化できる特徴がある。しかし、現在の通常の印刷技術では位置合わせ精度が２０μｍ程度であり、最新の技術を用いても数μｍ程度である。このため印刷工程による、微細なＴＦＴの作製は困難である。特に、ゲート電極（下部電極）とソース／ドレイン電極（上部電極）の位置ずれが起こると、寄生容量が増えてしまったり、複数のTFTを作成した場合、性能にばらつきが生じてしまったりなどの問題を引き起こしてしまう。この位置ずれは、インクジェット法では、ノズルから噴出した材料が基板までに飛翔する際に起こるといわれている。転写法では、転写ロールから基板へ材料を転写する際に起こるといわれている。

このため、現在、有機半導体膜形成、配線工程などは印刷工程、絶縁膜形成やコンタクトホール形成などは従来の半導体工程、電極形成は印刷もしくは従来の半導体工程を用いている。この場合、両方式の組み合わせであるため、フォトリソグラフィ関連装置、印刷装置、成膜装置、エッチング装置等作製装置が多岐にわたることや、コンタクトホール形成工程、電極形成工程などにフォトマスクが必要となるために製造コストが増大してしまう。

この対策として、フォトマスクを必要としない位置ずれの無い方法も検討され始めている。例えば、特許文献２には、感光性組成物を用い、ソース及びドレイン電極をマスクとして裏面からのフォトリソグラフィによって、位置ずれの無いゲートパタン形成を行う方法が開示されている。この方法を用いると、位置ずれの無いパタン形成は可能であるが、感光性組成物フォトリソグラフィ工程が含まれるため、感光性組成物塗布、加熱、露光、現像といった工程が含まれそれぞれに装置を含めたコストと時間がかかってしまう。また、通常の半導体工程で使われる感光性組成物フォトリソ工程を用いると、フレキシブル基板などの特殊基板は使用できない可能性がある。また、基板にプラスチックなどの有機系基板を使用すると、感光性組成物溶剤に溶解してしまうという問題もある。

また、前記感光性組成物として、感光性自己組織化膜（以下、感光性SAMと称す）を用いた方法も検討されている。前記感光性SAMは、未露光部分は撥水性であり、露光した部分が親水性になる特徴を持つ。この特長を用いて、親水部に導電性材料を選択的に印刷し電極や配線を形成する。感光性SAMとしては、パーフルオロアルキル基を有するシランカップリング剤、レジストに代表される感光性組成物の感光基を有するシランカップリング剤等が報告されている。パーフルオロ基を有する感光性SAMは、親水性を発現させるために200nm程度の短波長の光を用いて主鎖を切断する反応を用いており、通常のフレキシブル基板では300nm以下の光は透過しないために、フレキシブル基板を用いた前記裏面露光では反応しない。また、レジスト感光基を有する感光性SAMは、感光基を変えることによって露光波長を調整できるため、フレキシブル基板を透過する光で反応できうる物もある。しかし、これまでは、露光後リンスを行わない、もしくは有機溶媒でリンスを行うため一定の親水性になるためには時間がかかり、さらに十分な親水性にならないといった問題もある。有機リンス後、無機アルカリ処理により親水性をあげる方法もあるが、工程数が増えデバイス作成時間が膨大になってしまう。

このような問題に対して、本発明の目的は、印刷法を用いて、短時間で、２０μｍ程度の微細なパタン形状を有し、フォトマスクを使用することなくお互いにずれが１μｍ以内に位置合せされた下部電極と上部電極が絶縁膜を介して対峙する電極を有する高性能有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。

本発明は、印刷技術を用いて当該装置が形成され、下部電極をマスクとして裏面からの露光によるフォトリソグラフィ工程により下部電極直上とその他の部分の水の接触角の違いを用いることにより上部電極が下部電極と自己整合して配置されている様々な基板に対応した有機薄膜トランジスタを有する半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の代表的な形態は、上部電極と下部電極の位置合わせ工程のみをフォトマスクを用いずにソース及びドレイン電極材料を露光により変化した水の接触角の差を用いて形成する工程を用い、その他全ての工程を印刷法で形成する製造方法を用いる。透光性の基板を用い、その透光性基板上に導電性材料を用いて印刷、焼成することにより不透光性のゲート電極（下部電極）を作製する。その上に、透光性の絶縁膜、露光により水の接触角の変わる感光性自己組織化膜、ソース及びドレイン電極材料である導電性材料溶液を必要な面積に、順次印刷法により積層する。次に、図２０（ａ）〜（ｄ）に示すプロセスフローにより、下部電極をマスクとし基板裏面より感光性自己組織化膜を露光し、その後、有機アルカリ水溶液でリンス、水でリンスを行うことによって露光部と未露光部の水の接触角差を大きくし、その差を利用して印刷により導電性材料溶液を印刷することで、下部電極に位置合わせされたソース及びドレイン電極パタンが形成できる。こうして、下部電極と上部電極の精密な位置合わせが可能となる。その後、下部電極直上に有機半導体材料を印刷または蒸着することによって、有機薄膜トランジスタを形成する。

本発明によれば、印刷法を用いて、１μｍ以内に正確に位置合せされた下部電極と上部電極が絶縁膜を介して対峙する電極を有する有機薄膜トランジスタを有する半導体装置を提供することが出来る。

本願発明の諸形態を具体的に説明するに先立って、本発明の主な形態並びに使用する具体的材料等につき詳細に説明する。

本発明の骨子は、透光性材料からなる基板上に、有機半導体で構成されたチャネル部と、前記チャネル部に接した透光性材料からなる絶縁膜と、前記絶縁膜に接した不透光性材料からなるゲート電極と、前記チャネル部で離間された１対のソース及びドレイン電極を有する有機薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極をマスク領域とした、前記基板裏面からの露光により、前記１対のソース及びドレイン両電極のゲート電極側の端部が設定されることを特徴とする。更に、好ましくは、前記チャネル部、前記絶縁膜、前記ゲート電極、前記ソース及びドレイン電極が印刷法により形成されるのが良い。

前記１対のソース及びドレイン両電極のゲート電極側の端部を設定する為の露光の工程の例を述べれば、次の通りである。即ち、透光性基板上部に不透光性のゲート電極（下部電極）を形成する工程と、前記ゲート電極を少なくとも覆って透光性ゲート絶縁膜を形成する工程と感光性自己組織化膜を塗布する工程と、前記透光性基板裏面より露光する工程と、前記露光後、有機アルカリ水溶液でリンス洗浄、続いて水によりリンス洗浄する工程と、露光部に導電性材料溶液を印刷し、焼成することによりソース及びドレイン電極（上部電極）を形成する工程と、チャネル部を形成する為の有機半導体層を形成する工程と、を有する。ここで、図２０（ａ）〜（ｄ）に示すプロセスフローにより、上部電極（ソース及びドレイン電極）と下部電極（ゲート電極）とが自己整合的に形成される。

この場合、具体的な手順として、代表的には次の２つがある。即ち、第１は、前記有機半導体膜を形成する工程が、前記上部電極材料層を形成する工程より前になされるものである。第２は、前記有機半導体膜を形成する工程が、前記上部電極材料層を形成する工程より後になされるものである。

又、不透光性のゲート電極を形成する工程、前記ゲート絶縁膜を形成する工程、前記少なくとも前記ゲート絶縁膜上に電極材料層を形成する工程のいずれもが、印刷法を用いてなされることは、本発明の目的を達成するにより好ましい。
前記塗布法は、インクジェット法、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、及び転写法などが代表的な例である。本発明の目的に、諸部分の形成に、これらの内の少なくとも一つを用いるのが、実際的である。

次に、本発明に使用する具体的材料等につき説明する。

前記透光性基板の代表例は、珪素化合物或いは有機化合物である。更に、透光性基板の具体例を例示すれば、ガラス板や石英基板、フレキシブルな樹脂製シートいわゆるプラスチックフィルムである。プラスチックフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエテールスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリレート、ポリイミド、ポリカーボネイト、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネート等を例としてあげることが出来る。プラスチックフィルムはフレキシブルに曲がる特徴を有する。装置のフレキシブルな特徴を要請される各種応用に有利である。

上記導電性材料としては、ナノ微粒子、錯体、高分子の形態をとり、溶媒中に分散して液体材料を形成できる金属、金属酸化物、または導電性高分子材料からなるインクである。

上記透光性絶縁膜材料としては、有機絶縁高分子類であり、ポリイミド誘導体、ベンゾシクロブテン誘導体、フォトアクリル誘導体、ポリスチレン誘導体、ポリビニルフェノール誘導体、ポリエステル誘導体、ポリカーボネイト誘導体、ポリエステル誘導体、ポリ酢酸ビニル誘導体、ポリウレタン誘導体、ポリスルフォン誘導体、アクリレート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを例としてあげることが出来る。加えて、絶縁材料としては、シリコン酸化物、シリコン窒化物、金属酸化物、金属窒化物などの無機材料も挙げることができる。また、前記絶縁膜は、単層膜でも多層膜でも良く、感光性自己組織化膜形成用に表面を金属酸化物で覆っても良い。

上記有機半導体材料としては、ペンタセン、ルブレンに代表されるポリアセン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリエチレンビニレン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリイソチアナフテン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリジアセチレン誘導体、ポリアズレン誘導体、ポリピレン誘導体、ポリカルバゾール誘導体、ポリセレノフェン誘導体、ポリベンゾフラン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリインドール誘導体、ポリピリダジン誘導体、金属フタロシアニン誘導体、フラーレン誘導体、また、これらの繰り返し単位を2種類以上混合したポリマーもしくはオリゴマーなど例としてあげることが出来る。又、必要に応じてこれらの有機半導体材料にドーピング処理を施しても良い。また、有機半導体トランジスタ性能を向上させるために、有機半導体を印刷する以前の工程により、有機半導体と基板の接着面に表面処理を施しても良い。また、必要ならこれらの有機半導体を積層しても良い。

上記感光性自己組織化膜材料としては、シランカップリング剤を末端に有する化合物であり、露光により水酸基が発現する置換基を有するものである。例えば、特許文献１の一連のシランカップリング剤を有する化合物がある。

上記有機アルカリ水溶液としては、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイドに代表される水酸化アンモニウム化合物の２ｗ％から２５ｗ％水溶液、好ましくは２ｗ％から５ｗ％水溶液を上げることが出来る。

上記感光性自己組織化膜材料の反応例を示す。例として、特許文献３に示されている化学式１（5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl)butanesulfonate）を用いて説明する。上記化学式１（下記に示す）は、トリメトキシシリル基を使って金属酸化物表面に結合を作る。

基板表面にきれいに並んだ状態で、水の接触角は９５度を示した。上記化学式１に、350nmの光を照射すると結合が切れて上記化学式２（下記に示す）となり水酸基が新しく生成する。

この時点での水の接触角は、４０度であった。ここでリンス液としてテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを用い1分間浸漬させ、その後、水で洗浄を行ったところ、下記に示す化学式３（下記に示す）の化合物が形成された。

この時点での水の接触角は２０度となった。また、未露光部分は、すべての処理を通して、水の接触角は、９５度であった。

上記導電性材料の溶媒としては、導電性材料が可溶な溶剤であり、例としては、水、または有機溶媒としては、メチルアミルケトン、乳酸エチル、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールー１−モノメチルエーテルー２−アセタート等の一般的な感光性組成物用溶剤や、ジエチルエーテル、アセトン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、クロロホルム、エタノールなどのアルコール類などが使用できる。必要なら、2種類以上の混合溶媒でも良い。

上記感光性自己組織化膜の成膜方法は、インクジェット法、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、及び転写法などが代表的な例である。

次に、本発明の幾つかの実施例について具体的に説明する。本実施例において、使用し
たインクジェット印刷装置は、位置精度、描画線幅最小値共に２０μｍであったため、ゲート電極線幅は２０μｍとした。

図１から図８は、基板裏面からの露光によりソース及びドレイン電極を形成する本例の製造工程順に示した装置の平面図及び断面図である。各図において、（ａ）は上面図、（ｂ）は図の（ａ）における線Ａ―Ａ’での断面図である。以下、本願明細書における製造工程順に示した装置の上面図及び断面図では、各図の（ａ）を上面図、（ｂ）を断面図で示した。

透光性基板１として有機化合物であるポリカーボネイトを用い、インクジェット印刷法により金ナノ微粒子をトルエン溶液に分散させたものをインクとして線幅２０μｍのゲート電極形状を印刷し、２００℃５分間過熱し金ゲート電極２を形成した（上面図：図１の（ａ）、断面図：図１の（ｂ））。作成したゲート電極の高さは、約１０μｍであった。当該金ナノ微粒子の金属核の粒径は3.5nmであり、金属核の周りはブタンチオレートで覆っている。尚、図１の（ａ）の上面図における、金ゲート電極２は、Ｔ字型をし、且つ縦横の２つの部分に分けられたように描かれている。当該金ゲート電極２はこれらが一体としてゲート電極部を構成している。従って、Ｔ字型を一体として形成するか、少なくとも２つの部分で形成するかは任意であり、その製造方法にも適不適がある。本例のインクジェット印刷では、２つの部分に分けてスキャンして構成する方が適している。他方、例えば転写法などの場合は、Ｔ字型を一体として転写するのが得策である。以下の各上面図、例えば、図２の（ａ）、図３の（ａ）、図４の（ａ）、図５の（ａ）、図６の（ａ）（以下、全ての図番を例示しないが）などにおいても、同じ状況で、図面では２つの部分に分けられたように描かれている。

次に、Poly(methyl silsesquioxane)の１０ｗ％メチルイソブチルケトン溶液をインクジェット印刷法によりゲート絶縁膜形状を形成し、１５０℃２０分間熱処理を行いゲート絶縁膜３を必要部位に形成した(上面図：図２の（ａ）、断面図：図２（ｂ）)。ゲート絶縁膜３の膜厚は約１００ｎｍであった。又、位置ずれを考え、後から形成するソース／ドレイン電極の幅よりも２０μｍ大きめにパターニングした。次に、感光性自己組織化膜材料（5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl)butanesulfonate）の0.1w%トルエン溶液に基板を１０分間ディップし、トルエンでリンス、乾燥後、１１０℃で１０分間焼成し感光性自己組織化膜４を絶縁膜３上に形成した(上面図：図３の（ａ）、断面図：図３（ｂ）)。露光前の自己組織化膜の水の接触角は９５度であった。

基板裏面より高圧水銀灯を用いて２０分間露光を行った(上面図：図４の（ａ）、断面図：図４の（ｂ）)。露光後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．３８ｗ％水溶液に1分間ディップし、その後脱イオン水流水で2分間洗浄した。（上面図：図５の（ａ）、断面図：図５の（ｂ））。この工程終了時に露光部の自己組織化膜の水の接触角は２０度、未露光部は変化無く９５度であった。露光部に、インクジェット法でゲート作成材料と同じ金ナノ微粒子溶液でソース及びドレイン電極７を印刷し、２００℃5分間焼成した(上面図：図６の(ａ)、断面図：図６（ｂ）)。電極パタン７の膜厚は約５μｍであった。この時点での、ゲート電極とソース及びドレイン電極の位置ずれは、０．５μｍとなっていた。

次に、ゲート電極と同様の金ナノ微粒子トルエン溶液を用いてインクジェット印刷法にて、配線８、配線９を印刷し２００℃５分間加熱処理した（上面図：図７の（ａ）、断面図：図７（ｂ））。この時、配線の膜厚は０．５μｍであった。次に、ゲート電極２直上のソース電極７とドレイン電極７の間に有機半導体（Ｐｏｌｙ（３−ｈｅｘｙｌｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２、５−ｄｉｙｌ）Ｒｅｇｉｏｒｅｇｕｌａｒ）のクロロホルム５％溶液を用いインクジェット印刷法によりチャネル部１０を印刷し、１８０℃２分間熱処理を行った（上面図：図８（ａ）、断面図：図８（ｂ））。チャネル部９の厚さは、５μｍであった。

このトランジスタの移動度を求めたところ０．０８５ｃｍ２／Ｖｓとなった。この値は、上下部両電極相互の位置ずれないと考えられる有機薄膜トランジスタの特性である。

前記絶縁膜３、有機半導体層１０の形成は、回転塗布によっても実施することが出来る。回転塗布法による有機薄膜トランジスタの移動度は同等であった。しかし、前述の印刷法は、回転塗布によって形成した場合と比較し、それぞれ溶液の使用量に無駄がなく有利である。

本例は、実施例１と同様の方法により有機半導体トランジスタを２個（19,20）を形成した例である。図９、図１０に本例の上面図及び断面図を示す。各トランジスタの形成方法は前述の実施例１と同様であるが、本例の構成は、各トランジスタの形成後、一方の第１のトランジスタ１９のドレイン電極６と他方のトランジスタ２０の第２のゲート電極２を配線１１により結線している。図９に上面図、図１０に図９でのＡ―Ａ’断面での断面図を示す。両トランジスタの性能は、まったく同じであり、性能ばらつきの無いトランジスタが作成できた。

上記実施例１、２は、コスト及び性能の両面で特に高性能であった代表的な諸例を示した。以下に、その他上記実施例の材料の変更等を行った諸例を説明する。

＜基板について＞ 実施例１における透光性基板を珪素化合物であるガラス基板とする以外は、全て実施例１と同様に行い有機薄膜トランジスタを形成した。このトランジスタの移動度は、プラスチック基板と同等な０．１１ｃｍ２／Ｖｓであった。

＜導電性材料について＞ 実施例１における金ナノ微粒子を銀ナノ微粒子に代える以外はすべて実施例１と同様に行いトランジスタを形成した。このトランジスタの移動度は０．０７７ｃｍ２／Ｖｓであった。白金ナノ微粒子を用いた場合、移動度は０．１ｃｍ２／Ｖｓ、銅ナノ微粒子の場合、移動度は０．０８ｃｍ２／Ｖｓとなり、金ナノ微粒子使用時と同等の性能となった。前記各種材料において、例えば金と銀の仕事関数の差による特性上の差異はあるが、十分本願発明の目的を達成することが出来る。これらの材料中、金ナノ微粒子は、性能上、或いは合成の容易さ、更には保存安定性の諸側面から、最も有利な材料である。また、導電性高分子であるドープされているＰＥＤＯＴを用いた場合、移動度は０．０８ｃｍ２／Ｖｓとなり、上記金属ナノ微粒子を用いた場合と同等の性能を有した。

＜有機半導体材料について＞ 実施例１の金ナノ微粒子溶液を、例えばエメラルディン塩をドープしたポリアニリン溶液に代える以外はすべて実施例１と同様に行い、トランジスタを形成した。このトランジスタの移動度は０．０５ｃｍ２／Ｖｓであった。こうした例も、十分本願発明の目的を達することが出来た。

又、実施例１の有機半導体Ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）/ｐｏｌｙ（ｓ，３−ｄｉｈｙｄｒｏｔｈｉｅｎｏ−［３，４−ｂ］−１，４−ｄｉｏｘｉｎ）の１．３ｗｔ％水溶液を用いてトランジスタを形成した。このトランジスタの移動度は０．０７８ｃｍ２／Ｖｓであった。この例はコスト的には若干有利である。

また、蒸着法を用いてペンタセンを使った場合は、移動度は０．０９ｃｍ２／Ｖｓとなった。この場合印刷法ではないが、一部分の置き換えのため、コスト的には大差が無かった。

＜絶縁膜について＞ 実施例１の絶縁膜をエポキシ化ポリブタジエンの０．５％キシレン溶液を用いた場合、移動度は０．０９ｃｍ２／Ｖｓであった。この値は、実施例１の値とほぼ同等である。本例は、コスト的には若干有利である。

又、絶縁膜をポリヒドロキシスチレンの２％メチルアミルケトン溶液を用いた場合の移動度は０．０７ｃｍ２／Ｖｓであり、本発明の目的を達することが出来る。本例のポリヒドロキシスチレンは安価であり、安全溶剤のメチルアミルケトンが使用できるメリットがある。また、ポリイミドの３％メチルアミルケトン溶液を用いた場合の移動度は０．０７ｃｍ２／Ｖｓであり、本発明の目的を達することが出来る。この場合、若干透過率が下がるため感光性自己組織化膜露光時間が増加する。
これらの有機高分子化合物を絶縁膜として使用する場合は、感光性自己組織化膜を形成するために、絶縁膜表面に、シロキサン化合物膜やシラザン化合物膜を形成する必要があり、コスト、工程が若干増加する。

以上、上述した諸材料のいくつかの例を具体的に説明した。

以上、本願発明を詳細に説明した。本発明によれば、有機半導体製造工程において、（１）印刷法により必要面積に必要材料を描き、（２）下部電極と上部電極の位置合わせの必要な部位は、下部電極と上部電極を自己整合して位置合せして作成する。この為、印刷法を用いて、絶縁膜を介して下部電極と上部電極が正確に位置合せされた電極基板を形成できる。本発明の印刷法を用いれば最小限の面積に必要材料を用いるだけですみ、加えてフォトマスクやレジストリソグラフィ工程が必要なく、スルーホール作成などのエッチング工程などが必要ない。従って、製造コストが大幅に削減できる。

本発明においては、すべての工程が低温形成できるため、基板がプラスチックなどのフレキシブルで、熱によって変形しえる熱可塑性を有する材質で形成されている場合にも、上部配線／電極を下部電極に対して自己整合して形成できる。このような基板を用いたフレキシブルな電子ペーパーのようなディスプレイを作る基板に好適である。

本実施例では、下部電極の少なくとも一部をなすｍ本のゲート電極配線と、上部電極の少なくとも一部をなすｎ本の信号配線の交差部に形成されたｍ×ｎ個の薄膜トランジスタからなる、ｍ行ｎ列アクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板およびその製法を、図１１から図１４を用いて説明する。基本的な作成手順は実施例１と同じである。まず、隣接配置された開口を有するリング状のｎ個の矩形が互いに少なくとも１ヶ所以上の接続部１７（本例では２ヶ所）で接続されたｍ本のゲート配線／電極２が、間隙１８を介して互いに近接配置される（上面図：図１１（ａ）、断面図：図１１（ｂ））。特に、間隙１８の幅ｂと、個々の接続部１７の幅ａを、リング状の開口を有する矩形同士の間隙ｃ以下にすると、この間隙ｃに導電性材料溶液を塗布焼成して、信号配線／ドレイン電極として機能するｎ本の上部電極２３を、接続部１７上の親水領域を乗り越えて下部電極に連続して自己整合した直線形状に形成できる。間隙１８に導電性材料溶液が浸透して、上部電極２３同士がショートすることもない。

また、本実施例では、下部電極２の一部として、一体形成された端子形成用下部電極２１が、ｍ本のゲート配線／電極２の外周を取り囲むように配置される。端子形成用下部電極２１より外側の基板１の端部に上部電極２３が形成されるのを防止するには、この部分にシールマスクを貼り付けて、上部電極２３形成後に剥がせば良い。また、本実施例では、端子形成用下部電極２１の信号端子部２２の幅を上部電極幅ｃよりも大きく取った。これは、単に上部電極端子の面積を大きくして、後述する信号回路との接触抵抗を下げるためばかりでなく、比較的長い信号配線２３を導電性材料溶液で塗布形成するためのインク溜めに利用するためである。すなわち、信号配線２３形成用に幅ｃの間隙に沿って滴下した導電性材料溶液が多過ぎる場合は、この信号端子部２２に導電性材料溶液が流れ込み、また、少な過ぎる場合は、この信号端子２２から導電性材料溶液が供給され、適量の導電性材料溶液で上部電極２３が形成されるように作用する（上面図：図１２（ａ）、断面図：図１２（ｂ））。この電極基板上に、半導体膜１０を実施例３と同様の方法、同様な材料で形成して、ｍ本のゲート配線２とｎ本の信号配線２３の交差部にｍ×ｎ個の薄膜トランジスタが形成される（上面図：図１３（ａ）、断面図：図１３（ｂ））。さらにこの上に、保護膜２６を形成する。このとき、スルーホール２５を形成し、配線を行う。このようにして、自己整合配置されたアクティブマトリクス型薄膜トランジスタ基板を形成できる（上面図：図１４（ａ）、断面図：図１４（ｂ））。このようにして、トランジスタのマトリックスを作成し、それぞれのトランジスタの性能を比較したところ、ばらつきが無く、まったく同じ性能のものが作成できたことが分かった。
（比較例１）
露光後の有機アルカリ水溶液処理工程を、トルエン処理工程に変える他は実施例１と同様な方法で有機半導体を用いたＴＦＴ作成を行った。露光部の水の接触角が下限になるためには、トルエンに基板ごと浸し３０分間の超音波洗浄が必要であった。有機アルカリ水溶液処理方法と比較して、１０倍以上の時間を要した。この時点での水の接触角は、４０度であった。
（比較例２）
比較例１と同様な方法により、露光部の水の接触角が４０度の基板を水酸化ナトリウム１ｗ％水溶液に１分間浸し、水での洗浄を行った。この時点で、水の接触角は、２０度となった。その後の工程は、実施例１と同様な方法で有機ＴＦＴを作成したところ、トランジスタ動作しなかった。

スルーホール２７加工のみを行ったプリント基板１（エポキシ樹脂製）（上面図：図１５（ａ）、断面図：図１５（ｂ））を用意して、配線部分の作成を行った。Poly(methyl silsesquioxane)の２ｗ％メチルイソブチルケトン溶液を回転塗布により基板上に塗布し、１５０℃で２０分間熱処理を行った（上面図：図１６（ａ）、断面図：図１６（ｂ））。
その後、感光性自己組織化膜材料（5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl) butanesulfonate）の0.1w%トルエン溶液に基板を10分間ディップし、トルエンでリンス、乾燥後、110℃で10分間焼成し感光性自己組織化膜４を形成した（上面図：図１７（ａ）、断面図：図１７（ｂ））。パタン描画機能を持つレーザー露光機を用い、３５５ｎｍの波長により、スルーホール間の露光を行った。その後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド２．３８ｗ％水溶液に基板を１分間浸し、水により洗浄を行った（上面図：図１８（ａ）、断面図：図１８（ｂ））。露光部に、インクジェット法で銅ナノ微粒子をトルエン溶液に分散させたものをインクとしてパタンを描き、１８０℃１０分間焼成してスルーホール間に配線２８を形成した（上面図：図１９（ａ）、断面図：図１９（ｂ））。市販されている配線基板と差異無く使用できた。

本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例１のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例２のトランジスタを有する半導体装置の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例２のトランジスタを有する半導体装置の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例３のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例３のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例３のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例３のトランジスタの製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例４の配線基板の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例４の配線基板の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例４の配線基板の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例４の配線基板の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明の実施例４の配線基板の製造工程順に示した平面図及び断面図である。 本発明による自己整合的電極形成プロセスフローを示す図である。

符号の説明

１…基板、２…下部電極（ゲート配線／電極）、３…ゲート絶縁膜、４…感光性自己組織化膜、５…露光光、６…感光後有機アルカリ処理し水の接触角が小さくなった自己組織化膜、７…上部電極（ソース及びドレイン電極）、８…配線、９…配線、１０…有機半導体、１１…配線、１７…ゲート配線の接続部、１８…隣接するゲート配線／電極間の間隙、２１…信号端子形成用下部電極、２２…信号端子、２３…ソース電極、２４…ドレイン電極、２５…スルーホール、２６…保護膜、２７…スルーホール、２８…配線。

Claims (17)

1. 基板上に下部電極を形成する工程と、
   前記下部電極を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上に選択的にソース及びドレイン電極を形成する工程と、
   前記絶縁膜上に前記ソース及びドレイン電極に狭持され、その一端が前記ソース電極に、他端が前記ドレイン電極に接するように有機半導体からなるチャネル部を選択的に形成する工程と、を備え、
   前記ソース及びドレイン電極は、下記（化学式１）で表わされる第１の単分子からなる感光性自己組織化単分子膜を前記絶縁膜上に付着させ、前記ソース及びドレイン電極形成予定領域に露光光を照射し前記第１の単分子を下記（化学式２）で表わされる第２の単分子に変化させ、前記照射後の前記第２の単分子からなる感光性自己組織化単分子膜をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド並びに水を用いてリンスし下記（化学式３）で表わされる第３の単分子からなる感光性自己組織化単分子膜とし、その後に、導電性材料を含有する溶液を前記絶縁膜上に付着させて形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
   

   

   

   
2. 前記感光性自己組織化単分子膜の付着の方法は、塗布法またはディップ法により行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記基板および前記絶縁膜が、前記露光光に対して透光性を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記基板と前記絶縁膜が、前記露光光に対して透光性材料からなり、前記下部電極が前記露光光に対して不透光性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記ソース及びドレイン電極の材料が、金属ナノ微粒子を含有する溶液を原料とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記ソース及びドレイン電極の材料が、導電性高分子を含有する溶液を原料とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記露光光の照射は、前記基板の裏面から行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記チャネル部、前記絶縁膜、前記下部電極、前記ソース及びドレイン電極は、それぞれ印刷法により形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記露光光の照射工程並びに、前記有機アルカリ水溶液処理工程の前後における前記感光性自己組織化膜の水に対する接触角が異なることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記露光光の照射工程並びに、前記有機アルカリ水溶液処理工程後における前記感光性自己組織化膜の水に対する接触角は、その両工程を実施する前の前記接触角より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記有機半導体膜の形成は、前記ソース及びドレイン電極の形成工程後になされることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記基板が、フレキシブルな基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記基板は、珪素化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記基板は、有機化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
15. 前記基板の裏面からの露光光の波長は、前記感光性自己組織化膜の光吸収帯の波長であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
16. 前記塗布法が、インクジェット法、マイクロディスペンス法、キャスト法、ディッピング法、及び転写法の群から選択された少なくとも１種類の方法であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
17. 基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜上に、下記（化学式１）で表わされる第１の単分子からなる感光性自己組織化単分子膜を付着させ、所定の領域に露光光を照射し前記第１の単分子から下記（化学式２）で表わされる第２の単分子を生成する工程と、
    前記照射後の前記第２の単分子からなる感光性自己組織化単分子膜をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド並びに水を用いてリンスし下記（化学式３）で表わされる第３の単分子を生成する工程と、
    導電性材料を含有する溶液を前記絶縁膜上に付着させ、前記所定の領域に導電性領域を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
    

    

    

    

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