(57)【要約】【課題】集積密度の向上が容易に図れる半導体トランジスタ素子の製造方法及び半導体トランジスタ素子を提供する。【解決手段】半導体トランジスタ素子１０においては、製造時において、ソース電極１８及びドレイン電極２０を、半導体インク滴を保持しうる凹部Ｐを有する構成とし、この凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０の間に、半導体インク滴２２Ａを滴下することで半導体層２２を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成する第１の工程と、
前記基板上に前記ゲート電極を覆うように絶縁層を形成する第２の工程と、
前記絶縁層上に、ソース電極とドレイン電極とを間隔を隔てて形成する第３の工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に半導体材料を含有する第１の溶液の液滴を滴下することによって、該ソース電極と該ドレイン電極とを導通する半導体層を形成する第４の工程と、
を備え、
前記第３の工程において形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記絶縁層の設けられた側とは反対側に、前記絶縁層側へ凹んだ前記第１の溶液を保持しうる凹部を有することを特徴とする半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、金属材料及び該金属材料を分散または溶解する溶媒を含む第２の溶液の液滴を前記絶縁層上に滴下し、該滴下により形成された液膜を、該液膜の周縁部と該周縁部以外の領域との間の前記溶媒の乾燥速度の差により前記金属材料が該溶媒中を周縁部方向へと移動しうる乾燥速度で乾燥させることによって、前記凹部を有する前記ソース電極及び前記ドレイン電極の各々を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項３】
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記凹部として、円弧状に凹んだ形状の凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項４】
前記ソース電極の前記凹部の深さが、該ソース電極の厚みの１／２以上１未満であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項５】
前記ドレイン電極の前記凹部の深さが、該ドレイン電極の厚みの１／２以上１未満であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２の溶液の液滴は、該第２の溶液の液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドから吐出されることを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の溶液の液滴は、該第１の溶液の液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドから吐出されることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の半導体トランジスタ素子の製造方法により製造された半導体トランジスタ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体トランジスタ素子の製造方法、及び半導体トランジスタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタは、液晶表示素子等の表示用スイッチング素子等として幅広く用いられている。この半導体による膜を平坦な基板上の形成対象領域に形成する方法として、基板にバンク（土手）を形成し、このバンクによって囲まれた穴の底面に向かって液滴を吐出して底面に着弾させた後に液滴に含まれる溶媒を蒸発させることで膜を形成する方法が用いられている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。このような液滴吐出によって膜を形成する方法は、塗布後のエッチングによるパターン形成が不要である点や製造工程の簡略化等の理由から、半導体トランジスタ素子の製造に好適に用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１〜特許文献２では、酸化膜上にソース電極及びドレイン電極を所定間隔隔てて形成した後に、これらのソース電極及びドレイン電極上に有機膜を成膜する。そして、これらのソース電極及びドレイン電極の一部を有機膜から露出させる開口部を形成することでバンク（土手）を形成する。その後に、この開口部に半導体物質を滴下することで、半導体素子を製造している。
【０００４】
また、特許文献３では、基板の表面に凹状パターンを形成した後に、この凹状パターンの両側にソース電極及びドレイン電極をパターン形成する。そして、この凹状パターン内に半導体材料からなる塗布系材料を滴下することで、半導体素子を製造している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８８１３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２４５５８２号公報
【特許文献３】特開２００７−０３５９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、土手構造を形成した後に半導体材料を含有する溶液の液滴を滴下することによって半導体層を形成する場合に比べて、集積密度の向上が容易に図れる半導体トランジスタ素子の製造方法及び半導体トランジスタ素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
請求項１に係る発明は、基板上にゲート電極を形成する第１の工程と、前記基板上に前記ゲート電極を覆うように絶縁層を形成する第２の工程と、前記絶縁層上に、ソース電極とドレイン電極とを間隔を隔てて形成する第３の工程と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に半導体材料を含有する第１の溶液の液滴を滴下することによって、該ソース電極と該ドレイン電極とを導通する半導体層を形成する第４の工程と、を備え、前記第３の工程において形成された前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記絶縁層の設けられた側とは反対側に、前記絶縁層側へ凹んだ前記第１の溶液を保持しうる凹部を有することを特徴とする半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記第３の工程において、金属材料及び該金属材料を分散または溶解する溶媒を含む第２の溶液の液滴を前記絶縁層上に滴下し、該滴下により形成された液膜を、該液膜の周縁部と該周縁部以外の領域との間の前記溶媒の乾燥速度の差により前記金属材料が該溶媒中を周縁部方向へと移動しうる乾燥速度で乾燥させることによって、前記凹部を有する前記ソース電極及び前記ドレイン電極の各々を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記凹部として、円弧状に凹んだ形状の凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記ソース電極の前記凹部の深さが、該ソース電極の厚みの１／２以上１未満であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記ドレイン電極の前記凹部の深さが、該ドレイン電極の厚みの１／２以上１未満であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【００１２】
請求項６に係る発明は、前記第２の溶液の液滴は、該第２の溶液の液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドから吐出されることを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【００１３】
請求項７に係る発明は、前記第１の溶液の液滴は、該第１の溶液の液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドから吐出されることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の半導体トランジスタ素子の製造方法である。
【００１４】
請求項８に係る発明は、前記請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の半導体トランジスタ素子の製造方法により製造された半導体トランジスタ素子である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、土手構造を形成した後に液滴を滴下することによって半導体層を形成する場合に比べて、集積密度の向上が容易に図れるという効果を奏する。
【００１６】
請求項２に係る発明によれば、請求項２に係る方法を用いない場合に比べて、製造工程の短縮が図れると共に、集積密度の短縮が図れる、という効果を奏する。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、凹部の形状が円弧状に凹んだ形状でない場合に比べて、製造工程の短縮が図れる、という効果を奏する。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、凹部の深さが請求項４に示す範囲外である場合に比べて、ソース電極とドレイン電極との間から外部へ第１の溶液が流出することが効果的に抑制される、という効果を奏する。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、凹部の深さが請求項５に示す範囲外である場合に比べて、ソース電極とドレイン電極との間から外部へ第１の溶液が流出することが効果的に抑制される、という効果を奏する。
【００２０】
請求項６に係る発明によれば、液滴吐出以外の方法により第２の溶液の液滴が滴下される場合に比べて、簡易な製造方法で集積密度の向上が図れる、という効果を奏する。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、液滴吐出以外の方法により第１の溶液の液滴が滴下される場合に比べて、簡易な製造方法で集積密度の向上が図れる、という効果を奏する。
【００２２】
請求項８に係る発明によれば、請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の半導体トランジスタ素子の製造方法とは異なる方法で素子が製造された場合に比べて、集積密度の向上が容易に実現された半導体トランジスタ素子が提供される、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の半導体トランジスタ素子及び半導体トランジスタ素子の製造方法の一の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態の半導体トランジスタ素子１０は、基板１２上に、ゲート電極１４が設けられ、このゲート電極１４の設けられた基板１２上に絶縁層１６が設けられている。この絶縁層１６上には、ソース電極１８及びドレイン電極２０が間隔を隔てて設けられており、これらのソース電極１８及びドレイン電極２０の間には、半導体層２２が設けられている。
【００２５】
半導体層２２は、ソース電極１８及びドレイン電極２０の双方に接すると共に、これらのソース電極１８及びドレイン電極２０を導通するように設けられている。ゲート電極１４は、絶縁層１６によってソース電極１８及びドレイン電極２０に対して絶縁されている。このような構成の半導体トランジスタ素子１０においては、ゲート電極１４に印加する電圧の電圧値を調整することで、ソース電極１８とドレイン電極２０との間に流れる電流が制御される。
【００２６】
図１に示すように、ソース電極１８及びドレイン電極２０の、絶縁層１６の設けられている側に対して反対側の表面には、絶縁層１６側に凹んだ凹部Ｐが各々設けられている。
この凹部Ｐは、詳細は後述するが、半導体層２２を形成するための半導体インク（詳細後述）を保持可能な形状であり、円弧状に凹んだ形状であってもよいし、Ｖ字状、凹凸を有しながらも全体的に凹んだ形状等であってもよい。
【００２７】
なお、半導体トランジスタ素子１０が本発明の半導体トランジスタ素子に相当し、基板１２が基板に相当し、ゲート電極１４が本発明の半導体トランジスタのゲート電極に相当する。また、絶縁層１６が本発明の半導体トランジスタの絶縁層に相当し、ソース電極１８及びドレイン電極２０が、各々本発明の半導体トランジスタ素子のソース電極及びドレイン電極に相当する。また、半導体層２２が、本発明の半導体トランジスタ素子の半導体層に相当する。
【００２８】
この半導体トランジスタ素子１０の製造方法について、具体的に説明する。
【００２９】
まず、図２（Ａ）に示すように、基板１２を用意する。
基板１２としては、絶縁性（体積抵抗で１０１２Ωｃｍ以上、以下これに準ずる）を有し、その上に作製されるゲート電極１４、絶縁層１６、ソース電極１８、ドレイン電極２０、及び半導体層２２等を支持可能な材料から構成されていればよい。
【００３０】
この基板１２としては、具体的には、ガラス、シリコンウェハ、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、セルロース樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリススチレン樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、スチレンブタジエン共重合体、塩化ビニルデン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、シリコン樹脂等のプラスチック基板等が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
次に、図２（Ｂ）に示すように、この基板１２上にゲート電極１４が形成される（第１の工程）。
ゲート電極１４に用いられる電極材料としては、金属、金属酸化物、導電性高分子等が使用される。
ゲート電極１４に用いられる金属としては 、アルミニウム、金、銀、銅、クロム、タンタル、タングステン、およびこれらの合金が挙げられる。ゲート電極１４に用いられる金属酸化物としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＮＥＳＡ）等の金属酸化膜があげられる。
【００３２】
また、ゲート電極１４に用いられる導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール、ポリピリジン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体等があげられる。
【００３３】
ゲート電極１４の形成方法としては、上記の電極材料を蒸着法や、スパッタ等の公知の薄膜形成方法を用いて作製した薄膜を、公知のフォトリソグラフィー法やリフトオフ法を利用する方法や、インクジェット法、マイクロシリンジにより滴下する方法等が利用される。
【００３４】
なお、ゲート電極１４としては、後述するソース電極１８及びドレイン電極２０の形成に用いる金属インク（詳細後述）と同じ材料を用いて、インクジェット法を用いて形成してもよい。このようにすれば、更なる工程短縮が図れる。この場合には、ゲート電極１４は、例えば、Ａｕメタルインクを用いてインクジェット法により形成される。
但し、本実施の形態では、ゲート電極１４は、凹部を有する構成でなくても良いことから、乾燥条件としては、後述するソース電極１８及びドレイン電極２０の形成工程（第３の工程）とは異なり、高速に乾燥させてもよい。この「高速」とは、詳細は後述するが、ソース電極１８及びドレイン電極２０は、凹部Ｐの設けられた形状とするために、滴下された金属インク中の溶媒の乾燥による該溶媒の周縁部側への移動に伴って該金属材料が該溶媒中を周縁部へ移動しうる乾燥速度で乾燥する必要があるが、ゲート電極１４については凹部Ｐの設けられていない形状であってもよいため、該乾燥速度以上の高速の乾燥速度で乾燥させても良い事を示している。
【００３５】
これによって、基板１２上に、例えば、厚み０．１μｍ以上１．０μｍ以下のゲート電極１４が形成される。
【００３６】
このゲート電極１４の形成された基板１２上には、図２（Ｃ）に示すように、ゲート電極１４及び基板１２の表面を覆うように、絶縁層１６が設けられる（第２の工程）。
絶縁層１６がゲート電極１４上に設けられることによって、ゲート電極１４が後工程で形成されるソース電極１８及びドレイン電極２０の双方から絶縁された状態となる。すなわち、絶縁層１６を設けることによって、ゲート電極１４に電圧を印加することでソース電極１８及びドレイン電極２０間に流れる電流が制御される。
【００３７】
この絶縁層１６を構成する絶縁材料としては、絶縁性のものであれば無機、有機の何れの材料でも使用可能であり、一般的には酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメチルメタクルレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰｈ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が用いられ、これらの材料を２つ以上併用してもよい。
【００３８】
絶縁層１６を形成する方法としては、上記絶縁材料を蒸着法、スパッタ法、スクリーン印刷法、インクジェット法、スピンコーティング法等を用いて成膜する方法が挙げられるが、これらの方法に限られない。
【００３９】
絶縁層１６の層厚は、具体的には、基板１２とゲート電極１４との間の段差被覆性の向上の観点から、０．１μｍ以上４μｍ以下の範囲内であり、好ましくは、０．２μｍ以上２μｍ以下の範囲内である。
【００４０】
この絶縁層１６上には、図２（Ｄ）に示すように、ソース電極１８及びドレイン電極２０が間隔を隔てて形成される。なお、これらのソース電極１８及びドレイン電極２０は、半導体トランジスタ素子１０が製造された後にゲート電極１４に電圧が印加されることで、ソース電極１８とドレイン電極２０との間に半導体層２２を介して電流が流れる位置に設けられていればよい。
【００４１】
ソース電極１８及びドレイン電極２０には、上記説明したように、絶縁層１６の設けられている側と反対側の表面に絶縁層１６側に向かって凹んだ凹部Ｐが各々設けられている。この凹部Ｐは、後工程（第４の工程）で形成される半導体層の形成のためにソース電極１８及びドレイン電極２０の間に向かって滴下される半導体インク滴２２Ａの半導体インクを保持可能に凹んだ形状であればよく、円弧状に限られない。
【００４２】
ソース電極１８に設けられた凹部Ｐの深さは、ソース電極１８の厚みの１／２以上１以下であることが好ましく、１／２以上３／４以下であることが更に好ましい。
【００４３】
同様に、ドレイン電極２０に設けられた凹部Ｐの深さは、ドレイン電極２０の厚みの１／２以上１以下であることが好ましく、１／２以上３／４以下であることが更に好ましい。
【００４４】
ソース電極１８及びドレイン電極２０の凹部Ｐの深さが上記範囲内であることで、ソース電極１８上に流出または滴下された半導体インクが好適に凹部Ｐ内に保持されると共に、ソース電極１８とドレイン電極２０との向かい合う領域に対して外側の領域に該半導体インクが流れ出す事が抑制される。
【００４５】
この凹部Ｐは、例えば下記方法により設けられる。
【００４６】
具体的には、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、まず、基板１２及びゲート電極１４上に形成された絶縁層１６上に（図３（Ａ）参照）、ソース電極１８を形成するための金属インク滴１８Ａ、及びドレイン電極２０を形成するための金属インク滴２０Ａの各々がインクジェット法により滴下される。
【００４７】
この金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａの各々を構成する金属インクとしては、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）から選択された元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、ＡｇＰｄＣｕ合金などのＡｇ合金、もしくはＡｌ合金から適宜選択された導電性（体積抵抗率１０−２Ω・ｃｍ未満、以下同様である）の材料等の金属材料を後述する溶媒に溶解または分散させたものが用いられる。
【００４８】
また、金属インクとしては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、及び白金（Ｐｔ）等の金属材料を、粒径１０ｎｍ以下で分散させた所謂ナノメタル粒子を溶媒に分散または溶解したもの（所謂、ナノメタルインク）を用いても良い。
【００４９】
金属インクにおいて、上記金属材料を溶解または分散させるための溶媒としては、酢酸ブチル、酢酸エチル等のエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類、トルエンなどの脂環式化合物、デカン、ドデカン、テトラデカンなどの直鎖アルカン類、メチルエチルケトン、アセトンなどの有機溶剤等が用いられる。
【００５０】
なお、金属インクとしては、上記金属材料の中でも、銀または銅といった低抵抗（１０−６Ω・ｃｍ程度の抵抗性）金属を用いることが、配線抵抗の低抵抗化が図れるため好ましい。
【００５１】
本実施の形態においては、上記金属インクのインク滴を、ソース電極１８とするための金属インク滴１８Ａ及びドレイン電極２０とするための金属インク滴２０Ａとして、各々絶縁層１６上に向かって滴下する（図３（Ｂ）参照）。
【００５２】
この金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａの滴下方法としては、インクジェット法やマイクロシリンジによる滴下が用いられる。このインクジェット法としては、形成対象の半導体トランジスタ素子１０の集積度などにもよるが、例えば、ノズル径が１０μｍ以上１００μｍ以下のノズル（図示省略）から上記金属インクを吐出することによって、吐出されたインク滴である金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａの各々が絶縁層１６上に滴下（吐出）される。
【００５３】
このノズルの目詰まりを防ぎつつ且つ良好に目的とする吐出量の金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａを吐出する観点から、金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａとなる金属インクに含まれる溶媒の沸点は、１１０℃以上であることが好ましく、１６０℃以上であることが更に好ましい。この条件を満たす溶媒であるという観点から、上記溶媒の中のデカン、ドデカン、テトラデカン等が金属インクの溶媒として好適に用いられる。
【００５４】
また、ノズルの目詰まりを防ぎつつ且つ良好に目的とする吐出量の金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａを吐出する観点から、金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａとなる金属インクの粘度は、２ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、５ｍＰａ・ｓ以上１５ｍＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。
【００５５】
なお、この金属インクの粘度は、ソリッドステート式粘度計（Ｖｅｃｔｒｏｎ社製、商品名ＶｉＳｍａｒｔ）を使用し、２３℃、５５％ＲＨの環境下における試料の粘度を算出した。
【００５６】
この粘度は、例えば、用いる溶媒の種類や、含有する金属材料の濃度等を調整することで調整すればよい。
【００５７】
金属インクに含まれる上記金属材料の濃度は、上記粘度条件を満たす範囲内の濃度であればよく、溶媒の粘度によって異なるが、例えば、金属インク溶液１００質量部に対して、５質量部以上７０質量部以下の範囲内であることが好ましく、５質量部以上６０質量部以下の範囲内であることが特に好ましい。
【００５８】
金属インクに含まれる金属材料の濃度が、溶液１００質量部に対して上記範囲内であれば、金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａが絶縁層１６上に滴下されることで、絶縁層１６上に着弾した金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの各々の周縁部と該周縁部以外の領域との間の溶媒の乾燥速度の差を利用した凹部Ｐの形成が良好に行われる（詳細後述）。
【００５９】
すなわち、図３（Ｂ）に示すように、上記金属インクからなる金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａ絶縁層１６上に滴下されると、これらの金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａは絶縁層１６上に着弾して、図３（Ｃ）に示すように、絶縁層１６上で各々半球状の金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂを形成する。
【００６０】
絶縁層１６上に金属インク滴１８Ａ及び金属インク膜２０Ｂの各々が滴下されることによって形成された半球状の金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの各々では、溶媒の蒸発が進むにつれて絶縁層１６と接する周縁部付近の濃度が高くなり、この周縁部と周縁部以外の領域との間の溶媒の乾燥速度によって金属材料が周縁部に集中してコーヒーステイン現象が生じる。このコーヒーステイン現象により溶媒の乾燥と金属材料の周縁部への集中が進行することで、各金属インク膜１８Ｂ及び各金属インク膜２０Ｂの周縁部が盛り上がりはじめて図３（Ｄ）に示すような周縁部が盛り上がった形状の金属インク膜１８Ｃ及び金属インク膜２０Ｃとなる。そして最終的に溶媒の全てが蒸発して金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂが乾燥することで、図３（Ｅ）に示すように、凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０の各々が形成される。
【００６１】
詳細には、図示を省略するノズルから金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａの各々が吐出されて絶縁層１６上に着弾することで、図４（Ａ）に示されるように、絶縁層１６上に金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂが形成される。
ここで、図４（Ａ）に示すように、この金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの各々では、周辺部のほうが中心部に比べて、金属インクの単位体積あたりの表面積の割合が大きいので、絶縁層１６と接する周縁部（図４中、領域Ａ参照）の溶媒１９の乾燥速度は、該周縁部以外の領域（図４中、領域Ｂ参照）における溶媒１９の乾燥速度に比べて速い。このため、この金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの各々に含まれる溶媒１９の周縁部（領域Ａ）と該周縁部以外の領域（領域Ｂ）との間の乾燥速度の差に伴って、溶媒１９に溶解または分散されている金属材料２１が乾燥速度の速い（蒸発量の多い）周縁部側へと移動して周縁部に溜まっていく（図４（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。これに伴い、金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの形状は、半球状から矩形、そして凹部を有する形状へと変化する（図４（Ｃ）の金属インク膜１８Ｃ及び金属インク膜２０Ｃ参照）。そして、各金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂの各々に含まれる溶媒１９が全て蒸発して乾燥した状態となったときには、図４（Ｄ）に示すように、周縁部（領域Ａ）に相当する部分が盛り上がり、該周縁部以外の領域（Ｂ）が凹んだ凹部Ｐを有する形状のソース電極１８及びドレイン電極２０が形成されることとなる。
【００６２】
なお、上述のように、ソース電極１８及びドレイン電極２０の各々が凹部Ｐを有する形状とするためには、絶縁層１６上に着弾した金属インク膜１８Ｂ〜金属インク膜１８Ｃ及び金属インク膜２０Ｂ〜金属インク膜２０Ｃの溶媒１９の乾燥による該溶媒１９の周縁部側への移動に伴って金属材料２１が該溶媒１９中を周縁部へ移動する程度の乾燥速度で乾燥される必要がある。
【００６３】
すなわち、絶縁層１６上に着弾した金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂ中の溶媒１９の乾燥速度が、溶媒１９及び金属材料２１の周縁部への移動が生じない程度に高速である場合には、図５（Ａ）に示すように、金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂ中の溶媒１９が蒸発しても溶媒１９及び金属材料２１の周縁部への移動が生じず、図５（Ｂ）に示すように、凹部を有さない電極１００が形成されることとなる。
【００６４】
このため、本実施の形態においては、絶縁層１６上に着弾した金属インク膜１８Ｂ〜金属インク膜１８Ｃ及び金属インク膜２０Ｂ〜金属インク膜２０Ｃの乾燥条件としては、乾燥速度が、溶媒１９の乾燥による該溶媒１９の周縁部側への移動に伴って金属材料２１が該溶媒１９中を周縁部へ移動する程度の乾燥速度となるように、予め乾燥条件を調整すればよい。
【００６５】
この乾燥条件としては、例えば、図示を省略するノズルからの目詰まりを防ぎつつ且つ良好に目的とする吐出量の金属インク滴１８Ａ及び金属インク滴２０Ａを吐出するために必要な上記溶媒の沸点、金属インクの動粘度、及び金属材料の含有量の条件を満たす範囲内で、更に乾燥温度、湿度、及び動粘度を調整すればよい。
【００６６】
具体的には、例えば、ガラス基板上に真空蒸着により金を１００ｎｍの膜厚で成膜し、通常のフォトリソグラフィー法によりパターニングしてゲート電極１４とした。次いで、ゲート電極１４上に、スピンコート法によりポリイミドを３００ｎｍの膜厚で絶縁層１６を形成した。その後、この絶縁層１６上に、インクジェット法によりソース電極１８およびドレイン電極２０を形成した。このソース電極１８及びドレイン電極２０形成時には、ガラス基板（基板１２）を３０℃に加熱し、湿度５５％ＲＨの環境下で、金属インクとして、沸点２５４℃の溶媒であるテトラデカン中に、金属材料として金を６０質量％含み、動粘度が１０ｍＰａ・ｓである金属インク（ナノメタルインク）を吐出した。この金属インクの１回あたりの吐出量を調整することで、乾燥速度を調整したところ凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０が形成された。
【００６７】
すなわち、ノズル径が２０μｍで１回の液滴の吐出量が１０ｐｌであるダイマティクス社製、商品名ＤＭＰ−２８３１のノズルを備えたインクジェット吐出装置を用意し、この装置から上記３０℃に加熱されたガラス基板上に積層された絶縁層１６上に、該金属インクを２ドットずつ（ドットの中心間の距離が６０μｍ）滴下した後に、溶媒が蒸発して乾燥状態となるまで１０分間放置し、次にホットプレート上で基板温度３００℃で３０分間アニールした。その後、形成されたソース電極１８またはドレイン電極２０の断面の形状及び大きさをＶｅｅｃｏ社製の触針式表面形状測定器商品名Ｄｅｋｔａｋによって測定したところ、図１３の線図４０によって示される断面形状が測定された。
【００６８】
一方、同様にして、ノズル径が２０μｍで１回の液滴の吐出量が１０ｐｌである上記ダイマティクス社製、商品名ＤＭＰ−２８３１のノズルを備えたインクジェット吐出装置を用意し、この装置から上記３０℃に加熱されたガラス基板上に積層された絶縁層１６上に、該金属インクを１ドットずつ（ドットの中心間の距離が５０μｍ）滴下した後に、溶媒が蒸発して乾燥状態となるまで１０分間放置し、次にホットプレート上で基板温度３００℃で３０分間アニールした。その後、形成されたソース電極１８またはドレイン電極２０の断面の形状及び大きさをＶｅｅｃｏ社製の触針式表面形状測定器商品名Ｄｅｋｔａｋによって測定したところ、図１４の線図５０によって示される断面形状が測定された。
【００６９】
図１３に示すように、乾燥時間が長くなるように、例えば２ドットずつ金属インク滴を吐出した場合には凹部を有する形状の電極が得られ、乾燥時間が短くなるように、１ドットずつ金属インク滴を吐出した場合には、凹部を有さない矩形状の電極が得られた。
【００７０】
このように、金属インク膜１８Ｂ及び金属インク膜２０Ｂにおける溶媒の乾燥条件を調整することで、凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０が各々容易に作製されるといえる。
【００７１】
上述のようにして、図２（Ｄ）、図３（Ｅ）、及び図４（Ｄ）に示すように、凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０の各々が絶縁層１６上に形成される。
【００７２】
なお、本実施の形態では、凹部Ｐの設けられたソース電極１８、及び凹部Ｐの設けられたドレイン電極２０の形成方法としては、上述のように半導体インク滴２２Ａを絶縁層１６上に滴下すると共に、乾燥速度が溶媒１９の乾燥による該溶媒１９の周縁部側への移動に伴って金属材料２１が該溶媒１９中を周縁部へ移動する程度の乾燥速度となるように乾燥条件を調整する方法を用いる場合を説明した。
しかし、この凹部Ｐの形成方法としては、上記方法に限られず、金属インクをアニールする前にスタンパー等で電極部を押下する等の方法を用いても良い。
【００７３】
次に、図２（Ｅ）に示すように、上記工程によって形成されたソース電極１８及びドレイン電極２０の間に向かって、半導体インク滴２２Ａが滴下される（第４の工程）。これにより、半導体層２２が形成される。この滴下の方法としては、インクジェット法を用いても良いし、マイクロシリンジを用いた滴下であってもよい。
【００７４】
この半導体インク滴２２Ａを構成する半導体インクとしては、半導体と溶媒とを少なくとも含んだ構成であればよい。
【００７５】
この半導体としては、無機半導体であってもよいし、有機半導体であってもよい。
無機半導体としては、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎから選択される１以上の元素を含む有機金属化合物や塩化物が挙げられる。有機半導体としては、フタロシアニン系顔料、ペリレン系顔料、アゾ系顔料、ポリビニルカルバゾール、ポリアセチレン、チオフェン、ペンタセン、ペリレン、ＴＣＮＱ（７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）、アントラセン、およびこれらの誘導体等が挙げられる。
【００７６】
半導体インク滴２２Ａに用いられる溶媒としては、該半導体インク滴２２Ａに含まれる半導体を溶解できるものであれば特に限定されないが、例えば、有機溶媒、例えば、炭化水素系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒、アルコール系溶媒等や、水、またこれらの混合溶媒等が挙げられる。
【００７７】
図２（Ｅ）に示すように、この半導体インク滴２２Ａがソース電極１８とドレイン電極２０との間にインクジェット法やマイクロシリンジ等によって滴下される。そして、ソース電極１８とドレイン電極２０との間に滴下された半導体インク滴２２Ａ中の溶媒が乾燥することで、半導体層２２が形成される。そして、これによって、半導体トランジスタ素子１０が製造されることとなる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態の半導体トランジスタ素子１０においては、製造時において、ソース電極１８及びドレイン電極２０を、凹部Ｐを有する構成とし、この凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０の間に、半導体インク滴２２Ａを滴下することで半導体層２２を形成する。
【００７９】
この半導体インク滴２２Ａが滴下されるときにおいて、ソース電極１８とドレイン電極２０との間のみに半導体インク滴２２Ａが好適に滴下されればよいが、ソース電極１８やドレイン電極２０の表面にも半導体インク滴２２Ａが滴下される場合がある。
【００８０】
しかし、上述のように、本実施の形態の半導体トランジスタ素子１０においては、ソース電極１８及びドレイン電極２０が凹部Ｐを有している。このため、例えば、図６及び図７に示すように、ソース電極１８上にはみ出した半導体インク滴２２Ａはソース電極１８の凹部Ｐに保持されて、ソース電極１８及びドレイン電極２０の外側（ソース電極１８及びドレイン電極２０を含むソース電極１８とドレイン電極２０との間の領域以外の領域）に流れ出ることが抑制される。このため、ソース電極１８とドレイン電極２０との間の領域と、ソース電極１８及びドレイン電極２０間の外側の領域と、が半導体層２２によって導通した状態とされることが抑制される。従って、半導体トランジスタ素子１０の集積度向上が図れる。
【００８１】
一方、従来技術のように、図８に示すように、ソース電極１８及びドレイン電極２０の一部を覆うように土手構造１０２を設けた後に、ソース電極１８及びドレイン電極２０間に半導体インク滴２２Ａを滴下することで半導体トランジスタ素子１１２を製造する場合には、土手構造１０２を別途形成する必要があり工程の複雑化を招く場合があった。
【００８２】
また、従来技術においては、図９及び図１０に示すように、ソース電極１８及びドレイン電極２０としては、伝導性向上等の観点からソース電極１８及びドレイン電極２０の厚みをより均一にする事が良いとされていた。
しかし、図９及び図１０に示すように、半導体トランジスタ素子１１０として、表面に凹部Ｐの設けられていない形状のソース電極１０４及びドレイン電極１０６を採用した場合には、その製造時において、半導体インク滴２２Ａが滴下されたときの着弾位置ずれや滴下量の変動等によって半導体インクがソース電極１０４及びドレイン電極１０６間の領域を超えてソース電極１８及びドレイン電極２０の外側の領域へと流れ出す場合がある。
このため、表面に凹部Ｐの設けられていない形状のソース電極１０４及びドレイン電極１０６を採用した従来公知の半導体トランジスタ素子１１０では、ソース電極１０４とドレイン電極１０６との間の領域と、ソース電極１０４及びドレイン電極１０６間の外側の領域と、が半導体層２２によって導通した状態となる場合があり、素子の集積度向上が制限される場合があった。
【００８３】
一方、本実施の形態の半導体トランジスタ素子１０によれば、ソース電極１８及びドレイン電極２０には凹部Ｐが設けられていることから、半導体インク滴が凹部Ｐに保持されて外部（ソース電極１８上、ドレイン電極２０上、及びソース電極１８とドレイン電極２０との間の領域の外部）へ流出することが抑制される。従って、ソース電極１８とドレイン電極２０との間の領域と、ソース電極１８及びドレイン電極２０間の外側の領域と、が半導体層２２によって導通した状態となる事が容易に抑制され、半導体トランジスタ素子１０の集積密度向上が図れるとともに、製造工程の短縮化が図れる。
【００８４】
なお、本実施の形態では、半導体トランジスタ素子１０のソース電極１８及びドレイン電極２０に設けられた凹部Ｐの形状は、円弧状に絶縁層１６側へ凹んだ形状である場合を説明したが、半導体インク滴２２Ａを表面に保持可能な凹部Ｐであればよく、円弧状に限られない。例えば、図１１に示すように、凹凸を有しつつ、全体として半導体インク滴２２Ａを保持可能な形状の凹部Ｐ１であってもよい。
【００８５】
なお、ソース電極１８及びドレイン電極２０は、円柱状や柱状の層の表面に、上記凹部Ｐや凹部Ｐ１の設けられた構成であってもよいし、図１２に示すように、絶縁層１６上に、櫛形のソース電極１８及びドレイン電極２０の各々が形成された構成であってもよい。
【００８６】
この場合には、例えば、複数の半導体インク滴２２Ａを着弾位置で互いに一部が重なるように電極の延伸させる方向に沿って連続滴下すると共に、先に滴下した半導体インク滴２２Ａの周縁部の乾燥が始まる前に次の半導体インク滴２２Ａを連続滴下すればよい。このようにすれば、直線状に延びた形状の半導体インク滴２２Ａからなる半導体層の周縁部が盛り上がり、結果的に凹部Ｐを有するソース電極１８及びドレイン電極２０が形成される。
【００８７】
なお、上記実施の形態では、本実施の形態の半導体トランジスタ素子１０の製造方法を、半導体トランジスタ素子１０の製造に用いる場合を説明したが、一対の電極間の領域を埋める層を形成するための技術として転用可能であり、半導体トランジスタ素子１０の製造方法に限られず利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の有機半導体トランジスタ素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図２】本発明の有機半導体トランジスタ素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図３】本発明の有機半導体トランジスタ素子の層構成の一例を示した概略構成図である。
【図４】本発明の表示素子の一例を示す模式断面図である。
【図５】本発明の表示素子の他の例を示す模式断面図である。
【図６】本発明の表示素子の一例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の表示素子の一例を示す模式平面図である。
【図８】本発明の有機半導体トランジスタ素子の一例を示す模式断面図である。
【図９】従来の有機半導体トランジスタ素子の一例を示す模式断面図である。
【図１０】従来の有機半導体トランジスタ素子の一例を示す模式平面図である。
【図１１】本発明の有機半導体トランジスタ素子の一例を示す模式断面図である。
【図１２】本発明の有機半導体トランジスタ素子の一例を示す模式断面図である。
【図１３】本発明の有機半導体トランジスタ素子のソース電極及びドレイン電極の断面形状の測定結果を示す線図である。
【図１４】従来の有機半導体トランジスタ素子のソース電極及びドレイン電極の断面形状の測定結果を示す線図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  半導体トランジスタ素子
１２  基板
１４  ゲート電極
１６  絶縁層
１８  ソース電極
２０  ドレイン電極
２２  半導体層
Ｐ  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010062391.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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