(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料により接続されたソース電極とドレイン電極と、ゲート誘電体材料を介して前記半導体材料と容量的に結合されたゲート電極とを備えるトランジスタデバイスを形成する方法であって、
絶縁ポリマー支持体により支持された電極材料層を含む多層構造体を準備する準備工程と、
前記多層構造体を切断する切断工程であって、前記電極材料層に平行な少なくとも１つの方向の幅が１００マイクロメートル以下で先端が刃を備える切断突出部を有する切断ツールを用い、前記切断ツールの切断突出部を前記多層構造体へ付勢する付勢工程と、前記付勢工程により、前記切断突出部を、凹部の対向する側それぞれに前記ソース電極と前記ドレイン電極がそれぞれ形成されるように、前記電極材料を貫通させる切断工程と、
前記切断工程によって形成された前記ソース電極と前記ドレイン電極とを接続するための前記半導体材料を被着する第１被着工程と、
前記半導体材料の上に前記ゲート誘電体材料を被着する第２被着工程と、
前記ゲート誘電体材料の上に前記ゲート電極を被着する第３被着工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
半導体材料により接続されたソース電極とドレイン電極と、絶縁材料を介して前記半導体材料と容量的に結合されたゲート電極とを備える縦型トランジスタデバイスを形成する方法であって、
絶縁ポリマー支持体に支持され、絶縁層を挟んだ上下の電極材料層を含む多層構造体を準備する準備工程と、
前記多層構造体を切断する切断工程であって、前記上下の電極材料層に平行な少なくとも１つの方向の幅が１００マイクロメートル以下で先端が刃を備える切断突出部を有する切断ツールを用い、前記切断ツールの切断突出部を前記多層構造体へ付勢する付勢工程と、前記付勢工程により、前記切断突出部を、前記上下の電極材料層と前記絶縁層とを貫通させ、凹部を形成する切断工程と、
前記凹部において前記上下の電極層を接続するための前記半導体材料を被着する第１被着工程と、
前記半導体材料の上に前記ゲート誘電体材料を被着する第２被着工程と、
前記ゲート誘電体材料の上に前記ゲート電極を被着する第３被着工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記切断突出部が、１００ｎｍよりも小さい曲率半径を有する刃を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記切断突出部が、１０ｎｍよりも小さい曲率半径を有する刃を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記切断突出部が、前記切断ツールと前記多層構造体との間の摩擦係数を低減するように表面が処理された材料から形成されていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記切断ツールが、前記切断突出部を支持する可撓性シートを有することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記切断ツールが、前記多層構造体上を回転することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記切断ツールが、前記多層構造体上を、実質的に直線経路で回転することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記切断ツールが、複数の切断突出部を有することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の切断突出部それぞれが、細長い隆起部の形状を取ることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の隆起部が、直線状であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の隆起部が、互いに平行であることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ゲート電極は、選択的に前記凹部内部へ、又は選択的に前記凹部に隣接して、又は選択的に前記凹部に隣接し部分的に前記凹部内部へ被着されることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体材料と前記ゲート誘電体材料は、前記多層構造体の前記切断工程によって切断された面の形状と相似の形状の層として被着されることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記半導体材料、前記ゲート誘電体材料、及び、前記ゲート電極のうちの少なくとも１つが、印刷によって被着されることを特徴とする、請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記切断ツールが、前記切断された多層構造体の層の少なくとも１つよりも硬いことを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記切断ツールが、異方性エッチングによって形成された複数の切断構造体を有することを特徴とする、請求項１ないし１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記切断ツールが、シリコンから形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記切断ツールと同一又は別の切断ツールの複数の切断突出部を、前記多層構造体へ切り込むように付勢する第２付勢工程を含み、前記付勢工程が、前記構造体内に第１の細長い切れ目の組を形成し、前記第２付勢工程が、前記第１の切れ目の組に対して角度を有する第２の細長い切れ目の組を形成することを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記多層構造体の層の少なくとも１つに、電極パターンが形成されることを特徴とする、請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記多層構造体の層の少なくとも１つに、直接印刷法によって電極パターンが形成されることを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記半導体材料、前記ゲート誘電体材料、及び、前記ゲート電極のうち少なくとも１つに、電極パターンが形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項２３】
前記半導体材料、前記ゲート誘電体材料、及び、前記ゲート電極のうち少なくとも１つに、直接印刷法によって電極パターンが形成されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電子デバイス、特に有機電子デバイスを形成する方法に関する。
（背景技術）
最近、半導体共役ポリマーの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、プラスチック基板上に集積された安価な論理素子（Ｃ．Ｄｒｕｒｙ他、ＡＰＬ７３、１０８（１９９８））、光エレクトロニクス集積デバイス、及び高解像度アクティブマトリクス・ディスプレイにおけるピクセルトランジスタスイッチ（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ２８０、１７４１（１９９８）、Ａ．Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３、１４２（１９９８））における用途で関心を集めている。ポリマー半導体、無機金属電極、及びゲート誘電体層を含む試験デバイス構成において、高性能ＴＦＴが示されている。最大０．１ｃｍ2／Ｖｓの電荷キャリヤ移動度と１０6から１０8のＯＮ−ＯＦＦ電流比が実現されており、これはアモルフォスシリコンＴＦＴの性能に匹敵する（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ３９、１０１（１９９９））。
【０００２】
ポリマー半導体の利点の１つは、単純で低コストである溶液処理に適している点にある。しかしながら、総ポリマーＴＦＴデバイス及び集積回路の製造には、ポリマー導体と、ポリマー半導体と、ポリマー絶縁体との横方向パターンを形成する能力を必要とする。フォトリソグラフィ（国際特許公開ＷＯ９９／１０９３９  Ａ２）、スクリーン印刷（Ｚ．Ｂａｏ他、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．９、１２９９（１９９７））、ソフトリソグラフィスタンプ法（Ｊ．Ａ．Ｒｏｇｅｒｓ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５、１０１０（１９９９））、及び微細成形法（Ｊ．Ａ．Ｒｏｇｅｒｓ、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２、２７１６（１９９８））のような種々のパターン形成技術が、直接インクジェット印刷法（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、英国特許出願番号ＵＫ０００９９１１．９）と同様に示されている。
【０００３】
多くの直接印刷技術は、ＴＦＴのソース電極及びドレイン電極を形成するのに必要なパターン形成解像度を与えることができない。十分な駆動電流及びスイッチング速度を得るために、１０μｍより小さいチャネル長が必要である。インクジェット印刷の場合、この解像度の問題は、表面自由エネルギーの異なる領域を含む予めパターン形成された基板上に印刷することによって解決されている（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、英国特許出願番号ＵＫ０００９９１５．０）。
【０００４】
米国特許出願番号６０／１８２，９１９には、ポリマー支持体上の無機金属フィルムを、固体エンボス加工によって微細切断することができる方法（Ｎ．Ｓｔｕｔｚｍａｎ他、Ａｄｖ．Ｍａｔ．１２、５５７（２０００））が示されている。鋭く突出した楔の配列を含む「堅固な」母型を、高温でポリマーによって支持された金属フィルムに押込むようになっている。ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）（ＦＥＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、又はポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）のような半結晶ポリマーに関しては、エンボス加工温度はポリマーのガラス転移温度を超えるが、その溶融温度よりは低い。アタクチックポリスチレン（ＰＳ）又はポリ（メチルメタアクリレート）（ＰＭＭＡ）のようなアモルファスポリマーの場合においては、およそガラス転移温度が使用される。エンボス加工中、母型（master）は、金属−ポリマー構造体内に進入し、材料の塑性流動は、楔から離れる方向に生じる。鋸歯深さが金属フィルムの厚さより大きい場合には、金属フィルムを切り開く溝が生成される。エンボス加工が固相状態で行われ、塑性流動は主として横方向に生じるので、残りの領域における金属−ポリマー層構造体の一体性が保たれる。
【０００５】
（発明の開示）
本発明によれば、添付の請求項に記載された方法が提供される。特に、本発明の一態様によれば、導電性又は半導電性の第１の層と、第２の層と、前記第１の層の反対側にあたる前記第２の層の他方の側に形成された複数の追加層とを少なくとも含む多層構造体の電子デバイスを形成する方法であって、前記第１、第２の層に平行な少なくとも１つの方向の幅が１００マイクロメートル以下で先端が鋭い刃である微細切断突出部を有する微細切断ツールを用い、前記微細切断ツールの微細切断突出部を前記多層構造体へ付勢する付勢工程と、前記付勢工程により、前記微細切断突出部に前記第１の層及び第２の層を貫通して、且つ前記複数の追加層の少なくとも１つを貫通するか又は切り込み、次いで前記微細切断突出部を引き抜くことにより、前記微細切断突出部の形状によって決まるサイズ及び前記多層構造体へ付勢された深さを有する凹状構造部を残すようにして微細切断させる工程と、を含む。
【０００６】
本発明の他の態様は、本発明による方法及び他の方法によって形成されるデバイス、及び、これらのデバイスを１つ又はそれ以上含む集積回路、論理回路、ディスプレイ回路、及び／又は、メモリデバイス回路を含む。各デバイスは、共通の基板上に形成されることが好ましい。各デバイスは、有機材料の共通の層内に形成されることが好ましい。
【０００７】
本発明の好ましい態様は、固体エンボス加工を使用してポリマートランジスタデバイス及びポリマートランジスタ回路を製造することができる方法に関する。
【０００８】
以下に添付図面を参照して本発明を例示的に説明する。
【０００９】
（発明を実施するための最良の形態）
第１の実施例は、導電性ポリマーフィルムの微細切断（microcutting）への固体エンボス加工の適用例を示す。
【００１０】
図１は、ＰＭＭＡ、ポリ（ビニルフェノール）（ＰＶＰ）、ポリ（スチレン）（ＰＳ）、又はポリイミド（ＰＩ）のような、厚みのある滑らかな絶縁ポリマー支持体上にあるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ薄膜の固体エンボス加工の概略図を示す。絶縁ポリマーフィルムは、酢酸プロピレングリコールメチルエーテル（ＰＶＰ）及びシクロペンタノン（ＰＭＭＡ）をそれぞれ１５重量％から３０重量％だけ含む溶液を用いて、スピンコートでもって７０５９ガラス基板上に被着され、結果として厚さ２μｍから３μｍの膜を生じる。ＰＥＤＯＴの被着の前に、絶縁ポリマーの表面は、ＰＥＤＯＴフィルムの接着を促進させるためにＯ2プラズマ処理によって親水化される。次にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（Ｂａｙｅｒ  ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手されるＢａｙｔｒｏｎ  Ｐ）の８００Åの膜を、水分散体からスピンコートする。エンボス加工は、１５０℃（ＰＶＰ）、１００℃（ＰＳ）、１０５℃（ＰＭＭＡ）の温度で、約１ｋｇ／ｍｍ2の荷重をかけて、最大６０分間行われる。また、他の処理条件も同様に満足できる結果が得られることが分かっている。その後、試料は、室温まで冷却された後、圧力及び母型（master）が取り除かれる。
【００１１】
本発明による方法においては、微細構造化処理中にポリマー基板が固相である点が重要である。従って、アモルファスポリマーに関しては、本方法は、ほぼガラス転移温度Ｔgで行われる。この温度は一般に良く知られており、例えばポリマーハンドブック（J．Ｂｒａｎｄｒｕｐ、Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ、Ｅ．Ａ．Ｇｒｕｌｋｅ編集、Ｊｈｏｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ．、ニューヨーク、１９９９）に見出すことができ、或いは標準的な熱分析方法によって容易に決定することができる。本発明による微細構造化処理は、Ｔgの約５０℃下から約５０℃上までの温度範囲で行なうことが好ましく、この転移温度の約４０℃下から約４０℃上までが更に好ましい。Ｔgの約２５℃下から約２５℃上までの温度範囲が最も好ましい。半結晶性ポリマーの場合、本発明の微細構造化方法は、およそガラス転移温度Ｔgと溶融温度Ｔmとの間の温度領域で行なわれる。この溶融温度も同様に良く知られており、例えばポリマーハンドブックに見出すことができ、或いは標準的な熱分析方法によって容易に決定することができる。微細構造化処理は、Ｔgの約５０℃下からＴmの１℃下の温度範囲で行なうことが好ましく、Ｔgの約２５℃下からＴmの２℃下までが更に好ましい。ＴgからＴmの５℃下までの温度範囲が最も好ましい。母型に印加される荷重、及び該負荷の印加時間のような他の処理パラメータはさほど重要ではなく、母型が１つ又はそれ以上の層２ａを所望通りに効果的に貫通することを保証するように容易に調節される。
【００１２】
本処理の他の重要な特徴の１つは、母型又はエンボス加工される基板を、エンボス加工中に圧力が均一な様態で伝達する軟らかい弾性の物質と接触状態にすることができることであり、その結果、基板全体にわたって微細溝の均一な深さが得られる。
【００１３】
ポリスチレンスルフォン酸でプロトン化したポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような導電性ポリマーフィルムは、金又は銀のような無機金属の硬い多結晶フィルムに比べて非常に異なる機械的及び弾性的特性、並びに接着特性を有する点に留意されたい。従って、硬いフィルムを処理する技術は、一般にポリマーフィルム処理に拡張することはできない。
【００１４】
図２は、ＰＭＭＡ上の微細切断されたＰＥＤＯＴフィルムの環境制御型電子顕微鏡（ＥＳＥＭ）の画像を示している。この場合シリコン母型は、鋭い楔形突出部の平行な配列からなる。微細切断溝の横方向サイズ、すなわちＰＥＤＯＴ電極間の分離間隙は、楔の形状及び鋸歯深さによって決定される。本出願人は、７０°の開角を有する楔（図２）を使用して、０．６μｍまで狭められた間隙、及び約１．５μｍの鋸歯深さを有する微細溝によって分離されたＰＥＤＯＴの平行縞のパターンを製造した。
【００１５】
幾つかの場合においては、隔線だけが微細切断されたことが見出された（図２Ｄ参照）。このことが許容できる場合もあるが、回避すべき場合には、例えばＰＥＤＯＴの被着前に、接着促進剤、又はポリマー支持体のプラズマ処理を利用して、下地となるポリマー支持体へのＰＥＤＯＴ層の接着を促進することが有用なことが分かっている。
【００１６】
別の実施例は、固体エンボス加工を直接印刷と組み合わせて、総ポリマートランジスタデバイス、及び集積ＴＦＴ回路を形成することができる方法を示している。導電性ポリマーフィルムの微細切断を利用して、サブミクロンの解像度を有するＴＦＴのソース電極とドレイン電極との間に、活性チャネル領域を正確に形成する。固体エンボス加工を、インクジェット印刷又はスクリーン印刷のような直接印刷技術と組み合わせる。これによって、デバイス間に導電性物質を含まない領域を有する、個別のＴＦＴデバイス及び任意の集積回路を製造することが可能になる。蒸着、スピンコート、又はブレードコートのような薄膜被着技術と組み合わせた微細切断は、小範囲の導電性物質の除去のみが可能である点に留意されたい。以下の特徴は重要である。
【００１７】
−微細切断と直接印刷の組合せ：エンボス加工の前に導電性の粗いパターンを基板上に形成するために、多種多様な印刷技術を使用することができる。導電性ポリマー電極は、インクジェット印刷技術、スクリーン印刷技術、又は微細成形技術などによって直接的に被着させることができる。電極の導電率を高めるために、印刷した導電性ポリマーパターンを、続いて行なう無機金属の電着の型板（ｔｅｍｐｌａｔｅ）として使用することが可能である。この場合、導電性ポリマー及び無機金属フィルムの２つの層が微細切断される。もしくは、導電性層の無電界メッキを開始するために引き続いて使用することができる層を、（例えば、インクジェット印刷又はマイクロ接触印刷によって）印刷することができる（Ｈ．Ｋｉｎｄ他、Ｌａｎｇｍｕｉｒ２０００、６３６７（２０００））。更に別の可能性として、有機金属化合物又は導電性粒子のコロイド懸濁液のような導電性層に、溶液処理可能な前駆物質を直接印刷することが挙げられる（Ｋｙｄｄ他、国際特許公開ＷＯ９８／３７１３３）。
【００１８】
次に、第２工程では、電極パターンを固体エンボス加工によって微細切断し、小さなソース（Ｓ）−ドレイン（Ｄ）分割体を形成する。図３は、単純な長方形電極パターン配列及び接続線配列を直接印刷によって被着させ、次に楔を含む母型でエンボス加工して、くし形ソース−ドレイン電極を形成することのできる構造を示す。くし形電極は、該電極によって小領域に大きなチャネル幅を有するＴＦＴを形成することが可能となるので好都合である。この様にして、任意の、より複雑なソース−ドレイン電極パターンを製造することができる。
【００１９】
−整合：原則として、エンボス加工したチャネルは、予め被着させた粗い電極パターンに対して正確に整列される必要がある。これは、光学的位置決めを使用するマスク転写装置においてエンボス加工工程を行なうことによって実現できる。しかしながら、整合の問題は、母型及び粗い電極パターンが１つ又は２つの方向で周期的である、図３に示されるような周期的ＴＦＴ配列を形成することによって概ね克服することができる。この場合、位置合わせについての要求はさほど厳しくはない。集積ＴＦＴ回路を製造するために、この配列の個々のＴＦＴを、印刷された接続配線及びビアホール接続（下記参照）によって接続することができる。
【００２０】
−電気的及び構造的一体性：エンボス加工工程によるＴＦＴ層、特に絶縁ゲート誘電体の損傷を防ぐために、エンボス加工されたソース−ドレインパターンの上に、かつその後にＴＦＴ層が形成されるトップゲート型ＴＦＴ構造を選択する。図４に示すように、半導体ポリマー及びゲート絶縁ポリマーの薄層が溶液から被着され、続いて導電性ポリマーゲート電極（Ｇ）の直接印刷が行われる。低いバルク導電性を有する共役ポリマーに関しては、半導体ポリマー層のパターン形成は必要ではない。この層構造の形成には、下層の溶解及び膨張を防ぐために、溶媒を注意深く選択することが必要である。しかしながら、ＴＦＴの異なるポリマー−ポリマー界面の好適な構造的一体性は、極性及び非極性溶媒の交互配列を利用して実現できることが示されている（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、英国特許出願番号ＵＫ０００９９１１．９号）。図４は、可能性のある１つの材料配列を示す。
【００２１】
−構造的自己組織化：高電荷キャリヤ移動度を得るためには、半導体ポリマー層は高度に規則的である必要があり、これは自己組織化機構を利用することによって実現できる。位置規則性ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、及びポリ−９，９'−ジオクチルフルオレン−ｃｏ−ジチオフェン（Ｆ８Ｔ２）のようなポリフルオレン共重合体などの、種々の自己組織化半導体ポリマーを使用することができる。図４のようなデバイスにおいて、チャネルは、エンボス加工された微細溝内に形成される。溝の地形図的形状は、半導体ポリマーの整列を引き起こすのに使用することができる。また、２重エンボス加工を使用することもできる。ポリマー支持体中にＴＦＴチャネルと平行に微細溝を形成するために、ＰＥＤＯＴのＳ／Ｄ層を被着させる前に、ポリマー支持体を一度エンボス加工してもよい。エンボス加工は固相で行われることから、この起伏形状は、チャネルを形成する第２の直交するエンボス加工工程の間、維持される（Ｎ．Ｓｔｕｔｚｍａｎｎ他、Ａｄｖ．Ｍａｔ．１２、５５７（２０００））。Ｆ８Ｔ２のような液晶半導体ポリマーを使用する場合（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７７、４０６（２０００））、第１のエンボス加工パターンを整列層として使用して、ＴＦＴチャネルに大部分が平行なポリマー鎖の整列を生じさせることができる（Ｊ．Ｗａｎｇ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７７、１６６（２０００））。
【００２２】
別の実施例は、ポリマー多層構造において縦方向の側壁を形成し、これを使用して縦型ポリマーＴＦＴデバイスを製造することができる方法を示す。
【００２３】
縦型ＴＦＴにおいて（例えば、Ａ．Ｓａｉｔｏｈ他、Jｐｎ．J．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３６、６６８（１９９７）参照）、チャネル長は、平面ＴＦＴの場合における高解像度パターン形成工程とは対照的に、被着層の１つの厚みによって規定される。１つの可能性のある構成において、その厚みがＴＦＴのチャネル長を決定する薄い誘電体層によって分離された、ソース電極層及びドレイン電極層からなるメサ型構造体が最初に被着される。次に縦方向の側壁が、化学エッチング処理のような好適な手段によって形成される。半導体層及び絶縁層は、側壁上に被着され、続いてゲート電極が被着される。縦型ＴＦＴは、無機材料を使用して製造されている。縦型ＴＦＴは、高価なリソグラフツールを必要とせずに、回路速度及び駆動電流の増大をもたらすサブマイクロメートルのチャネル長を形成することが可能となることから有用である。
【００２４】
縦型ポリマーＴＦＴは、縦方向の側壁の形成、及び真の縦方向の側壁上へのポリマー層の相似溶液被覆にともなう困難性の理由から、これまで実証されることはなかった。側壁を形成する化学エッチング法は、通常の有機溶媒におけるポリマーが高い可溶性をもつこと、及び無機半導体の場合には１結晶方向にエッチングをより高速に進行させ、他の方向には明確な刻面の形成が可能となる、異方性のエッチング機構がポリマーには存在しないことから問題である。反応性イオンエッチングのような、指向性の高い物理的エッチング法は、プラズマ照射時に電気的機能性ポリマーの劣化を引き起こす。
【００２５】
固体エンボス加工は、これらのポリマー特有の困難性を克服し、良好に制御された方法で側壁を形成する新規な方法を可能にする。図５は、エンボス加工された微細溝の擬似縦型の傾斜側壁上にチャネルが形成された縦型ポリマーＴＦＴの構造を示している。最初の層構造は、直接印刷によって粗くパターン形成され、ＰＩ層又はＰＶＰ層のような絶縁ポリマー層によって分離された２つの導電性ポリマー層からなる。絶縁層は、スピンコートにより被着することができる。絶縁スペーサ層は、２μｍより小さくすべきで、１μｍより小さいことが好ましく、０．５μｍより小さいことが最も好ましい。この方法で得られる最小の厚み、すなわちチャネル長は、母型とポリマー層との間の摩擦力によって制限される。この摩擦により、エンボス加工中に上部導電性ポリマー層の縁部に下向きの移動を生じる傾向がある。スペーサ層の厚みが小さすぎる場合には、２つの導電性ポリマー層の間の短絡が生じる場合がある。この摩擦は、母型とポリマー層との間の接着を最小にする機能的自己会合表面単層の被着のような母型の化学的変成、又は他の摩擦低減潤滑剤によって最小とすることができる。エンボス加工工程の後、半導体ポリマー及びゲート絶縁ポリマーの相似被覆層を被着することによってデバイスが完成する。相似被覆は、母型の開き角αによって定められる、限られた傾斜を側壁に設けることによって容易となる。最終的にゲート電極パターンは、側壁と重なっている微細溝内に印刷できる。適切に形成された印刷ソース−ドレインパターンによって、各微細溝の両側壁上でＴＦＴ動作を得ることができる。
【００２６】
本発明の１つの実施形態による縦型トランジスタは、以下の方法で製造した。最初に、アモルファスポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（厚さ＝０．２５ｍｍ、Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ）を、キシレン（Ａｌｄｒｉｃｈ）中で超音波洗浄し、続いて５０ワットで６０秒間酸素プラズマ処理によって洗浄した。次に、１×５ｍｍのサイズで厚さ４０ｎｍの予め構造化された金製のパッドを、好適なシャドウマスクを使用して加熱蒸着した。イソプロパノール（ＩＰＡ）（Ａｌｄｒｉｃｈ）中の１０重量％のポリ（ビニルフェノール）（ＰＶＰ）（Ｍｗ≒２０ｋｇｍｏｌ-1、Ｔg≒１５１℃；Ａｌｄｒｉｃｈ）溶液を、２０００ｒｐｍで６０秒間スピンコートし、該金製パッド上に絶縁フィルムを形成した。続いて、第２の金製パッドの組を上述と同様の方法で蒸着したが、これらのパッドは、パッドのアドレッシングを可能にするために、最初に形成したパッドに対して僅かにずれている。次いで、ソース／ドレイン電極を形成するために、２つの金層及びＰＶＰ層を、上記のようにして作った微細切断ツールを用いて、８０℃で公称圧力１ｋｇｍｍ-2を３０分印加して多層システムをエンボス加工することにより、ＰＥＴ基板上で微細切断した。この目的のために、Ｔｒｉｂｏｔｒａｋプレス機器（ＤＡＣＡインスツルメンツ）を使用した。次に、まず、無水キシレン（Ｌｏｍｉ社）中の、半導体ポリマーであるポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）（Ｒ．Ａ．J．Jａｎｓｅｎ、ＴＵＥ  Ｅｉｎｈｏｖｅｎ、オランダ、から供給）の８重量％溶液を、２０００ｒｐｍで６０分間スピンコートし、次に無水酢酸ブチル（Ｒｏｍｉｌ  Ｌｔｄ．）の７重量％ポリ（メチルメタアクリレート）（ＰＭＭＡ）（Ｍｗ≒１２０ｋｇｍｏｌ-1、Ｔg≒１０５℃；Ａｌｄｒｉｃｈ）溶液を、同様に２０００ｒｐｍで６０分間スピンコートし、最後に、別の組の金電極を同一のシャドウマスクを通して熱蒸着してゲート電極を形成することにより、縦型トランジスタが完成した。
【００２７】
図１０は、ＰＥＴ基板（図９参照）上のポリビニルフェノールの薄層によって分離された金電極の二重層を微細切断することによって製造された、当該縦型ポリマーＴＦＴの出力特性及び入出力特性を示す。本実施例の半導体ポリマー層は、その上にＰＭＭＡのゲート誘電層が被着された位置規則性ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）層である。明瞭なｐ型蓄積動作を観察することができる。Ｐ３ＨＴを雰囲気（不活性窒素ガス雰囲気下で処理）に晒すことを防ぐことによって、Ｐ３ＨＴのドープを最低限とするように注意を払ったが、幾らかの残留物のために、通常デバイスは、Ｐ３ＨＴがドープされた状態にある。しかしながら、最も注目すべきことは、頂部及び底部のソース−ドレイン電極間で短絡が観察されず、このことは、微細切断技術が、異なる層間で電気的短絡を生じることなく多層の積層構造の一体性を維持することを可能にする明らかな証拠である点にある。
【００２８】
これにより多様なデバイス用途への道が拓かれ、微細切断を異なる層に電極を含む縦方向の側壁を形成するために利用できる。そのような縦方向の側壁を有する他の有用な構造の例は、互いの上に積層された、（異なる物質で形成されている）アノード及びカソードを含む発光ダイオードである（図１３参照）。そのような微細切断された溝が、基板の屈折率及びアノードとカソードとを分離する誘電ポリマースペーサ層の屈折率よりも高い屈折率を有する、共役ポリマーのような発光物質で満たされている場合、ＬＥＤからの光は、導波路に結合することができる。光がエンボス加工された溝内部で同一基板上の他の位置に導かれると、そこでＬＥＤと同一方法で形成された縦型光検出器によって検出できる。これは、集積光通信回路の簡単な製造方法を提供する。
【００２９】
このような方法で製造することができる他の有用なデバイスは、電子励起レーザである。最近、有機単結晶をベースにした電子励起レーザが示されている（Ｓｃｈｏｅｎ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８９、５９９（２０００））。デバイス構造は、有機単結晶の両側に形成され、この結晶の両側から電子及び正孔の注入を可能にするＴＦＴデバイスに基づいている。導波は、ゲート電極の高屈折率によってＴＦＴの平行チャネルに沿って実現される。しかしながら、結晶の両側のデバイスを正確に位置合わせすることを必要とするこの製造方法は、集積化には適さない。そこで本発明者らは、集積回路製造に更に好適な固体エンボス加工による、同様のデバイス構造の製造方法を提案するものである。図１４に概略図を示す。ｐチャネルは微細エンボス加工された溝に被着した半導体層の底側に形成され、一方、ｎチャネルは、層の頂部に形成されることができ、或いはその逆とすることができる。発光した光の導波は、上記のようにして実現することができる。レーザ動作のために必要とされる光学的フィードバックは、例えば、レーザ導波路に対して垂直方向の溝を有するように予めエンボス加工された基板上に一連の層被着することによって実現できる。
【００３０】
また、縦方向の側壁は、図１５に示す横方向のｐ−ｎ接合のような半導体層間に明確な界面を形成するのに使用することができる。
【００３１】
他の実施例は、ポリマーパターンの溶液被着を誘導し且つ閉じこめる表面自由エネルギーパターンを生成するのに使用することができる表面起伏形状を形成する方法を示す。
【００３２】
ポリマーパターンを被着する多くの直接印刷技術には解像度が比較的低い欠点があり、これにより、数マイクロメートルの寸法を有する微細スケールの形状及び線の形成が妨げられる。例えば、インクジェット印刷の場合、基板上のインクジェット小滴の制御されない拡散、及び飛散方向の統計的変動によって、解像度は２０から５０μｍに制限される。予め作られた表面自由エネルギーのパターンを有する基板上に印刷を行なうことによって、解像度を大幅に高め得ることが明らかになっている。水溶液から被着されたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの場合、小滴の拡散は、疎水性の撥水バンクを使用することによって制御でき、その結果、ＰＥＤＯＴの被着を親水表面領域に正確に制限することができる。親水性ガラス基板上への疎水性ポリイミド層のフォトリソグラフパターン形成、又は自己会合化単層の光パターン形成のような、当該表面自由エネルギーパターンを形成する、異なる技術が示されている（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、英特許出願０００９９１５．０）。
【００３３】
表面自由エネルギーパターンを形成する別の技術は、ソフト・リソグラフィック・スタンピングである（例えば、Ｙ．Ｘｉａ他、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．３７、５５０（１９９８）参照）。ここでは、ポリ（ジメチルシロキサン）（ＰＤＭＳ）の溶液をパターン形成された母型に注ぐことによって、表面起伏形状を含む軟らかいスタンプを製造する。これを硬化させて、母型を剥がした後、スタンプを自己会合化単層（ＳＡＭ）の溶液に晒して、次いで試料表面に接触させる。ＳＡＭは、スタンプと直接接触している領域でスタンプに選択的に転写され、結果として表面自由エネルギーの局所的変成が生じる。
【００３４】
固体エンボス加工は、エンボス加工工程で形成された地形図的な起伏形状を利用することによって、材料の被着をエンボス加工された溝に制限する、精密さと簡潔さを備えた自己整合法を提供する。
【００３５】
材料の溶液が微細溝を含む基板に被着すると、溶液は、毛管力によって微細溝内に引き寄せられることになる。これによって溝内への材料の選択的被着機構がもたらされる。
【００３６】
この効果は、基板の表面エネルギーを変成することによって高めることができる。エンボス加工された試料が、自己会合化単層に晒された平坦な軟らかいスタンプと接触するようになると、ＳＡＭの転写は、平坦な表面領域でのみ発生し、微細溝の側壁上では発生しない。平坦なスタンプは、表面起伏形状、すなわち母型のパターンを必要とすることなく、ソフトリソグラフィー用に開発された材料、及び手順を利用して作ることができる。
【００３７】
ソフトリソグラフィーとは対照的に、この技術の魅力的な利点の１つは、先に被着されたパターンに対してどのような位置合わせ又は整合も必要としない点にある。これにより、例えば、図６に示すようにＴＦＴのゲート電極を印刷するための、自己整合した表面自由エネルギーパターンを作る、精密さと簡潔さを備えた方法が得られる。ゲート絶縁層の平坦な表面領域が疎水性に変成される場合、インクジェット印刷ゲート電極、例えば水溶のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの被着は、疎水性表面領域に拡散することなく微細溝に制限される。これによって、ソース／ドレイン電極とゲート電極間とのオーバーラップ・キャパシタンスが小さい自己整合ＴＦＴの製造が可能になる。この特性は、地形図的な溝によってもたらされる印刷ゲート電極の自己整合により縦型トランジスタデバイス構造の一般的な問題の１つが克服されることから、縦型ＴＦＴの関連においては特に有用である。殆どの縦型トランジスタは、縦型メタライゼーションの整合をとることが困難であるために、ソース−ドレイン電極及びゲート電極間の大きなオーバーラップが問題になる。キャパシタンス低減の結果として、エンボス加工された縦型トランジスタを使用した集積回路は、スイッチング時間の改善及びより良好なファンアウトを示すことになる。
【００３８】
そのような表面パターン形成用材料の１つの可能性のある選択肢は、ＰＶＰのゲート絶縁層を使用することである。ＰＶＰは、各フェニル環に付いたヒドロキシルグループによって適度の極性を有するポリマーである。ＰＶＰの表面は、酸素プラズマに短時間晒すことによって一層親水性にすることができ、その結果水の接触角が３０度未満になる。しかしながら、ＰＶＰは水溶性ではなく、従って溶解することなく、水溶液からＰＥＤＯＴ／ＰＳＳゲート電極を被着させることが可能である。ＰＶＰの表面は、アルキルトリクロロシラン又はフッ素化アルキルトリクロロシランの自己会合化単層に晒すことによって、疎水性にすることができる。６０度を超える接触角が実現可能である。この接触角の相違は、水溶液からのインクジェットによるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ小滴の被着を、親水性表面領域に制限するのに十分である。
【００３９】
構造体の上側部分を表面変成する別の方法は、蒸着のような蒸気処理を使用することであり、この場合蒸気は、上側表面に対し鋭角に方向付けされる。これによって凹部の側部が、少なくとも凹部の深い部分を蒸気から遮ることが可能となり、その結果、凹部の上側部分及び上面のみが処理される。
【００４０】
図７は、スタンピングによる表面変成さえも必要とせずに表面パターンを予め形成する別の方法を示す。ポリ（ジオクチルフルオレン）（Ｆ８）のような疎水性ポリマー層がＰＶＰのような親水性ポリマー層の上にスピンコートされる場合、表面自由エネルギーパターンは、エンボス加工時に親水性ポリマーが微細溝の側壁上に露出されると自動的に形成される。本方法を同様の方法で使用し、例えば、任意のパターンを有する高密度配列の微細な接続配線を製造するために、インクジェット印刷と組み合わせて微細に分離された配線形状を形成することができる。
【００４１】
別の実施例は、ビアホールによる相互接続部の形成方法を示す。
【００４２】
上述のタイプのデバイスを使用して集積ＴＦＴ回路を形成するためには、異なる層にある電極と接続配線との間に、ビアホールによる相互接続部を形成する必要がある。インクジェット印刷を使用した誘電体層の局所エッチング（Ｈ．Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ他、英国特許出願番号ＵＫ０００９９１７．６号）、フォトリソグラフィック・パターン形成（Ｇ．Ｈ．Ｇｅｌｉｎｃｋ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７７、１４８７（２０００））、又は機械的縫合装置を使用する連続穿孔（Ｃ．Ｊ．Ｄｒｕｒｙ他、国際特許公開ＷＯ９９／１０９２９）のような、ビアホールを形成する種々の方法が示されている。
【００４３】
固体エンボス加工は、図８に示すように、このようなビアホール接続部を開孔する別の方法を提示する。母型が鋭い角錐体の配列を含む場合（Ｎ．Ｓｔｕｔｚｍａｎｎ他、Ａｄｖ．Ｍａｔ．１２、５５７（２０００））、エンボス加工を使用して誘電層を貫通する小径角錐型の微細切断を形成し、下地の導電性電極の表面を露出させることができる。溝は、後に続く印刷工程で、導電性ポリマーで充填することができる。この処理は、一連の絶縁ポリマー及び半導体ポリマーを含む、より複雑な多層構造にも同様に適用することができる。
【００４４】
ビアホールの大きさは、角錐型楔のサイズ、及び押込み深さによって定められる。７０度の開き角の楔を使用すると、数マイクロメートルのビアホール、又はサブマイクロメートルの寸法のビアホールでさえも形成できる。高密度集積回路の製造には、ビアホールのサイズが小さいことが重要である。
【００４５】
そのような方法の利点の１つは、この方法によって多数の相互接続部を並列に形成できる点にあり、一方、機械的縫合又はインクジェット印刷は、本質的に直列的である。
【００４６】
上記の全ての実施形態において、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、溶液から被着される任意の導電性ポリマーによって置き換えることができる。実施例は、ポリアニリン又はポリピロールを含む。しかしながら、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの幾つかの魅力的な特徴としては、（ａ）本質的に低い拡散率を有する高分子ドーパント（ＰＳＳ）、及び（ｂ）高い熱安定性及び大気中における安定性、（ｃ）効率的な正孔電荷キャリヤ注入が可能な、通常の正孔輸送型の半導体ポリマーのイオン化ポテンシャルによく適合する約５．１ｅＶの仕事関数、を挙げることができる。
【００４７】
微細切断ツールは、複数の微細切断突出部を有する。これらは、隆起部、鋸歯型構造、スパイク等の鋭い突出形状を取ることが好ましい。これらの微細切断ツールの製造方法及び材質は、微細切断処理には重要ではない。しかしながら、ツールが層を切り開くことができるほどに、ツールが作られる材質は十分に硬く、突出部は十分に鋭くなければならない。ツールが、多層構造の上層を切り開くようになっている場合には、突出形状の高さｈは、切断される1つ又は複数の層の厚みｄよりも大きくなければならない。突出形状の高さｈのような、突出形状の特性寸法は、１ｍｍから１ｎｍの間の範囲にあることが好ましい。これらの特性寸法は、１００μｍから５ｎｍの間であることがより好ましく、１０μｍから約１０ｎｍの間であることが最も好ましい。好適な鋭さを与えるためには、突出形状の突出端の曲率半径は、５００ｎｍよりも小さいことが好ましく、１００ｎｍよりも小さいことが更に好ましく、１０ｎｍよりも小さいことが最も好ましい。
【００４８】
鋭く突出した外形は、単純な形状（例えば、直線状の隆起部）、又はくし型形状のようなより複雑なものとすることができる。好適な外形形状の実施例としては、円錐又は角錐の突出部の配列、及び直線状の突出部の配列を挙げることができる。突出部の有用な１つの構造は、直線状で互いに平行であることである。
【００４９】
微細切断ツールは、好ましくは少なくとも１つの切断用の刃を含むが、複数の刃を含むことが好ましい。複数の刃により、単一のエンボス加工／微細切断工程で複数のデバイスを製造することが可能となる。突出した刃は、全て同一の形状寸法であってもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、本発明による微細切断ツールは、列状の刃の配列を含み（図１２の平面図参照）、これを用いて、例えば、ポリマー基板（図１２）の上の予め構造化された導電性層を１つの工程で切断して、例えば、薄膜トランジスタ等の電子デバイスで使用する電極配列をもたらすことができる。
【００５０】
別の実施例において、微細切断の母型は、平板又は円筒形のいずれであってもよく、或いは製造されるデバイス及びデバイス構成、並びに製造処理に最も適合する任意の形状を有していてもよい。円筒形微細切断ツールは、連続した可撓性の基板をリール・ツー・リール処理（図１２参照）でエンボス加工可能なので特に有用である。リール・ツー・リール成形は、標準的なバッチ処理よりも高いスループット、及び低コストの性能をもたらすことができる。この状況において、エンボス加工は、好ましくは固相で行われることが特に重要であり、エンボス加工された溝は、エンボス加工ツールが後退した後もその形状を保つ。エンボス加工が液相で行われる場合、微細切断ツールを取り外す前に基板の温度を下げることが必要となり、これは、回転している円筒形微細切断ツールでは実現することは困難であろう。可撓性ツールは、可撓性プラスチック構造で構成でき、又は別の材料の可撓性シート、例えば薄い（例えば、厚さ２０ミクロンの）シリコンのシートとすることができる。
【００５１】
本発明の１つの実施形態による大面積微細切断ツールは、例えば、同一又は異なる起伏構造を含む複数の微細切断ツールを組み合わせることによって作ることができる（図１６参照）。円筒形微細切断ツールは、最初に平板のツールを作り、続いてそれを巻くか又は曲げて作ることができる（図１６参照）。
【００５２】
好適な母型は、異方性エッチング技術、リソグラフ法、電気メッキ、電鋳法等を含むが、それらに限定されるものではなく、当業界で公知の多様な方法で作ることができる。好適な形状を形成するのに異方性エッチング技術を適用することは、最も容易な方法において１０ｎｍよりも小さい曲率半径の刃を有する外形を得ることができることから、本発明の範囲で最も好適なものである。特に、単結晶又は多結晶の無機材料の異方性エッチングは、本発明の範囲において想定されているところのものである。最も好適な材料は、単結晶の｛１００｝シリコンであり、これにはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加した又は添加しない状態の水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化アンモニウムテトラメチル（ＴＭＡＨ）水溶液のような、異方性エッチング液を使用することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。｛１００｝シリコンとは異なる他の材料、及び上記のものとは異なる他の異方性エッチング液を使用して、例えばエッチング角又はエッチング速度を、例えば変更することもできるが、このことは微細加工の当業者であれば理解できる筈である。また、例えば、くし形の外形を作るのに必要な矩形コーナー部のような、より複雑な構造を製造するために、所望のエッチング深度が得られるまで、コーナーが「犠牲」ビーム又は同様の構造によって保護されるように設計された、別の補償的構造を組み込んだ異方性エッチング技術を適用することができる。これらのエッチング技術は公知である（ｖａｎ  Ｋｅｍｐｅｎ、Ｒ．Ｐ．ａｎｄ  Ｗｏｌｆｆｅｎｂｕｔｔｅｌ、Ｒ．Ｆ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．５、９１（１９９５）、Ｓｃｈｅｉｂｅ、Ｃ．ａｎｄ  Ｏｂｅｒｍｅｉｅｒ、Ｅ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．５、１０９（１９９５）、Ｅｎｏｋｓｓｏｎ、Ｐ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．７、１４１（１９９７）参照）。
【００５３】
シリコンの異方性エッチングを好適に使用して、その面がシリコンの｛１１１｝面に対応する突出部を有する、ツール又は母型として使用するダイを形成することができる。それらの面の間の角度は７０°（より正確には７０．５３°）である。シリコンシートの厚さは、好適には約３００ミクロンである。異方的にエッチングすることができる他の材料、好適には他の半導体材料を使用することができる。
【００５４】
微細切断ツールは、例えばシリコンウェーハに、異方性エッチング技術によって、最初に鋭い形状を形成することによって作られる。この微細加工ウェーハは、ツール自体として使用することができ、又はその後に該ウェーハのレプリカを作り、これをツールとして使用することができる。ウェーハが、所望のツールのネガ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）として形成される場合、ツールは、ウェーハ上で成型することができる。ウェーハが、所望のツールのポジ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）版である場合には、ウェーハの第１のレプリカを作り、次に、第１のレプリカのレプリカとしてツールを形成することができる。レプリカは、熱可塑性ポリマー又は熱硬化性ポリマーのような材料で作るのが好ましい。これはオリジナル母型（例えばシリコンウェーハ）内に、鋭い溝をエッチングで形成することができるという利点を有しており、これは、多くの場合、鋭い隆起部をエッチング形成することよりもより簡単な方法である。このようなオリジナル母型のポリマー製レプリカは、十分に堅固であり、構造化されることになる層を切り開くことができる必要がある。従って、レプリカ製造に使用されるポリマーは、ガラス転移温度が２５℃より大きいことが好ましく、１１０℃より大きいことがより好ましく、１５０℃より大きいことが最も好ましい。この温度は、一般に良く知られており、例えばポリマーハンドブック（J．Ｂｒａｎｄｒｕｐ、Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ、Ｅ．Ａ．Ｇｒｕｌｋｅ編集、Ｊｈｏｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ、ニューヨーク、１９９９）に見出すことができる。レプリカの微細切断ツールを作るには、シアン酸エステル樹脂（例えば、４，４'エチリデンジフェニルジシアン酸、及びオリゴ（ｅ−メチレン−１，５−フェニレンシアン酸）、又は４官能性テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンのようなエポキシ樹脂）のような、高ガラス転移の熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。この樹脂は、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン（ＤＤＳ）のような、芳香族硬化剤と予め混合されてもよい。レプリカを作るために、上記に挙げたものと同様に融解ポリマー、ポリマー溶液、又は液体プレポリマーを鋳型成型、射出成形、又は反応成形して、例えば、冷却、熱架橋又は光化学的架橋によって母型の構造と接触した状態で固化させる。オリジナル母型の表面は、自己会合化単層（例えば、オクタデシルトリクロロシラン、ペルフルオロデシルトリクロロシラン、及びアリルトリメトキシシラン等を使用して蒸気層からシリル化）を用いた化学的変成のような好適な表面処理を使用して、例えば疎水性にすることによって非接着性とすることができる。もしくは、シリコンオイルのような離型被覆又は離型剤をオリジナル母型の表面に使用してもよい。また、このような被覆をツールの切断表面に適用してもよい。
【００５５】
上述のように、オリジナル母型の構造の当該ポリマー製レプリカを再び用いて、オリジナル母型と同一の起伏構造、又はそのネガ構造を有する、二次、三次、又はより高次の世代のレプリカ（「サブ−母型」“sub−masters”）を形成することができる。重要なことは、最終的な微細切断ツールが、鋭い隆起部のような鋭く突出した刃を含むことである。例えばエンボス加工、射出成形、又は反応成形によってそのような「サブ母型」を形成し、次にこれを用いて最終的な微細切断ツールを複製するために、パーフルオロ化ポリマー、ポリオレフィン、ポリスチレン、又はシリコーンゴム（例えば、ポリジメチルシロキサン）のような、良好な非接着特性を示すポリマー材料を使用することが好ましい。そのようなサブ母型は、円筒形微細切断ツール、又は更に複雑な形状寸法の微細切断ツールを作るために、製造されることになるデバイス及びデバイス構造に応じて最も望ましい形状寸法に曲げられ、巻かれ、又は成形されることができることは明らかである。この目的のためには、ポリジメチルシロキサン、又はポリオレフィンのような、可撓性ポリマー材料をサブ母型製造のために使用することが有用である。
【００５６】
本発明の１つの実施形態によるサブ母型は、最初にポリスチレン（ＰＳ）（アタクチックポリスチレン、Ｍｗ≒１０５ｋｇｍｏｌ−１、Ｔｇ≒１００℃；Ａｌｄｒｉｃｈ）でネガのレプリカを作ることによって作成した。この目的のために、ＰＳ顆粒を尖鋭な溝（高さｈ≒１０ｍｍ、周期性Λ＝５００ｍｍ、エッジ角α＝７０°；ＭｉｋｒｏＭａｃｈ、Ｎａｖａ  ｍｎｔ．１３，１０１５１、Ｔａｌｌｉｎｎ、Ｅｓｔｏｎｉａ）を含むシリコン母型を用いて、１８０℃でエンボス加工し、これに公称圧力３００ｇｍｍ−２を５分間印加した（Ｓｔｕｔｚｍａｎｎ、Ｎ．、Ｔｅｒｖｏｏｒｔ、Ｔ．Ａ．、Ｂａｓｔｉａａｎｓｅｎ、Ｃ．Ｗ．Ｍ．Ｆｅｌｄｍａｎ、Ｋ．＆  Ｓｍｉｔｈ、Ｐ．Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１２、５５７（２０００）参照）。その後、本発明の１つの実施形態による２次世代のポリジメチルシロキサン（Ｓｙｌｇａｒｄシリコン弾性体１８４；Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）のレプリカを、これらのエンボス加工したＰＳフィルム上にプレポリマー液を注いで、大気中に室温で２４時間硬化させることによって作った。最終的な微細切断ツールは、第三世代熱硬化レプリカを形成することによって作ったが、この第三世代熱硬化レプリカは、最初にシアン酸エステル樹脂Ｐｒｉｍａｓｅｔ  ＰＴ１５（Ｌｏｎｚａ）を１１０℃で３０分間融解し、この融解物を構造化ＰＤＭＳフィルム上に鋳込み、１７０℃で４時間、その後２００℃で２４時間硬化させ、最後に硬化した表面構造化熱硬化物からＰＤＭＳレプリカを取り外すことにより作った。
【００５７】
また、薄い結晶ウェーハから直接的に異方性エッチング加工することにより、微細切断ツールを作ることも可能である。ウェーハの厚さが５０μｍよりも小さい場合、該微細切断ツールは可撓性であり、リール・ツー・リール法のエンボス加工に好適な円筒形ローラ上に取り付けることができる。
【００５８】
微細切断加工を利用して複雑な集積回路を製造するためには、微細切断ツールは、任意の複雑な回路の限界デバイス寸法を規定することが可能な、任意の楔パターンを用いて作ることができる。そのような複雑な母型が結晶ウェーハの異方性エッチングで形成される場合、多層の積層体の特定の層を切断するツールの突出している全ての楔が同じ高さを有することを保証するためには、コーナー補償（ｖａｎ  Ｋａｍｐｅｎ、Ｒ．Ｐ．ａｎｄ  Ｗｏｌｆｆｅｎｂｕｔｔｅｌ、Ｒ．Ｆ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．５、９１（１９９５）、Ｓｃｈｅｉｂｅ、Ｃ．ａｎｄ  Ｏｂｅｒｍｅｉｅｒ、Ｅ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．５、１０９（１９９５）、Ｅｎｏｋｓｓｏｎ、Ｐ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．７、１４１（１９９７）参照）のような高性能のエッチング技術を使用する必要がある。
【００５９】
もしくは、微細切断ツールは、平行な線状の楔の配列のような、非常に単純な楔パターンを有していてもよい。この場合には、全ての限界デバイス寸法部は、規則的な格子上に配置する必要がある。しかしながら、依然として任意の複雑性を有する回路は、切断される層の粗いパターンを適切に形成することによって、及び規則的に間隔をあけたデバイス間に適切な接続配線を被着することによって形成することができる。この方法は、直接印刷と微細切断加工との組合せ（図１２参照）に基づくリール・ツー・リール処理に特に好適である。第１の工程において、好適な接続配線を有するソース−ドレイン電極の規則的な配列は、インクジェット印刷のような技術によって書き込まれる。次いでソース−ドレイン電極間のチャネル間隙は、微細切断加工によって形成される。アクティブマトリクス・ディスプレイは、そのようなＴＦＴの規則的な配列が特に有用な例である。
【００６０】
同様の方法は、点状の突出部の規則的な配列を備えた微細切断ツールで始まり、続いて選択したビアホールを充填して所望の回路機能を可能にする、多層相互接続構造のためのビアホールの製造に適用することができる。
【００６１】
他の実施例は、同一母型上に異なる高さの楔を形成することによって、デバイス内の種々の層の形状を選択的に切り出すことができる方法を示す。母型の楔を形成するエッチング処理は、例えば、エッチングマスクのリソグラフィー形状の幅を変更することによって、異なる高さを有する楔の幾つかのパターンを形成するための後続の工程において行なうことができる。そのような母型は、デバイスの幾つかの層における限界デバイス寸法部を、単一のエンボス加工工程で形成するのに有用である。
【００６２】
ツールは、切断される材料に向けられた切断面を有し、そこから切断用突出部が突き出ていることが好ましい。この切断面は平面であることが好ましい。多くの場合、切断用突出部は、全て同一の深さを有していることが好ましいであろう。
【００６３】
本明細書で説明した方法及びデバイスは、溶液処理されたポリマーで作られるデバイスに限定されるものではない。ＴＦＴの導電性電極の一部、及び／又は、回路又はディスプレイデバイス（下記参照）における接続配線の一部は、例えば、コロイド懸濁液の印刷又は予めパターン形成された基板上への電気メッキによって被着することができる無機導体によって形成できる。必ずしも全ての層が溶液から被着されるものとは限らないデバイスにおいて、デバイスの１つ又はそれ以上のＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ部分は、真空蒸着導体のような不溶性導体材料で置き換えることができる。
【００６４】
半導体層に関しては、１０−３ｃｍ2／Ｖｓを越える、好ましくは１０−２ｃｍ2／Ｖｓを越える十分な電界効果移動度を示す任意の溶液処理可能共役ポリマー又はオリゴマー材料を使用することができる。好適な材料は、例えば、Ｈ．Ｅ．Ｋａｔｚ、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．７、３６９（１９９７）、又は、Ｚ．Ｂａｏ、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １２、２２７（２０００）に概説されている。他の可能性としては、可溶化側鎖を含む小共役分子（Ｊ．Ｇ．Ｌａｑｕｉｎｄａｎｕｍ他、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２０、６６４（１９９８））、溶液から自己会合化された半導体有機−無機ハイブリッド材料（Ｃ．Ｒ．Ｋａｇａｎ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ２８６、９４６（１９９９））、又はＣｄＳｅナノ粒子のような溶液被着無機半導体（Ｂ．Ａ．Ｒｉｄｌｅｙ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８６、７４６（１９９９））を挙げることができる。
【００６５】
また、半導体材料は、真空又はプラズマ蒸着技術によって被着された薄膜シリコンのような無機半導体であってもよい。
【００６６】
電極は、インクジェット印刷以外の技術により粗パターン化されてもよい。好適な技術としては、ソフト・リソグラフィック印刷（Ｊ．Ａ．Ｒｏｇｅｒｓ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５、１０１０（１９９９）、Ｓ．Ｂｒｉｔｔａｉｎ等、Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｗｏｒｌｄ  １９９８、５月、ｐ．３１）、スクリーン印刷（Ｚ．Ｂａｏ他、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔ．９、１２９９９（１９９７））、及びフォトリソグラフィパターン形成（国際特許公開ＷＯ９９／１０９３９参照）、又はメッキを挙げることができる。インクジェット印刷は、特に可撓性プラスチック基板において、良好な整合性を有する大面積パターン化に特に好適であると考えられる。
【００６７】
1つ又は複数のデバイスは、Ｐｅｒｓｐｅｘのような、又はポリエーテルスルフォンのような可撓性プラスチック基板のような、別の基板材料上に被着させることができる。該材料はシート形状であることが好ましく、ポリマー材料からなることが好ましく、透明な及び／又は可撓性のあるものとすることができる。
【００６８】
デバイス及び回路の全ての層及び構成要素は、溶液処理法及び印刷技術によって被着され、パターン形成されることが好ましいが、半導体層のような１つ又はそれ以上の構成要素は、真空蒸着技術によって被着されてもよく、及び／又はフォトリソグラフィ処理によってパターン形成されてもよい。
【００６９】
上述のようにして製造されたＴＦＴのようなデバイスは、より複雑な回路又はデバイスの一部とすることができ、１つ又はそれ以上のＴＦＴのようなデバイスは、相互に、及び／又は他のデバイスと共に、複雑な回路又はデバイスの内部に統合することができる。応用例としては、ディスプレイ用の論理回路及びアクティブマトリクス回路、又はメモリデバイス、或いはユーザ定義型のゲートアレイ回路を挙げることができる。
【００７０】
微細切断方法は、そのような回路の他の構成要素をパターン形成するのにも同様に使用できる。１つの可能性は、アクティブマトリクス・ディスプレイのピクセル電極のパターン形成である。高解像度ディスプレイにおいて、各ピクセル（例えば、液晶、有機発光ダイオード、又はポリマー発光ダイオード）の光学的状態は、各ピクセル電極に印加される電圧によって制御される。アクティブマトリクス・ディスプレイにおいて、各ピクセルは、ＴＦＴのような電圧ラッチを有しており、他のピクセルがアドレスされ、書き込まれている間、この電圧ラッチがピクセルの電圧を保持する。ＴＦＴ及びアドレス線が、ピクセル電極とはデバイスの異なる層にある場合、例えば、ピクセル電極の下に位置し、ビアホールを介してピクセル電極と接続されている場合には、連続したピクセル電極を微細切断加工することにより、口径比が非常に高いディスプレイをもたらすことができ、この口径比は、微細切断溝の小さな幅によってのみ制限される。
【００７１】
付勢工程中に微細切断ツールを多層構造と同じ温度、例えば、両温度の差を５℃以内に維持することが好都合である。もしくは、異なる温度としてもよく、つまり微細切断ツールは、付勢工程中に多層構造の温度と５℃よりも大きく異なっていてもよい。
【００７２】
本発明は、前述の実施例に限定されるものではない。本発明の態様は、本明細書に記載された概念の全ての新規な及び／又は進歩性のある態様、及び本明細書に記載されている全ての新規な及び／又は進歩性のある特徴の組合せを含む。
【００７３】
本発明は、暗黙的に又は明示的に本明細書で開示された全ての特徴又は複数の特徴の組合せ、又はそれらの全ての一般化を、上述のいかなる定義の範囲を限定することなく含むことができることに留意されたい。以上の記述を考慮すると、当業者であれば本発明の範囲内で種々の変更を行なうことは容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
固体エンボス加工及び微細切断処理の１つの実施形態の概略図である。
【図２】
異なるポリマー支持体上の微細切断ＰＥＤＯＴフィルム（Ａ、Ｂ：３μｍ  ＰＭＭＡ上の８００Å  ＰＥＤＯＴ、Ｃ、Ｄ：３μｍ  ＰＶＰ上の８００Å  ＰＥＤＯＴ）の環境制御型電子顕微鏡画像を示す。高輝度領域はＰＥＤＯＴで覆われた領域である。
【図３】
直接印刷と固体エンボス加工を組み合わせて、個別のＴＦＴデバイスが規則的に配列したものを製造する、可能性のあるソース−ドレイン電極構成の概略平面図である。集積回路を製造するために、点線で示す任意の２つのＴＦＴデバイス間の接続配線は、直接印刷によって形成することができる。
【図４】
固体エンボス加工と直接印刷との組合せによって、トップゲート型ポリマーＴＦＴを製造するための処理手順の概略図を示す。
【図５】
固体エンボス加工によって縦型ポリマーＴＦＴを製造するための、可能性のある処理手順を示す。
【図６】
固体エンボス加工と選択的表面変成との組合せによって、ポリマーＴＦＴの自己整合ゲート電極を製造する方法を示す。
【図７】
直接インクジェット印刷によって、狭い導電性接続配線と電極とを製造するために使用することができる、表面自由エネルギーパターンを作成する別の方法を示す。
【図８】
固体エンボス加工による、ビアホール相互接続部の製造を示す。
【図９】
縦型トランジスタ製造用の多層構造の別の概略図と、エンボス加工された金／１μｍＰＶＰ／金の３層を具備する完成したトランジスタの写真を示す。
【図１０】
電極Ｅ２及びＥ３をソース−ドレイン電極として測定した、エンボス加工された縦型ポリマートランジスタの出力特性と入出力特性とを示す。
【図１１】
電極Ｅ２及びＥ４をソース−ドレイン電極として測定した、エンボス加工された平面型ポリマートランジスタの出力特性と入出力特性とを示す。
【図１２】
リール・ツー・リール処理で連続したフレキシブル基板をエンボス加工するのに使用する円筒形微細切断ツールを示す。
【図１３】
光導波路構造をも形成する縦方向の側壁上に製造された発光ダイオードデバイスを示す。
【図１４】
発光半導体材料へ電子及び正孔を注入するｎ型及びｐ型トランジスタチャネルを備えた電子励起レーザデバイスを示す。
【図１５】
微細切断溝に形成された横方向のｐ−ｎ接合を備えたデバイスを示す。
【図１６】
同一又は異なる複数の起伏構造を含む複数の微細切断ツールを組み合せることにより、例えば平面（図１６ａ）だけでなく、円筒形（図１６ｂ）の大面積の微細切断ツールを容易に製造することができる。もしくは、円筒形の微細切断ツールは、例えば突出した刃を含む、十分に柔軟なシートを曲げることにより作ることができる（図１６ｃ）。
【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】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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