(57)【要約】【課題】  いかなる基材にも、電極・配線の上面と非電極・配線部分の上面に段差がないパターンを形成しうる方法、及び該方法により得られる高品質な電子部品を提供する。【解決手段】ブランケット上に電極又は配線パターンを形成する工程、前記ブランケット上及び前記パターン上に絶縁性インクを塗布して前記ブランケット上に多層構造を有する膜を形成する工程、及び得られた多層構造を有する膜を前記ブランケットから対象物に転写する工程により、絶縁インク膜に埋め込まれた電極又は配線のパターンを形成する。【選択図】  図２
2014146625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁インク膜に埋め込まれた電極又は配線のパターンを形成する方法であって、
ブランケット上に電極又は配線パターンを形成する工程と、
前記ブランケット上及び前記パターン上に絶縁性インクを塗布して前記ブランケット上に多層構造を有する膜を形成する工程と、
得られた多層構造を有する膜を前記ブランケットから対象物に転写する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記電極又は配線のパターンを、印刷法により形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記電極又は配線のパターンを、前記ブランケット上に塗布した導電性インク膜に対して、凸版を押し当てて離すことで形成することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法により電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記電極が、ソース・ドレイン電極であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極又は配線の作製方法に関し、特に、絶縁膜に埋め込まれた電極あるいは配線の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)などに代表されるデバイス構造は、これまで真空製膜とフォトリソグラフィーを組み合わせた方法で作製されてきた。
これらのプロセスに対し、印刷法を用いることで同様のＴＦＴ等の構造を形成する技術が近年開発されている。現在まで全印刷によるＴＦＴ作製プロセスは上市されていないが、当該構造を形成する有力な印刷法として、マイクロコンタクト印刷法、反転転写印刷法、インクジェット法があげられる。
【０００３】
図１(ａ)は、ＴＦＴ構造として最も有望視されているボトムゲート・ボトムコンタクト型トランジスタにおいて、基板１上のゲート電極２の上に形成された絶縁膜３の上に印刷法によりソース電極あるいはドレイン電極(以下Ｓ／Ｄ電極と呼ぶ)のパターン４を形成した例を示すものであって、(ａ)はＳ／Ｄ電極パターンが矩形で薄膜の場合、(ｂ)はＳ／Ｄ電極パターンが矩形で厚膜の場合、(ｃ)はＳ／Ｄ電極パターンがかまぼこ形状の場合、をそれぞれ示している。
従来の印刷法による場合、図に示すように、Ｓ／Ｄ電極パターン４とその間の絶縁膜３に段差が生まれる。半導体層５は該段差の上に形成するため、該段差が大きいと、図１(ｂ)に示すように半導体層５が破断したり、絶縁膜３との間に隙間が生まれてしまう場合がある。
【０００４】
上記の理由から、ＴＦＴ構造の実現にはＳ／Ｄ電極パターンは極めて薄くする必要がある。例えば、グラビア印刷やスクリーン印刷などの印刷法は、経済性、量産性の観点から優れた特徴を有しているものの、厚膜向けの印刷であり、図１(ｂ)に示すように、Ｓ／Ｄ電極パターン１４と絶縁膜３との段差が大きくなりすぎて、ＴＦＴ構造を実現することが非常に難しくなる。また、Ｓ／Ｄ電極パターンは、パターン形成法に依存して、図１(ｂ)のＳ／Ｄ電極パターン１４に示すような矩形状や、図１(ｃ)のＳ／Ｄ電極パターン２４に示すようなかまぼこ状など多様な断面形状をとることから、ＴＦＴ間の特性ばらつきや、ＴＦＴの動作不良が発生し、産業化の大きな課題となっている。
【０００５】
一方、極薄膜の電極・配線を形成できる手法として反転転写印刷法(特許文献１〜３参照)がある。この手法は、シリコーンゴムなどのやわらかい樹脂を最表層にもつブランケット上にインクを薄く一様に塗布した後、抜き版とよばれる凸版をブランケットにおしあてることで、凸版状に不要なインクを転写し、ブランケット上に残った必要なパターンを対象物に転写することで印刷を完了するものである。ただし、今度は電極・配線が極薄膜であるがゆえに断線が生じやすいという問題も生じる。
【０００６】
つまり、絶縁膜上に電極・配線パターンを形成する行為そのものが、安定的なＴＦＴの形成やその動作を妨げている。
【０００７】
また、特許文献４には、印刷法でゲート電極を形成した場合、真空装置やフォトリソグラフィーを用いて形成した場合よりも厚く形成されることが多く、電極間のリーク電流を低減するためにはゲート絶縁膜も厚くせざるを得ないが、そのために、トランジスタの駆動のため高電圧をゲート電極に加える必要があることが記載されており、該特許文献では、基材表面と電極パターン表面とが同一平面となるように形成することによって、絶縁膜を薄膜化し、駆動電圧を下げることが提案されている。
しかしながら、該特許文献の方法は、基材表面に電極のパターンと同一形状に形成された凹部に、電極材料を埋め込むことにより、基板表面と同一の高さの埋め込み電極を形成するものであるため、基材に凹部を形成する必要があるばかりでなく、用いる基材が凹部を形成できるものに限られるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−５８９２１号公報
【特許文献２】特開２００９−２６５１１８号公報
【特許文献３】特開２００７−１４４９８４号公報
【特許文献４】特開２００６−１８６２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、いかなる基材にも、電極・配線の上面と非電極・配線部分の上面に段差がないパターンを形成しうる方法を提供するとともに、その結果として高品質な電子部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ブランケット上に導電性インクからなる電極・配線パターンを形成した後、当該ブランケット上の当該パターンを覆うようにブランケット全面に絶縁膜を形成し、次いで、該絶縁膜とともに電極・配線パターンをブランケットから対象物に転写することにより、絶縁膜に埋め込まれた電極・配線パターンを形成することができるという知見を得た。
【００１１】
本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］絶縁インク膜に埋め込まれた電極又は配線のパターンを形成する方法であって、
ブランケット上に電極又は配線パターンを形成する工程と、
前記ブランケット上及び前記パターン上に絶縁性インクを塗布して前記ブランケット上に多層構造を有する膜を形成する工程と、
得られた多層構造を有する膜を前記ブランケットから対象物に転写する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
［２］前記電極又は配線のパターンを、印刷法により形成することを特徴とする[１]に記載のパターン形成方法。
［３］前記電極又は配線のパターンを、前記ブランケット上に塗布した導電性インク膜に対して、凸版を押し当てて離すことで形成することを特徴とする[１]に記載のパターン形成方法。
［４］[１]〜[３]のいずれかに記載のパターン形成方法により電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
［５］前記電極が、ソース・ドレイン電極であることを特徴とする[４]に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
従来、印刷によるエレクトロニクスデバイス作製技術では、一層ずつ成膜する手法が用いられていたため電極・配線パターン部と下層の間に段差が生じてしまうが、本発明によれば、電極・配線パターンを絶縁膜中に埋め込むことができ、その結果、電極・配線パターンと絶縁膜間に段差がない膜形成が可能になる。また、本発明を、ＴＦＴの製造に適用した場合には、Ｓ／Ｄ電極パターンと絶縁膜間に段差がない膜形成が可能になることから、後続する半導体層の厚みを軽減でき、Ｓ／Ｄ電極パターンと半導体層の接点が平面になることからトランジスタ特性の向上が見込まれる。また、電極・配線パターンの形成層の最表面に電極・配線の厚みによる段差は生じないため、埋め込まれている電極・配線の厚みや断面形状は後工程を実施する上で問題とならない。したがって、電極・配線形成法として用いる印刷法の自由度があがり、従来難しかった厚膜向きの印刷法(たとえばスクリーン印刷やグラビア印刷)を、ＴＦＴ電極の形成法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ボトムゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴのＳ／Ｄ電極パターンを、従来の印刷法で作製した場合の構造を示す図。
【図２】本発明の方法により、絶縁膜中に電極・配線を埋め込む工程を示す概略図。
【図３】本発明の方法により形成されたボトムゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴの概念図。
【図４】絶縁膜中にＳ／Ｄ電極パターンを形成する実施例の工程を示す概略図。
【図５】本発明の方法により形成された埋め込みＳ／Ｄ電極パターンの断面走査型電子顕微鏡像。
【図６】図５に示した埋め込みＳ／Ｄ電極パターンの拡大像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について、より詳しく説明する。
図２は、本発明の方法の工程を示す概略図であり、(ａ)はブランケット上に電極・配線パターンを形成した図、(ｂ)は電極・配線パターンが形成されたブランケットの上に絶縁膜を形成した図、(ｃ)は対象物に電極・配線パターンと絶縁膜とを一括で転写する様子を示す図、(ｄ)は対象物に電極・配線パターンと絶縁膜とを転写完了したことを示す図である。
【００１５】
はじめに、図２(ａ)に示すように、ブランケット５６上に、導電性インクを用いて、電極・配線パターン５４を形成する。次に図２(ｂ)に示すように、ブランケット５６上に絶縁膜インクを用いて絶縁膜５３を一様に形成する。該工程により、ブランケット５６上に形成された電極・配線パターン５４と絶縁膜５３からなる多層膜を形成することができる。次いで、図２(ｃ)ないし図２(ｄ)に示すとおり、絶縁膜５３とともに電極・配線パターン５４をブランケット５６から対象物５１に転写することにより、絶縁膜５３中に埋め込まれた電極・配線パターン５４を形成する。
【００１６】
本発明において使用されるブランケットは、上記の導電性インクより形成される電極・配線パターンおよび絶縁膜インクからなる絶縁膜が均一に形成可能であり、また、対象物への一括転写時に良好な剥離性を有すればよく、例えばシリコーンゴムを最表層とするブランケットを好適に用いることができる。
【００１７】
用いる導電性インクとしては、金属微粒子を含有するインク、たとえば銀ナノ粒子または銅ナノ粒子が分散したインクが好適に用いられるが、金属前駆体または導電性ポリマーを有する溶液系インクでもかまわない。
また、電極・配線パターンを形成する方法も、特に限定されるものではなく、例えば、各種の印刷法であっても、あるいは、導電性インクで一様に塗布した後、所定形状に形成された抜き版を用いて不要部分を除去する方法であってもよい。
【００１８】
用いる絶縁膜インクは、ブランケット上に一様に塗布することができ、且つ絶縁性を有するものであればよく、例えば、ポリイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂溶液が好適に用いられる。
樹脂溶液に用いる溶媒は、絶縁膜を形成する樹脂を溶解でき、ブランケット上に一様に塗布でき、対象物への良好な転写ができるように塗布から転写までに要する時間で溶媒が適当量損失するものであればよい。このとき界面活性剤や粘度調整剤などのインク調整剤を含有してもよく、また複数溶媒であってもよい。ただし、膨潤によってブランケットを著しく変形させるもの、化学反応によってブランケット表面を溶解させるもの、前述の導電性インク膜を溶解または再分散させるものは不適である。
【００１９】
また、絶縁膜の形成法としては、一様塗布ができればよいので、スピンコート法の他、スリットコータ、アプリケータ、バーコータなどを用いた塗布法が利用できる。
【００２０】
必要に応じ、加熱焼成することで、転写された絶縁膜を硬化させて、完成させる。
なお、図２ではブランケット５６及び対象物５１としてシート状のものを示しているが、本発明の原理上、例えば、ブランケットや印刷対象物の形状は、シート状のものに限られず、ロール状のものや、或いはロール上に巻きつけられたシートであっても構わない。
【００２１】
図３は、従来技術によって形成される図１の構造と、本発明によって達成できる構造を比較するための図であって、ボトムゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴにおいて、上述した本発明の方法により、基板１０１上のゲート電極１０２の上に、絶縁膜１０３中に埋め込まれたＳ／Ｄ電極パターンを形成し、その上に半導体層１０５を形成したＴＦＴの例を示すものであり、(ａ)はＳ／Ｄ電極パターンが矩形で薄膜の場合、(ｂ)はＳ／Ｄ電極パターンが矩形で厚膜の場合、(ｃ)はＳ／Ｄ電極パターンがかまぼこ形状の場合、をそれぞれ示している。
【００２２】
図３(ａ)に示すように、本発明の方法によって形成したものは、絶縁膜１０３の上面とＳ／Ｄ電極パターン１０４の上面とが同一面になっている。そのため、本発明の方法によれば、図３(ｂ)に示すように、Ｓ／Ｄ電極パターン１１４が厚膜で形成された場合においても、Ｓ／Ｄ電極パターン１１４及び絶縁膜１０３上に形成される半導体層１０５が破断するなどの問題が生じない。また、図３(ｃ)のＳ／Ｄ電極パターン１２４に示すように断面形状に崩れが生じても問題がない。また、全印刷によってＴＦＴを作製する上では、絶縁性の被転写材にゲート電極１０２を形成した後、前述の多層構造を形成する必要があり、その場合、ゲート電極１０２の形成法としても本発明の方法を用いることができ、あるいは他の従来法、たとえば、マイクロコンタクト法やインクジェット法、反転印刷法を用いることもできる。
【００２３】
本発明によれば、半導体層１０５の厚みを軽減できること、Ｓ／Ｄ電極パターン１０４あるいはＳ／Ｄ電極パターン１１４あるいはＳ／Ｄ電極パターン１２４と半導体層１０５の接点が平面になることからトランジスタ特性の向上が見込まれる。さらに、Ｓ／Ｄ電極パターン１０４あるいはＳ／Ｄ電極パターン１１４あるいはＳ／Ｄ電極パターン１２４の形成層の最表面に電極の厚みによる段差は生じないため、埋め込まれている電極の厚みや断面形状は後工程を実施するうえで問題とならない。したがって、電極・配線形成法として用いる印刷法の自由度があがり、従来難しかった厚膜向きの印刷法、たとえばスクリーン印刷法やグラビア印刷法等を、ＴＦＴ電極の形成法として利用することができる。
【００２４】
なお図３には、本発明によって達成できるボトムゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴを示したが、これに限られず、トップゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴの基板側絶縁層に埋め込まれたＳ／Ｄ電極パターンおよびゲート絶縁膜に埋め込まれたゲート電極・配線パターンであっても、本発明によって達成できる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
本実施例では、本発明の方法を用いて、絶縁膜中にＳ／Ｄ電極パターンを形成した。図４は、その工程を示す概略図である。
【００２６】
導電性インクとして銀ナノ粒子が分散した顔料インク(ナノ銀インク)を用いた。絶縁膜インクとしてポリビニルフェノールインクを用いた。ブランケットとしてシリコーンゴムを用いた。電極パターンの形成法としてジオマテック株式会社製のレジスト抜き版を使用した。
【００２７】
まず、スピンコート法により、シリコーンゴムブランケット２５６上にナノ銀インク２５７を一様塗布した(図４(ａ))。その後、レジスト抜き版を用いて、不要な部分を抜き版に転写することで、Ｓ／Ｄ電極パターン２５４をシリコーンゴムブランケット２５６上に形成した(図４(ｂ))。
つぎに、当該シリコーンゴムブランケット２５６上に絶縁膜インクをスピンコートにより一様塗布し、絶縁膜２５３を形成した(図４(ｃ))。
次いで、ブランケット２５６上に形成されたＳ／Ｄ電極パターン２５４と絶縁膜２５３からなる多層膜を、シリコンウエハ２５１に形成された厚さ３００ｎｍの酸化膜２５８上に転写した(図４(ｄ))。最後にオーブン中で加熱焼成することで膜を硬化させて、造膜を完了した(図４(ｅ))。
【００２８】
得られた多層膜構造の断面を観察した走査型電子顕微鏡像を図５と図６に示す。図５は全体像、図６は埋め込み部の拡大図である。
図５と図６より、Ｓ／Ｄ電極パターン２５４が絶縁膜２５３中に埋め込まれており、Ｓ／Ｄ電極パターン２５４と絶縁膜２５３の上面の段差が非常に小さくなっていることがわかる。
【００２９】
なお、本実施例では、ゲート電極として被転写材であるｐ型あるいはｎ型ドープを施したシリコンウエハを用いることができるが、全印刷によってボトムゲート・ボトムコンタクト型ＴＦＴを作製する上では、ゲート電極を形成した被転写材の上に、前述の多層構造を形成する必要があり、その場合、ゲート電極の形成法としても本発明の方法を用いることができ、あるいは他の従来法、たとえば、マイクロコンタクト法やインクジェット法、反転印刷法を用いることもできる。
【符号の説明】
【００３０】
１      基板
２      ゲート電極
３      絶縁膜
４      Ｓ／Ｄ電極パターン
５      半導体層
１４    Ｓ／Ｄ電極パターン
２４    Ｓ／Ｄ電極パターン
５１    基板
５３    絶縁膜
５４    電極・配線パターン
５６    ブランケット
１０１  基板
１０２  ゲート電極
１０３  絶縁膜
１０４  Ｓ／Ｄ電極パターン
１０５  半導体層
１１４  Ｓ／Ｄ電極パターン
１２４  Ｓ／Ｄ電極パターン
２５１  シリコンウエハ
２５３  絶縁膜
２５４  Ｓ／Ｄ電極パターン
２５６  ブランケット
２５７  ナノ銀インク
２５８  シリコン熱酸化膜
【図１】
2014146625.tif 000003
【図２】
2014146625.tif 000004
【図３】
2014146625.tif 000005
【図４】
2014146625.tif 000006
【図５】
2014146625.tif 000007
【図６】
2014146625.tif 000008