(57)【要約】【課題】  絶縁膜を簡易にパターニングすることができ、素子の構成要素に対するダメージの少ない絶縁膜のパターン形成方法および電子素子を提供すること。【解決手段】  熱重合性のポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を下地１１上に塗布してポリマー前駆体層１２を形成する工程と、加熱手段によって該ポリマー前駆体層１２を選択的に重合する工程と、重合部１３のポリマーを溶解せずかつ未重合部１４を溶解する溶媒を用いて未重合のポリマー前駆体材料を除去する工程とを有することを特徴とするポリマー絶縁膜のパターン形成方法と、該方法により、ポリマー絶縁膜にコンタクトホールを形成したことを特徴とする電子素子。【選択図】  図１
2006053452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱重合性のポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を下地上に塗布してポリマー前駆体層を形成する工程と、加熱手段によって該ポリマー前駆体層を選択的に重合する工程と、重合後のポリマーを溶解せずかつ前記ポリマー前駆体層を溶解する溶媒を用いて未重合のポリマー前駆体材料を除去する工程とを有することを特徴とするポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項２】
前記加熱手段が、赤外線を用いる手段であることを特徴とする請求項１に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項３】
赤外線透過性材料上に赤外線吸収材料のポジパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することを特徴とする請求項２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項４】
赤外線透過性材料上に赤外線遮光性材料のネガパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することを特徴とする請求項２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項５】
前記加熱手段が、赤外線レーザーを走査して照射する手段であることを特徴とする請求項２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項６】
前記ポリマー前駆体層を形成した後、該ポリマー前駆体層上に赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項７】
前記赤外線吸収材料層をパターニングすることを特徴とする請求項６に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項８】
ポリマー絶縁膜材料が赤外線吸収材料を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項９】
前記赤外線吸収材料がポリマー前駆体層中で膜厚方向に分布を持って存在することを特徴とする請求項８に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。 
【請求項１０】
加熱手段がサーマルヘッドであることを特徴とする請求項１に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項１１】
ポリマー前駆体材料がポリアミック酸であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記ポリマー絶縁膜材料の塗布が、ポリマー前駆体を含む溶媒を用いて行われるものであり、かつ前記溶媒が水に対して任意の割合で相溶する溶媒であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、配線部の溝を形成することを特徴とする配線パターンの形成方法。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、ポリマー絶縁膜にコンタクトホールを形成したことを特徴とする電子素子。
【請求項１５】
前記電子素子の構成要素が有機半導体材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の電子素子。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の電子素子を用いて構成されたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー絶縁膜のパターン形成方法および電子素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のVLSI、ULSIのように、演算素子等の電子素子の高集積化が求められるに伴い、素子の多層化及び微細配線技術の重要性が増してきた。
図１２は、演算回路の例を示す図である。ｐ-ch、n-chはそれぞれ正孔輸送材を用いたトランジスタと、電子輸送材を用いたトランジスタを示している。図１２の演算回路は、NOT演算回路の例であるが、この他にもOR、NAND、NOR、XOR演算回路等が図１３（ａ）に例示される様に層間絶縁膜２０１を介して集積／接続され、また層間絶縁膜２０１上で微細な配線電極２０２が接続されることにより、高集積化された演算素子が構成される。この演算素子におけるトランジスタ２０３は、周知のように、ゲート電極２０４、ゲート絶縁膜２０５、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７、半導体２０８を備える（図１３（ｂ））。
また、図１４は、表示装置の一例を示す図である。表示装置２０９は、基板２１０と透明導電膜２１１を有する第２の基板２１２との間に表示素子２１３が設けられている。非表示側には、ＴＦＴ（電子素子）２１４が配置され、画素電極２１５が層間絶縁膜２１６上に形成され、この画素電極２１５と透明導電膜２１１との間に電圧が印加されることにより表示素子２１４が画像の表示を行う。高精細な表示を行うためには、この画素電極２１５が層間絶縁膜２１６上に微細に形成されている必要がある。なお、符号２０４，２０５，２０６，２０７，２０８は、図１３と同様に、ゲート電極２０４、ゲート絶縁膜２０５、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７、半導体２０８である。
【０００３】
ここで図１３，１４からわかるように、層間絶縁膜は電極材料上だけでなく、トランジスタがある場合は半導体材料層上に成膜される。一方近年半導体材料として、有機材料を用いた素子が、低コスト化や大面積化容易性等の製造上のメリットや無機材料にない機能発現の可能性から注目されている。例えば、特許文献１によれば、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有機半導体材料を用いた電界効果型トランジスタが提案されている。
この有機半導体材料は、トルエン、THF、キシレン等極性の小さい有機溶媒に溶解して塗布成膜する場合があり、この様な溶剤を用いて層間絶縁膜を成膜した場合、有機半導体材料層に対して損傷を与えるといった問題を有していた。
【０００４】
一方、層間絶縁膜材料として例えば特許文献２には、SiO2が用いられている。SiO2は高い絶縁耐圧を有しており、層間絶縁膜として信頼性が高い材料である反面、一般にスパッタ等の真空製膜プロセスにて成膜する必要があるため、この場合装置コストの増加といった問題がある。この問題はSi3N4、SiON等を用いた場合も同様であるため、スピンコート等の塗布プロセスで成膜可能且高い絶縁耐圧を有する材料が望まれていた。また、層間絶縁膜においては、配線遅延の原因となる寄生容量を小さくする事が必要である。この配線遅延はLSI等演算素子の動作周波数低下の原因であるため、SiO2よりも比誘電率の小さい材料（ε＝3.9未満）が望まれていた。
【０００５】
層間絶縁膜には、各配線層の電気的接触を取るためにコンタクトホールが形成される。
特許文献３には、感光性レジストを使ったフォトリソグラフィ法が開示されている。まず絶縁膜上に金属薄膜を設け、その上に感光性レジストを塗布してフォトリソグラフィ法によりパターンを形成する。次に金属薄膜をドライエッチングして、パターニングされた金属薄膜をマスクとして絶縁膜を反応性イオンエッチングすることで絶縁膜にコンタクトホールを形成している。
また例えば特許文献４には、感光性ポリイミドを使いフォトマスクによる露光でコンタクトホールを形成する技術が開示されている。
上記の方法は露光に紫外線などのエネルギーの高い光源を使うため、絶縁膜以外の構成要素に対してダメージを与える恐れがある。特に有機材料を配線材料、電極材料、半導体材料などの構成要素使った素子の場合、これらの特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−８６６００号公報
【特許文献２】特開平５−３６６２７号公報
【特許文献３】特開平７−９４４９０号公報
【特許文献４】特開平９−５５４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記問題点を解決し、絶縁膜を簡易にパターニングすることができ、素子の構成要素に対するダメージの少ない絶縁膜のパターン形成方法および電子素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１は、熱重合性のポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を下地上に塗布してポリマー前駆体層を形成する工程と、加熱手段によって該ポリマー前駆体層を選択的に重合する工程と、重合後のポリマーを溶解せずかつ前記ポリマー前駆体層を溶解する溶媒を用いて未重合のポリマー前駆体材料を除去する工程とを有することを特徴とするポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、絶縁膜を簡易にパターニングすることができ、素子の構成要素に対するダメージの少ない絶縁膜のパターン形成方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２は、前記加熱手段が、赤外線を用いる手段であることを特徴とする前記第１に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、加熱手段が赤外線であるので、精細度の高いパターニングを行なうことができる。
【００１０】
本発明の第３は、赤外線透過性材料上に赤外線吸収材料のポジパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することを特徴とする前記第２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、赤外線吸収材料でポジパターンを形成したマスクを介して赤外線を照射するので、大量の高精細なパターンを容易に形成できる。
【００１１】
本発明の第４は、赤外線透過性材料上に赤外線遮光性材料のネガパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することを特徴とする前記第２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、遮光性のネガパターンを形成したマスクを介して赤外線を照射するので、より高精細なパターンを容易に形成できる。
【００１２】
本発明の第５は、前記加熱手段が、赤外線レーザーを走査して照射する手段であることを特徴とする前記第２に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、赤外線レーザーを走査して照射するので、さらに簡便にポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１３】
本発明の第６は、前記ポリマー前駆体層を形成した後、該ポリマー前駆体層上に赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を有することを特徴とする前記第１〜５のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、ポリマー前駆体層上に赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を有するので、少ないエネルギーでポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１４】
本発明の第７は、前記赤外線吸収材料層をパターニングすることを特徴とする前記第６に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、赤外線吸収材料層をパターニングするので、より簡便にポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１５】
本発明の第８は、ポリマー絶縁膜材料が赤外線吸収材料を含有することを特徴とする前記第１〜５のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、ポリマー絶縁膜材料が赤外線吸収材料を含有するので、少ないエネルギーでポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１６】
本発明の第９は、前記赤外線吸収材料がポリマー前駆体層中で膜厚方向に分布を持って存在することを特徴とする前記第８に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、赤外線吸収材料がポリマー前駆体層中で膜厚方向に分布を持って存在するので、絶縁特性が良好なポリマー絶縁膜を簡易にパターン形成することができる。
【００１７】
本発明の第１０は、加熱手段がサーマルヘッドであることを特徴とする前記第１に記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、加熱手段がサーマルヘッドであるので、より簡易にポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１８】
本発明の第１１は、ポリマー前駆体材料がポリアミック酸であることを特徴とする前記第１〜１０のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、ポリマー前駆体層がポリアミック酸であるので、簡易に絶縁特性の良好なポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００１９】
本発明の第１２は、前記ポリマー絶縁膜材料の塗布が、ポリマー前駆体を含む溶媒を用いて行われるものであり、かつ前記溶媒が水に対して任意の割合で相溶する溶媒であることを特徴とする前記第１〜１１のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法である。
この構成によれば、前記溶媒が水に対して任意の割合で相溶するので、基板や構成要素にダメージを与えることなく、ポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
【００２０】
本発明の第１３は、前記第１〜１２のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、配線部の溝を形成することを特徴とする配線パターンの形成方法である。
この構成によれば、簡易に配線パターンを形成することができる。
【００２１】
本発明の第１４は、前記第１〜１０のいずれかに記載のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、ポリマー絶縁膜にコンタクトホールを形成したことを特徴とする電子素子である。
この構成によれば、簡易な方法で、多層の積層配線が行われた電子素子を提供できる。
【００２２】
本発明の第１５は、前記電子素子の構成要素が有機半導体材料を含むことを特徴とする前記第１４に記載の電子素子である。
この構成によれば、簡易な方法で、有機半導体材料を用いた多層の配線が行なわれた電子素子を提供できる。
【００２３】
本発明の第１６は、前記第１４または１５に記載の電子素子を用いて構成されたことを特徴とする表示装置である。
この構成によれば、従来よりも簡便で安価に表示素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、絶縁膜を簡易にパターニングすることができ、素子の構成要素に対するダメージの少ない絶縁膜のパターン形成方法および電子素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の第１の特徴は、熱重合性のポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を下地上に塗布してポリマー前駆体層を形成する工程と、加熱手段によって該ポリマー前駆体層を選択的に重合する工程と、重合後のポリマーを溶解せずかつ前記ポリマー前駆体層を溶解する溶媒を用いて未重合のポリマー前駆体材料を除去する工程とを有することを特徴とするポリマー絶縁膜のパターン形成方法にある。なお、本発明でいうポリマー前駆体材料とは重合によってポリマーとなる材料のことを意味し、モノマー、オリゴマー、中間体などを含むものである。
【００２６】
図１は、本発明の方法の一例を説明するための図である。図１（ａ）に示すように、基板１１表面にポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を塗布し、ポリマー前駆体層１２を形成する。図１では基板１１表面には何も構成されていないが、基板１１表面に配線、抵抗、コンデンサ、ダイオード、トランジスタなどの電子素子などが形成されていても良い。次に図１(ｂ)および（ｃ）に示すように図示しない加熱手段によって加熱によってポリマー前駆体層１２を選択的に重合し、重合部１３および未重合部１４を形成する。最後に図１(ｄ)のように、重合したポリマーは溶解せず、未重合部を溶解する溶剤を用い、未重合部のポリマー前駆体を溶解、除去し、ポリマー絶縁膜のパターニングが完了する。従来使われているような感光性絶縁膜材料を使って絶縁材料をパターニングする場合と比較して、熱重合性のポリマー前駆体は取り扱いが容易でありイエロールームのような設備を必要としないため簡便なパターニングを実現できる。熱重合性のポリマー前駆体としては、ポリアミック酸誘導体、アクリル酸誘導体、フェノール誘導体などをあげることができる。
【００２７】
本発明の第２の特徴は、加熱手段として赤外線を用いることである。加熱手段として赤外線を使うので、精細度の高いパターニングを行なうことが可能となる。赤外線加熱の方法は、赤外線ランプ、赤外線レーザーなどの方法をあげることができる。
【００２８】
本発明の第３の特徴は、赤外線透過性材料上に赤外線吸収材料のポジパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することである。同じパターンを大量に作製しやすく、マスクの精細度を高めることによって容易に高精細なパターンを形成することが可能となる。
図２は、赤外線吸収材料のポジパターンを形成したマスクを介して、ポリマー前駆体層上に赤外線を照射する工程を説明するための図である。先の図１と同様に、基板１１表面にポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を塗布し、ポリマー前駆体層１２を形成し（図２（ａ））、図２（ｂ）に示すように、光透過性基板１５上に赤外線吸収材料１６によってポジパターンを形成する。図２（ａ）に示すようなポリマー前駆体層１２を形成した基板１１に、ポジパターンを形成したフォトマスク１７を図（ｂ）に示すように、赤外線吸収材料１６がポリマー前駆体層１２に接するように重ね、赤外線を照射する。これによりフォトマスク１７の赤外線吸収材料１６が赤外線を吸収して発熱し、ポリマー前駆体層１２を選択的に加熱し、図２（ｃ）に示すように重合部１３と未重合部１４を形成する。このとき、ポリマー前駆体層１２が、フォトマスク１７を透過して直接照射された赤外線によって重合することのないように、ポリマー絶縁膜材料の赤外線吸収効率よりもフォトマスクに設けた赤外線吸収材料の赤外線吸収効率が高いことが必要である。赤外線の照射によりポリマー前駆体層１２のフォトマスク１７のポジ部（赤外線吸収材料部）と重なっていた部分が重合する。最後に前記のポリマー前駆体を溶解する溶媒で洗浄することで図２（ｄ）に示すようなポリマー絶縁膜のパターンを得る。
赤外線吸収材料としては、染料や顔料を用いることができる。染料としては、アゾ染料、ニトロ染料、ニトソロ染料、スチルベンアゾ染料、ケトイミン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、アクリジン染料、キノリン染料、メチン・ポリメチン染料、チアゾール染料、インダミン・インドフェノール染料、アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料、硫化染料、アミノケトン染料、オキシケトン染料、アントラキノン染料、インジゴイド染料、フタロシアニン染料などを挙げることができる。顔料としては、金属酸化物や塩類などの化合物からなる無機顔料や、ニトソロ顔料、染付けレーキ顔料、アゾレーキ、不溶性アゾ、モノアゾ、ジスアゾ、縮合アゾ、ベンズイミダゾロンなどのアゾ系顔料、フタロシアニン、アントラキノン、ペリレン、キナクリドン、ジオキサジン、イソインドリノン、キノフタロン、イソインドリン、アゾメチン、ピロロピロールなどの有機顔料を挙げることができる。さらに、カーボンブラックも好適に用いることができる。
【００２９】
本発明の第４の特徴は、赤外線透過性材料上に赤外線遮光性材料のネガパターンを形成してマスクを作製し、該マスクを介して前記ポリマー前駆体層上に赤外線を照射することである。図２の方法と比べて、マスク側が発熱しないため、パターン精度を高くすることが可能となる。
図３は、遮光性のネガパターンを形成したマスクを介して赤外線を照射する工程を説明するための図である。先の図１と同様に、基板１１表面にポリマー前駆体材料を含有するポリマー絶縁膜材料を塗布し、ポリマー前駆体層１２を形成し（図３（ａ））、図３（ｂ）に示すように光透過性基板１５に遮光性材料１８によってネガパターンを形成する。図３（ａ）に示すようなポリマー前駆体層１２を形成した基板１１に、ネガパターンを形成したフォトマスク１９を重ねて赤外線を照射し、図３（ｃ）に示すように重合部１３と未重合部１４を形成する。このとき、図３（ｂ）に示すように、遮光性材料１８がポリマー前駆体層１２に接するように重ねると赤外線の回りこみによるパターンのボケを防ぐことができるので好ましい。これによりフォトマスク１９を透過した赤外線によってポリマー前駆体層１２が発熱して選択的に加熱される。最後に前記のポリマー前駆体を溶解する溶媒で洗浄することで図３（ｄ）に示すようなポリマー絶縁膜のパターンを得る。
【００３０】
本発明の第５の特徴は、加熱手段が、赤外線レーザーを走査して照射する手段である。図４は、赤外線レーザーを走査して照射する手段の一例を示す図である。赤外線レーザー２０からの赤外線はレンズ２１などの光学系によって整形され、ポリゴンミラーやガルバノミラーといった偏向機構２２によって偏向された後、レンズ２３によってポリマー前駆体層１２に集光される。走査速度は赤外線レーザーの波長、強度、ポリマー前駆体層１２の赤外線吸収特性などから決定される。レーザーを使って選択的に重合する場合には図２や図３のようなフォトマスクを用意する必要がないため、より簡便にポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことが可能となる。
【００３１】
本発明の第６の特徴は、前記ポリマー前駆体層を形成した後、赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を有することである。赤外線吸収材料層によって赤外線吸収効率が向上するため、照射された赤外線を効率よく吸収してポリマー前駆体層を加熱することができるため、より少ないエネルギーでポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
図５は、赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を説明するための図である。図５（ａ）のようにポリマー前駆体層１２の上に赤外線吸収材料層２４を設ける。次に前述したような赤外線のマスク露光もしくは赤外線レーザの選択的な照射を行い、図５（ｂ）に示すように赤外線吸収材料層を選択的に加熱する。図５（ｂ）ではネガフォトマスク１９を使う方法を示しているが、ポジマスクによる方法や、赤外線レーザー走査でもかまわない。図５（ｃ）のようにポリマー前駆体層１２が選択的に重合され、重合部１３と未重合部１４を形成し、最後に赤外線吸収材料層２４および未重合部１４を除去することで図５（ｄ）に示すようにパターン形成されたポリマー絶縁膜を得る。赤外線吸収材料としては上述したような染料や顔料を用いることができる。
【００３２】
本発明の第７の特徴は、前記赤外線吸収材料層をパターニングすることである。赤外線吸収材料層がパターニングされているため、赤外線照射は全面に行えばよく、より簡便にポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。
図６は、赤外線吸収材料層をパターニングした例を示す図である。図６（ａ）に示すようにポリマー前駆体層１２表面に赤外線吸収材料層２４をポジパターンで形成する。赤外線吸収材料層２４の形成は既存のパターニング方法、例えばエッチングやスクリーン印刷、インクジェット法などを用いることができるが、簡便さの点からスクリーン印刷やインクジェット法などの印刷法が好ましい。次に赤外線を照射することで赤外線吸収層が発熱し、図６（ｂ）のようにポリマー前駆体層１２が選択的に重合され、重合部１３と未重合部１４を形成し、最後に赤外線吸収材料層２４および未重合部１４を除去することで図６（ｃ）のようにパターニングされたポリマー絶縁膜を得る。
【００３３】
本発明の第８の特徴は、ポリマー絶縁膜材料が赤外線吸収材料を含有することである。
ポリマー絶縁膜材料が赤外線吸収材料を含有するので、照射された赤外線を効率よく熱に変換するため、少ないエネルギーでポリマー絶縁膜のパターン形成を行なうことができる。赤外線によってポリマー前駆体層１２を直接加熱する場合、ポリマー前駆体層１２の赤外線吸収率によっては熱の発生が少なく、重合に時間がかかったり、重合が不充分になったりする恐れがある。本発明のこの第８の特徴によって、ポリマー絶縁膜材料によらずに安定してパターンを形成できる。赤外線吸収材料としては上述したような染料や顔料を用いることができるが、ポリマー絶縁膜中に残存するので、絶縁特性を損ねない材料が好ましい。なお、ポリマー前駆体層１２中、赤外線吸収材料の割合は、５〜５０重量％が好ましい。
【００３４】
本発明の第９の特徴は、前記赤外線吸収材料がポリマー前駆体層中で膜厚方向に分布を持って存在することである。赤外線吸収材料を含有するポリマー前駆体層を成膜し、成膜時に赤外線吸収材料が膜厚方向に分布を持って存在することで、一度の成膜で赤外線吸収材料層とポリマー絶縁膜材料の層とが、界面を有しまたは有さずに形成することが可能となり、プロセスを簡易にすることができる。また、ポリマー絶縁材料と赤外線吸収材料との分布が膜厚方向で異なることでポリマー絶縁膜材料が多い層は絶縁特性のより良好な層となるため、赤外線吸収材料が均一に分布している場合と比較して絶縁特性の向上が望める。前記分布は、赤外線吸収材料とポリマー絶縁膜材料の極性や分子量を異ならせることで、例えば乾燥時に溶媒が蒸発するまでの間に形成することができる。
【００３５】
本発明の第１０の特徴は、加熱手段がサーマルヘッドであることである。サーマルヘッドの解像度は、形成するポリマー絶縁膜パターンの解像度以上であれば良い。サーマルヘッドを使う方式の場合、上述の赤外線を使う方式と比較すると精細度が低くなるが、形成するパターンがそれほど高精細ではない場合には、赤外線を使う方式よりも簡易な構成でポリマー絶縁膜のパターニングを行なうことができる。
【００３６】
本発明の第１１の特徴は、ポリマー前駆体材料がポリアミック酸であることである。ポリマー前駆体材料としては上述のようにさまざまな材料を用いることが可能であるが、ポリマー前駆体として下記式に示すようなポリアミック酸を用いると、特に良好な絶縁特性が得られる。ここでA、Bは芳香族化合物、脂肪族化合物または環式化合物である。ポリアミック酸を重合することでポリイミドとなるが、ポリイミドは絶縁特性が良好であり、層間絶縁膜に用いるには適当である。式中、ｎは整数であり、繰り返し単位数である。
【００３７】
【化１】
2006053452.tif 000003
【００３８】
本発明の第１２の特徴は、前記ポリマー絶縁膜材料の塗布が、ポリマー前駆体を含む溶媒を用いて行われるものであり、かつ前記溶媒が水に対して任意の割合で相溶する溶媒であることである。
この特徴によって、ポリマー絶縁膜を形成する面に有機溶媒に溶解しやすい材料が設けられている場合でも、損傷を与えることなくポリマー絶縁膜を形成することが可能となる。本発明における溶媒として、エタノール、メタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール等のグリコール系溶媒、２-メトキシエタノール、２-エトキシエタノール、２-ブトキシエタノール等のセロソルブ系溶媒等が挙げられる。本発明における、水に対して任意の割合で相溶する溶媒は、ポリマー前駆体層に使用される溶媒全体に対し、30vol％以上であることが望ましい。さらに望ましくは90vol％以上が望ましい。
【００３９】
本発明の第１３の特徴は、前記のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、配線部の溝を形成する配線パターンの形成方法である。配線パターンの形成方法としては、図７に示す方法が知られている。まず図７（ａ）に示すように基板１１上に、配線パターンを形成する絶縁膜２５に配線パターンに従った溝２６を形成する。次に図７（ｂ）に示すように、溝２６も含めて絶縁膜２５全面に導電性材料２７を形成する。最後に表面を研磨することで図７（ｃ）のように溝に埋まった導電性パターン２８を得る。この方法は一般にダマシン法と呼ばれており、溝の形成は感光性絶縁膜材料を使うことが一般的である。本発明の前記方法によって図７（ａ）に相当する溝を形成することでより簡易に溝を形成することができる。図８は、本発明における溝の形成方法を説明するための図である。まず基板１１全面にポリマー絶縁膜材料を成膜し、加熱して図８（ａ）に示すようにポリマー絶縁膜２９を形成する。次に図８（ｂ）に示すように、ポリマー前駆体層１２を成膜し、上述した方法で選択的に重合し、重合部１３と未重合部１４を形成する（図８（ｃ））。最後に未重合部１４を除去することで図８（ｄ）に示す溝パターンを得る。
【００４０】
本発明の第１４の特徴は、前記のポリマー絶縁膜のパターン形成方法により、ポリマー絶縁膜にコンタクトホールを形成した電子素子である。上述したポリマー絶縁膜のパターン形成方法によりポリマー絶縁膜に孔を設け、導電性材料を充填することでポリマー絶縁膜の上下間の導通を取ることができ、多層の積層配線が可能となる。
【００４１】
本発明の第１５の特徴は、電子素子の構成要素が有機半導体材料を含むことでである。構成要素として有機半導体材料を含む電子素子としては、有機ダイオードや有機トランジスタ、有機ＥＬ、有機太陽電池、有機光センサーなどをあげることができる。これらの有機電子素子を形成する際、集積度を上げるために多層配線が一般的となるが、本発明を用いることで有機半導体材料を用いた電子素子の多層配線化を容易に行なうことができる。また、前記の本発明の第１２の特徴、すなわちポリマー絶縁膜材料の塗布に用いられた溶媒が水に対して任意の割合で相溶するものであれば、有機半導体材料のダメージを最小限に抑えることができる。
【００４２】
本発明の第１６の特徴は、前記の電子素子を用いて構成された表示装置にある。これにより、従来よりも簡便で安価に表示装置を提供することができる。
図９は、本発明の表示装置の一例を説明するための図である。表示装置としては液晶、電気泳動、有機EL等の方式を用いることができる。図９の表示装置は、表示装置３０は、基板３１と透明導電膜３２を有する第２の基板３３との間に表示素子３４が設けられている。非表示側には、ＴＦＴ（電子素子）３５が配置され、画素電極３６が層間絶縁膜３７上に形成され、この画素電極３６と透明導電膜３２との間に電圧が印加されることにより表示素子３４が画像の表示を行う。なお、符号２０４，２０５，２０６，２０７，２０８は、図１３と同様に、ゲート電極２０４、ゲート絶縁膜２０５、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７、半導体２０８である。
液晶表示素子は電界駆動であることから消費電力が小さく、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。
また、表示装置としては、電気泳動表示装置を採用することもできる。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。
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作製することができる。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。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料が用いられる。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。
また有機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。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施例により更に説明する。
実施例１
以下の手順で図１０のトランジスタアレイ１００を作製した。
まず基板３１上にゲート電極２０４を蒸着により形成した。次にゲート絶縁膜２０５としてポリイミドをスピンコートし、焼成して成膜した。金を蒸着し、フォトリソグラフィ法でパターニングすることによりソース電極２０６、ドレイン電極２０７および配線を形成した。さらに有機半導体２０８であるペンタセンをマスク蒸着した。さらにその表面にポリマー絶縁膜材料としてポリアミック酸を塗布、乾燥した。使用したポリアミック酸は、下記式に示す構造を有する。次に、ガラス基板にカーボンブラックを含有したインクによってポジパターンを形成して、図２に示すポジフォトマスクを作製した。このポジフォトマスクをポリアミック酸を成膜した基板に赤外線吸収材料がポリマー絶縁膜材料に接するように重ねて、赤外線ランプにより赤外線を照射した。次にブチルセロソルブによって未重合のポリアミック酸を除去することで、コンタクトホールを形成し層間絶縁膜３７とした。最後に画素電極３６として金をマスク蒸着し、画素電極を設けたトランジスタアレイを作製した。以上の工程により、感光性材料を使った層間絶縁膜のコンタクトホールの形成方法に比べて、扱いやすく簡易にコンタクトホールを形成することができた。
【００４４】
【化２】
2006053452.tif 000004
【００４５】
実施例２
ポリマー絶縁材料の塗布、乾燥の工程終了までは実施例１と同様に行なった。次にポリマー絶縁膜材料層上に赤外線吸収材料層としてカーボンブラックを薄層で形成した。次にガラス基板上にクロムでネガパターンを形成したネガフォトマスクをかけて赤外線を照射した。ブチルセロソルブで未重合のポリアミック酸を除去してコンタクトホールを有する層間絶縁膜３７を形成した。最後に金を蒸着して表示電極を形成した。以上の工程によりTFTアレイを簡易に形成できた。感光性材料を使った層間絶縁膜のコンタクトホールの形成方法に比べて、扱いやすく簡易にコンタクトホールを形成することができた。
【００４６】
図１１に示す表示装置を次のように作製した。
酸化チタン粒子３８とオイルブルーで着色したアイソパー３９を内包するマイクロカプセル４０をPVA水溶液に混合して、ITOからなる透明電極を形成した第二の基板であるポリカーボネート基板４１上に塗布して、マイクロカプセル４０とPVAバインダー４２からなる層を形成した。この基板と、実施例２で作製したTFTアレイ基板とを接着した。
ゲート電極に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーICを、ソース電極に繋がるバスラインにデータ信号用のドライバーICをそれぞれ接続した。0.5秒毎に画面切り替えを行ったところ、良好な静止画表示を行うことができた。
以上により、良好な特性の表示装置を簡易な方法で作製することができた。
【００４７】
比較例１
実施例３の表示装置を、感光性ポリイミドを使って層間絶縁膜およびコンタクトホールを形成した。その他は実施例３と同じである。感光性ポリイミドを使用して層間絶縁膜およびコンタクトホールを形成したため、イエロールームを用意し、成膜中に無用の露光が生じないように注意しながら成膜、フォトマスクを使っての露光、現像を行なう必要があった。
【００４８】
実施例４
以下の手順で図１０のトランジスタアレイを作製した。
まず基板上にゲート電極を蒸着により形成した。次に実施例１と同じポリアミック酸を全面に塗布・加熱してポリイミド膜を形成した。次にポリイミド膜表面にポリアミック酸を塗布した。次にソース電極、ドレイン電極および配線のネガパターンをカーボンブラックで形成したフォトマスクをかけて赤外線を照射し、ブチルセロソルブで洗浄することで、凹パターンを形成した。次に金を全面に蒸着した後、研磨することでソース電極、ドレイン電極および配線を形成した。さらにその表面にポリマー絶縁膜材料層としてポリアミック酸を塗布、乾燥した。次に、ガラス基板にカーボンブラックを含有したインクによってポジパターンを形成して、図２のポジフォトマスクを作製した。このポジフォトマスクをポリアミック酸を成膜した基板に重ねて、赤外線ランプにより赤外線を照射した。次にブチルセロソルブによって未重合のポリアミック酸を除去することで、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した。最後に画素電極として金をマスク蒸着して画素電極を設けたトランジスタアレイを作製した。以上の工程により、簡単にTFTアレイを形成できた。
【００４９】
本発明によれば、絶縁膜を簡易にパターニングすることができ、素子の構成要素に対するダメージの少ない絶縁膜のパターン形成方法および電子素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の方法の一例を説明するための図である。
【図２】赤外線吸収材料のポジパターンを形成したマスクを介して、ポリマー前駆体層上に赤外線を照射する工程を説明するための図である。
【図３】遮光性のネガパターンを形成したマスクを介して赤外線を照射する工程を説明するための図である。
【図４】赤外線レーザーを走査して照射する手段の一例を示す図である。
【図５】赤外線吸収材料を塗布して赤外線吸収材料層を形成する工程を説明するための図である。
【図６】赤外線吸収材料層をパターニングした例を示す図である。
【図７】従来の配線パターンの形成方法を説明するための図である。
【図８】本発明における溝の形成方法を説明するための図である。
【図９】本発明の表示装置の一例を説明するための図である。
【図１０】実施例１のトランジスタアレイを説明するための図である。
【図１１】実施例２の表示装置を説明するための図である。
【図１２】演算回路の例を示す図である。
【図１３】高集積化された演算素子の例を示す図である。
【図１４】表示装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１    基板
１２    ポリマー前駆体層
１３    重合部
１４    未重合部
１５    光透過性基板
１６    赤外線吸収材料
１７，１９    フォトマスク
２４    赤外線吸収材料層
３０    表示装置
３１    基板
３２    透明導電膜
３３    第２の基板
３４    表示素子
３５    ＴＦＴ（電子素子）
３６    画素電極
３７    層間絶縁膜
４０    マイクロカプセル
１００    電子素子アレイ
２０４    ゲート電極
２０５    ゲート絶縁膜
２０６    ソース電極
２０７    ドレイン電極
２０８    半導体
【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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