(57)【要約】【課題】製造が容易で生産性に優れたトップコンタクト型薄膜トランジスタの、最適な製造方法を提供することにある。【解決手段】ソース電極及び同ドレイン電極と、半導体層、絶縁体層、ゲート電極を具備する薄膜トランジスタの製造方法において、離型性を有する被転写部材上にソース電極及びドレイン電極を形成するためのインク画線部を形成する工程と、被転写部材上で該インク画線部を乾燥する工程と、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程とを備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。【選択図】図１
2018037486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソース電極およびドレイン電極と、半導体層、絶縁体層、ゲート電極を具備する薄膜トランジスタの製造方法において、離型性を有する被転写部材上にソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部を形成する工程と、被転写部材上で該インク画線部を乾燥する工程と、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程とを備え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２】
ソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部が設けられた、離型性を有する被転写部材が、ソース電極およびドレイン電極の画線に対応する凸部が形成された凸版と、離型性を有する被転写部材とを用い、導電性インクを被転写部材の表面全面に塗布する工程と、凸版を当該被転写部材上の塗布された導電性インク面に押圧する工程から得られる、凸版で押圧された非画線部が除去された、ソース電極およびドレイン電極に対応する画線が形成された被転写部材である請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
半導体層が有機半導体からなり、半導体層の形成をウエットプロセスで行う請求項１または２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
半導体層をインクジェット法、スピンコート法、エッジキャスト法、ディップコート法、またはブレードコート法で成膜することを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
半導体層表面の算術平均粗さをＲａとしたときに、Ｒａが５０ｎｍ以下で、且つ半導体層の膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
被転写部材表面の算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５いずれか一項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
被転写部材上のインク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する際の圧力が１ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
被転写部材上のインク画線部が、水またはアルコール系溶剤を含有する導電性インクを用いて形成されることを特徴とする請求項１〜７いずれか一項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
ソース電極およびドレイン電極の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８いずれか一項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、薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソース電極およびドレイン電極と、半導体層、絶縁体層および導電体からなるゲート電極とが積層されたトランジスタは、液晶ディスプレイ、電子ペーパー、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、ＲＦ−ＩＤタグ等への活用が期待されている。
【０００３】
これら用途に向けたトランジスタは、従来、電極や半導体層を、蒸着やスパッタリングの様なドライプロセスの形成工程を経て製造されてきた。近年、トランジスタの高密度化、小型化、生産性向上がより強く求められる様になっており、蒸着法等を採用した場合に必須となる、大掛かりで高価な真空設備が不要なトランジスタの製造方法が検討されてきた。最近では、より低温で作業が可能であるためエネルギー消費を抑制し、生産性を高めることもでき、かつ、より高密度化および小型化が可能な、印刷法等のウエットプロセスが注目を浴びている。
【０００４】
この様なウエットプロセスとしては、例えば、ボトムゲートボトムコンタクト型（ＢＧＢＣ型）構造を有するトランジスタの製造方法として、ポリカーボネートフィルム上に、ナノ銀インキをスピンコート塗布し焼成してゲート電極を形成し；ゲート電極上にゲート絶縁層を形成し；ゲート絶縁層上にナノ銀インキを凸版反転印刷して、ソース電極およびドレイン電極に対応する画線部を形成し；該画線部を焼成してソース電極およびドレイン電極を形成し；更にソース電極およびドレイン電極上に半導体層を形成する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された、ウエットプロセスで得た薄膜トランジスタは、チャネル形成部におけるソース電極・ドレイン電極と半導体との接触部分における、電荷注入効率が悪く電気特性が不十分であるため実用性が低い問題があった。
【０００６】
また上記の電荷注入効率を改善させるために、ソース電極・ドレイン電極の表面を自己組織化単分子膜で処理して、半導体材料のＨＯＭＯ準位またはＬＵＭＯ準位と電極の仕事関数を合わせることが知られているが、プロセスが煩雑になり生産性にかける問題があった。
【０００７】
一方で、トランジスタの構造をソース電極・ドレイン電極の上に半導体層を形成するボトムコンタクト型から、ソース電極・ドレイン電極の下に半導体層形成するトップコンタクト型に変更することで、ソース電極・ドレイン電極と半導体との接触抵抗に起因する電荷注入効率を改善できることが知られている。
【０００８】
ところが、トップコンタクト型は電極形成に伴う物理的・化学的ストレスによって下層の半導体層が劣化しやすい問題があり、ウエットプロセスでソース電極・ドレイン電極を形成することが困難であるため、印刷法でトップコンタクト型薄膜トランジスタを製造する具体的な方法は知られていない。（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０１０７９１公報
【特許文献２】特許第５１３５０７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、製造が容易で生産性に優れたトップコンタクト型薄膜トランジスタの、最適な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは上記課題を解決すべく、鋭意研究の結果、ソース電極およびドレイン電極を半導体層上に形成する際に、転写印刷を用いて物理的・化学的ストレスによる半導体層の劣化を抑制することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明は、ソース電極およびドレイン電極と、半導体層、絶縁体層、ゲート電極を具備する薄膜トランジスタの製造方法において、離型性を有する被転写部材上にソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部を形成する工程と、被転写部材上で該インク画線部を乾燥する工程と、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程とを備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【００１３】
ソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部が設けられた、離型性を有する被転写部材が、ソース電極およびドレイン電極の画線に対応する凸部が形成された凸版と、離型性を有する被転写部材とを用い、導電性インクを被転写部材の表面全面に塗布する工程と、凸版を当該被転写部材上の塗布された導電性インク面に押圧する工程から得られる、凸版で押圧された非画線部が除去された、ソース電極およびドレイン電極に対応する画線が形成された被転写部材である前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１４】
半導体層が有機半導体からなり、半導体層の形成をウエットプロセスで行う前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１５】
半導体層をインクジェット法、スピンコート法、エッジキャスト法、ディップコート法またはブレードコート法で成膜することを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１６】
半導体層表面の算術平均粗さをＲａとしたときに、Ｒａが５０ｎｍ以下で、且つ半導体層の膜厚が１００ｎｍ以下であることを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１７】
被転写部材表面の算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下であることを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１８】
被転写部材上のインク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する際の圧力が１ＭＰａ以下であることを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００１９】
被転写部材上のインク画線部が、水またはアルコール系溶剤を含有する導電性インクを用いて形成されることを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法。
【００２０】
ソース電極およびドレイン電極の膜厚が５０ｎｍ以上であることを特徴とする前記薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
薄膜トランジスタの製造方法によれば、ソース電極および同ドレイン電極と、半導体層、絶縁体層、導電体からなるゲート電極とを積層する薄膜トランジスタの製造方法において、離型性を有する被転写部材上にソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部を形成する工程と、被転写部材上で該インク画線部を乾燥する工程と、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程とを備えることで、電荷注入効率に優れるトップコンタクト型の薄膜トランジスタを生産性高く製造できるという格別顕著な技術的効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＢＧＴＣ型トランジスタの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ソース電極および同ドレイン電極と、半導体層、絶縁体層、導電体からなるゲート電極とを積層する薄膜トランジスタの製造方法において、離型性を有する被転写部材上にソース電極およびドレイン電極を形成するためのインク画線部を形成する工程と、被転写部材上で該インク画線部を乾燥する工程と、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程とを備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【００２４】
本発明において薄膜トランジスタとは、少なくともソース電極および同ドレイン電極と、半導体層、絶縁体層および導電体からなるゲート電極が、基板上に積層されたトランジスタである。薄膜トランジスタは、通常、支持体となる基板を含めない厚さが０．１〜３μｍである。
【００２５】
本発明における薄膜トランジスタとしては、例えば、ボトムゲートトップコンタクト構造（ＢＧＴＣ型）およびトップゲートトップコンタクト構造（ＴＧＴＣ型）のどちらの薄膜トランジスタであっても良い。図１に、ＢＧＴＣ型トランジスタの断面図を示す。
【００２６】
上記の薄膜トランジスタ構造はチャネル形成部におけるソース電極・ドレイン電極と半導体との接触面積を広げ、電荷注入効率を向上させることができるため、ボトムコンタクト型構造では難しかった、例えば、電界効果移動度の様なトランジスタ特性の向上が期待できる。なかでもＢＧＴＣ型構造は、半導体層よりも下層にゲート電極層や絶縁膜層を形成する構造であるため、半導体層の劣化が防ぎやすい点で好ましい。
【００２７】
本発明における薄膜トランジスタは、導電体からなるソース電極およびドレイン電極と、半導体層と、絶縁体層と、導電体からなるゲート電極とを、トランジスタの機能が発現する様に、基板上に、積層することで容易に製造することができる。
【００２８】
本発明の特徴は、薄膜トランジスタにおけるソース電極およびドレイン電極を特定の製造方法で製造することにある。この特定の製造方法とは、蒸着の様な乾式法でソース電極やドレイン電極を形成するのではなく、湿式（ウエット）にて製造する方法である。
【００２９】
本発明の薄膜トランジスタに適用できる基板に制限は無く、例えば、シリコン、絶縁層となるよう表面を酸化シリコン化した熱酸化膜シリコン、ガラス、絶縁層を形成したステンレス等の金属薄板；ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリパラキシリレン、セルロース等のプラスチックフィルム；これらプラスチックフィルムにガスバリヤー層、ハードコート層等を付与した複合フィルム等が使用できる。なかでも、トランジスタのフレキシブル化の観点から、基板としてはプラスチックフィルムを好適に使用できる。また上記基板の厚みに制限はないが、柔軟性や軽量化の点で、厚さが１５０μｍ未満であることが好ましい。
【００３０】
を離形性を有する被転写部材上に形成し、被転写部材上で該インク画線部を乾燥させた後に、被転写部材を支持体にして該インク画線部を半導体層が成膜された被印刷基材上に転写印刷する工程が、必須工程として含まれる。  以下、「ソース電極およびドレイン電極を形成するために、それらに対応するインキ画線部が設けられた、離形性を有する被転写部材」を「インキ画線部形設被転写部材」と言い、「ソース電極およびドレイン電極を形成するための、それらに対応するインキ画線部」を、「電極形成用インキ画線部」と言うことがある。
【００３１】
上記した印刷によりソース電極およびドレイン電極を形成する方法は、蒸着等の乾式によりソース電極およびドレイン電極を得る方法に比べて、高価な真空装置が必要なく、設備投資も含めた生産コストの劇的な低減が可能となる。また、プロセスの低温化が可能であり、また基板としてプラスチック基板を用いることができることから、ユビキタス時代の必須アイテム、すなわち、フレキシブル性および低コストの実現の上で好ましい。
【００３２】
本発明の上記した様な印刷方法に代表される、湿式でソース電極およびドレイン電極を形成する薄膜トランジスタの製造方法では、上記画線部は、焼成することで導電体を形成するインク（以下、「導電性インク」という）から形成される。本発明で用いる導電性インクとしては、公知慣用のインクがいずれも使用できるが、例えば、導電性金属粒子や導電性高分子などの導電性材料を溶媒（分散媒）に溶解又は分散させたインクを用いることができる。
【００３３】
導電性金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、白金、パラジウム、スズ、クロム、鉛、等の金属粒子や、銀／パラジウム等のこれら金属の合金；酸化銀、有機銀、有機金等の比較的低温で熱分化して導電性金属を与える熱分解性金属化合物；酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジュウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物粒子等を用いることができる。
導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン等を用いることができる。さらにカーボンナノチューブ等の炭素系の導電材料も用いることができる。
【００３４】
溶媒（分散媒）の種類は、特に制限はないが、導電性材料を溶解または分散できる水又は有機溶剤を適宜選択できる。具体的には、例えば、水；脂肪族炭化水素系、芳香族炭化水素系、アルコール系、ケトン系、エーテル系、エステル系などの各種有機溶剤およびこれら分子内水素の一部又は全部をフッ素化したものが使用できる。なかでも、電極形成用インキ画線部に含まれる残留溶媒が、転写時に半導体層の劣化に影響しにくい点で、水またはアルコール系溶媒が好ましい。またこれら溶媒は、一種のみで用いてもよく、二種以上を併用することもできる。
【００３５】
導電性インクには、前記導電性材料や溶媒（分散媒）の他、必要に応じて、樹脂等のバインダー成分、酸化防止剤、皮膜形成促進のための各種触媒、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤の様な各種界面活性剤、レベリング剤、離型促進剤等を添加できる。
【００３６】
導電性インクは、オキセタン化合物、エポキシ化合物、ビニルエーテル化合物の様なカチオン重合性化合物や、ビニル基や（メタ）アクリロイル基を含有する化合物の様なラジカル重合性化合物を混合して、熱硬化性インクとすることもでき、紫外線や電子線の様な活性エネルギー線硬化性インクとすることもできる。しかしながら、この様な重合性化合物は、重合後に膨張収縮して体積変化を起こしうることから、非重合性化合物を用いることが好ましい。
【００３７】
上記導電性材料としては、より狭い線幅で任意の画線を形成でき、かつ、より低温での焼成で導電体を形成できることから、ｎｍオーダーの導電性材料の粒子を用いることが好ましい。
【００３８】
この様なｎｍオーダーの導電性金属粒子を用いてインクを調製するに当たっては、室温付近では比較的安定であるが、１５０℃以下といった比較的低温での焼成で導電体を形成できる、バインダー成分で被覆された導電性金属粒子を用いることが好ましい。バインダー成分は導電性金属粒子の保護剤または分散剤として機能するものであっても良い。この様なバインダー成分として用いることができる材料としては、上記した様な硬化性が無い熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、直鎖状又は分岐状のポリエチレンイミン、同ポリエチレンイミン−ポリアルキレングリコール共重合体、これらのＮ−オキシド化誘導体、これらのＮ−アセチル化誘導体、ポリビニル−２−ピロリドンの様なカチオン系樹脂や、ポリアルキレングルコールモノ（メタ）アクリレート／（メタ）アクリロイルオキシアルキルアシッドホスフェート共重合体の様なアニオン系樹脂、アルカンチオール類、アルキルアミン類を挙げることができる。
【００３９】
電極形成用インキ画線部は、被転写部材上で乾燥することで、導電性インクに含有された揮発性成分の一部が除去され半固形化し、転写時に半導体層を劣化させにくい膜質となる。
【００４０】
これら乾燥方法には特に制限はなく、公知慣用の任意の方法を選択可能であるが、例えば室温乾燥、吸引乾燥、温風乾燥、赤外線による乾燥、キセノンランプ等のフラッシュランプによる乾燥、ＵＶ乾燥の一つまたは複数の組み合わせの方法を適用できる。なかでも、インキ画線部を形成する導電性インクに含まれる溶媒成分を効率よく揮発させることができ、転写時に半導体層を劣化させにくい点で吸引乾燥、温風乾燥が好ましい。
【００４１】
インキ画線部形設被転写部材を用いて、支持体に転写印刷する方法としては、例えば、グラビアオフセット印刷法、マイクロコンタクト法、凸版反転印刷法とが挙げられる。なかでも凸版反転印刷法は、グラビアオフセット印刷法よりも高精細なインキ画線部が形成でき、マイクロコンタクト法よりも大面積化が可能で生産性に優れることから好ましい。
【００４２】
凸版反転印刷法は、ソース電極およびドレイン電極の反転パターンに対応する凸部が形成された凸版と、離形性を有する被転写部材とが用いられる。導電性インクを該被転写部材の表面全面に塗布する工程と、当該凸版を、当該被転写部材上の塗布された導電性インク面に押圧して、ソース電極およびドレイン電極の反転パターンに対応するインキ部分を凸版上に転移・除去する工程と、凸版で押圧された反転パターンが除去されることにより、ソース電極およびドレイン電極に対応するインキ画線部が形成された被転写部材を用いて、基板等の支持体上に転写印刷をする工程と、を備えた印刷方法である。
ソース電極およびドレイン電極の反転パターンに対応するインキ部分を凸版上に転移することで、凸版で押圧されなかった、ソース電極およびドレイン電極に対応する画線部が被転写部材上に残留する。被転写部材は離形性を有していることから、ソース電極およびドレイン電極に対応する画線が設けられた、離形性を有している被転写部材を、予め半導体層が形成された支持体と接触させることで、半導体層上に当該画線部が転写される。
【００４３】
ソース電極およびドレイン電極に対応した導電性インクによる画線部は、支持体上で例えば、熱風オーブンで加熱する、赤外線を照射して焼成する等により、導電体からなるソース電極および同ドレイン電極を形成する。この焼成により導電性インクに含有された揮発性成分は、導電体から完全に除去される。また、バインダー成分が分解する場合には、バインダー成分も形成された導電体中から消失する。しかしながら、導電性材料に比べてバインダー成分が極少量である場合には、焼成前後で、導電性インクの画線部と、焼成後に得られる導電体の画線部とで、画線部の膜厚や形状には変化が起こらない。焼成前後で、画線部の膜厚減少や形状変化が大きいと見込まれる場合には、これらの変化を見込んで、インキ画線部をより厚膜で形成する、版形状を変更する等することで、導電体として意図した膜厚かつ形状のソース電極およびドレイン電極を得ることができる。  
【００４４】
また、インキ画線形設被転写部材を用いて半導体層を有する支持体に転写印刷し、電極形成用インキ画線部を形成する上記方法によれば、転写異常のない、矩形の電極形状を持ったソース電極およびドレイン電極が得られる。このようなソース電極およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタは、駆動した際に、移動度や閾値電圧のバラツキがより少ない薄膜トランジスタとなる。
【００４５】
具体的には、ソース電極およびドレイン電極の電極厚みが同一であり、そのいずれもが５０ｎｍ以上、好ましくは１００〜２００ｎｍといった極めて均一な導電体からなり、凹型、凸型といった異常のない、適正な電極形状のソース電極およびドレイン電極が容易に得られる。その結果、このようなトランジスタはトランジスタアレイや集積回路等を得るのに最適であるばかりでなく、安定したチャネル形状が得られるため、薄膜トランジスタとして駆動した際に、移動度や閾値電圧のバラツキがより少ない薄膜トランジスタとなる。この様な優れた特徴は、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法の様な、従来の印刷方法では到底達し得ない、上記した転写印刷の特徴である。
【００４６】
移動度や閾値電圧のバラツキがより少ない薄膜トランジスタを得るためには、上記と合わせて、下地である半導体層の厚みを薄く均一に成膜することも重要である。具体的には、半導体表面の算術平均粗さＲａが５０ｎｍ以下で、半導体層の厚みが１００ｎｍ以下、好ましくは１０〜６０ｎｍのときに、上層に積層される電極形成用インキ画線部の塗膜が破断することなく均一な積層印刷が可能となるため好ましい。
【００４７】
算術平均粗さＲａとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ(χ)で表したときに、以下の特定式によって求められる値をナノメートル(ｎm)で表したものをいう。このＲａは、JIS B 0601(1994)、JIS B 0031(1994)に詳細に規定されている。
【００４８】
この様な算術平均粗さは、当該ソース電極又はドレイン電極の半導体層を積層する側の表面を対象に、例えば、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；通称ＡＦＭ）、例えば、日本ビーコ株式会社製Ｎａｎｏ  Ｓｃｏｐｅ  ＩＩＩａといった装置を用いて、容易に求めることができる。この算術平均粗さは、例えば、１×１μｍ角の範囲を設定して、その範囲で測定することで求めることが出来る。
【００４９】
薄膜トランジスタの半導体層に用いられる半導体材料としては、有機、無機の半導体材料が適用できる。有機半導体材料としては、例えば、低分子有機半導体して、フタロシアニン誘導体、ポリフィリン誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体、フラーレン誘導体、ペンタセンおよびペンタセントリイソプロピルシリル（ＴＩＰＳ）ペンタセン等のアセン系化合物、各種ペンタセン前駆体、アントラセン、ペリレン、ピレン、フェナントレン、コロネン等の多環芳香族化合物およびその誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、チアゾール誘導体、フラーレン誘導体、ジナフトチオフェン系化合物、カーボンナノチューブ等の炭素系化合物、その他、ベンゾチエノベンゾチオフェン等のチオフェン、フェニレン、ビニレン等を組み合わせた各種低分子半導体の一種以上およびこれら共重合体が好適に使用できる。
【００５０】
また、高分子化合物として、ポリチオフェン、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）、ＰＱＴ−１２等のポリチオフェン系高分子、Ｂ１０ＴＴＴ、ＰＢ１２ＴＴＴ、ＰＢ１４ＴＴＴ等のチオフェン−チエノチオフェン共重合体、Ｆ８Ｔ２等のフルオレン系高分子、その他、パラフェニレンビニレン等のフェニレンビニレン系高分子、ポリトリアリールアミン等のアリールアミン系高分子等が好適に使用できる。また、これら有機半導体材料に加え、加熱処理やＥＢ、Ｘｅフラッシュランプ等のエネルギー線照射により無機半導体へと改質可能な溶液溶解性のＳｉ半導体前駆体、ＩＧＺＯ、ＹＧＺＯ，ＺｎＯ等の酸化物半導体の前駆対等が適用できる。
【００５１】
薄膜トランジスタの半導体層に用いられる半導体材料としては、より低温かつ簡便に半導体層を形成することができ、取扱いが容易であることから、無機半導体よりも有機半導体の方が好ましい。有機半導体の中でも、自己凝集性が高く、結晶構造を取り易いものが、より優れたトランジスタ特性を発揮することができるので好ましい。
【００５２】
有機および無機半導体材料のインク化に適用可能な溶剤は、常温もしくは多少の加熱で該半導体材料を溶解でき、適度の揮発性を有し、溶剤揮発後に有機半導体薄膜を形成できればよく、例えば、トルエン、キシレン、クロロホルム、クロロベンゼン類、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、イソホロン、スルホラン、テトラヒドロフラン、メシチレン、アニソール、ナフタレン誘導体、ベンゾニトリル、アミルベンゼン、γブチルラクトン、アセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤を用いることができる。
【００５３】
また、これら溶液にインク特性の向上を目的として、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等のポリマーやシリコーン系やフッ素系の界面活性剤等の表面エネルギー調整剤を添加することもできる。特に結晶性半導体溶液へのフッ素系界面活性剤は、インク特性の向上効果のみならず、インクの乾燥により形成した半導体膜の特性、例えば薄膜トランジスタの移動度の向上等が期待できることから、好適に使用できる。
【００５４】
薄膜トランジスタの半導体層の成膜方法としては、特に制限はなく、公知慣用の、乾式、湿式のいずれのプロセスでも形成させることができる。具体的には、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、ＣＶＤ法に代表されるドライプロセスや、以下に例示する様な印刷法等のウエットプロセスが適用できる。特に、ウエットプロセスは、製造コストの劇的な低減が期待できることから本発明の好ましい実施形態である。ウエットプロセスとして、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、スピンコート法、ブレードコート法、バーコート法、スリットコート法、エッジキャスト法、ディップコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、グラビアオフセット印刷法、凸版オフセット印刷法、凸版反転印刷法等が用いられる。ウエットプロセスの中では、材料使用効率に優れる点で、インクジェット法、スピンコート法、エッジキャスト法、ディップコート法、ブレードコート法が好ましい。
【００５５】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法において、インキ画線部形設被転写部材を、予め半導体層が形成された支持体に押圧接触させ、電極形成用インキ画線部を半導体層上に転移させることで、薄膜トランジスタの一部を構成する積層体が形成されるが、押圧時の圧力は１ＭＰａ以下であることが好ましく、より好ましくは１００〜５００ｋＰａである。転写印刷時に過度な圧力がかかると、半導体層に電極形成用インキ画線部が食い込んでしまったり、半導体層を突き破ってしまったりして適切にトランジスタが駆動せずに、移動度や閾値電圧のバラツキも大きくなる。また転写圧力が低すぎると、転写ムラが大きくなり、同様にトランジスタ特性のバラツキが大きくなる。
【００５６】
さらにトランジスタ特性のバラツキを抑制させるためには、上記被転写部材が接触する支持体面全体にわたり均一な転写圧力が加わることが好ましく、被転写部材の表面の平滑性が高い方が好ましい。具体的には被転写部材表面の算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以下で、より好ましくはＲａが２ｎｍ以下の場合、被転写部材表面の突起物に起因する電極形成用インキ画線部の部分的な転写ムラを防ぐことができる。
【００５７】
本発明の薄膜トランジスタの絶縁体層に用いられる絶縁体材料としては、絶縁性を有する材料を含んでいれば制限はなく、例えば、ポリパラキシリレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルピロリドン系樹脂、ポリシアネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリテルペン樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂等の有機膜を形成する樹脂や、加水分解および必要に応じて加熱処理により無機皮膜を形成する、シラン化合物、シラザン化合物、マグネシウムアルコキシド化合物、アルミニウムアルコキシド化合物、タンタルアルコキシド化合物、イオン性液体、イオン性ゲルが使用できる。又、これら単体又は２種類以上を併用してもよく、必要に応じてジルコニア、二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の酸化物、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３等の強誘電性酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物、硫化物、フッ化物等の誘電体微粒子を分散させることができる。
【００５８】
絶縁体材料のインク化に適用可能な溶剤に制限はなく、例えば水、炭化水素系、アルコール系、ケトン系、エーテル系、エステル系、グリコールエーテル系、フッ素系などの各種有機溶剤が使用できる。また必要に応じて、酸化防止剤、レベリング剤、離型促進剤、皮膜形成促進のための各種触媒を使用することができる。
【００５９】
本発明の薄膜トランジスタのゲート電極に用いられる導電材料としては、導電性を有する材料を含んでいれば特に制限はなく、例えば、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、白金、パラジウム、スズ、クロム、鉛、等の金属や、銀／パラジウム等のこれら金属の合金；酸化銀、有機銀、有機金等の比較的低温で熱分化して導電性金属を与える熱分解性金属化合物；酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジュウムスズ（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物等を用いることができる。また導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン等を用いることができる。さらにカーボンナノチューブ等の炭素系の導電材料も用いることができる。
【００６０】
この絶縁体層、およびゲート電極層は、公知慣用の、乾式、湿式のいずれのプロセスでも形成させることができる。具体的には、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、ＣＶＤ法に代表されるドライプロセスや、以下に例示する様な印刷法等のウエットプロセスが適用できる。特に、ウエットプロセスは、製造コストの劇的な低減が期待できることから本発明の好ましい実施形態である。ウエットプロセスとして、例えば、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、スピンコート法、バーコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、グラビアオフセット印刷法、凸版オフセット印刷法、凸版反転印刷法等が用いられる。
【００６１】
印刷法により、ゲート絶縁膜の様な絶縁体層を形成させる場合、それに用いる絶縁体インクは、公知慣用の各種絶縁体材料を溶媒に溶解又は分散させることにより調製することができる。
【００６２】
絶縁体層表面は、トランジスタ特性の向上のために、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、オクチルトリクロロシラン（ＯＴＳ−８）、オクタデシルトリクロロシラン、（ＯＴＳ−１８）、ドデシルトリクロロシラン（ＤＴＳ）、フッ素置換オクタトリクロロシラン（ＰＦＯＴＳ）、β−フェネチルトリクロロシラン等の各種シランカップリング剤でＳＡＭ（自己組織膜）処理を行うことができる。
【００６３】
また、上記ＳＡＭ処理を行った絶縁体層と半導体層との界面の親和性が不充分である場合には、それを良好にし、かつトランジスタ特性を向上させるために、必要であれば、フッ素系界面活性剤等を用いることができる。
【００６４】
印刷法により、ゲート電極を形成する場合、それに用いる導電性インクとしては、ソース電極およびドレイン電極を形成するために用いることができる、上記各種の導電性材料を含有する導電性インクをいずれも使用できる。ゲート電極と、ソース電極やドレイン電極とは、電極の形成に当たって、異なる導電性材料を用いた導電性インクを組み合わせて使用することもできる。
【００６５】
本発明の薄膜トランジスタの絶縁層、ゲート電極の厚みは、特に制限されるものではないが、絶縁層の厚みはＯＮ／ＯＦＦ値のバラツキを抑えられる点で５〜１０００ｎｍが好ましい。ゲート電極の厚みは、フレキシブル基材への追従性が良い点で２０〜１０００ｎｍが好ましい。
【００６６】
本発明の薄膜トランジスタは必要であれば最上層に保護膜層を形成することができる。保護膜層を設けることで外気の影響を最小限にでき、薄膜トランジスタの電気的特性を安定化することができる。保護膜層に用いられる保護膜材料としては、加熱、光、電子線等により改質処理により、光、酸素、水、イオン等のバリヤー性に優れた膜が形成できるものであれば良く、例えば、上記絶縁体材料と同様の材料が使用できる。保護膜層をウエットプロセスで形成する場合、適用できる溶剤に制限は無く、上記した樹脂を溶解又は分散させるものであれば良い。また必要に応じて、保護膜材料には、シリコーン系およびフッ素系の各種界面活性剤を添加することができる。
【００６７】
本発明の薄膜トランジスタは、任意の製造方法で製造することができるが、例えば、インキ画線部形設被転写部材を用いて、支持体に転写印刷して得られたインキ画線部を焼成して、導電体からなるソース電極および同ドレイン電極を形成するが、さらに、薄膜トランジスタを形成する各層、即ち、半導体層、絶縁体層およびゲート電極の形成をいずれも印刷で行うことにより、より生産性が高く、かつ均一性に優れた薄膜トランジスタを容易に製造できる薄膜トランジスタが得られる。更に、こうして得られた薄膜トランジスタは、複数個を集積化することでトランジスタアレイや集積回路とすることが出来る。
【実施例】
【００６８】
（凸版反転印刷法によるソース電極およびドレイン電極の作製）
平均粒子径がナノメートルオーダーの銀粒子が均一に液媒体に分散させられた、エタノール溶媒を含む導電性インク（ＤＩＣ株式会社製ＲＡＧＴ−２８、以下、「ナノ粒子銀インク」という）を、フィルム上にシリコーンゴム層を形成した透明ブランケットのシリコーンゴム面にスリットコーターにより均一に塗布し、タックが残る程度に乾燥させた後、ソース電極およびドレイン電極やゲート電極等の所望するパターンのネガパターンを形成した、凸状の鋭角部分（エッジ）の精度に優れた、ガラスのウエットエッチングにより得たガラス凸版を、該ナノ粒子銀インク均一塗布面に押し当てて不要な部分を除去した。ブランケット上に残存したパターンを、さらに乾燥させ導電性インク中の溶媒が十分に揮発した後に、基材上に１５０ｋＰａの圧力で押し当てて、所望するパターンを基材上に転写した。尚、透明ブランケットのシリコーンゴム面全面を対象に、１×１μｍ角の範囲を任意に１０箇所設けて、それらの算術平均粗さを測定したところ、その平均値は０．８ｎｍであった。
【００６９】
（半導体パラメータ特性評価）
以下に示す薄膜トランジスタのテスト素子を作成し、その特性評価を行った。Ｉｄ−Ｖｇ、Ｉｄ−Ｖｄ特性を半導体パラメータ測定装置（ケースレー社製４２００）を用いて測定し、電界効果移動度、ＯＮ／ＯＦＦ値を周知の方法より算出した。
【００７０】
（実施例１）
ＢＧＴＣ構造を有する薄膜トランジスタのテスト素子を以下の手順で作成し評価した。
（１）ゲート電極の形成：厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス上に膜厚１００ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜した後、フォトレジストを塗布して露光・現像し、ウエットエッチングでＣｒ膜をパターニングすることでゲート電極を形成した。
（２）絶縁層の形成：ポリパラキシリレン樹脂（日本パリレン社製、商品名パリレン−C）をソース電極およびドレイン電極、半導体層が形成された支持体上にCVD法により化学蒸着し、厚さ１０００ｎｍの絶縁層を形成した。
（３）半導体層の形成：有機半導体２，７−ジオクチル［1］ベンゾチエノ［３,２−ｂ］［１］ベンゾチオフェン（Ｃ8−ＢＴＢＴ）のメシチレン０．５ｗｔ％溶液を用いて、ブレードコート法により先に形成した絶縁層上に半導体層を形成した。半導体層の１×１μｍ角の範囲を任意に５箇所設けて、それらの算術平均粗さＲａを測定したところ、その平均値は２０ｎｍであった。
（４）ソース電極およびドレイン電極の形成：先に形成した半導体層上に、上記ナノ粒子銀インクを用い、凸版反転印刷法によるソース電極およびドレイン電極の作製に従って、チャネル長２０μｍ、チャネル幅５００μｍ、電極幅２０μｍとなる様にソース電極およびドレイン電極パターンを形成し、クリーンオーブン中で８０℃３０分焼成し、厚さ１００ｎｍの銀電極を形成した。
【００７１】
（比較例１）
ソース電極およびドレイン電極の形成方法を以下に変更した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
ソース電極およびドレイン電極の形成：市販のスクリーン印刷用銀インクを用いてスクリーン印刷法にて、先に形成した半導体層上にチャネル長１００μｍ、チャネル幅５００μｍ、電極幅１００μｍとなる様に電極パターンを形成した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
【００７２】
（比較例２）
ソース電極およびドレイン電極の形成方法を以下に変更した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
ソース電極およびドレイン電極の形成：市販のインクジェット用銀インクを用いてインクジェット印刷法にて、先に形成した半導体層上にチャネル長１５０μｍ、チャネル幅５００μｍ、電極幅１５０μｍとなる様に電極パターンを形成した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
【００７３】
（実施例２）
ゲート電極の形成方法を以下に変更した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
【００７４】
ゲート電極の形成：上記のナノ粒子銀インクを用い、凸版反転印刷法によりゲート電極パターンを形成し、クリーンオーブン中で１２０℃３０分焼成し、厚さ１００ｎｍの銀電極を形成した。
【００７５】
（実施例３）
半導体層の形成方法とソース電極およびドレイン電極の形成方法を以下に変更した以外は実施例１と同様の方法で薄膜トランジスタのテスト素子を作成し評価した。
半導体層の形成：有機半導体を用いて、真空蒸着法により先に形成した絶縁層上に半導体層を形成した。半導体層の１×１μｍ角の範囲を任意に５箇所設けて、それらの算術平均粗さＲａを測定したところ、その平均値は１０ｎｍであった。
ソース電極およびドレイン電極の形成：先に形成した絶縁層上に、上記ナノ粒子銀インクを用い、凸版反転印刷法によるソース電極およびドレイン電極の作製に従って、チャネル長２０μｍ、チャネル幅５００μｍ、電極幅２０μｍとなる様にソース電極およびドレイン電極パターンを形成し、クリーンオーブン中で１５０℃３０分焼成し、厚さ１００ｎｍの銀電極を形成した。
【００７６】
（比較例３）
ＢＧＢＣ型構造を有する薄膜トランジスタのテスト素子を以下の手順で作成し評価した。
（１）ゲート電極の形成：厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス上に膜厚１００ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜した後、フォトレジストを塗布して露光・現像し、ウェットエッチングでＣｒ膜をパターニングすることでゲート電極を形成した。
（２）絶縁層の形成：ポリパラキシリレン樹脂（日本パリレン社製、商品名パリレン−C）をソース電極およびドレイン電極、半導体層が形成された支持体上にCVD法により化学蒸着し、厚さ１０００ｎｍの絶縁層を形成した。
（３）ソース電極およびドレイン電極の形成：先に形成した絶縁層上に、上記ナノ粒子銀インクを用い、凸版反転印刷法によるソース電極およびドレイン電極の作製に従って、チャネル長２０μｍ、チャネル幅５００μｍ、電極幅２０μｍとなる様にソース電極およびドレイン電極パターンを形成し、クリーンオーブン中で１５０℃３０分焼成し、厚さ１００ｎｍの銀電極を形成した。
（４）半導体層の形成：有機半導体ジナフト［２，３−ｂ：２’，３’−ｆ］チエノ［３，２−ｂ］チオフェンを用いて、真空蒸着法により先に形成したソース電極およびドレイン電極上に半導体層を形成した。
【００７７】
各テスト素子にて測定した、トランジスタ特性を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2018037486.tif 000003
【００７９】
実施例１と比較例１および２の対比からわかる通り、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程において、転写印刷法を用いて被転写部材上でインク画線部を乾燥してから半導体層上に転写すると、トップコンタクト型の薄膜トランジスタでもトランジスタが駆動し、一方でスクリーン印刷法やインクジェット法のように乾燥工程を経ないで、導電インクを直接半導体層上に成膜して電極パターンを形成するとトランジスタが駆動せずに電界効果移動度が得られないことが明らかである。また実施例３と比較例３との対比からわかる通り、ＢＧＢＣ型薄膜トランジスタではやはり優れた電界効果移動度が得られないことが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、生産性に優れたウェットプロセスによるトップコンタクト型薄膜トランジスタが容易に得られるので、例えば、画像表示デバイスのバックプレーンや集積回路を容易に製造することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１  基板、２  絶縁体層、３、Ｇ  ゲート電極、４  ソース電極・ドレイン電極、５  半導体層、Ｓ  ソース電極、Ｄ  ドレイン電極、Ｌ  チャネル長
【図１】
2018037486.tif 000004