JP4682645B2 - 半導体装置の製造方法及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及び電子機器に関し、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）及びこの薄膜トランジスタを用いた電子機器に適用して好適なものである。

低コストで簡便なパターニング技術として、液滴吐出法（インクジェット法）が注目されている。液滴吐出法は、加工面に材料を直接吹き付けるようにして所望パターンの薄膜を形成するもので、例えばカラー液晶ディスプレイに使用されるカラーフィルタの着色層の形成工程や、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイの製造過程において用いられている（例えば、特許文献１及び２参照）。

また、液滴吐出法を用いて精度良くパターニングする手法として、加工面の薄膜を形成すべき領域を囲むように隔壁を設け、この隔壁の内側の凹部内に液滴吐出法により材料を充填するようにしてパターンを形成する方法も提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開平９−２３０１２９号公報 特開２００２−１３９６１４号公報

しかしながら、この方法によると、かかる凹部内のコーナ部に材料が拡散し難く、このため凹部内にきれいに材料を充填するためには、凹部内は親液性を有し、隔壁の外側面（隔壁の上面及び外周面）は撥液性を有するように表面処理を施すことが必要となる。

そこで、例えば、上記特許文献１では、隔壁に撥液性を付与したうえで、その内側である凹部の表面にエネルギー線を照射することで、凹部の表面を親液化させることが提案されている。ところが、この方法によると、精度良く凹部の表面のみにエネルギー線を照射することが難しく、撥液性を残したい隔壁の外側面の撥液性をも低下させる問題がある。

一方、上記特開２００２−１３９６１４号公報では、転写フィルム上に親液性を有する層（以下、「親液層」と呼ぶ。）と撥液性を有する層（以下、「撥液層」と呼ぶ。）を順に積層させ、支持基板上に張り合わせて転写する方法が開示されている。しかしながら、このような方法では、親液層及び撥液層間において十分な密着性が得られない場合も生じ得る。

このように、従来提案されている隔壁の形成方法では、理想的な構造の隔壁を得ることが難しい。そして、このような状況のもとでは、液滴吐出法による高精度のパターニングも困難であった。従って、理想的な構造の隔壁を構築することができれば、液滴吐出法による高精度のパターニングを行い得、結果として、より信頼性の高い半導体装置を製造し得るものと考えられる。

本発明は以上の点を考慮したもので、信頼性の高い半導体装置を製造し得る半導体装置の製造方法及び信頼性の高い電子機器を提案しようとするものである。

上記目的を達成するため本発明の半導体装置の製造方法は、基板の電極形成面上に隔壁を形成し、上記隔壁を介して露出する上記基板の上記電極形成面上に液体導電材料を付与して電極を形成する半導体装置の製造方法において、転写フィルムの一面上に撥液性を有する薄膜を形成する第１の工程と、上記転写フィルム上に形成した上記薄膜を所定パターンでパターニングすることにより上記隔壁として機能する開口部が形成された隔壁膜を形成する第２の工程と、上記転写フィルムの上記一面側から上記隔壁膜にエネルギー線を照射することにより、上記隔壁膜の上記転写フィルムと接している面以外の上記開口部を含む表面部分を親液性とする第３の工程と、上記隔壁膜を上記基板の上記電極形成面上に張り合わせる第４の工程と、上記隔壁膜から上記転写フィルムを剥離する第５の工程と、を備える。
また、基板の電極形成面上に隔壁を形成し、上記隔壁を介して露出する上記基板の上記電極形成面上に液体導電材料を付与して電極を形成する半導体装置の製造方法において、転写フィルムの一面上に撥液性を有する薄膜を形成する第１の工程と、上記転写フィルム上に形成した上記薄膜を所定パターンでパターニングすることにより上記隔壁を形成する第２の工程と、上記転写フィルムの上記一面側から上記隔壁にエネルギー線を照射する第３の工程と、上記隔壁を上記基板の上記電極形成面上に張り合わせる第４の工程と、上記隔壁から上記転写フィルムを剥離する第５の工程とを設けるようにした。

かかる半導体装置の製造方法によれば、隔壁の撥液性を残したい部分は転写フィルムにより覆われているため、エネルギー線による撥液性の低下がほとんどない。またそれ以外の隔壁の表面部分は親液性となるため、基板との密着性も良く、理想的な構造（撥液・親液パターン）を有する隔壁を得ることができる。かくするにつき隔壁を介して露出する基板の電極形成面上に液体導電材料を付与することによって高精度のパターニングを行い得、結果として、より信頼性の高い半導体装置を製造し得る。

好ましい形態としては、上記第１の工程において、上記薄膜を絶縁材料を用いて形成し、上記隔壁を半導体装置の層間絶縁膜と兼用するようにする。これにより半導体装置の製造工程を簡略化することができる。

また、他の好ましい形態としては、上記第１の工程では、感光性材料を用いて上記薄膜を形成し、上記第２の工程では、上記薄膜を上記所定パターンで露光及び現像することにより上記隔壁を形成する。これにより第２の工程において薄膜をパターニングする際のフォトリソグラフィ処理を簡略化できる。

さらに他の好ましい形態としては、上記第１の工程では、上記転写フィルム及び上記薄膜間に、所定の処理により上記転写フィルム及び上記薄膜間を分離可能とする剥離層を形成する。これにより第５の工程において隔壁から転写フィルムを剥離する剥離処理を簡易化させることができる。

さらに他の好ましい形態としては、上記隔壁の上記開口を介して露出する上記半導体基板の上記電極形成面上に液体導電材料を付与して上記電極を形成する第６の工程と、上記隔壁の上記開口に絶縁材料を付与して形成された上記電極を絶縁する第７の工程とを備えるようにする。これにより、上述のようにして形成した電極を外部から絶縁することができる。

また第２の態様の本発明は、上述した発明に係る製造方法により製造された半導体装置を備える電子機器である。ここで「電子機器」とは、本発明に係る製造方法により製造された半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型又はフロント型のプロジェクタ、さらに表示機能付きファックス装置、ディジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態による薄膜トランジスタの構成
図１は、本実施の形態による薄膜トランジスタ１を示すものである。この薄膜トランジスタ１は、少なくとも一面が絶縁性を有する基板（例えばガラス基板）２の当該一面上に形成されるものであり、ソース電極３、ドレイン電極４、絶縁膜５、半導体膜６、ゲート絶縁膜７、ゲート電極８及び層間絶縁膜９を含んで構成される。

ソース電極３及びドレイン電極４は、それぞれ基板２の一面上に、アルミニウム等の導電性材料を所定の配線パターンで積層することにより形成されている。なお、ソース・ドレイン電極上にはこれと同じパターン状に作成されたリンなどの不純物イオンが高濃度に注入されたソース・ドレイン領域が存在する。この部分の作製法としては、これに限定されるものではないが、ソース・ドレイン電極となる導電性材料とシリコン層を連続成膜し、シリコン層に不純物イオンを注入後、一括でパターニングする方法などが挙げられる。このシリコン層はケイ素化合物及びリンなどのドーパント源を含有する液体材料を使用して、塗布法で作成しても良い。また絶縁膜５は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）又はリンシリカゲートガラス（ＰＳＧ）などの絶縁性材料を、ソース電極３及びドレイン電極４の周囲を囲むように堆積させることにより形成されている。この埋め込み膜に関しては、ポリシラザン等のＳＯＧ（spin on glass）を用いて塗布法で行うことが好ましいが、特に限定されるものではない。この場合、絶縁膜５の膜厚は、この上に成膜するチャネルシリコン層６が断線しない程度に厚さがあれば良く、好ましくは導電材料で作製されたソース・ドレイン電極を覆っていることが良く、更に好ましくはその上のソース・ドレイン領域も覆い、平坦化されていることが好ましい。

半導体膜６は、薄膜トランジスタ１の活性領域を担うものであり、多結晶シリコン（ポリシリコン）等の結晶性半導体材料をソース電極３及びドレイン電極４間に堆積させることにより形成される。またゲート絶縁膜７は、半導体膜６を覆うように絶縁膜５上に形成されている。このゲート絶縁膜７も、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化物（Ｓｉ₃Ｎ₄）又はリンシリカゲートガラス（ＰＳＧ）などの絶縁性材料を用いて形成される。なお、半導体膜6やゲート絶縁膜７の形成に際しては、インクジェット法やスピンコート法などの塗布法を利用しても良い。

ゲート電極８は、半導体膜６におけるソース電極３及びドレイン電極４間に位置するようにゲート絶縁膜７上に設けられている。このゲート電極８は、後述のように例えば銀やアルミニウムなどの導電材料を用いて形成される。

さらに層間絶縁膜９は、ゲート電極８を含めたゲート絶縁膜７の上面全面を覆うように形成されている。この層間絶縁膜８は、後述のように液滴吐出法を用いてゲート電極８を形成する際の隔壁としても用いられるものであり、アクリル樹脂や、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂などから形成される。

さらに層間絶縁膜９は、ゲート電極８を含めたゲート絶縁膜７の上面全面を覆うように形成されている。この層間絶縁膜８は、後述のように液滴吐出法を用いてゲート電極８を形成する際の隔壁（隔壁膜）としても用いられるものであり、アクリル樹脂や、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂などから形成される。

このようなプロセスにより生成された層間絶縁膜は、撥液性を残したい上面部分がエネルギー線の照射時に転写フィルムと接しているため、エネルギー線による撥液性の低下がほとんど生じない。また、それ以外の部分は全面に亘って親液性となるため、薄膜トランジスタ基板との密着性も良く、理想的な撥液性及び親液性を有するパターンが得られる。以下、このような層間絶縁膜を有する薄膜トランジスタ１の具体的な製造手順について説明する。

本実施の形態の場合、転写フィルムとして、例えばＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）フィルムや、ガラス基板のような無機系材料からなるフィルムを用いる。ただし、これら以外の材料を用いて形成されたものを用いるようにしても良い。そして、この転写フィルを赤外線洗浄するようにする。

続いて、図２（Ａ）に示すように、この転写フィルム１０の一面側に撥液性を有する材料を塗布等することにより薄膜でなる絶縁膜１１を形成する。絶縁膜１１の材料としては、アクリル樹脂や、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂などを用いる。またこれらの樹脂であって、さらにシリコン系化合物又はフッ素系化合物の少なくとも一方を含有したものを用いることによって、より撥液性を高めることができる。具体的には、側鎖にアルキル基を有するシロキサン化合物、パーフルオロアルキル基を有するモノマー又はポリマー等を単独又は複数混合して用いることができる。

次に、図２（Ｂ）に示すように、このようにして生成した絶縁膜１１をフォトリソグラフィ法によって所定パターンにパターニングする。具体的には、後述のようにこの絶縁膜１１を別プロセスで作成した薄膜トランジスタ基板１２と張り合わせたときに、当該薄膜トランジスタ基板１２上のゲート電極８を形成すべき領域が露出するように、絶縁膜１１に開口１１Ａを形成する。その方法としては、絶縁膜１１上に感光性樹脂膜を形成し、これを上記所定パターンに応じて露光・現像し、かくして感光性樹脂膜に形成された開口を介して絶縁膜１１をエッジングする。これにより絶縁膜１１に上記開口１１を形成することができる。この後、かかる感光性樹脂膜は除去する。

そして、この後図２（Ｃ）に示すように、転写フィルム１０の絶縁膜１１が形成された一面側から絶縁膜１１にエネルギー線として赤外線を照射することにより、絶縁膜１１の転写フィルム１０と接している面以外の表面部分を親液性にする。

一方、これとは別に、上述した薄膜トランジスタ１（図１）のうち、基板２上にゲート絶縁膜７までが形成された図２（Ｄ）に示すような薄膜トランジスタ基板１２を作製する。そしてこの薄膜トランジスタ基板１２のゲート電極８を形成すべき上面（以下、これを電極形成面と呼ぶ）と、上述のように転写フィルム１０上に形成した絶縁膜１１とを張り合わせるようにする。このような張り合わせは、薄膜トランジスタ基板１２の電極形成面上に接着剤を塗布したうえで、薄膜トランジスタ基板１２上に絶縁膜１１を位置決めをして載置し、この後加熱圧着ロールを用いて絶縁膜１１を転写フィルム１０側から薄膜トランジスタ基板１２の電極形成面に密着させることにより行うことができる。

次に、図３（Ｅ）に示すように、絶縁膜１１上から転写フィルム１０を剥離する。この際、絶縁膜１１及び転写フィルム１０間の固着力が弱い場合には、転写フィルム１０を引き剥がすことにより絶縁膜１１から剥離することができる。またこの剥離処理のために、図２（Ａ）の工程で転写フィルム１０上に絶縁膜１１を形成する際に、これら転写フィルム１０及び絶縁膜１１間に、所定の処理により転写フィルム１０及び絶縁膜１１間の接着力を低下させる剥離層を予め形成しておくようにしても良く、これにより転写フィルム１０の剥離処理を簡易化させることができる。具体的には、例えば洗浄により除去できる水溶性接着剤からなる剥離層を設けたり、又は光照射により接着力が低下する感光性樹脂材からなる剥離層を設けるようにする。

このようにして、薄膜トランジスタ基板１２上に凹部１３Ａ内の表面が親液性で、上面１３Ｂが撥液性の絶縁膜１１からなる層間絶縁膜１３が形成できる。実験によれば、このときの凹部１３Ａの表面の水に対する接触角は約１００度、層間絶縁膜１３の上面１３Ｂの水に対する接触角は約１０度であり、層間絶縁膜１３の凹部１３Ａ内において十分な親液性を得られ、上面において十分な撥液性を得られることが確認できた。

この後図３（Ｆ）に示すように、このようにして薄膜トランジスタ基板１２上に形成した層間絶縁膜１３の凹部１３Ａ内に、ゲート電極８を形成すための導電材料として、金属微粒子を分散させたインク１４を液滴吐出法により吹き付ける。この場合のインク１４としては、例えば粒径が０.０１〔μm〕程度の銀微粒子を含有するペーストをトルエンで希釈し、粘度約１０〔cP〕になるようにした溶液を用いることができる。また、この後このインク１４を約２５０〔℃〕で焼成する。これによりゲート電極８を形成することができる。

そして、この後図３（Ｇ）に示すように、上述のようにしてその内部にゲート電極８を形成した層間絶縁膜１３の各凹部１３Ａ内に絶縁材料１５を充填するようにして穴埋めし、これによりゲート電極８を外部から絶縁する。この場合の絶縁材料１５としては、層間絶縁膜１３と同じ材料（つまり絶縁膜１１と同じ材料）や他の絶縁材料を用いることができる。また穴埋め方法としては、層間絶縁膜１３上に穴埋め用の絶縁材料の溶液を垂らし、これをスピンコート法により延ばすようにして各凹部１３Ａ内に充填する方法や、液滴吐出法により絶縁材料の溶液を吹き付ける方法などを適用することができる。

この結果、この図３（Ｇ）のように、薄膜トランジスタ基板１２の電極形成面上に、層間絶縁膜１３の各凹部１３Ａを絶縁材料１５により穴埋めしてなる層間絶縁膜９が形成された、上述の薄膜トランジスタ１を得ることができる。

以上のプロセスによれば、図２（Ｃ）について上述したエネルギー線照射工程時において層間絶縁膜９の元となる絶縁膜１１の上面部分の撥液性の低下がほとんど生じず、またそれ以外の部分の表面が全面に亘って親液性となるため、薄膜トランジスタ基板１２との密着性も良く、隔壁として理想的な撥液・親液パターン構造の層間絶縁膜９を得ることができる。この結果、図３（Ｆ）について上述した層間絶縁膜１３の各凹部１３Ａ内に金属微粒子を分散させたインク１４を液滴吐出法により吹き付ける工程において、インク１４を凹部１３Ａ内のコーナ部にまで拡散させることができる。かくするにつき、精度良く所望パターンのゲート電極８を形成することができ、その結果として信頼性の高い薄膜トランジスタを製造することができる。

次に、上述のようにして製造した半導体装置を含んで構成される集積回路、電気光学装置、電子機器の具体例について説明する。

図４は、かかる半導体装置を含んで構成される電気光学装置３０の回路図である。本実施形態の電気光学装置（表示装置）３０は、各画素領域に電界発光効果により発光可能な発光層ＯＥＬＤ、それを駆動するための電流を記憶する保持容量を備え、さらに本発明にかかる半導体装置（薄膜トランジスタＴ１〜Ｔ４）を備えて構成されている。ドライバ３１からは、走査線Ｖsel及び発光制御線Ｖgpが各画素領域に供給されている。ドライバ３２からは、データ線Ｉdataおよび電源線Ｖddが各画素領域に供給されている。走査線Ｖselとデータ線Ｉdataとを制御することにより、各画素領域に対する電流プログラムが行われ、発光部ＯＥＬＤによる発光が制御可能になっている。

なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり他の回路構成も可能である。また、ドライバ３１、３２のそれぞれを構成する集積回路を本発明に係る半導体装置によって形成することも好適である。

図５は、上述した電気光学装置を含んで構成される電子機器の具体例を説明する図である。図５（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話４０はアンテナ部４１、音声出力部４２、音声入力部４３、操作部４４及び本発明の電気光学装置３０を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。

図５（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ５０は受像部５１、操作部５２、音声入力部５３及び本発明の電気光学装置３０を備えている。図５（Ｃ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン６０は本発明の電気光学装置３０を備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。図５（Ｄ）はロールアップ式テレビジョンへの適用例であり、当該ロールアップ式テレビジョン７０は本発明の電気光学装置３０を備えている。

また、電子機器はこれらに限定されず、表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、ディジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなども含まれる。なお、本発明にかかる半導体装置は、電気光学装置の構成部品として上記のような電子機器に含まれる場合の他に、単独で電子機器の構成部品としても適用し得る。

また、上記例に限らず本発明にかかる半導体装置の製造方法は、あらゆる電子機器の製造に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、ディジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ＩＣカードなどにも適用することができる。

（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、隔壁兼用層間絶縁膜の材料として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂などを用い、これをフォトリソグラフィ法を用いてパターニングするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば隔壁兼用層間絶縁膜の材料として感光性樹脂材を用い、これを露光及び現像するようにしてパターニングするようにしても良い。このようにすることによって、絶縁膜１１（図２（Ａ））をパターニングの際のフォトリソグラフィ処理を簡略化することが可能となり、薄膜トランジスタ１の製造工程を全体として簡易化させることができる。

また上述の実施の形態においては、本発明を、スタガ型の構造を有する薄膜トランジスタ１の製造に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、コプレナ型の薄膜トランジスタの製造にも適用することができる。なお、図３（Ｆ）について上述した工程において、層間絶縁膜１３及び液滴吐出法によるゲート電極８の耐熱性を考慮した場合には、薄膜トランジスタとしてはトップゲート型のものを適用するのが望ましい。

本実施の形態による薄膜トランジスタの構成を示す略線的な断面図である。 本実施の形態による薄膜トランジスタの製造手順の説明に供する断面図である。 本実施の形態による薄膜トランジスタの製造手順の説明に供する断面図である。 半導体装置を含んで構成される電気光学装置の回路図である。 電子機器の具体例の説明に供する説明図である。

符号の説明

１……薄膜トランジスタ、８……ゲート電極、９，１３……層間絶縁膜、１０……転写フィルム、１１……絶縁膜、１１Ａ，１３Ａ……開口、１３Ｂ……上面、１４……インク。

Claims (6)

1. 基板の電極形成面上に隔壁を形成し、前記隔壁を介して露出する前記基板の前記電極形成面上に液体導電材料を付与して電極を形成する半導体装置の製造方法であって、
   転写フィルムの一面上に撥液性を有する薄膜を形成する第１の工程と、
   前記転写フィルム上に形成した前記薄膜を所定パターンでパターニングすることにより前記隔壁として機能する開口部が形成された隔壁膜を形成する第２の工程と、
   前記転写フィルムの前記一面側から前記隔壁膜にエネルギー線を照射することにより、前記隔壁膜の前記転写フィルムと接している面以外の前記開口部を含む表面部分を親液性とする第３の工程と、
   前記隔壁膜を前記基板の前記電極形成面上に張り合わせる第４の工程と、
   前記隔壁膜から前記転写フィルムを剥離する第５の工程と、
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１の工程において、前記薄膜を絶縁材料を用いて形成し、
   前記隔壁膜が半導体装置の層間絶縁膜を兼ねるようにした、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第１の工程では、
   感光性材料を用いて前記薄膜を形成し、
   前記第２の工程では、
   前記薄膜を前記所定パターンで露光及び現像することにより前記隔壁膜を形成する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１の工程では、
   前記転写フィルム及び前記薄膜間に、前記転写フィルム及び前記薄膜間を分離可能とする剥離層を形成する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 更に、
   前記隔壁膜の前記開口部を介して露出する前記半導体基板の前記電極形成面上に液体導電材料を付与して前記電極を形成する第６の工程と、
   前記隔壁膜の前記開口内に絶縁材料を付与して形成された前記電極を絶縁する第７の工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を備える電子機器。

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