JP4389747B2 - パターン形成方法および配線形成方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、半導体装置としてのTFT(Thin Film Transistor薄膜トランジスタ)デバイスの製造における配線形成を例に説明する。この場合、配線のパターン形成は、液滴吐出法により、液滴吐出ヘッドからパターン形成用の導電性機能液(機能液)等の液滴を吐出して、基板上に形成される。
まず、TFT基板2に対して、表面改質処理としてHMDS処理が施される。HMDS処理は、ヘキサメチルジシラサン((CH3)3SiNHSi(CH3)3)を蒸気状にして塗布する方法である。これにより、一層目バンク9とTFT基板2との密着性を向上させることができる。
次に、一層目バンク9間の底部34(TFT基板2の露出部)に親液性を付与する親液化処理工程が行われる。親液化処理工程としては、紫外線を照射する紫外線(UV)照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするO2プラズマ処理等を選択できる。ここではO2プラズマ処理を実施する。
続いて、一層目バンク9に対して撥液化処理を行い、その表面に撥液性を付与する。撥液化処理としては、四フッ化炭素(テトラフルオロメタン)を処理ガスとするプラズマ処理法(CF4プラズマ処理法)を採用する。CF4プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが50〜1000W、4フッ化炭素ガス流量が50〜100mL/min、プラズマ放電電極に対する基体搬送速度が0.5〜10mm/sec、基体温度が70〜90℃とされる。なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタンに限らず、他のフルオロカーボン系のガス、または、SF6、SF5、CF3などのガスも用いることができる。CF4プラズマ処理には、後述するプラズマ処理装置を用いることができる。
次に、液滴吐出装置による液滴吐出法を用いて、ゲート配線3およびゲート電極5を形成する3層の配線のうち、最初にゲート中間層10を形成する。ゲート中間層10の形成は、まず、Mnの微粒子を含有する中間層形成機能液の液滴31が、TFT基板2上の一層目バンク9の間に配置される。中間層形成機能液は、テトラデカンを溶媒(分散媒)としている。材料配置工程では、図4(b)および図5(b)に示すように、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッド41から中間層形成機能液を液滴31の状態にして吐出する。中簡層形成機能液の液滴31の大きさは、ゲート配線領域3aの幅W2より小さくゲート電極領域5aの幅W1より大きい。
TFT基板2に液滴31を吐出した後、分散媒の除去及び膜厚確保のため、必要に応じて乾燥処理をする。乾燥処理は、例えばTFT基板2を加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行なうこともできる。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザ、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、およびXeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザなどを光源として使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
ゲート中間層10に吐出された中間層形成機能液の乾燥後の乾燥膜を、さらに焼成してゲート中間層10を得る。具体的には、中間層形成機能液の乾燥膜を加熱して、乾燥膜に含まれるMnの微粒子を焼成して固化させる。この加熱は、大気中で行われ、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または水素などの還元雰囲気中で行ってもよい。加熱工程の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、ゲート中間層10におけるMnの微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、Mnの微粒子を覆うコーティング材の有無や量、TFT基板2の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。
次に、ゲート中間層10の上にAgを含有するゲート導電層11を形成する。ゲート導電層11を形成する工程は、図4(c)および図5(c)に示すように、ゲート中間層10へ液滴吐出ヘッド41からAgを含有する導電性機能液の液滴32を吐出する。液滴32は、ゲート配線3を形成する部分へ一定の間隔Pをおいて順に配置されている。ゲート中間層10の形成と異なり、ゲート電極領域5aへは、液滴32を吐出しない。その理由として、Agは、SiN等と拡散してTFT1の機能を損なうため、細いゲート電極領域5a内へ確実にAgを配置する必要がある。図6の中間層形成液の液滴31と同じように、ゲート電極領域5aへAgの液滴32を吐出すると、一層目バンク9の上にAgの残渣が残り、SiNからなるゲート絶縁層13へAgが拡散してしまう。
ゲート導電層11の中間乾燥工程は、ゲート中間層10の場合と同じであるが、焼成工程について簡単に補足する。導電層材料配置工程後、乾燥された導電性機能液の液滴32の乾燥膜は、導電性を得るために加熱処理を行い、有機銀化合物の有機分を除去し、Agの微粒子を残留させる必要がある。加熱処理は、通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中、または水素などの還元雰囲気中で行なうこともできる。加熱処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。本実施形態では、既に形成されているゲート中間層10への影響を加味して、大気中クリーンオーブンにて200℃で300分間の焼成工程が、行われる。これにより、乾燥膜は微粒子間の電気的接触が確保された導電性のゲート導電層11となる。
次に、ゲート導電層11の上にNiを含有するゲート被覆層12を形成する。ゲート被覆層12の形成によって、ゲート導電層11のAgの強度向上および保護と、Agのゲート絶縁層13のSiNとの拡散を防ぐことができる。ゲート被覆層12を形成する工程は図4(d)および図5(d)に示すように、ゲート導電層11へ液滴吐出ヘッド41からNiを含有する被覆層形成機能液の液滴33を吐出する。液滴33は、ゲート配線領域3aへ一定の間隔Pをおいて順に配置され、ゲート導電層11の形成と同様に、ゲート電極領域5aへは、液滴33を吐出しない。
ゲート被覆層12を形成するための被覆層形成機能液の乾燥および焼成は、ゲート導電層11の処理に準じて行う。
Claims (7)
- 液滴吐出装置を用いて機能液の液滴を吐出する方法により、基板表面に機能層のパターンを形成するパターン形成方法であって、
前記パターンが形成されるパターン領域はバンクによって縁取られていて、第一の領域と、前記第一の領域に連続し前記第一の領域より狭い幅を有する第二の領域とを有しており、
前記液滴に対して、前記基板は親液性を有し、前記バンクは撥液性を有し、
前記第一の領域および前記第二の領域に、マンガンまたはマンガンの合金の微粒子を含有している中間層形成機能液の液滴を、前記第一の領域および前記第二の領域に対して吐出することにより、前記基板との密着性を有すると共に前記機能液に対して親液性を有する中間層を形成する工程と、
前記第一の領域に対して前記機能液の液滴を吐出する工程と、
前記第一の領域へ吐出された前記機能液の液滴を、前記中間層との親液性によって前記第二の領域へ自己流動させる工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。 - 液滴吐出装置を用いて機能液の液滴を吐出する方法により、基板表面に導電性機能液によって形成される導電層を含む配線を形成する配線形成方法であって、
前記配線が形成される領域はバンクによって縁取られていて、第一の領域と、前記第一の領域に連続し前記第一の領域より狭い幅を有する第二の領域とを有しており、
前記液滴に対して、前記基板は親液性を有し、前記バンクは撥液性を有し、
前記第一の領域および前記第二の領域に、マンガンまたはマンガンの合金の微粒子を含有している中間層形成機能液の液滴を、前記第一の領域および前記第二の領域に対して吐出することにより、前記基板との密着性を有すると共に前記導電性機能液に対して親液性を有する中間層を形成する工程と、
前記第一の領域に対して前記導電性機能液の液滴を吐出する工程と、
前記第一の領域へ吐出された前記導電性機能液の液滴を、前記中間層との親液性によって前記第二の領域へ自己流動させる工程と、
前記導電層の全面を覆うように被覆層を形成する工程とを有することを特徴とする配線形成方法。 - 請求項2に記載の配線形成方法において、
前記被覆層を形成する工程は、前記第一の領域に対して被覆層形成機能液の液滴を吐出する工程と、
前記第一の領域へ吐出された前記被覆層形成機能液の液滴を、前記導電層との親液性によって前記第二の領域へ自己流動させる工程とを有することを特徴とする配線形成方法。 - 請求項2または3に記載の配線形成方法において、
前記中間層に対する前記導電性機能液の液滴の接触角および前記導電層に対する前記被覆層形成機能液の液滴の接触角は、それぞれ20度以下であることを特徴とする配線形成方法。 - 請求項2から4のいずれか一項に記載の配線形成方法において、
前記導電性材料液の液滴は、銀または銀の合金の微粒子を含有していることを特徴とする配線形成方法。 - 請求項3から5のいずれか一項に記載の配線形成方法において、
前記被覆層形成機能液の液滴は、ニッケルまたはニッケルの合金の微粒子を含有していることを特徴とする配線形成方法。 - 請求項2から6のいずれか一項に記載の配線形成方法において、
前記液滴は前記液滴吐出装置からそれぞれ吐出された後、少なくとも乾燥あるいは焼成されてそれぞれが対応する中間層、導電層、被覆層を形成することを特徴とする配線形成方法。
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