JPH11274681A

JPH11274681A - 電子デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11274681A
Application number: JP7814898A
Authority: JP
Inventors: Satoru Miyashita; 悟宮下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】印刷法によっても基板の目的とする位置に均
質に素子パターンを形成する。【解決手段】基板１２上に無機酸化物の多孔質体から
なる吸着層１３を形成する。電極や絶縁膜の形成材料を
溶媒中に分散させたインクをこの吸着層上に吐出する
と、インクの溶媒がこの吸着層１３中に拡散する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係わる発明は電
子デバイスに係わり、特に、電子デバイスを構成する電
極、絶縁膜などの素子パターンが基板に印刷法によって
形成された電子デバイスに関するものである。本発明は
さらに、この電位デバイスの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】基板上に電子デバイスの素子パターンを
形成する方法としては、スパッタ、蒸着等の真空プロセ
スで、全面に導電体膜、絶縁膜、半導体膜、誘電体膜等
を形成した後、フォトリソグラフィ技術で素子形状にパ
ターニングするのが一般的である。フォトリソグラフィ
技術とは、パターニングしたい薄膜上に感光性レジスト
を塗布し、フォトマスクを介して露光、現像した後、露
出した薄膜部分をドライエッチングあるいはウエットエ
ッチングする方法である。通常その後に、レジストを剥
離し、さらなる材料を成膜してからフォトリソグラフィ
工程が繰り返される。

【０００３】最近では、フォトリソグラフィを用いずに
インクジェットプリンタヘッドを応用して、直接インク
化した材料をパターニングする方法が試みられている。

【０００４】この技術に関連する従来例として、例え
ば、特開昭８−３２７８１６号に、多数のフィルタエレ
メントを仕切るための多数の枠が形成された光透過性の
基板上の、各枠内に所定の色に着色されたインクを吐出
することにより各フィルタを製造するためのカラーフィ
ルタの製造方法が提案されている。

【０００５】この方法は、レジストが不要であり、材料
を効率良く素子化できるという利点がある。インクを所
望の位置に納めるため、基板上に枠を設けたり、インク
中の染料を定着させるためのゼラチンやアクリルの吸着
層を設ける方法が検討されている。インクを吐出した
後、インクを均一に拡散させ、インク中の溶媒や溶剤を
除去させてパターニングされた薄膜が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】インクジェットヘッド
を用いた既述の従来例は、インクが基板上に広がってし
まい。微細なパターンを形成することができない。すな
わち、インクを基板上に所望の位置に均質に形成できな
い。また、多数のフィルタエレメントを仕切る多数の枠
を作成する技術では、この枠を作るためのフォトエッチ
ング工程を新たに必要とする。また、異なる材料のイン
クを異なるパターンで印刷しようとしても、枠を用いる
技術では対応できない。

【０００７】一方、ゼラチン等の溶媒層を作成し、イン
クを拡散、定着させる方法では、電子デバイスの素子構
造に不可欠な薄膜の積層ができず、インク材料が混ざり
合うという問題が発生する。また、電子デバイスに必要
な半導体や絶縁膜は、成膜後に加熱などの後処理を施す
のが一般的である。インクの定着に適したゼラチンやア
クリル等の有機多孔質膜は、耐熱性が低く、薄膜の機能
化が不十分になるという問題がある。

【０００８】そこで、本発明の主目的は、電子デバイス
一般に適用可能な印刷技術を提供することを目的とする
ものである。本発明の他の目的は、この技術によって製
造される電子デバイスを提供することである。本発明の
他の目的は、微細なパターンが形成されたこの電子デバ
イスを提供することである。さらに他の目的は、加熱処
理を可能とするこの電子デバイスを提供することであ
る。さらに他の目的は、この電子デバイスの製造方法を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子デバイス
の素子パターンを形成するための材料を含むインクの溶
媒に対して吸着能を有する吸着層を、基板上に形成した
ことを特徴とするものである。本発明によれば、インク
中の溶媒が吸着層中に吸着、浸透、或いは吸収されるた
めに、インクが広がることなくインク中の溶質成分であ
る素子パターン材料が吸着層上に積層する。

【００１０】

【発明の実施の形態】前記吸着層の好適な形態は無機多
孔質体である。無機多孔質体としては、無機酸化物微粒
子を基板上に堆積させたものが好適に使用される。例え
ば、酸化物微粒子を水やアルコールなどの極性溶媒に分
散させ、これを基板全面に塗工するか、或いは所望のパ
ターン状に塗布することもできる。前者はコーター等を
用いて行われ、後者はスクリーン印刷や、インクジェッ
トヘッドを用いたインクジェット法や、或いはインク温
度を上昇させて生じた気泡に因る圧力増強でインク液を
吐出させる噴射法（バブルジェット法）により実施でき
る。

【００１１】この基板を加温下に置くと、酸化物微粒子
を含む溶液から溶媒が蒸散され基板上に多孔質の無機酸
化物層が定着される。本発明において使用可能な酸化物
としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、
ＺｒＯ_２の金属酸化物から成る群の少なくとも一つが好
適なものである。

【００１２】その酸化物からなる多孔質の径は、インク
中の溶質（電極や絶縁膜の構成材料）の粒径より小さい
ことが好ましい。こうすることによりインク中の溶質が
無機多孔質内に入り込まず、これが酸化物膜の上に堆積
して機能性の膜である電極や絶縁膜等の素子パターンを
形成できることになる。このような孔径としては、１ミ
クロン以下、好ましくは０．１ミクロン以下、０．００
１ミクロン以上である。孔径が０．００１ミクロンを下
回ると、インク中の溶媒が酸化物膜に拡散・浸透・或い
は吸着される上で十分でないからである。酸化物微粒
子として、粒径が１０ミクロン以下であることが好まし
い。基板上に緻密な酸化物製堆積膜を形成するためであ
る。また、酸化物微粒子の堆積膜としては、１０ミクロ
ン乃至１００ミクロンが好ましいが、特に限定されな
い。この酸化物膜は低誘電率の絶縁膜として機能する。

【００１３】吸着層を無機酸化物層からなる膜から形成
することにより、既述のように樹脂からこれを形成した
場合に比較して、耐熱性が向上する。本発明の電子デバ
イスでは、基板を耐熱性基板とすることにより、熱アニ
ール、レーザーアニールにも耐えられる、摂氏３００度
以上、さらには摂氏５００度以上の耐熱性が得られる。
したがって、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ＴＦＤ（薄
膜ダイオード）、ＲＡＭ、その他基板上にコイルとコン
デンサを形成した電波応答シート、その他各種の電気回
路を印刷法によって基板上に形成できる。要するに、既
述のインクを基板上に直描することによって形成される
電気回路、電磁気回路、電気素子であれば特に限定され
ない。なお、吸着層が多孔質であることから、インク中
の溶媒が吸着層内に十分浸透することが可能となる。

【００１４】前記インクとしては、溶媒に電極構成材等
の溶質の微粒子又はミセルが分散しているものが使用さ
れる。既述のように、溶質の粒径は吸着層の粒径よりも
大きいことが好ましい。溶媒としては、例えば、水、グ
リセリン、ジエチルグリコール、エタノールの混合物が
利用され、水は９５重量%以下、グリセリンは２０重量%
以下、ジエチレングリコール２０重量%以下、エタノー
ルとして１０重量%が使用される。溶質は、インク溶液
中に０．０１〜１０重量%含有される。

【００１５】インクがインクジェット法を用いて基板に
吐出される場合、インク粘度として、１〜２０、好まし
くは２〜４ｃｐｓが選択され、表面エネルギーとして、
２０〜７０、好ましくは、３０〜６０ｍＮ／ｍ^２が選択
される。インクの溶質には、電子デバイスにおける電極
や絶縁膜などの素子パターンを作成する上で必要なＳ
ｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ，ＩＴＯ、ＳｉＯ２等の微粒子が
含まれる。このインクにはさらに必要に応じて、この溶
質成分と吸着してこれを水和するためのアクリル系の分
散樹脂、又は両方に親和性を持つカップリング剤が添加
される。

【００１６】基板上に前記酸化物の層を形成した後、物
理的に溶媒が完全に除去されるような温度条件、例えば
摂氏１５０度以上の温度でこの酸化物の層を乾燥する。
さらに必要に応じて摂氏３００度以上の温度でアニール
を行う。この工程を経ることによって、酸化物の層は多
孔質化するとともに、脱水による強固な水素結合や粒界
が焼結する等して基板上に定着する。既述のインクを基
板上に印刷するには、インクジェットプリンタ、又はバ
ブルジェットプリンタによって既述のインクを基板上に
直接吐出する方式の他、ディスペンサー装置やボールペ
ン装置によってインクを基板上に塗工する方式に依る。

【００１７】基板としては、ガラス基板、高融点樹脂基
板、シリコン等の半導体、或いは金属製のフィルムがあ
る。続いて本発明の実施形態を詳しく説明する。図１
は、本発明の一実施形態に係わる薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）１０の断面図を示すものである。図２はこの平面
図である。図１は図２のＩ−Ｉ断面に相当する。このＴ
ＦＴは液層デバイスの画素電極のスイッチング素子とし
て描かれている。

【００１８】以下、このＴＦＴの構成について説明す
る。ガラス等の耐熱性基板１２の上に、酸化物多孔質か
らなる吸着層（二酸化珪素）１３が形成されている。こ
の吸着層上にゲート電極としてのニッケル電極１４が積
層されている。

【００１９】さらに、このニッケル電極１４の上にゲー
ト酸化膜としての二酸化シリコン膜１６が積層されてい
る。さらに、この上にチャネル領域となるシリコン膜１
８が積層されている。このシリコン膜の左右には、シリ
コン膜１８のソース領域と密着するソース電極としての
ニッケル膜２０とシリコン膜のドレイン領域と密着する
ドレイン電極としてのニッケル膜２２が積層されてい
る。このドレイン電極には、画素電極となるＩＴＯ膜２
４が積層されている。

【００２０】図２において、２０Ａはゲート電極１４と
ソース電極２０の間に設けられた相関絶縁膜である。ま
た、１６Ａはインクジェットプリンタを用いて形成され
た、絶縁膜１６の１ドット分に相当するものである。こ
れらのドットが集合されて絶縁膜１６のパターンが形成
される。このことは絶縁膜以外の電極のパターン形成で
も同じである。次に、このＴＦＴの製造工程を図３に
基づいて説明する。図３はＴＦＴの製造工程の各段階を
断面図によって示したものである。なお、図３において
図１の基板１２の図示を省略している。先ず、図３
（１）に示すように、二酸化珪素からなる吸着層１３を
基板上に形成するために、二酸化珪素を極性溶媒に分散
させた溶液を調製して、基板全面上に塗布した。次い
で、これを摂氏１５０度以上の温度条件で乾燥させて基
板上に吸着層１３として二酸化珪素を定着させた。この
時、吸着膜の膜厚を５０ミクロンとした。

【００２１】次いで、ゲート電極１４を形成するため
に、ニッケルを含むインク溶液をインクジェット法によ
り、図２のゲート電極１４のパターンを形成するように
吸着層１３上に吐出した。この時、インク中の溶媒は、
符号３０に示すように吸着層１３中に吸着され、吸着層
１３上にはインク中のニッケルが残存した。この過程に
おいて、溶媒３０は吸着層１３中に速やかに拡散するた
めに、図２に示すようなゲート電極１４のパターンが正
確に基板上に描画される。この後、加圧条件下摂氏１５
０度で基板を加熱して溶媒３０を吸着層から蒸散させる
と、ニッケルが多孔質化しながら、吸着層上に定着す
る。このときニッケル膜の膜厚は０．２ミクロンになっ
た。この結果、インクのパターンが拡がらず、インク中
の溶質が微細なパターンとなって吸着層１３上に堆積さ
れる。

【００２２】次いで、（２）に示すように、ゲート絶縁
膜となる二酸化シリコン１６を含有する溶液をインクジ
ェット法でゲート電極１４上に直描する。この際、ゲー
ト電極１４としてのニッケル層と吸着層１３にそれぞれ
インクの溶媒が浸透し、この工程の後実施される摂氏１
５０度の乾燥、及び摂氏５００度のアニールによってこ
の溶媒は蒸散され、ゲート絶縁膜１６のパターンがゲー
ト電極１４と吸着層１３の上に多孔質化して定着する。
このアニールは、例えば、レーザーなどが用いられる。
ニッケル層１４に浸透した溶媒は、ニッケル層を越えて
吸着層１３に拡散するので、ニッケル層１４上にインク
ジェット法によって直描されたパターンを崩すことな
く、ゲート絶縁膜１６のパターンが形成される。

【００２３】次いで、（３）に示されるように、ＴＦＴ
のチャネル領域１８となるＳｉ含有のインクをインクジ
ェット法によってゲート絶縁膜１６上に直描する。この
後、摂氏１５０度で乾燥させ、さらに、レーザーアニー
ルを実行することで、多結晶化させ、移動度の高い半導
体膜を得る。シリコンを含むインクの溶媒は、ゲート絶
縁膜１６、ゲート電極１４を介して吸着層１３に向けて
徐々に浸透するので、シリコンのパターンは型くずれす
ることなく、ゲート絶縁膜１６上に定着する。次の
（４）工程では、インクジェット法を用いて、ＩＴＯ膜
２４を吸着膜１３上に直接描画（印刷）すると、インク
中の溶媒３０は吸着層１３中に浸透して吸着層１３上に
はＩＴＯ膜２４のパターンが図２に示すようにそのまま
形成される。この後、摂氏１５０度で乾燥し、摂氏４０
０度でアニールすると、吸着膜１３上にＩＴＯ膜が定着
される。

【００２４】次の工程（５）では、ソース領域とドレイ
ン領域に、ニッケルを含むインクをインクジェット法に
よってシリコン膜１８、吸着層１３、ＩＴＯ膜２４上に
直描する。この時、インク中の溶媒は最終的には吸着層
１３まで吸収される。次いで、この溶媒は摂氏１５０度
下で基板を乾燥させることにより、蒸散される。この
後、必要に応じて、二酸化シリコンやポリイミド等の保
護膜を積層させることによって図１及び図２に示すＴＦ
Ｔが完成される。なお、図３に示す製造工程において、
インク溶液に対する溶媒としては、水８０重量パーセン
ト、グリセリン１０重量パーセント、ジエチレングリコ
ール２０重量パーセント、エタノール１０重量パーセン
トを使用した。

【００２５】次に、本発明に係わる他の実施形態につい
て説明する。図４は、図３と同様な方法によって製造さ
れたＴＦＤ（薄膜ダイオード）の断面を示す図である。
この薄膜素子は、吸着層上に電極金属、次いで半導体、
電極金属及びＩＴＯ２４をインクジェット法を用いて順
次積層して形成する。この時、インク中の溶媒は、吸着
層１３中に浸透するために、ほぼインクジェット法によ
る直描されたパターンのまま各層が基板上に定着され
る。

【００２６】また、ＭＩＭ（Metal insulator metal）
構造も図３に説明したと同様な方法によって製造でき
る。

【００２７】図５は、さらに他の実施形態に係わるＦｅ
ＲＡＭの断面図を示すものである。図５中左側にはＴＦ
Ｔが形成され、その右側には図４と同様にＭ(Pt)−Ferr
oelectric（ＰＺＴ）−Ｍ(Pt)の構造が形成されてい
る。これら各素子のパターンも図３と同様にインクジェ
ット法を用いて形成できる、インク中の溶媒は、吸着層
１３に速やかに拡散されるために、インク中の電極材等
の溶質は目的の位置に均質に定着・積層される。ここで
はＰＺＴを強誘電体結晶にするために、摂氏７００度の
ランプアニールを行った。

【００２８】図６は本発明のさらに他の形態を示すもの
である。図６は、基板上に形成された電波応答シートの
平面図である。この電波応答シートはＲＦタグとして非
接触で読み可能な情報媒体であり、コイルとコンデンサ
からなる共振回路を有している。

【００２９】図６において、この電波応答シート２９と
して、本発明の製造方法によって製造されたＲＦタグが
示されている。電波応答シート２９はＲＦタグ３０Ａと
基板３１を備える。ＲＦタグ３０Ａは、タグ形成物とし
ての基板３１の上に、略渦巻き状のコイル３２と、この
コイル３２の渦巻き中心部に一体に形成した略矩形状の
コンデンサ３３とを備える。コンデンサ３３は、コイル
３２の渦巻き中心部位に積層した誘電体３３ａおよび誘
電体３３ｂとから成る。このＲＦタグ３０は、既述のイ
ンクジェット法により製造される。

【００３０】これらのコイル及びコンデンサも基板上に
形成された吸着層上にインクジェット法によってパター
ニングすることにより、コイル及びコンデンサの正確な
パターンを基板上に形成することができる。この結果、
共振周波数を正しくＲＦタグに設定することが可能とな
る。

【００３１】なお、本発明が適用される電子デバイスと
しては説明されたものに限られない、本発明は、電子デ
バイスの集合からなる電気回路に適用されることは勿論
である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板上に
インク溶媒に対する吸着層を設けるようにしたため、広
く電子デバイスに適用可能な印刷法を提供することがで
き、その結果、印刷法によっても素子のパターンが基板
上に正確に形成された電子デバイスを提供することがで
きる。このパターンは基板上の目的とする位置に均質に
形成される。また、コンピュータなどで設計したデータ
を利用して直接パターニングすることができ、フォトマ
スク等が不要なため、設計変更が容易で小量生産にも対
応できる。

【００３３】また、吸着層を無機多孔質体から構成する
ことにより、耐熱性が向上し、その結果、熱アニールや
レーザーアニールがこの吸着層を備えた基板に対して適
用できる。したがって、多種の電子デバイスを印刷法に
よって製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるＴＦＴ素子の断面図であ
り、図２のＩ−Ｉ断面に相当する。

【図２】このＴＦＴ素子の平面図である。

【図３】ＴＦＴ素子の製造工程を示す模式図である。

【図４】本発明が適用される他の実施形態に係わる、薄
膜素子ダイオードの断面図である。

【図５】さらに他の実施形態に係わるＦｅＲＡＭであ
る。

【図６】さらに他の実施形態に係わる電波応答シートの
平面図である。

【符号の説明】

１０ＴＦＴ、１２基板、１３吸着層、１４ゲー
ト電極、１６ゲート絶縁膜、１８シリコン電極膜、２
０ソース電極、２２ドレイン電極、２４ＩＴＯ膜、
３０インクの溶媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に素子のパターンが印刷法によっ
て形成されてなる電子デバイスであって、前記素子パタ
ーンを形成するための材料を含むインクの溶媒に対して
吸着能を有する吸着層が前記基板上に形成されてなり、
かつ、この吸着層中に前記溶媒が吸着されることにより
前記材料がこの吸着層上に素子パターンとして積層され
てなること特徴とする電子デバイス。
【請求項２】前記吸着層が主として無機多孔質体から
なる請求項１記載の電子デバイス。
【請求項３】前記吸着層の耐熱温度が、摂氏３００度
以上である請求項１又は２記載の電子デバイス。
【請求項４】前記無機多孔質体は無機酸化物から形成
されてなる請求項２記載の電子デバイス。
【請求項５】前記多孔質体の孔径が、前記インク中に
含まれる前記材料成分の粒径よりも小さく形成されてい
る請求項２又は４記載の電子デバイス。
【請求項６】前記多孔質体の孔径が、０．００１ミク
ロン以上１ミクロン以下である請求項２記載の電子デバ
イス。
【請求項７】前記無機酸化物が、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２からなる群から選ばれる少なく
とも一つである請求項２記載の電子デバイス。
【請求項８】前記無機酸化物の粒径が、１０ミクロン
以下である請求項４記載の電子デバイス。
【請求項９】前記素子パターンが電極膜のパターンと
絶縁膜のパターンを含む請求項１記載の電子デバイス。
【請求項１０】基板上に素子のパターンを印刷法によ
って形成する電子デバイスの製造方法であって、前記素
子パターンを形成するための材料を含むインクの溶媒に
対する吸着能を有する吸着層を前記基板上に形成する工
程と、このインクを前記吸着層上に印刷する工程と、こ
の吸着層中に前記溶媒を吸着させて前記材料をこの吸着
層上に素子パターンとして積層させる工程とを備えるこ
とを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１１】前記吸着層を主として無機多孔質体か
ら構成する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】前記印刷法はインクジェットプリンタ
を用いるインクジェット法である請求項１０記載の方
法。
【請求項１３】前記吸着層をインクジェットプリンタ
を用いるインクジェット法によって前記基板上に形成す
る請求項１０又は１１記載の方法。
【請求項１４】無機酸化物を溶媒中に分散させた溶液
をインクジェット法によって前記基板上に印刷すること
により、請求項１１記載の無機多孔質体を形成する請求
項１０記載の方法。
【請求項１５】基板上に電子デバイスの素子パターン
形成材料を含むインクの溶媒に対する吸着層を形成した
後、この基板上にこのインクを塗布する、電子デバイス
における素子パターン印刷方法。