专利名称：柔性半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及柔性半导体装置的制造方法。更具体来说，本发明涉及能够用作TFT的柔性半导体装置的制造方法。
背景技术：
伴随信息终端的普及，作为图像显示装置，对平板显示器的需求正在提高。另外，伴随进一步的信息化的进展，以往由纸介质提供的信息被电子化的机会正在增加。尤其，最近，作为薄且轻、能够轻便搬运的移动用显示介质，对电子纸或数码纸的需要也正在增加(专利文献I等)。通常，在平板显示器装置中，使用利用了液晶、有机EL (有机电致发光)、电泳等的元件，形成显示介质。在该显示介质中，为了确保画面亮度的均匀性或画面重写速度等，使 用有源驱动元件(TFT元件)作为图像驱动元件的技术成为了主流。在通常的显示器中，在玻璃基板上形成这些TFT元件，密封液晶、有机EL元件等。在此，在TFT元件中，主要可以使用a_Si(非晶硅)、p_Si (多晶硅)等半导体。将这些Si半导体(根据需要还可以为金属膜)多层化，在基板上依次形成源、漏、栅各电极，由此制造TFT元件。在这样的TFT元件的制造中，通常需要溅射、其他真空系的制造工艺。也就是说，在TFT元件的现有的制造中，不得不反复进行多次包括真空室的真空系的制造工艺来形成各层，装置成本、运行成本变得非常庞大。例如，在TFT元件中，通常为了形成各自的层，需要反复进行多次真空成膜、掺杂、光刻、显影等工序，经过几十道工序，在基板上形成有元件。在这样的以往的利用Si半导体的制造方法中，针对显示器画面的大型化的需要，需要真空室等制造装置的大幅度设计变更等，设备的变更不容易。另外，在这样的一直以来的使用了 Si材料的TFT元件的形成中包含高温工序，因此，基板材料有需要是经得住高的工序温度的材料的限制。因此，实际上，作为基板材料，不得不使用玻璃。因此，在利用这样的以往知道的TFT元件构成了所谓电子纸或数码纸的薄型显示器的情况下，所述显示器变重，导致欠缺柔软性。更具体来说，由于是玻璃基板，可能由于下落的冲击而破裂。不能说在玻璃基板上形成TFT元件所引起的这些特征是满足对伴随信息化的进展的轻便的便携用薄型显示器的需要时所期望的。另一方面，近年来，作为具有高电荷输送性的有机化合物，正在投入地展开有机半导体材料的研究。对于这些化合物，除了有机EL元件用电荷输送性材料之外，还期待向有机激光振荡元件、或有机薄膜晶体管元件(有机TFT元件)的应用。若能够实现使用了这些有机半导体的器件，则能够实现基于比较低的温度下的真空或低压蒸镀的制造工艺的简化。认为基于这些低温工序的制造不能对以往的Si系半导体材料进行，但可以在使用了有机半导体的器件中进行。从而，缓和了关于所述基板耐热性的限制，存在在透明树脂基板上也能够形成例如TFT元件的可能性。另外，若能够在透明树脂基板上形成TFT元件，利用所述TFT元件驱动显示材料，则能够使显示器比以往轻。另外，能够形成为富有柔软性且掉下也不破裂(或非常难以破裂)的显示器。专利文献I :特开2007-67263号公报专利文献2 :特开2005-294300号公报专利文献3 :特开2006-186294号公报在实现上述有机半导体器件乃至柔性半导体器件的基础上，当前，印刷电子学受到了瞩目。图17示意性示出包含利用了印刷方式的有机半导体140的柔性半导体器件1000的剖面结构。图17所示的柔性半导体器件1000具有利用印刷在树脂基板(例如PET、PI) 110上层叠了各层(120、130、140、150)的结构。在图示的结构中，在树脂基板110上形、成布线层120、绝缘层130、有机半导体140、布线层150，构筑有机晶体管。使用了这样的印刷方式的印刷电子技术具有真空工艺的缓和(脱真空)、低温工艺的实施(脱高温)等各种优点。另外，通过印刷方式的应用，还可以进行不实施光刻工序的工序(脱光刻)。如此印刷电子技术由于具有各种优点而受到瞩目，但根据本申请发明人等可知，依然存在以下的必须逾越的障碍。就使用了所述印刷技术的柔性半导体器件来说，批量生产容易且成本低，因此，广泛地进行了探讨，但尤其期待基于卷筒对卷筒(RTR)的高速且大量、廉价的制造工艺。在卷筒对卷筒方式中，例如，将以卷筒状卷绕的树脂基板向依次制造装置供给，同时在该树脂基板上印刷构成TFT的各层。进而，能够进行在贴合卷绕为卷筒的密封薄膜等后、再次卷绕为卷筒状的连续的生产。然而，实际情况是，没有充分地探讨如何在树脂基板上形成TFT的各层(例如适当的形成方法等)。
发明内容
对于上述探讨的问题，本申请发明人等不是追求以往的延长线上的结构，而是尝试在新的方向上应对，解决所述问题。本发明是鉴于所述事情而做成的发明，其主要目的在于提供生产率出色的柔性半导体装置。为了解决上述问题，在本发明中，提供一种柔性半导体装置的制造方法，其为用于制造柔性半导体装置的方法，其特征在于，包括(i)在树脂薄膜的上面形成绝缘膜的工序、(ii)在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序、(iii)按照与取出电极图形接触的方式在绝缘膜上形成半导体层的工序、和(iv)按照覆盖半导体层及取出电极图形的方式在树脂薄膜的上面形成密封树脂层的工序；利用印刷法，进行所述(i) (iv)的至少一个形成工序。优选利用印刷法，进行所述(i) (iv)的所有形成工序。本发明的一个特征在于，依次实施所述工序(i) (iv)的形成工序，且在其实施时，利用印刷工艺来进行至少一个形成工序或所有的形成工序。从相反的观点来看，本发明的制造方法可以说是对各种层叠关系进行了研究的方法，以便印刷法等简易的工艺能够实施或对那样的简易的工序来说是优选的，工序(i) (iv)自身也具有本发明的特征。在本说明书中使用的“柔性半导体装置”的所谓“柔性”的用语，实质上是指半导体装置具有能够弯曲的柔性。需要说明的是，在本发明中所述的“柔性半导体装置”，鉴于其具有的结构等，可以称为“柔性半导体器件”或“柔性半导体元件”。另外，在本说明书中所谓“印刷法”的用语，是指不使用真空工艺乃至光刻法等，利用各种印刷技术进行成膜的工艺。即，在本发明中所述的“印刷法”，广义上是指通过涂敷/供给原材料并交付干燥等而进行成膜的工艺，如果例示更狭义的特殊的印刷法，可以举出基于喷墨方式的印刷、凹版印刷、网板印刷、苯胺印刷、胶版印刷等。在某个适当的方式中，在工序(iv)后，通过剥离树脂薄膜，使取出电极图形的下面从密封树脂层露出。在该实施方式中，在制造多个柔性半导体装置时，可以将在某个柔性半导体装置的制造中剥离的树脂薄膜以后再利用于其他柔性半导体装置的制造。利用卷筒对卷筒方式，进行这样的树脂薄膜的再利用。在其他某个适当的方式中，在从密封树脂层露出的取出电极图形的下面形成源电极及漏电极。
在进而其他的某个适当的方式中，在密封树脂层上形成栅电极。也就是说，在半导体层的上方经由密封树脂形成栅电极。在所述方式中，栅电极的形成包括下述工序即可，即通过在密封树脂层的上面贴合金属箔的下面而在密封树脂层上设置金属箔的工序、以及通过蚀刻金属箔而由金属箔形成栅电极的工序。在这种情况下，作为在密封树脂层的上面贴合的金属箔，优选使用下面的表面粗糙度(Ra)为300nm以下的金属箔。栅电极不限于形成在密封树脂层上。例如，可以在绝缘膜的下面形成栅电极。换言之，将绝缘膜用作栅极绝缘膜，在栅极绝缘膜的下面形成栅电极即可。在本发明的制造方法中，代替所述工序(ii)及工序(iii)，可以实施(ii)’在绝缘膜上形成半导体层的工序、及(iii) ’按照与半导体层接触的方式在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序。根据本发明的柔性半导体装置的制造方法，在树脂薄膜的上面形成绝缘膜及取出电极图形。接着，按照与取出电极图形接触的方式在绝缘膜的上面形成半导体层，然后，按照覆盖半导体层及取出电极图形的方式在树脂薄膜的上面形成密封树脂。因此，例如，可以利用使用了印刷法等的简易的工艺在树脂薄膜上形成构成TFT的各层。另外，在形成密封树脂的工序后，剥离树脂薄膜，由此使取出电极图形的下面从密封树脂露出的情况下，可以回收已剥离的树脂薄膜，在接下来以后的制造工艺中再利用。为了以良好的成品率有效进行本发明的柔性半导体装置的制造，优选使用尺寸稳定性高的树脂薄膜。然而，这样的尺寸稳定性高的树脂薄膜为高价，因此，能够回收树脂薄膜而再利用的技术意义重大。
图I (a)及(b)是利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的剖面图。图2(a) (C)是示意性表示本发明的柔性半导体装置的制造工序的工序剖面图(实施方式I)。图3(a) (d)是示意性表示本发明的柔性半导体装置的制造工序的工序剖面图(实施方式I)。图4是示意性表示算术平均粗糙度(Ra)的概念的图。
图5是例示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的改变例的剖面图。图6是表示基于卷筒对卷筒的柔性半导体装置的制造方式的示意图。图7是例示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的改变例的剖面图。图8(a) (C)是示意性表示本发明的柔性半导体装置的制造工序的工序剖面图(实施方式2)。图9(a) (d)是示意性表示本发明的柔性半导体装置的制造工序的工序剖面图(实施方式2)。图10是例示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的改变例的剖面图。 图11是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(电视图像显示部)的示意图。图12是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(移动电话的图像显示部)的示意图。图13是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(移动式个人电脑或笔记本电脑的图像显示部)的示意图。图14是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(数码相机的图像显示部)的示意图。图15是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(可携式摄像机的图像显示部)的示意图。图16是表示利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置的产品应用例(电子纸的图像显示部)的示意图。图17是以往的柔性半导体装置的剖面图。
具体实施例方式以下，边参照附图边说明本发明的实施方式。在以下的附图中，为了简化说明，用相同的参照符号表示功能基本相同的构成要件。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不反映实际的尺寸关系。需要说明的是，在本说明书中说明的“方向”是以树脂薄膜60和半导体层20的位置关系为基准的方向，为了便利，用图中的上下方向来说明。具体来说，与各图的上下方向对应，将以树脂薄膜60为基准形成半导体层20的一侧作为“上方”，将以树脂薄膜60为基准未形成半导体层20的一侧作为“下方”。[利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置]首先，参照图1(a)及图1(b)，简单地说明利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置100。图I (a)及图I (b)示意性表示通过本发明的实施而得到的柔性半导体装置100的剖面。如图1(a)所示，在利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置100中，在树脂薄膜60上形成各种层，构成TFT (薄膜晶体管)。S卩，柔性半导体装置100包括构成TFT的半导体层20、绝缘膜(保护层)10、源极用取出电极30s、漏极用取出电极30d、和栅电极50g。那些各种要件层叠于树脂薄膜60上，利用密封树脂层40密封绝缘膜、半导体层及取出电极 a0、20、30s、30d)。
更具体来说，在图1(a)所示的柔性半导体装置100中，在树脂薄膜60的上面62上形成绝缘膜10及源极用·漏极用取出电极30s、30d，并且按照与取出电极30s、30d分别接触的方式在绝缘膜10上形成半导体层20。需要说明的是，按照封入源极用 漏极用取出电极30s、30d及半导体层20的方式设置密封树脂层40，并且，经由密封树脂层40将栅电极50g设置于半导体层20的上方。依次说明各种构成要件。树脂薄膜60作为用于在制造过程中支撑构成TFT的各层(10、20、30s、30d)的支撑体来发挥功能。所述树脂薄膜60的材质，只要对柔性特性等不存在影响，就没有特别限制，但例如可以将聚酰亚胺树脂作为一例来举出。在树脂薄膜的上面62形成的绝缘膜10，作为保护半导体层20的保护层来发挥功能。作为所述绝缘膜10，使用具有绝缘特性的树脂系或无机绝缘物系的膜。作为树脂系的一例，可以举出聚苯醚树脂膜。半导体层20设置于绝缘膜10上，但如图所示(参照图1(a))，半导体层20设置于绝缘膜10的上面的一部分(在图中为中央附近)，按照覆盖取出电极30s、30d的延伸部 32s、32d的方式进行配置。作为半导体层20的一例，例如可以举出由戊烯等形成的有机半导体层。取出电极30s、30d形成于树脂薄膜60的上面62，与半导体层20接触。S卩，取出电极30s的一部分32s及取出电极30d的一部分32d在绝缘膜10的上面延伸设置，与半导体层20接触。即使没有所述延伸部32s、32d，也能够使柔性半导体装置100运行。然而，通过设置延伸部32s、32d，能够缩短沟道长度(在此为取出电极30s —取出电极30d之间的距离)，其结果，由于沟道长度的缩短，能够实现高速化。需要说明的是，取出电极30s、30d的材质可以为各种金属材料或导电性氧化物等。密封树脂层40设置为覆盖半导体层20、绝缘膜10及取出电极30s、30d，但具有柔性，如其所名，可以供于“密封”。作为构成密封树脂层40的树脂材料，优选在固化后具有柔性的树脂材料，例如可以将聚苯醚树脂作为一例来举出。栅电极50g经由密封树脂层40形成于半导体层20的上方。也就是说，栅电极50g与半导体层20夹着密封树脂层40对向配置。在这样的配置中，密封树脂层40中夹在半导体层20和栅电极50g之间的部位作为栅极绝缘膜42来发挥功能。栅电极50g的材质可以为具有良好导电性的金属材料等。在本发明的制造方法中，还得到图I (b)所示的柔性半导体装置100’。图I (b)所示的柔性半导体装置100’相当于从图1(a)所示的柔性半导体装置100除去了树脂薄膜60的装置。更具体来说，为从图1(a)所示的柔性半导体装置100的密封树脂层40剥离了树脂薄膜60的装置。通过如此剥离树脂薄膜60，能够将在树脂薄膜60上形成的TFT的各层转印于密封树脂层40，并且能够使取出电极30s、30d的下面34s、34d从密封树脂层40露出。需要说明的是，可以在密封树脂层40的下面44形成布线层，在所述情况下，可以在从密封树脂层40露出的取出电极30s、30d的下面34s、34d，形成源电极50s及漏电极50d (参照图5)。[本发明的制造方法]接着，在参照图2(a) (C)及图3(a) (C)的同时，说明本发明的柔性半导体装置100的制造方法。
(实施方式I)在实施本发明的制造方法时，首先，实施工序⑴。也就是说，如图2(a)所示，在树脂薄膜60的上面62形成绝缘膜10。使用的树脂薄膜60如上所述，在制造过程中作为支撑绝缘膜10、半导体层20的支撑体来发挥功能。树脂薄膜60的厚度优选约10 μ m 约100 μ m的范围，更优选约20 μ m 约50 μ m的范围，例如为38 μ m左右。作为树脂薄膜60的材质，例如可以举出聚酰亚胺(PD树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚苯醚(PPE)树脂、芳族聚酰胺树脂、液晶聚合物等。作为特别优选的树脂材料，可以举出聚酰亚胺(PD。因为聚酰亚胺(PD树脂具有出色的耐热性及尺寸稳定性的特性，作为构成TFT的支撑体的材料是特别优选的。在树脂薄膜60上形成的树脂系的绝缘膜10，为树脂系或无机绝缘物系的绝缘膜。作为树脂系的绝缘膜10，例如可以举出由环氧树脂、聚酰亚胺(PI)树脂、聚苯醚(PPE polyphenylene ether)树脂、聚苯氧树脂(PPO polyphenylene oxide)、聚乙烯基卩比咯烧酮 (PVP)树脂等形成的膜。作为尤其优选的树脂系的绝缘膜10，可以举出由聚苯醚(PPE)形成的绝缘膜。因为聚苯醚(PPE)树脂具有高强度，且耐热性及绝缘性出色，特别优选用作保护半导体层20的材料。另一方面，作为无机绝缘物系的绝缘膜10，例如可以举出由钽氧化物(Ta2O5等)、铝氧化物(Al2O3等)、硅氧化物(SiO2等)、沸石氧化物(ZrO2等)、钛氧化物(TiO2等)、乾氧化物(Y2O3等)、镧氧化物(La2O3等)、铪氧化物(HfO2等)等金属氧化物或这些金属的氮化物等形成的膜。可以为由钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸钙(CaTiO3)等电介质形成的膜。绝缘膜10在树脂薄膜60上的形成还可以通过印刷法/印刷工艺来进行。在形成树脂系绝缘膜的情况下，尤其可以通过将在介质中混合了树脂材料而得的涂敷剂(还可以为含有感光剂的抗蚀剂)涂敷于树脂薄膜60的上面62的被形成位置后，交付干燥，实施热处理而使其固化，来形成绝缘膜10。例如，通过将未固化的聚苯醚(PPE)树脂涂敷(例如凹版印刷)于被形成位置而固化，能够形成包括聚苯醚(PPE)树脂的绝缘膜10。需要说明的是，在无机绝缘物系的情况下，可以利用使用了掩模的薄膜形成法(溅射法等)等来形成绝缘膜10。形成的树脂系或无机绝缘物系的绝缘膜10的厚度优选约O. I μ m 约2 μ m的范围，更优选约O. 2 μ m 约I μ m的范围，例如为O. 3 μ m左右。在工序(i)之后接着实施工序(ii)。也就是说，如图2(b)所示，在树脂薄膜60的上面62形成源极用取出电极图形30s和漏极用取出电极图形30d。作为取出电极30s、30d的材料，例如可以举出金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、镁(Mg)、钙(Ca)、钼(Pt)、钥(Mo)、铁(Fe)、锌(Zn)、钛(Ti)、钨(W)等金属材料，或氧化锡(SnO2)、氧化铟锡(ITO)、含氟氧化锡(FTO)、氧化钌(RuO2)、氧化铱(IrO2)、氧化钼(PtO2)等导电性氧化物等。形成取出电极图形30s、30d的方法，也可以与绝缘膜10的形成一样利用印刷法/印刷工艺来进行。例如，可以利用喷墨方式的印刷法等，在树脂薄膜60的上面62形成源极用取出电极图形30s和漏极用取出电极图形30d。形成的取出电极图形30s、30d如图2 (b)所示，优选按照与绝缘膜10部分重叠的方式层叠于树脂薄膜60的上面62。即，优选按照使一部分在树脂薄膜60上延伸设置的方式使取出电极图形30s、30d形成于树脂薄膜60上。需要说明的是，在取出电极图形30s、30d的形成中，也可以使用其他方法(真空蒸镀法或溅射法等)，例如使用真空蒸镀法来形成RuO2层等即可。在树脂薄膜60的上面62形成的取出电极图形30s、30d的厚度优选为约50nm 约150nm的范围，更优选约80nm 约120nm的范围，例如为IOOnm左右。在工序(ii)之后接着实施工序(iii)。也就是说，如图2(c)所示，在绝缘膜10上形成半导体层20。对于所述半导体层20的形成 ，按照使半导体层20与取出电极图形30s、30d接触的方式实施。形成的半导体层20例如为有机半导体。作为有机半导体的材料，优选迁移率高的材料，例如可以举出戊省。另外，不限于此，作为可以在本发明中使用的有机半导体材料，除了高分子材料(例如聚噻吩或其衍生物)、低分子材料(例如戊省、可溶化戊省)之外，还可以举出纳米碳材料(例如碳纳米管、SiGe纳米线、富勒烯、改性富勒烯)、无机有机混合材料(例如(C6H5C2H4NH3)和SnI4的复合系)等。对半导体层20的形成法不特别限定，只要能按照与取出电极图形接触的方式在绝缘膜上形成半导体层，就可以使用任意的方法。在本发明的制造方法中，尤其可以利用印刷法/印刷工艺来形成半导体层20。例如，在形成高分子有机半导体层(例如聚-3-己基噻吩(P3HT)等聚噻吩或其衍生物)的情况下，可以适当地利用印刷工艺。更具体来说，例如，利用喷墨法向绝缘膜上喷射P3HT溶液，接着进行干燥，由此可以形成半导体层20。需要说明的是，在低分子有机半导体(例如戊省)的情况下，可以通过蒸镀工艺来形成有机半导体层20。优选半导体层20不会从绝缘膜10的上面露出而形成。在使用密封树脂层40作为TFT的构成要件的情况下，可能由于在密封树脂层40内含有的水蒸气或氧的存在，导致半导体层20劣化。因此，通过使半导体层20不从绝缘膜10的上面露出而形成，能够使绝缘膜10作为保护半导体层20的保护层来适当地发挥功能。需要说明的是，形成的半导体层20的厚度优选约50nm 约150nm的范围，更优选约80nm 约120nm的范围，例如为IOOnm左右。在工序(iii)之后接着实施工序(iv)。也就是说，如图3(a)所不，按照覆盖半导体层20及取出电极30s、30d的方式在树脂薄膜60的上面形成密封树脂层40。作为密封树脂层40的树脂材料，优选在固化后具有柔性的材料。作为这样的树脂材料，例如可以举出环氧树脂、聚酰亚胺(PD树脂、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚苯醚(PPE)树脂、或它们的复合物等。需要说明的是，这些树脂材料从尺寸稳定性等性质出色的方面来说，对于本发明的制造方法来说是优选的。对密封树脂层40的形成方法没有特别限制，只要能够按照覆盖半导体层及取出电极图形的方式在树脂薄膜的上面形成密封树脂层，就可以使用任意的方法。尤其对本发明来说，还可以通过印刷法/印刷工艺来进行密封树脂层的形成。例如，通过利用旋涂等在树脂薄膜60的上面涂敷未固化的液态树脂(例如在液体介质中混合了树脂材料的涂敷剂)并进行干燥，能够形成密封树脂层40，由此，适当地密封半导体层20。另外，在密封树脂层40的形成中，可以采用将预先成形为薄膜状的未固化的树脂贴合于树脂薄膜60的上面62并使其固化的方法。进而，可以采用在预先成形为薄膜状的树脂的表面涂敷粘合性材料并将涂敷了该粘合性材料的面贴合于树脂薄膜60的上面的方法。作为贴合密封树脂层40和树脂薄膜60的方法，可以适当采用利用辊层压机、真空层压机、压力机等加压的方法等。若经过这样的贴合工序，则半导体层20及取出电极30s、30d被埋入密封树脂层40的下面，从而能够利用密封树脂层40来密封半导体层20。例如，如要举出一例，则将成形为薄膜状的未固化的聚苯醚(PPE)树脂贴合于树脂薄膜60的上面。在工序(iv)中形成的密封树脂层40的厚度，优选约I μ m 约7 μ m的范围，更优选约2 μ m 约5 μ m的范围，例如为4 μ m左右。密封树脂层40作为栅极绝缘膜发挥功能，因此，从降低栅电压的观点出发，优选密封树脂层40的厚度较薄，从这一点来说，适合为5μ m以下，但对应于必要的TFT特性等适当地调节即可。
如上所述，在本发明的制造方法中，通过上述工序(i) (iv)，在树脂薄膜60的上面62形成绝缘膜10及取出电极图形30s、30d，接着，按照与取出电极图形30s、30d接触的方式在绝缘膜10上形成半导体层20，然后，按照覆盖半导体层20及取出电极图形30s、30d的方式在树脂薄膜60的上面62形成密封树脂层40。因此，可以说在本发明的制造方法中，能够通过例如使用了印刷法等的简易工艺在树脂薄膜60上形成构成TFT的各层。就能够利用印刷法来制造这一点而言，能够进行在利用了溶液工艺等的常压乃至低温(最大工艺温度100°C左右)下的层形成，在制造工艺的效率方面方面来看不仅是优选的，而且能够在必要的部位局部涂敷，因而在原材料的利用效率方面来看也是优选的。就原材料的利用效率这一点来说，与以往的所谓“利用真空装置将TFT的各种构成要件成膜后，利用光刻法、蚀刻来除去无用的膜部分”的方法相比，能够减少原材料使用量。在实施了上述工序⑴ (iv)之后,形成栅电极50g。栅电极50g的形成例如可以利用喷墨方式等印刷工艺。另外，不限于此，例如可以通过蚀刻金属箔来形成栅电极50。在由金属箔形成栅电极50g时，首先，如图3(b)所示，在密封树脂层40上形成金属箔50。也就是说，通过在密封树脂层40的上面贴合金属箔50的下面，在密封树脂层40上形成金属箔50。金属箔50的材质特别优选具有良好导电性的金属材料，例如为铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、不锈钢(SUS)等即可。金属箔50的厚度优选约4μπι 约25 μ m的范围，更优选约8μπι 约16 μ m的范围，例如为12 μ m左右。作为与密封树脂层贴合的金属箔50，优选下面的表面粗糙度按Ra计为300nm以下的金属箔。换言之，就金属箔50的下面的粗糙度来说，优选按算术平均粗糙度Ra计为300nm以下，即优选为0(排除O) 300nm，进而优选10 300nm。需要说明的是，在说明书中所述的“算术平均粗糙度(Ra)”，实质上是指从图4所示的粗糙度曲线(在本发明中所谓的“金属箔50的下面中的剖面形状轮廓”在其平均线的方向上仅抽取基准长度L左右，将加和从该抽取部分的平均线到测定曲线为止的偏差的绝对值而得到的值平均化所得到的平均值。若将这样的表面平滑性出色的金属箔50与密封树脂层40贴合，则妨碍密封树脂层40 (尤其作为栅极绝缘膜发挥功能的部位)的膜厚因为由金属箔50的厚度不均导致厚壁的部位而变得不均匀。也就是说，能够恒定地保持金属箔和半导体层的间隔。另外，能够避免因为由金属箔50的厚度不均导致厚壁的部位，而金属箔(的一部分)贯通密封树脂层40等的不妥善情况。也就是说，其结果能够稳定地制造柔性半导体装置100。需要说明的是，作为这样的表面平滑性出色的金属箔50，例如可以优选使用轧制铜箔。在密封树脂层40上设置金属箔50后，可以通过蚀刻金属箔50来形成栅电极50g(参照图3(c))。对该蚀刻方法没有特别限制，使用以往公知的方法(典型的为使用了光刻工序的蚀刻)即可。通过经过这样的工序，最终能够得到在树脂薄膜60上形成有半导体层20、绝缘膜
10、源极用取出电极30s、漏极用取出电极30d、密封树脂层40、和栅电极50g的柔性半导体装置100。在本发明的制造方法中，作为进一步的工序，如图3(d)所示，从密封树脂层40剥离树脂薄膜60即可。若剥离树脂薄膜60，则能够将在树脂薄膜60上形成的各层向密封树脂层40上转印，并且能够使取出电极图形30s、30d的下面34s、34d从密封树脂层40露出。就“转印”来说，若使用本发明的制造方法，则能够典型地在树脂薄膜60上形成多个包括图2(c)所示的各层(10、20、30s、30d)的TFT。在该情况下，能够将多个TFT的一部分部分地转印。即，在进行密封树脂层40的贴合工序前，能够对多个TFT分别进行检查、评价，从它们中仅选择评价为合格品的TFT，部分地贴合于密封树脂层40。由此，能够在制造 中途的阶段将最终产品中的次品的发生防患于未然，能够省去后工序中的材料等的浪费。就“电极图形30s、30d的露出”来说，如图3(d)所示，在剥离后的柔性半导体装置100’中，电极图形30s、30d的下面34s、34d与密封树脂层40及绝缘膜10的下面成为“在同一面的状态”。从而，对于从密封树脂层40露出的取出电极图形30s、30d的下面34s、34d，能够适当地形成源电极50s及漏电极50d(参照图5)。作为源电极/漏电极50s、50d的材料，优选具有良好导电性的金属，例如，可以使用铜(Cu)、镍(Ni)、铝(Al)、不锈钢(SUS)。例如，可以利用喷墨方式等印刷工艺来形成源电极50s及漏电极50d。或者，可以使用其他方法(真空蒸镀法或溅射法等)。作为剥离树脂薄膜60的方法，可以为伴随应力的机械剥离方法。可以为使树脂薄膜60和密封树脂层40的密接力减小的物理/化学剥离方法(例如，使加热剥离型热发泡薄膜介于树脂薄膜60和密封树脂层40之间的方法等)。可以回收如此剥离的树脂薄膜60，在接下来以后的柔性半导体装置的制造工艺中再利用。为了以良好的成品率有效地制造柔性半导体装置100，优选使用尺寸稳定性高的树脂薄膜60。但是，这样的尺寸稳定性高的树脂薄膜60为高价，因此，可以说能够回收树脂薄膜并将其再利用的技术意义重大。回收树脂薄膜而再利用的方式，优选例如利用卷筒对卷筒式制法来实施。也就是说，在能够形成多个柔性半导体装置的卷筒对卷筒制法(RTR)中，将在某个柔性半导体装置的制造中剥离的树脂薄膜再利用于以后的其他柔性半导体装置的制造即可。以下，说明通过卷筒对卷筒方式来实施本发明的方式。在本发明的制造方法中，能够利用印刷法等简易的工序在树脂薄膜60的上面62形成构成TFT的各层(10、20、30s、30d)，从而能够向卷筒对卷筒方式应用。例如，将卷绕成卷筒状的树脂薄膜60依次提供给制造装置，同时在该树脂薄膜60的上面62形成TFT的各层(10、20、30s、30d)。此外执行以下的工艺，即贴合从以卷筒状卷绕的卷绕物供给的密封树脂层40后，再次卷绕为卷筒状。通过利用卷筒对卷筒方式来实施本发明，能够实现高速且大量、廉价的制造工艺。将基于卷筒对卷筒的制造工艺的一例示出在图6中。在图6的例子中，利用卷筒对卷筒方式，进行从树脂薄膜60将TFT的各层300转印于密封树脂层40的工序(可以相当于图3(a) (d)所示的各工序)。首先，准备在上面形成有TFT的各层300 (绝缘膜10、半导体层20、取出电极30s、30d)的树脂薄膜60卷绕为卷筒600的卷绕物。然后，通过输送辊500A、500B的旋转，将树脂薄膜60从卷筒600向箭头“72”的方向送出，输送至加压辊510B的上方的位置。另一方面，准备在成形为薄膜状的密封树脂层40的上面贴合金属箔50并卷绕为卷筒400的卷绕物。然后，同样通过输送辊的旋转，从卷筒400送出密封树脂层40及金属箔50，输送至加压辊5IOA的下方的位置。接着，使在树脂薄膜60的上面形成的TFT的各层300按照与密封树脂层40的下面对置的方式进行对位，利用加压辊510A、510B加压，同时贴合树脂薄膜60的上面和密封树脂层40的下面。通过该加压，能够将树脂薄膜上的TFT的各层300埋入密封树脂层40的下面。需要说明的是，在薄膜状的密封树脂层40未固化的情况下，进而使其通过规定温度的加热区域(例如干燥炉内)530，由此使密封树脂层40热固化。接着，以贴合了树脂薄膜60和密封树脂层40的状态将其直接输送至辊520A、B的位置。需要说明的是，伴随辊520A、520B的旋转，使树脂薄膜60从密封树脂层40的下面剥离时，在密封树脂层40的下面转印TFT的各层300。这样，能够将TFT的各层300转印于密封树脂层40。转印后的密封树脂层40卷绕为卷筒401，向下一工序(例如切断工序)过渡。另外，转印后的树脂薄膜60可以再次卷绕为卷筒601，在接下来之后的制造工艺中再利 用。如此在卷筒对卷筒方式中，执行各工序的装置相互连结，树脂薄膜60在各装置之间连续地流动，因此，能够大幅度省去伴随输送的劳力和时间等。另外，制造生产线的自动化变得容易，能够连续地生产。(实施方式2)以下，说明本发明的柔性半导体装置的制造方法的其他实施方式。需要说明的是，对于与柔性半导体装置100相同的构成部件，标注相同的符号，省略对其的重复说明。以下说明的实施方式2相当于代替上述实施方式I的工序(ii)及工序(iii)而是实施(ii)’在绝缘膜上形成半导体层的工序、及(iii)’按照与半导体层接触的方式在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序的实施方式。图7中示出利用实施方式2的制造方法得到的柔性半导体装置100”。如图所示，在柔性半导体装置100”中，栅电极50g形成于绝缘膜10的下面12，与源电极50s及漏电极50d位于同一面(密封树脂的下面44)上。在该情况下，绝缘膜10不仅作为保护半导体层20的保护层发挥功能，而且还作为栅极绝缘膜来发挥功能。另外，如图所示，取出电极30s、30d形成于半导体层20上。即，在柔性半导体装置100”中，从下侧开始依次层叠有栅极绝缘膜10、半导体层20、取出电极30s、30d。使用图8(a) (C)及图9(a) (d)，说明柔性半导体装置100”的制造工艺的一例。需要说明的是，对于与上述柔性半导体装置100、100’的制法相同的方面，省略说明。首先，如图8 (a)所示，在树脂薄膜60的上面62形成绝缘膜10，接着，如图8 (b)所示，在绝缘膜10上形成半导体层20。对绝缘膜10及半导体层20的形成方法没有特别限定，例如与上述实施方式I相同地形成即可。若在绝缘膜10上形成半导体层20，接着，如图8 (C)所示，按照与所述半导体层20接触的方式，在树脂薄膜60的上面62形成取出电极图形30s、30d。在图示的方式中，按照覆盖半导体层20的周边部分的一部分的方式形成源极用取出电极图形30s及漏极用取出电极图形30d。
接着，如图9(a)所示，按照覆盖半导体层20及取出电极图形30s、30d的方式在树脂薄膜60的上面62形成密封树脂层40。对密封树脂层40的形成方法没有特别限制，例如，与上述实施方式I相同地形成即可。在图示的方式中，通过将预先成形为薄膜状的未固化的树脂贴合于树脂薄膜60的上面62，使其固化，形成有密封树脂层40。通过经过以上的工序，如图9(b)所示，能够得到在上面62通过密封树脂层40密封TFT的各层a0、20、30s、30d)的树脂薄膜60。然后，如图9 (C)所示，若将树脂 薄膜60从密封树脂层40的下面44剥离，则能够将在树脂薄膜60上形成的TFT的各层转印于密封树脂层40上。另外，通过剥离树脂薄膜60，能够使取出电极图形30s、30d的下面从密封树脂层40露出。接着，如图9(d)所示，在从密封树脂层40露出的取出电极图形30s、30d的下面，形成源电极50s及漏电极50d。与此同时，经由绝缘膜10，在半导体层20的下方(即在绝缘膜10的下面12)形成栅电极50g。对形成各栅电极50g、50s、50d的方法没有特别限制，例如，与上述实施方式I相同地形成即可。这样，能够构成图7所示的柔性半导体装置100”。以上，通过适合的实施方式来说明了本发明，但这样的记叙不是限定事项，当然可以进行各种变更。需要说明的是，如上所述的本发明包括以下的方式。第一方式一种柔性半导体装置的制造方法，其是用于制造柔性半导体装置的方法，其特征在于，包括(i)在树脂薄膜的上面形成绝缘膜的工序；(ii)在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序；(iii)按照与取出电极图形接触的方式在绝缘膜上形成半导体层的工序；和(iv)按照覆盖半导体层及取出电极图形的方式在树脂薄膜的上面形成密封树脂层的工序，利用印刷法，进行所述(i) (iv)的至少一个形成工序。第二方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第一方式中，利用印刷法，进行工序α) αν)的所有形成。第三方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第一或第二方式中，在工序(iv)后，通过剥离树脂薄膜，使取出电极图形的下面从密封树脂层露出。第四方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第三方式中，在制造多个柔性半导体装置时，将在某个柔性半导体装置的制造中剥离的树脂薄膜再利用于以后的其他柔性半导体装置的制造。第五方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第四方式中，利用卷筒对卷筒方式，进行树脂薄膜的再利用。第六方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第三 五方式的任一方式中，在从密封树脂层露出的取出电极图形的下面形成源电极及漏电极。第七方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第一 六方式的任一方式中，在密封树脂层的上面形成栅电极。第八方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第七方式中，栅电极的形成包括在密封树脂层的上面贴合金属箔的下面的工序、和通过蚀刻金属箔以由金属箔形成栅电极的工序。第九方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第八方式中，作为与密封树脂层的上面贴合的金属箔，使用下面的表面粗糙度即Ra为300nm以下的金属箔。第十方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第一 九方式的任一方式中，代替上述工序(ii)及上述工序(iii)，实施(ii)’在绝缘膜上形成半导体层的工序、以及(iii)’按照与半导体层接触的方式在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序。第十一方式柔性半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第一 十方式的任一方式中，在绝缘膜的下面形成栅电极。以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于此，本领域普通技术人员应容易理解可进行各种变更的情况。
例如，如图10所示，可以得到双栅结构的柔性半导体装置。S卩，除了密封树脂的上面的栅电极50g之外，可以在半导体层20的下方经由绝缘膜10形成另一个栅电极54g。另一个栅电极54g可以通过与图5所不的源电极50s及漏电极50d相同的工序来形成。这样，通过采用双栅结构，与栅电极为一个的情况相比，能够使更多的电流流过源极-漏极之间。另外，即便在流过与一个栅电极时的量相同的量的电流的情况下，也能够减小在每一个栅极流过的电流量，其结果，能够降低栅电压。而且，通过分别利用两个栅电极50g、54g，能够变更半导体元件的阈值电压，因此，能够减小半导体元件的偏差。具体来说，通过将一方的栅电极用作调制用，还具有能够得到不同的输出尺寸、频率输出的优点。工业上的可利用性就本发明的柔性半导体装置的制造方法来说，柔性半导体装置的生产率出色。需要说明的是，得到的柔性半导体装置也可以用于各种图像显示部，还能够用于电子纸或数码纸等。例如，可以用于图11所示的电视图像显示部、图12所示的移动电话的图像显示部、图13所示的移动式个人电脑或笔记本式个人电脑的图像显示部、图14及图15所示的数码相机及可携式摄像机的图像显示部、以及图16所示的电子纸的图像显示部等。进而，利用本发明的制造方法得到的柔性半导体装置，还可以适应于当前在印刷电子技术中探讨应用的各种用途(例如RF-ID、存储器、MPU、太阳电池、传感器等)中。本申请基于日本国专利申请第2008-200768号(申请日2008年8月4日、发明名称“柔性半导体装置及其制造方法”)主张巴黎公约上的优先权。该申请中公开的内容均通过该引用包含在本说明书中。符号的说明10-绝缘膜；12_绝缘膜的下面；20_半导体层；30d_漏极用取出电极；30s_源极用取出电极；32d-漏极用取出电极的延伸部；32s-源极用取出电极的延伸部；34d-漏极用取出电极的下面；34d-源极用取出电极的下面；40_密封树脂；42_栅极绝缘膜(密封树脂)；44_密封树脂的下面；50_金属箔；50d-漏电极；50g-栅电极；50s_源电极；54g-栅电极；60_树脂薄膜；62_树脂薄膜的上面；100、100’、100”_柔性半导体装置；110_树脂基板；120-布线层；120s-源电极；120d-漏电极；130-绝缘层；140-有机半导体层；150-布线层；150g-栅电极；300-TFT的各层；400_卷筒(密封树脂)；401_卷筒(转印后的密封树脂)；500A、500B-输送辊;510A、510B-加压辊;520A、520B_辊;530_加热区域;600_卷筒(树脂薄膜)；601_卷筒(转印后的被剥离的树脂薄膜)。
权利要求
1.一种柔性半导体装置的制造方法，其是用于制造柔性半导体装置的方法，其特征在于，包括 (i)在树脂薄膜的上面形成绝缘膜的工序、 (ii)在所述树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序、 (iii)按照与所述取出电极图形接触的方式在所述绝缘膜上形成半导体层的工序、和 (iv)按照覆盖所述半导体层及所述取出电极图形的方式在所述树脂薄膜的上面形成密封树脂层的工序； 利用印刷法，进行所述(i) (iv)的至少一个形成工序。
2.根据权利要求I所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 利用印刷法，进行所述(i) (iv)的所有形成工序。
3.根据权利要求I所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 在所述工序(iv)后，通过剥离所述树脂薄膜，使所述取出电极图形的下面从所述密封树脂层露出。
4.根据权利要求3所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 在制造多个柔性半导体装置时，将在某个柔性半导体装置的制造中所述已剥离的树脂薄膜再利用于其他柔性半导体装置的制造。
5.根据权利要求4所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 利用卷筒对卷筒方式，进行所述树脂薄膜的再利用。
6.根据权利要求3所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 在从所述密封树脂层露出的所述取出电极图形的下面，形成源电极及漏电极。
7.根据权利要求I所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 在所述密封树脂层的上面形成栅电极。
8.根据权利要求7所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 所述栅电极的形成包括 通过在所述密封树脂层的上面贴合金属箔的下面而在所述密封树脂层上设置所述金属箔的工序、和 通过蚀刻所述金属箔以由所述金属箔形成所述栅电极的工序。
9.根据权利要求8所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 作为与所述密封树脂层贴合的所述金属箔，使用下面的表面粗糙度即Ra为300nm以下的金属箔。
10.根据权利要求I所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 代替所述工序(ii)及所述工序(iii)，实施 (ii)’在所述绝缘膜上形成半导体层的工序、和(iii)’按照与所述半导体层接触的方式在所述树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序。
11.根据权利要求I所述的柔性半导体装置的制造方法，其特征在于， 在所述绝缘膜的下面形成栅电极。
全文摘要
在本发明中，提供用于制造柔性半导体装置的方法。本发明的制造方法，其特征在于，包括(i)在树脂薄膜的上面形成绝缘膜的工序、(ii)在树脂薄膜的上面形成取出电极图形的工序、(iii)按照与取出电极图形接触的方式在绝缘膜上形成半导体层的工序、(iv)按照覆盖半导体层及取出电极图形的方式在树脂薄膜的上面形成密封树脂层的工序；利用印刷法，进行所述(i)～(iv)的至少一个形成工序。在所述制造方法中，能够在不使用真空工艺或光刻法等的情况下，利用简易的印刷工艺来形成各种层。
文档编号H01L21/336GK102742013SQ20098010056
公开日2012年10月17日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年8月4日
发明者中谷诚一, 小川立夫, 平野浩一 申请人:松下电器产业株式会社