JP2010157532A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、半導体層を有機半導体で形成する半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device manufacturing method in which a semiconductor layer is formed of an organic semiconductor.
従来の半導体装置には、たとえば、ガラス基板などの絶縁基板の表面にMISFETなどの半導体素子や配線を形成したものがある。このように、絶縁基板の表面に形成されるMISFETは、電極や半導体層が薄膜で形成されており、一般に、TFT(Thin Film Transistor)と呼ばれている。 Some conventional semiconductor devices include, for example, semiconductor elements such as MISFETs and wirings formed on the surface of an insulating substrate such as a glass substrate. As described above, the MISFET formed on the surface of the insulating substrate has electrodes and semiconductor layers formed of thin films, and is generally called TFT (Thin Film Transistor).
TFTには、低消費電力、省スペースといった利点があり、近年、たとえば、携帯電話、ノートパソコン、PDAなどの携帯型電子機器に用いる液晶ディスプレイのアクティブ素子(スイッチング素子とよぶこともある)として使用されている。 TFT has advantages such as low power consumption and space saving. In recent years, it has been used as an active element (sometimes called a switching element) for liquid crystal displays used in portable electronic devices such as mobile phones, notebook computers, and PDAs. Has been.
また、近年は、たとえば、従来はシリコンウェハを用いて製造していた半導体装置を、絶縁基板の表面にTFTや配線などを形成したものに置き換えることも検討されている。そのような例としては、たとえば、液晶表示装置を駆動させるための駆動回路(ドライバ回路)があり、近年、液晶表示パネルにTFTを有するドライバ回路を内蔵させることが検討されている。 In recent years, for example, it has been studied to replace a semiconductor device which has been conventionally manufactured using a silicon wafer with a semiconductor device in which a TFT, wiring, or the like is formed on the surface of an insulating substrate. As such an example, for example, there is a drive circuit (driver circuit) for driving a liquid crystal display device. In recent years, it has been studied to incorporate a driver circuit having a TFT in a liquid crystal display panel.
ところで、上記の半導体装置におけるTFTの半導体層は、通常、結晶質シリコンや非晶質シリコンを代表とする無機半導体材料で形成している。これは、従来の半導体装置の製造工程や製造技術を用いることができるからである。しかしながら、半導体製造工程を用いる場合、半導体膜を形成するときの処理温度が350℃以上になるので、使用できる絶縁基板には制約がある。特に、プラスチックに代表されるフレキシブルな基板は、耐熱温度が350℃以下のものが多く、通常の半導体製造工程を用いて無機半導体層を有するTFTを形成するのは困難である。 Incidentally, the semiconductor layer of the TFT in the above semiconductor device is usually formed of an inorganic semiconductor material typified by crystalline silicon or amorphous silicon. This is because a conventional semiconductor device manufacturing process or manufacturing technique can be used. However, when a semiconductor manufacturing process is used, a processing temperature when forming a semiconductor film is 350 ° C. or higher, so that there are restrictions on an insulating substrate that can be used. In particular, a flexible substrate typified by plastic often has a heat-resistant temperature of 350 ° C. or less, and it is difficult to form a TFT having an inorganic semiconductor layer using a normal semiconductor manufacturing process.
このような問題を解決するために、近年、有機半導体材料を用いたTFT(以下、有機TFTという)の研究開発が進められている。有機TFTに用いる有機半導体膜は、シリコン膜などの無機半導体膜と比べて低温(たとえば、約120℃)で形成することが可能である。そのため、プラスチックなどの耐熱性の低い絶縁基板への形成も可能になり、従来のものには無いフレキシブルな半導体装置、あるいはそれらを用いた全く新しいタイプの電子機器の実現の可能性が高まる。 In order to solve such problems, research and development of TFTs using organic semiconductor materials (hereinafter referred to as organic TFTs) have been promoted in recent years. The organic semiconductor film used for the organic TFT can be formed at a lower temperature (for example, about 120 ° C.) than an inorganic semiconductor film such as a silicon film. Therefore, it is possible to form an insulating substrate with low heat resistance such as plastic, which increases the possibility of realizing a flexible semiconductor device that is not available in the past, or a completely new type of electronic device using them.
有機TFTの有機半導体膜の形成方法は、有機半導体材料の種類によってさまざまであり、インクジェット方式などの印刷法、回転塗布法、スプレー法、転写法、蒸着法、ディッピング法、キャスト法などの中から最適な方法が用いられている。たとえば、ペンタセン誘導体等の低分子化合物は、蒸着法などで成膜するのが一般的であり、ポリチオフェン誘導体等の高分子化合物は、溶液から成膜するのが一般的である。 The method of forming an organic semiconductor film of an organic TFT varies depending on the type of organic semiconductor material, and includes printing methods such as an inkjet method, spin coating methods, spray methods, transfer methods, vapor deposition methods, dipping methods, and cast methods. The optimal method is used. For example, a low molecular compound such as a pentacene derivative is generally formed by a vapor deposition method or the like, and a high molecular compound such as a polythiophene derivative is generally formed from a solution.
また、有機TFTを有する半導体装置の製造方法では、たとえば、毛細管現象を利用して有機半導体膜を形成し、有機半導体材料を使用量を抑える方法なども提案されている(たとえば、特許文献1を参照。)。 In addition, as a method for manufacturing a semiconductor device having an organic TFT, for example, a method of forming an organic semiconductor film by utilizing a capillary phenomenon and reducing the amount of organic semiconductor material used has been proposed (for example, see Patent Document 1). reference.).
また、有機TFTを有する半導体装置の製造方法では、そのほかにも、たとえば、インクジェット方式、マイクロディスペンス方式、転写法などに代表される印刷技術を用いることによって、無駄なく少量の有機半導体材料でTFTの半導体層を形成し、さらなる低コスト化を進める研究開発が行われている。またさらに、有機TFTを有する半導体装置の製造方法では、有機半導体層に限らず、電極や配線も印刷法で形成する研究開発が始められている。 In addition, in the method of manufacturing a semiconductor device having an organic TFT, other than that, by using a printing technique typified by, for example, an inkjet method, a microdispensing method, a transfer method, etc., a small amount of organic semiconductor material can be used without waste. Research and development is underway to form semiconductor layers and further reduce costs. Furthermore, in the manufacturing method of a semiconductor device having an organic TFT, research and development for forming not only an organic semiconductor layer but also electrodes and wiring by a printing method has been started.
しかしながら、現在の通常の印刷技術では、位置合わせ精度が20μm程度であり、最新の技術を用いても数μm程度である。そのため、現状では、印刷技術を用いて微細なTFTを形成することが困難である。微細なTFTの場合、特に、ゲート電極とソース/ドレイン電極との位置ずれが生じると、たとえば、寄生容量が増えたり、複数のTFTを同時に形成したときに個々のTFTの性能にばらつきが生じたりするという問題が顕著になる。このような位置ずれは、たとえば、インクジェット法の場合、ノズルから噴出した材料が基板まで飛翔する際に起こるといわれている。また、このような位置ずれは、たとえば、転写法の場合、転写ロールから基板へ材料を転写する際に起こるといわれている。 However, with the current normal printing technology, the alignment accuracy is about 20 μm, and even with the latest technology, it is about several μm. Therefore, at present, it is difficult to form fine TFTs using a printing technique. In the case of a fine TFT, in particular, if the positional deviation between the gate electrode and the source / drain electrode occurs, for example, the parasitic capacitance increases or the performance of individual TFTs varies when a plurality of TFTs are formed simultaneously. The problem of doing becomes remarkable. For example, in the case of the ink jet method, such a positional shift is said to occur when the material ejected from the nozzle flies to the substrate. In addition, for example, in the case of a transfer method, such a positional shift is said to occur when a material is transferred from a transfer roll to a substrate.
そのため、現在、有機半導体膜の形成、配線の形成などは印刷技術を利用し、絶縁膜の形成やコンタクトホールの形成などは従来の半導体装置の製造技術、電極の形成は印刷もしくは従来の半導体装置の製造技術を用いている。この場合、両方式の組み合わせであるため、フォトリソグラフィ関連装置、印刷装置、成膜装置、エッチング装置等作製装置が多岐にわたることや、コンタクトホールの形成工程、電極の形成工程などにフォトマスクが必要となるために製造コストが増大してしまう。 Therefore, at present, the printing technology is used for the formation of the organic semiconductor film and the wiring, the conventional semiconductor device manufacturing technology for the formation of the insulating film and the contact hole, and the formation of the electrode is the printing or the conventional semiconductor device. The manufacturing technology is used. In this case, since both types are combined, a wide range of manufacturing equipment such as photolithography-related equipment, printing equipment, film-forming equipment, etching equipment, etc., and a photomask is required for contact hole formation process, electrode formation process, etc. Therefore, the manufacturing cost increases.
この対策として、フォトマスクを必要としない位置ずれの無い方法も検討され始めており、たとえば、感光性組成物を用い、ソース/ドレイン電極をマスクとする裏面からのフォトリソグラフィによって、位置ずれの無いゲート電極の形成を行う方法が提案されている(たとえば、特許文献2を参照。)。
特許文献2に記載されたようなTFTの形成方法は、ゲート電極とソース/ドレイン電極との位置ずれが無く、微細な有機TFTの形成方法に適していると言える。
It can be said that the TFT formation method described in
しかしながら、この形成方法は、感光性組成物に対するフォトリソグラフィ工程が含まれるため、感光性組成物の塗布、加熱、露光、現像といった工程が含まれるため時間がかかり、かつ、それぞれの工程で使用する装置なども必要であるため、製造コストが増大するという問題がある。 However, since this forming method includes a photolithography process for the photosensitive composition, it includes steps such as application, heating, exposure, and development of the photosensitive composition, and it takes time and is used in each process. Since an apparatus etc. are also required, there exists a problem that manufacturing cost increases.
また、通常の半導体工程で使われる感光性組成物のフォトリソグラフィ工程を用いると、たとえば、フレキシブル基板などの特殊な絶縁基板は使用できない可能性がある。またさらに、絶縁基板としてプラスチックなどの有機系基板を使用すると、たとえば、当該絶縁基板が感光性組成物の溶剤に溶解してしまうという問題もある。 Further, when a photolithography process of a photosensitive composition used in a normal semiconductor process is used, for example, a special insulating substrate such as a flexible substrate may not be used. Further, when an organic substrate such as plastic is used as the insulating substrate, there is a problem that the insulating substrate is dissolved in the solvent of the photosensitive composition, for example.
このような問題に対し、近年、感光性組成物として、感光性自己組織化膜(以下、感光性SAM)を用いる方法も検討されている。感光性SAMは、未露光の感光していない部分は撥水性であり、感光した部分が親水性になるという特長を持つ。そのため、この特長を用いて、親水部に導電性材料を選択的に印刷して電極や配線を形成することができれば、現像処理を省略でき、その分、形成時間の短縮、製造コストの低減が可能になる。 In recent years, a method using a photosensitive self-assembled film (hereinafter referred to as photosensitive SAM) as a photosensitive composition has been studied to solve such problems. The photosensitive SAM is characterized in that an unexposed unexposed portion is water repellent and the exposed portion becomes hydrophilic. Therefore, using this feature, if the conductive material can be selectively printed on the hydrophilic portion to form electrodes and wiring, the development process can be omitted, and the formation time and production cost can be reduced accordingly. It becomes possible.
感光性SAMとしては、これまでに、たとえば、パーフルオロアルキル基を有するシランカップリング剤、レジストに代表される感光性組成物の感光基を有するシランカップリング剤などが報告されている。 As photosensitive SAMs, for example, silane coupling agents having a perfluoroalkyl group and silane coupling agents having a photosensitive group of a photosensitive composition typified by a resist have been reported.
パーフルオロアルキル基を有する感光性SAMは、親水性を発現させるために、たとえば、200nm程度の短波長の光を用いて主鎖を切断する反応を用いている。しかしながら、通常のフレキシブル基板は、300nm以下の光は透過しないために、フレキシブル基板を用いた裏面露光では反応しない。これに対し、レジスト感光基を有する感光性SAMは、感光基を変えることによって露光波長を調整できるため、フレキシブル基板を透過する光で反応できうるものもある。 The photosensitive SAM having a perfluoroalkyl group uses, for example, a reaction that cleaves the main chain using light having a short wavelength of about 200 nm in order to develop hydrophilicity. However, since a normal flexible substrate does not transmit light of 300 nm or less, it does not react in backside exposure using the flexible substrate. On the other hand, some photosensitive SAMs having a resist photosensitive group can react with light transmitted through a flexible substrate because the exposure wavelength can be adjusted by changing the photosensitive group.
しかしながら、従来の感光性SAMの成膜は、たとえば、トルエンなどの有機溶媒に感光性SAMを溶かした溶液に所望の絶縁基板を浸し、100℃以上の温度で1時間程度過熱することによって行っていた。そのため、絶縁基板としてプラスチック基板などを使用すると、基板が変形してしまう問題が懸念される。またさらに、感光性SAMの成膜だけで1時間程度必要になるため、TFT素子の形成に要する時間が膨大になるという問題が生じる。 However, conventional photosensitive SAM film formation is performed, for example, by immersing a desired insulating substrate in a solution in which photosensitive SAM is dissolved in an organic solvent such as toluene and heating it at a temperature of 100 ° C. or higher for about 1 hour. It was. Therefore, when a plastic substrate or the like is used as the insulating substrate, there is a concern that the substrate may be deformed. Furthermore, since it takes about 1 hour to form the photosensitive SAM alone, there is a problem that the time required for forming the TFT element becomes enormous.
本発明の目的は、電極の位置ずれが非常に小さい有機TFTを短時間で容易に形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of easily forming an organic TFT with extremely small displacement of electrodes in a short time.
本発明の他の目的は、有機TFTの特性の劣化や、複数の有機TFT間の特性のばらつきを低減することが可能な半導体装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing deterioration in characteristics of organic TFTs and variations in characteristics among a plurality of organic TFTs.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。 The outline of typical inventions among the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
(1)絶縁基板の上にMISFETを形成する工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記MISFETを形成する工程は、前記絶縁基板の上に第1の導電層を形成する第1の工程と、前記第1の導電層を覆うか、または前記第1の導電層と交差するゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、前記ゲート絶縁膜の上に感光性のシランカップリング剤でなる単分子膜を形成する第3の工程と、前記単分子膜の前記第1の導電層とは重ならない領域のうちの、あらかじめ定められた領域のみを感光させる第4の工程と、前記単分子膜のうちの、前記第4の工程で感光させた領域の上に第2の導電層を形成する第5の工程と、前記第5の工程の後、または前記第1の工程と前記第2の工程との間のいずれかで行う、有機半導体でなる半導体層を形成する第6の工程とを有し、前記第5の工程は、溶液状の導電性材料を用いて前記第2の導電層を形成し、前記第3の工程は、下記構造式1で表され、かつ、感光させることで下記構造式1におけるAの末端のうちの、メチレン基(−CH2−)と結合しているほうとは反対側の末端が疎水基から親水基に変化する前記シランカップリング剤と、有機酸とを、有機溶媒に溶かした溶液を用いて前記単分子膜を形成する半導体装置の製造方法。
(1) A method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a MISFET on an insulating substrate, wherein the step of forming the MISFET includes a first step of forming a first conductive layer on the insulating substrate. And a second step of forming a gate insulating film that covers or intersects the first conductive layer, and a photosensitive silane coupling agent is formed on the gate insulating film. A third step of forming a monomolecular film; a fourth step of exposing only a predetermined region of the monomolecular film that does not overlap the first conductive layer; and A fifth step of forming a second conductive layer on the region of the film exposed to light in the fourth step, after the fifth step, or after the first step and the second step. A semiconductor layer made of an organic semiconductor is performed at any time between And the fifth step forms the second conductive layer using a solution-like conductive material, and the third step is represented by the following
(2)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第6の工程は、前記第5の工程の後で行い、前記第1の工程は、前記MISFETのゲート電極を形成し、前記第5の工程は、前記MISFETのソース電極およびドレイン電極を形成する半導体装置の製造方法。
(2) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the sixth step is performed after the fifth step, and the first step forms a gate electrode of the MISFET, and
(3)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第6の工程は、前記第1の工程と前記第2の工程との間で行い、前記第1の工程は、前記MISFETのソース電極およびドレイン電極を形成し、前記第5の工程は、前記MISFETのゲート電極を形成する半導体装置の製造方法。 (3) In the method of manufacturing a semiconductor device of (1), the sixth step is performed between the first step and the second step, and the first step is a source of the MISFET. An electrode and a drain electrode are formed, and the fifth step is a method of manufacturing a semiconductor device in which a gate electrode of the MISFET is formed.
(4)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第3の工程で形成された前記単分子膜は、前記第2の導電層を形成する面の水の接触角が90度以上であり、かつ、感光させることで当該面の水の接触角が40度以下に変化する半導体装置の製造方法。 (4) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the monomolecular film formed in the third step has a water contact angle of 90 degrees or more on a surface on which the second conductive layer is formed. And a method of manufacturing a semiconductor device in which the contact angle of water on the surface changes to 40 degrees or less when exposed to light.
(5)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第4の工程と前記第5の工程との間に、有機アルカリ水溶液を用いて前記単分子膜の前記第2の導電層を形成する面に表面処理を行う第7の工程を有する半導体装置の製造方法。 (5) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the second conductive layer of the monomolecular film is formed between the fourth step and the fifth step using an organic alkaline aqueous solution. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a seventh step of performing a surface treatment on the surface to be processed.
(6)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記絶縁基板は透光性を有する基板を用い、前記第1の導電層は、遮光性を有する導電体で形成し、前記絶縁層は、透光性を有する絶縁体で形成し、前記第4の工程は、前記絶縁基板の、前記第1の導電層、前記絶縁層、および前記単分子膜が形成されている面とは反対側の面から前記単分子膜に光を照射して行う半導体装置の製造方法。 (6) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the insulating substrate is a light-transmitting substrate, the first conductive layer is formed of a light-shielding conductor, and the insulating layer is The fourth step is performed on the opposite side of the insulating substrate from the surface on which the first conductive layer, the insulating layer, and the monomolecular film are formed. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the monomolecular film is irradiated with light from the surface.
(7)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第5の工程は、インクジェット法、マイクロディスペンス法、キャスト法、ディッピング法、および転写法のうちのいずれかの方法を用いて行う半導体装置の製造方法。 (7) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the fifth step is a semiconductor performed using any one of an inkjet method, a micro-dispensing method, a casting method, a dipping method, and a transfer method. Device manufacturing method.
(8)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記第1の工程、前記第2の工程、前記第3の工程、および前記5の工程は、それぞれ、印刷法を用いて行う半導体装置の製造方法。 (8) In the method of manufacturing a semiconductor device according to (1), the first step, the second step, the third step, and the fifth step are each performed using a printing method. Manufacturing method.
(9)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記絶縁基板は、樹脂でなる基板を用いる半導体装置の製造方法。 (9) The method for manufacturing a semiconductor device according to (1), wherein the insulating substrate is a resin substrate.
(10)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記絶縁基板は、ケイ素化合物でなる基板を用いる半導体装置の製造方法。 (10) The method for manufacturing a semiconductor device according to (1), wherein the insulating substrate is a substrate made of a silicon compound.
(11)前記(1)の半導体装置の製造方法において、前記絶縁基板は、有機化合物でなる基板を用いる半導体装置の製造方法。 (11) The method for manufacturing a semiconductor device according to (1), wherein the insulating substrate is a substrate made of an organic compound.
(12)前記(1)乃至(11)のいずれかの半導体装置の製造方法により製造された半導体装置。 (12) A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (1) to (11).
(13)絶縁基板の上に設けられた複数のMISFETを有する半導体装置であって、前記MISFETは、前記絶縁基板の上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の全体を覆うか、または前記ゲート電極と交差するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられた単分子膜と、前記単分子膜の上に設けられたソース電極、ドレイン電極、および有機半導体層とを有し、前記単分子膜を構成する分子は、それぞれ、前記絶縁層との界面側の端部に、メチレン基(−CH2−)と結合しているケイ素原子を有し、かつ、前記単分子膜は、前記ケイ素原子に一価の原子または基が結合している第1の分子と、前記ケイ素原子に前記一価の原子または基が結合していない第2の分子とを有し、前記第2の分子の数が、前記第1の分子の数よりも多い半導体装置。 (13) A semiconductor device having a plurality of MISFETs provided on an insulating substrate, wherein the MISFET covers a gate electrode provided on the insulating substrate and the whole of the gate electrode, or A gate insulating film intersecting with the gate electrode, a monomolecular film provided on the gate insulating film, and a source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer provided on the monomolecular film, The molecules constituting the monomolecular film each have a silicon atom bonded to a methylene group (—CH 2 —) at an end portion on the interface side with the insulating layer, and the monomolecular film includes A first molecule in which a monovalent atom or group is bonded to the silicon atom, and a second molecule in which the monovalent atom or group is not bonded to the silicon atom, The number of molecules of the first molecule Semiconductor device more than.
(14)前記(13)の半導体装置において、前記単分子膜は、前記ソース電極または前記ドレイン電極と重なる第1の領域と、重ならない第2の領域とを有し、前記単分子膜を構成する分子のうちの、前記第1の領域にある分子と、前記第2の領域にある分子とは、前記絶縁層に近いほうとは反対側の末端の基が異なる半導体装置。 (14) In the semiconductor device of (13), the monomolecular film includes a first region that overlaps the source electrode or the drain electrode and a second region that does not overlap, and constitutes the monomolecular film. Among the molecules to be operated, a molecule in the first region and a molecule in the second region are different semiconductor devices in which the terminal group on the opposite side to the side closer to the insulating layer is different.
(15)絶縁基板の上に設けられた複数のMISFETを有する半導体装置であって、前記MISFETは、前記絶縁基板の上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極の全体を覆うか、または前記ソース電極および前記ドレイン電極と交差する有機半導体層と、前記有機半導体層の上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられた単分子膜と、前記単分子膜の上に設けられたゲート電極とを有し、前記単分子膜を構成する分子は、それぞれ、前記絶縁層との界面側の端部に、メチレン基(−CH2−)と結合しているケイ素原子を有し、かつ、前記単分子膜は、前記ケイ素原子に一価の原子または基が結合している第1の分子と、前記ケイ素原子に前記一価の原子または基が結合していない第2の分子とを有し、前記第2の分子の数が、前記第1の分子の数よりも多い半導体装置。 (15) A semiconductor device having a plurality of MISFETs provided on an insulating substrate, wherein the MISFET includes a source electrode and a drain electrode provided on the insulating substrate, and the source electrode and the drain electrode. An organic semiconductor layer covering the whole or intersecting the source electrode and the drain electrode; a gate insulating film provided on the organic semiconductor layer; and a monomolecular film provided on the gate insulating film; And a gate electrode provided on the monomolecular film, and the molecules constituting the monomolecular film are each a methylene group (—CH 2 —) at an end of the interface with the insulating layer. And the monomolecular film includes a first molecule in which a monovalent atom or group is bonded to the silicon atom, and the monovalent atom or the silicon atom. There bound and a second molecule that is not the number of the second molecule, the semiconductor device is greater than the number of the first molecule.
(16)前記(15)の半導体装置において、前記単分子膜は、前記ゲート電極と重なる第1の領域と、重ならない第2の領域とを有し、前記単分子膜を構成する分子のうちの、前記第1の領域にある分子と、前記第2の領域にある分子とは、前記絶縁層に近いほうとは反対側の末端の基が異なる半導体装置。 (16) In the semiconductor device of (15), the monomolecular film includes a first region that overlaps with the gate electrode and a second region that does not overlap, and is a molecule that constitutes the monomolecular film. The molecule in the first region and the molecule in the second region are different semiconductor devices in which the terminal group on the opposite side to the side closer to the insulating layer is different.
(17)前記(13)または(15)の半導体装置において、前記単分子膜は、前記第1の分子と前記第2の分子との比が、およそ2:8である半導体装置。 (17) The semiconductor device according to (13) or (15), wherein the monomolecular film has a ratio of the first molecule to the second molecule of about 2: 8.
(18)前記(13)または(15)の半導体装置において、前記単分子膜は、前記ケイ素原子と結合している前記一価の原子または基の総数が、前記単分子膜に含まれる分子の数よりも少ない半導体装置。 (18) In the semiconductor device according to (13) or (15), the monomolecular film includes molecules having a total number of the monovalent atoms or groups bonded to the silicon atoms included in the monomolecular film. There are fewer semiconductor devices.
(19)前記(13)または(15)の半導体装置において、前記第1の分子は、前記ケイ素原子に、メトキシ基(−OCH3)が結合している半導体装置。 (19) In the semiconductor device of (13) or (15), the first molecule is a semiconductor device in which a methoxy group (—OCH 3 ) is bonded to the silicon atom.
(20)前記(13)または(15)の半導体装置において、前記絶縁基板の前記ゲート電極が形成された面を見たときに、前記ゲート電極と前記ソース電極との間隙または重なり量、および前記ゲート電極と前記ソース電極との間隙または重なり量が、それぞれ、1μm以下である半導体装置。 (20) In the semiconductor device of (13) or (15), when the surface of the insulating substrate on which the gate electrode is formed is viewed, a gap or an overlap amount between the gate electrode and the source electrode, and A semiconductor device in which a gap or an overlap amount between a gate electrode and the source electrode is 1 μm or less, respectively.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、電極の位置ずれが非常に小さい有機TFTを短時間で容易に形成することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to easily form an organic TFT with a very small displacement of electrodes in a short time.
また、本発明の半導体装置によれば、微細な有機TFTの特性の劣化や、複数の有機TFT間の特性のばらつきを低減することができる。 In addition, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to reduce the deterioration of characteristics of fine organic TFTs and the dispersion of characteristics among a plurality of organic TFTs.
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、以下を説明で参照する複数の図面において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail together with embodiments (examples) with reference to the drawings.
Note that, in the plurality of drawings referred to in the description below, the same reference numerals are given to components having the same function, and repeated description thereof is omitted.
図1は、本発明による実施例1の半導体装置の製造方法により形成される有機TFTの概略構成の一例を示す模式平面図および模式断面図である。
なお、図1は、上側に示した図(P)が有機TFTの平面構成の一例を示す模式平面図であり、下側に示した(S)が上側の図(P)のL1−L1’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of an organic TFT formed by the method for manufacturing a semiconductor device of Example 1 according to the present invention.
1 is a schematic plan view showing an example of the planar configuration of the organic TFT, and (S) shown on the lower side is L1-L1 ′ in the upper figure (P). It is a schematic cross section which shows an example of the cross-sectional structure in a line.
実施例1の半導体装置の製造方法は、絶縁基板の上に有機TFTを形成する工程を有する。このとき、絶縁基板の上に形成される有機TFTは、たとえば、図1に示すように、絶縁基板1の上に形成されたゲート電極2、ゲート絶縁膜3、自己組織化膜4、ソース電極5、ドレイン電極6、および有機半導体膜7で構成される。
The manufacturing method of the semiconductor device of Example 1 includes a step of forming an organic TFT on an insulating substrate. At this time, the organic TFT formed on the insulating substrate includes, for example, a
絶縁基板1は、透光性が高い基板であり、たとえば、珪素化合物または有機化合物でなる。
The insulating
ゲート電極2は、遮光性が高い導電膜であり、たとえば、金属、導電性金属酸化物、または導電性高分子でなる。また、ゲート電極2は、配線801と接続している。
The
ゲート絶縁膜3は、透光性が高い絶縁膜であり、たとえば、絶縁性有機高分子類または絶縁性無機化合物でなる。
The
自己組織化膜4は、ゲート電極2と重なる第1の領域4aと、その外側にある第2の領域4bとで、表面(ソース電極5などが形成されている面)における水との親和性が異なる絶縁膜であり、たとえば、感光性シランカップリング剤でなる。このとき、自己組織化膜4は、第1の領域4aの表面が撥水性(疎水性)を示し、第2の領域4bの表面が親水性を示す。
The self-assembled
ソース電極5およびドレイン電極6は、導電膜であり、たとえば、金属、導電性金属酸化物、または導電性高分子でなる。また、ソース電極5は、配線802と接続しており、ドレイン電極6は、配線803と接続している。
The
有機半導体膜7は、たとえば、ポリアセン誘導体やポリチオフェン誘導体などでなる、半導体的な電気的性質を示す有機化合物でなる。
The
配線801,802,803は、導電膜であり、たとえば、金属、導電性金属酸化物、または導電性高分子でなる。
The
また、図1では省略しているが、絶縁基板1の上には、有機TFT、配線801,802,803などを覆う保護膜が形成されている。
Although omitted in FIG. 1, a protective film covering the organic TFT, the
なお、実施例1の半導体装置の製造方法では、絶縁基板1の上に、上記の有機TFTを含む多数の素子および多数の配線でなる電子回路(集積回路)を形成する。このとき、絶縁基板1の上に形成する電子回路の構成は、任意であり、当該半導体装置の用途に応じて適宜変更可能である。そのため、実施例1では、製造する半導体装置の具体的な用途や回路構成についての詳細な説明を省略する。
In the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, an electronic circuit (integrated circuit) including a large number of elements including the organic TFT and a large number of wirings is formed on the insulating
また、実施例1の半導体装置の製造方法は、絶縁基板1の上に形成する多数の素子および多数の配線のうちの、有機TFTの形成方法、特に、有機TFTの自己組織化膜4の形成方法に関する。そのため、実施例1では、半導体装置の製造方法のうちの、有機TFTの形成方法に関わる部分のみを説明する。
In addition, the manufacturing method of the semiconductor device of Example 1 is a method for forming an organic TFT among a large number of elements and a large number of wirings formed on the insulating
また、以下の有機TFTの形成方法の説明は、まず、実施例1の有機TFTの形成方法(半導体装置の製造方法)の概要を説明した後、実施例1の有機TFTの形成方法の特長および作用効果の一例について説明する。 In addition, the following description of the organic TFT forming method will be made by first explaining the outline of the organic TFT forming method (semiconductor device manufacturing method) of Example 1, and then the features of the organic TFT forming method of Example 1 and An example of the effect will be described.
図2(a)乃至図2(g)は、実施例1の半導体装置の製造方法における有機TFTの形成方法を説明するための模式図である。
図2(a)は、ゲート電極を形成する工程を説明するための模式平面図および模式断面図である。図2(b)は、ゲート絶縁膜を形成する工程を説明するための模式平面図および模式断面図である。図2(c)は、感光性シランカップリング剤の単分子膜を形成する工程を説明するための模式平面図および模式断面図である。図2(d)は、ゲート絶縁膜と感光性シランカップリング剤との結合状態の一例を示す模式図である。図2(e)は、単分子膜の一部分を感光させる方法の一例を説明するための模式平面図および模式断面図である。図2(f)は、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を説明するための模式平面図および模式断面図である。図2(g)は、配線を形成する工程を説明するための模式平面図および模式断面図である。
2A to 2G are schematic views for explaining a method for forming an organic TFT in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 2A is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a step of forming a gate electrode. FIG. 2B is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a step of forming a gate insulating film. FIG. 2C is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a step of forming a monomolecular film of the photosensitive silane coupling agent. FIG. 2D is a schematic diagram illustrating an example of a bonding state between the gate insulating film and the photosensitive silane coupling agent. FIG. 2E is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining an example of a method for exposing a part of the monomolecular film. FIG. 2F is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a process of forming the source electrode and the drain electrode. FIG. 2G is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a process of forming a wiring.
なお、図2(a)乃至図2(c)、および図2(e)乃至図2(g)の各図は、上側の図(P)がそれぞれの工程が終了した直後の平面構成の一例を示す模式平面図であり、下側の図(S)が上側の図(P)のL1−L1’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 2 (a) to 2 (c) and FIGS. 2 (e) to 2 (g) are examples of a planar configuration immediately after the respective steps in FIG. 2 (P) are completed. Is a schematic plan view showing an example of a cross-sectional configuration taken along line L1-L1 'of the upper figure (P).
実施例1の半導体装置の製造方法における有機TFTの形成方法では、まず、図2(a)に示すように、絶縁基板1の表面にゲート電極2を形成する。このとき、絶縁基板1は、たとえば、ポリカーボネイトでなる透光性の絶縁基板を用いる。また、ゲート電極2は、たとえば、インクジェット印刷法で、金(Au)のナノ微粒子をトルエン溶液に分散させたインクを印刷した後、200℃で5分間加熱して形成する。金のナノ微粒子は、たとえば、粒径が3.5nm程度の金属核の表面を、ブタンチオレートで覆ったものを用いる。
In the method for forming an organic TFT in the method for manufacturing a semiconductor device of Example 1, first, a
なお、絶縁基板1は、ポリカーボネイトでなる基板に限らず、他のプラスチック基板、ガラス基板、または石英基板であってもよい。絶縁基板1として用いることが可能なプラスチック基板の材料には、ポリカーボネイトの他に、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエテールスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアクリレート、ポリイミド、セルローストリアセテート、セルロースアセテートプロピオネートなどがある。
The insulating
また、図2(a)に示したゲート電極2は、平面形状がT字形である。そのため、インクを印刷するときには、たとえば、第1の部分2aと第2の部分2bとに分け、第1の部分2aはノズルを縦方向に移動させながら印刷し、第2の部分2bはノズルを横方向に移動させながら印刷することが望ましい。しかしながら、インクジェット印刷法でインクを印刷する場合、2つの部分2a,2bに分けずに印刷してもよいことはもちろんである。また、インクの印刷は、インクジェット印刷法に限らず、他の印刷法で行ってもよい。
Further, the
また、ゲート電極2は、インクジェット印刷法を用いた形成方法に限らず、他の形成方法、たとえば、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、転写法のいずれかを用いた形成方法などで形成してもよい。
The
また、ゲート電極2は、遮光性が高い導電膜であればよいので、金に限らず、他の金属、導電性金属酸化物、導電性高分子などで形成してもよい。また、液状の導電性材料を用いてゲート電極2を形成する場合、使用する溶媒は、トルエンに限らず、たとえば、メチルアミルケトン、乳酸エチル、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコール-1-モノメチルエーテル-2-アセタート等の一般的な感光性組成物用溶剤や、ジエチルエーテル、アセトン、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、クロロホルム、エタノールなどのアルコール類、あるいは水であってもよい。また、使用する溶媒は、2種類以上の混合溶媒でも良い。
The
また、ゲート電極2の平面形状は、T字形に限らず、他の形状であってもよい。
Further, the planar shape of the
次に、たとえば、図2(b)に示すように、ゲート電極2の第1の部分2aと交差するゲート絶縁膜3を形成する。ゲート絶縁膜3は、たとえば、インクジェット印刷法で、Poly(methyl silsesquioxane) の10w%メチルイソブチルケトン溶液でなるインクを印刷した後、150℃で20分間加熱して形成する。このとき、ゲート絶縁膜3は、シリコン酸化物(SiO2)でなる。
Next, for example, as shown in FIG. 2B, a
なお、ゲート絶縁膜3は、インクジェット印刷法を用いた形成方法に限らず、他の形成方法、たとえば、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、転写法を用いた形成方法などで形成してもよい。
The
また、シリコン酸化物でなるゲート絶縁膜3を形成するときには、上記の溶液でなるインクを用いて形成する方法に限らず、他の溶液でなるインクで形成してもよい。
In addition, when forming the
また、ゲート絶縁膜3は、透光性を有する絶縁膜であればよいので、シリコン酸化物に限らず、他の絶縁性無機化合物、絶縁性有機高分子類などで形成してもよい。ゲート絶縁膜3として用いることが可能な絶縁性無機化合物には、シリコン酸化膜の他に、たとえば、シリコン窒化物、絶縁性金属酸化物、金属窒化物などがある。また、ゲート絶縁膜3として用いることが可能な絶縁性有機高分子類には、たとえば、ポリイミド誘導体、ベンゾシクロブテン誘導体、フォトアクリル誘導体、ポリスチレン誘導体、ポリビニルフェノール誘導体、ポリエステル誘導体、ポリカーボネイト誘導体、ポリエステル誘導体、ポリ酢酸ビニル誘導体、ポリウレタン誘導体、ポリスルフォン誘導体、アクリレート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などがある。
Further, since the
また、ゲート絶縁膜3は、単層膜に限らず、多層膜でもよい。また、ゲート絶縁膜3を多層膜にする場合は、たとえば、表面(自己組織化膜4を形成する面)を絶縁性金属酸化物で覆ってもよい。
The
また、ゲート絶縁膜3は、たとえば、ゲート電極2の全体を覆うように形成してもよい。このとき、ゲート絶縁膜3は、たとえば、絶縁基板1の表面全体に形成してもよい。
The
次に、ゲート絶縁膜3の表面(露出した面)に自己組織化膜4を形成する。自己組織化膜4は、この後の工程で形成するソース電極5およびドレイン電極6と、すでに形成されているゲート電極2との位置合わせの精度を高めるための絶縁膜である。そして、実施例1の半導体装置の製造方法では、自己組織化膜4を、感光性シランカップリング剤を用いて形成する。
Next, the self-assembled
実施例1の半導体装置で用いる感光性シランカップリング剤は、所定の波長の光を照射することで、下記反応式1で表される反応をする有機ケイ素化合物である。
The photosensitive silane coupling agent used in the semiconductor device of Example 1 is an organosilicon compound that reacts represented by the following
なお、反応式1において、A1は疎水性を示す基であり、A3は親水性を示す基である。また、反応式1において、A2は、メチレン基(−CH2−)などからなる鎖状の基である。また、反応式1における左辺の基A2と右辺の基A2とは、構造であってもよいし、一部の原子または原子団が異なっていてもよい。
In
すなわち、実施例1の半導体装置における自己組織化膜4は、光を照射して感光させることで、基Aの、メチレン基と結合しているほうとは反対側の末端が、疎水性を示す基A1から親水性を示す基A3に変化する感光性シランカップリング剤で形成する。
That is, the self-assembled
感光性シランカップリング剤を用いて自己組織化膜4を形成するときには、まず、たとえば、図2(c)に示すように、ゲート絶縁膜3の表面全体に、感光していない状態の感光性シランカップリング剤でなる自己組織化膜4’を形成する。以下、全体が感光していない状態の自己組織化膜4’のことを、未露光膜4’という。実施例1の有機TFTの形成方法において、未露光膜4’は、感光性シランカップリング剤および有機酸をトルエンなどの有機溶媒に溶かした溶液に、ゲート絶縁膜3までが形成された絶縁基板1を浸して形成する。
When the self-assembled
実施例1の有機TFTの形成方法において、未露光膜4’の形成に用いることができる感光性シランカップリング剤、有機酸、有機溶媒の具体例や、形成時の条件などについては後述する。 Specific examples of the photosensitive silane coupling agent, organic acid, and organic solvent that can be used for forming the unexposed film 4 'in the method for forming the organic TFT of Example 1, conditions at the time of formation, and the like will be described later.
上記の溶液を用いて形成される未露光膜4’は、単分子膜であり、それぞれの分子(感光性シランカップリング剤)は、たとえば、図2(d)に示す、第1の状態J1、第2の状態J2、第3の状態J3の3つの状態のうちのいずれかの状態でケイ素原子と結合している。またこのとき、それぞれの分子は、ゲート絶縁膜3と未露光膜4’との界面に対して立った状態であり、未露光膜4’の表面(ソース電極5などを形成する面)の近傍には、それぞれの分子の末端にある疎水性を示す基A1が並んでいる。そのため、上記の溶液を用いて形成される未露光膜4’は、第1の領域4aの表面および第2の領域4bの表面が、ともに撥水性(疎水性)を示す。
The
そのため、次に、未露光膜4’を露光して、第2の領域4bの表面を疎水性から親水性に変化させる。未露光膜4’の露光は、たとえば、図2(e)に示すように、絶縁基板1の裏面、言い換えるとゲート電極2などが形成されている面とは反対側の面から光9を照射して行う。
Therefore, next, the
このとき、ゲート電極2は、遮光性の導電膜であるため、未露光膜4’のうちの、ゲート電極2と重なる第1の領域4aには光が当たらない。そのため、未露光膜4’のうちの第1の領域4aにある分子は、感光しない。したがって、未露光膜4’のうちの第1の領域4aの表面は、光を照射した後も撥水性(疎水性)が維持される。
At this time, since the
一方、未露光膜4’のうちの第2の領域4bには光が当たるので、第2の領域4aにある分子は、感光し、反応式1のような反応をする。このとき、第2の領域4bにある分子は、表面の近傍にある疎水性の基A1が親水性の基A3に変化する。したがって、未露光膜4’のうちの第2の領域4bの表面は、光を照射することで撥水性(疎水性)から親水性に変化する。
On the other hand, since the
上記の手順で、第1の領域4aの表面が撥水性を示し、第2の領域4bの表面が親水性を示す自己組織化膜4を形成したら、次に、たとえば、図2(f)に示すように、自己組織化膜4の表面にソース電極5およびドレイン電極6を形成する。ソース電極5およびドレインに電極6は、たとえば、インクジェット印刷法で、金のナノ微粒子溶液でなるインクを印刷した後、200℃で5分間加熱して形成する。このとき、金のナノ微粒子を溶かす溶媒に、たとえば、水、またはメチルアミルケトンなどの感光性組成物用の溶剤、あるいはトルエンを用いると、自己組織化膜4の上に印刷(塗布)された溶液は、親水性を示す第2の領域4bの上に凝集する。すなわち、自己組織化膜4の上に、液状の導電性材料を用いてソース電極5およびドレイン電極6を形成することにより、自己整合的に、ゲート電極2と、ソース電極5およびドレイン電極6との位置合わせをすることができる。
When the self-assembled
またこのとき、自己組織化膜4の第1の領域4aと第2の領域4bとの境界は、ゲート電極2の端部と概ね一致している。そのため、ソース電極5とゲート電極2との位置ずれΔSG、およびドレイン電極6とゲート電極2との位置ずれΔDGを、たとえば、1μm以下にすることができる。
At this time, the boundary between the
なお、ソース電極5およびドレイン電極6は、インクジェット印刷法を用いた形成方法に限らず、他の形成方法、たとえば、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、転写法を用いた形成方法などで形成してもよい。
The
また、ソース電極5およびドレイン電極6は、導電膜であればよいので、金に限らず、他の金属、導電性金属酸化物、導電性高分子などで形成してもよい。
Further, since the
次に、たとえば、図2(g)に示すように、配線801,802,803などを形成する。配線801,802,803などは、たとえば、インクジェット印刷法で、金のナノ微粒子溶液でなるインクを印刷した後、200℃で5分間加熱して形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, for example,
なお、配線801,802,803などは、インクジェット印刷法を用いた形成方法に限らず、他の形成方法、たとえば、マイクロディスペンス法、ディップ法、回転塗布法、転写法を用いた形成方法などで形成してもよい。
Note that the
また、配線801,802,803などは、導電膜であればよいので、金に限らず、他の金属、導電性金属酸化物、導電性高分子などで形成してもよい。
The
次に、たとえば、図1に示したように、自己組織化膜4の第1の領域4aの上に、ソース電極5およびドレイン電極6と接続する有機半導体膜7を形成する。有機半導体膜7は、たとえば、インクジェット印刷法で、有機半導体の1つである Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)Regioregular のクロロホルム5%溶液でなるインクを印刷し、180℃で2分間加熱して形成する。
Next, for example, as shown in FIG. 1, an
なお、有機半導体膜7は、半導体的な電気的特性を示す有機化合物の膜であればよく、上記の化合物に限らず、たとえば、ペンタセンやルブレンに代表されるポリアセン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリエチレンビニレン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリイソチアナフテン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリジアセチレン誘導体、ポリアズレン誘導体、ポリピレン誘導体、ポリカルバゾール誘導体、ポリセレノフェン誘導体、ポリベンゾフラン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリインドール誘導体、ポリピリダジン誘導体、金属フタロシアニン誘導体、フラーレン誘導体、またはこれらの繰り返し単位が2種類以上含まれているポリマーもしくはオリゴマーなどの有機半導体材料で形成されたものである。また、有機半導体膜7は、必要に応じて、たとえば、上記の有機半導体材料を用いて形成した膜にドーピング処理を施したものでもよい。また、有機半導体膜7は、単層膜で多層膜でもよい。
The
実施例1の有機TFTの形成方法の概要は上記の通りである。次に、実施例1の有機TFTの形成方法における主要な特長である自己組織化膜4の形成方法について説明する。
The outline of the method for forming the organic TFT of Example 1 is as described above. Next, a method for forming the self-assembled
ゲート絶縁膜3の上に感光性シランカップリング剤でなる自己組織化膜4を形成することは、ゲート電極2と、ソース電極5およびドレイン電極6との位置合わせの精度を高くする方法の1つとして、すでに検討が始められている。
Forming the self-assembled
感光性シランカップリング剤を用いた従来の自己組織化膜4の形成方法では、まず、たとえば、感光性シランカップリング剤をトルエンなどの有機溶媒に溶かした溶液に、ゲート絶縁膜3までが形成された絶縁基板1を浸して、感光していない状態の感光性シランカップリング剤でなる未露光膜4’を形成している。
In the conventional method of forming the self-assembled
しかしながら、従来の未露光膜4’の形成方法では、ゲート絶縁膜3までが形成された絶縁基板1を、たとえば、100℃程度に加熱した溶液に、数時間から半日程度浸しておく必要があった。そのため、単分子膜を形成している途中、または形成した後で、たとえば、絶縁基板1の変形、ゲート絶縁膜3やゲート電極2の剥離などが起こりやすい。また、未露光膜4’の形成時間が長いので、半導体装置の製造に要する時間が長くなる。
However, in the conventional method of forming the
このように、感光性シランカップリング剤を用いた従来の自己組織化膜4の形成方法には、絶縁基板1が変形しやすい、ゲート電極2やゲート絶縁膜3が剥がれやすい、製造に要する時間が長いといった問題があり、有機TFTを有する半導体装置の量産化を妨げる要因の1つになっていた。
As described above, in the conventional method of forming the self-assembled
そして、本願発明者らは、感光性シランカップリング剤でなる自己組織化膜4の形成時間を短縮する方法を検討した結果、前述のように、感光性シランカップリング剤を有機溶媒に溶かした溶液に、有機酸を添加するとよいことを見出した。
And as a result of examining the method of shortening the formation time of the self-assembled
感光性シランカップリング剤をトルエンに溶かした溶液に、有機酸を添加すると、ケイ素原子に結合しているメトキシ基(−OCH3)が水酸基(−OH)に置換される。このとき、有機酸を添加した溶液には、たとえば、下記構造式2乃至構造式4で表される3種類の感光性シランカップリング剤が存在する。
When an organic acid is added to a solution obtained by dissolving a photosensitive silane coupling agent in toluene, a methoxy group (—OCH 3 ) bonded to a silicon atom is replaced with a hydroxyl group (—OH). At this time, for example, three kinds of photosensitive silane coupling agents represented by the following
なお、有機酸を添加した溶液中の、3種類の感光性シランカップリング剤の存在比率は、たとえば、有機酸の種類や添加量によって異なる。しかしながら、本願発明者らが有機酸の種類や添加量を変えて調べたところ、いずれの場合においても、構造式2で表される感光性シランカップリング剤の存在比は、構造式3や構造式4で表される感光性シランカップリング剤の存在比よりも小さいことが確認された。
In addition, the abundance ratio of the three types of photosensitive silane coupling agents in the solution to which the organic acid is added varies depending on, for example, the type and amount of the organic acid. However, the inventors of the present application have examined the type and amount of the organic acid, and in any case, the abundance ratio of the photosensitive silane coupling agent represented by the
またさらに、有機酸の種類や添加量によっては、有機酸を添加した溶液中に、たとえば、反応式1の左辺のような構造の感光性シランカップリング剤が残っていることもある。しかしながら、本願発明者らが有機酸の種類や添加量を変えて調べたところ、いずれの場合においても、反応式1の左辺のような構造の感光性シランカップリング剤の存在比は非常に小さいことが確認された。
Furthermore, depending on the type and amount of the organic acid, a photosensitive silane coupling agent having a structure such as the left side of
感光性シランカップリング剤が溶けている溶液を用いて未露光膜4’を形成した場合、未露光膜4’を構成する分子(感光性シランカップリング剤)は、それぞれ、たとえば、図2(d)に示した3つの状態のうちのいずれかの状態でゲート絶縁膜3のケイ素原子と結合する。
When the
このとき、構造式2乃至構造式4で表される感光性シランカップリング剤は、ケイ素分子と結合している水酸基のO−H結合や、メトキシ基のO−C結合を切って、ゲート絶縁膜3のケイ素原子と結合する。
At this time, the photosensitive silane coupling agent represented by
これに対し、反応式1の左辺で表される感光性シランカップリング剤は、メトキシ基のO−C結合を切って、ゲート絶縁膜3のケイ素原子と結合する。
In contrast, the photosensitive silane coupling agent represented by the left side of
O−H結合の結合エネルギーは、O−C結合の結合エネルギーよりも低い。そのため、構造式2乃至構造式3で表される感光性シランカップリング剤が溶けている溶液に、ゲート絶縁膜3までが形成された絶縁基板1を浸せば、短時間で未露光膜4’を形成できると考えられる。
The bond energy of the O—H bond is lower than the bond energy of the O—C bond. Therefore, if the insulating
そこで、本願発明者らは、下記構造式5で表される感光性シランカップリング剤( 5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl)butanesulfonate )をトルエンに溶かした溶液に、有機酸として酢酸を添加し、その溶液を用いて未露光膜4’を形成してみた。
Accordingly, the inventors of the present application prepared an organic acid as an organic acid in a solution obtained by dissolving a photosensitive silane coupling agent (5-methoxy-2-nitro-benzyl 4- (trimethoxysilyl) butanesulfonate) represented by the following
なお、構造式5におけるA1およびA2は、それぞれ、反応式1の左辺の構造式におけるA1およびA2である。
Incidentally, A 1 and A 2 in the
構造式5で表される感光性シランカップリング剤をトルエンに0.1w%溶解させた溶液に、有機酸として酢酸を0.2w%溶解させた後、その溶液にゲート絶縁膜3までが形成された絶縁基板1を浸して未露光膜4’を形成したところ、絶縁基板1を浸しておく時間が5分程度であっても、ゲート絶縁膜3の表面全体に未露光膜4’が形成されることが確認された。またこのとき、形成された未露光膜4’の表面(ソース電極5などを形成する面)は、水の接触角が95度であり、撥水性(疎水性)を示すことが確認された。
After dissolving 0.2 w% of acetic acid as an organic acid in a solution in which 0.1 wt% of the photosensitive silane coupling agent represented by the
また、構造式5で表される感光性シランカップリング剤は、たとえば、波長が350nmの光を照射すると、下記反応式2のような反応をする。そのため、たとえば、図2(e)に示したような方法で単分子膜に光を照射し、第2の領域4bにある分子だけを感光させたところ、光を照射した後の第2の領域4bの表面は、水の接触角が約40度であり、親水性を示す状態に変化していることが確認された。
The photosensitive silane coupling agent represented by
したがって、構造式5で表される感光性シランカップリング剤および有機酸を有機溶媒に溶かした溶液を用いて形成した単分子膜は、自己組織化膜4として用いることができる。
Therefore, a monomolecular film formed using a photosensitive silane coupling agent represented by
なお、感光性シランカップリング剤を溶かした溶液に添加する有機酸は、酢酸に限らず、他の炭化水素系の酸、たとえば、ギ酸やテトラゾールなどでもよい。 The organic acid added to the solution in which the photosensitive silane coupling agent is dissolved is not limited to acetic acid, but may be other hydrocarbon acids such as formic acid and tetrazole.
また、自己組織化膜4の形成に用いる感光性シランカップリング剤は、構造式5で表される構造に限らず、光を照射することで反応式1のような反応をする構造であれば、他の構造であってもよい。光を照射することで疎水性を示す基A1が親水性を示す基A3に変化する感光性シランカップリング剤の構造や、感光させる方法については、たとえば、特開2003−321479号公報に詳しく記載されている。
In addition, the photosensitive silane coupling agent used for forming the self-assembled
また、自己組織化膜4の形成に用いる感光性シランカップリング剤は、ケイ素原子と結合しているのがメトキシ基である必要はなく、他のアルコキシ基などであってもよい。
Further, the photosensitive silane coupling agent used for forming the self-assembled
このように、実施例1の有機TFTの形成方法は、感光性シランカップリング剤でなる自己組織化膜4の形成に要する時間を、従来の形成方法で要する時間に比べて、大幅に短縮することができる。
As described above, the method for forming the organic TFT of Example 1 significantly reduces the time required for forming the self-assembled
また、実施例1で説明した自己組織化膜4の形成方法は、感光性シランカップリング剤および有機酸を溶かした溶液の温度が室温(たとえば、20℃程度)であっても、短時間で自己組織化膜4を形成することができる。そのため、たとえば、絶縁基板1の変形、ゲート電極2やゲート絶縁膜3の剥がれが生じにくくなる。
In addition, the method for forming the self-assembled
また、本願発明者らは、実施例1の未露光膜4’の形成方法との比較のために、構造式5で表される感光性カップリング剤のトルエン溶液に、有機酸を添加せずに未露光膜4’を形成してみた。このとき、溶液の温度を室温にして絶縁基板1を2時間浸したところ、ゲート絶縁膜3の表面に感光性カップリング剤でなる膜が形成された。しかしながら、得られた膜は、水の接触角が約30度であり、自己組織化膜4として使用することはできなかった。
In addition, the inventors of the present application did not add an organic acid to the toluene solution of the photosensitive coupling agent represented by
またさらに、本願発明者らは、実施例1の未露光膜4’の形成方法との比較のために、構造式5で表される感光性カップリング剤のトルエン溶液に、有機酸の代わりに塩酸を添加してみた。しかしながら、添加した塩酸がトルエン溶液に溶解せず、分離してしまい、実施例1の形成方法と同じ条件で、未露光膜4’と同等の単分子膜を形成することはできなかった。
Furthermore, for comparison with the method of forming the
また、感光性シランカップリング剤でなる自己組織化膜4を形成する場合、上記のように、第2の領域4bのみに光を照射することで、第2の領域4bの表面を撥水性から親水性に変化させることができる。しかしながら、感光させた後、たとえば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液などのリンス液を用いて表面処理を行うと、第2の領域4bの表面における水の接触角をさらに小さくすることができ、水との親和性を高めることができる。
When the self-assembled
構造式5で表される感光性シランカップリング剤を用い、上記の手順で自己組織化膜4を形成した後、たとえば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液に浸すと、第2の領域4bにある分子は、下記反応式3のような反応をし、表面側の基A3が、基A4に変化する。
After forming the self-assembled
構造式5で表される感光性シランカップリング剤を用い、上記の手順で自己組織化膜4を形成した後、たとえば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液に1分間浸した後、水で洗浄すると、第2の領域4bの表面における水の接触角は、約20度になった。このように、実施例1の方法で形成した自己組織化膜4は、リンス液を用いた表面処理を行うことで、第2の領域4bの表面の親水性を高めることができる。
After forming the self-assembled
また、上記のようなリンス液を用いた表面処理は、構造式6で表される構造以外の、他の構造の感光性カップリング剤を用いる場合にも有効であることはもちろんである。
Of course, the surface treatment using the rinse liquid as described above is also effective when a photosensitive coupling agent having a structure other than the structure represented by the
また、表面処理に用いるリンス液は、上記のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド溶液に限らず、他の溶液、たとえば、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの水酸化アンモニウム化合物の2w%から25w%水溶液、好ましくは2w%から5w%水溶液であってもよい。 The rinsing liquid used for the surface treatment is not limited to the above tetramethylammonium hydroxide solution, but other solutions, for example, 2 w% to 25 w% aqueous solution of an ammonium hydroxide compound such as tetrabutylammonium hydroxide, preferably 2 w % To 5w% aqueous solution.
次に、上記の手順で有機TFTを形成するときに用いる材料と特性との関係の一例について簡単に説明する。 Next, an example of the relationship between the material and characteristics used when forming the organic TFT by the above procedure will be briefly described.
本願発明者らは、上記の手順で、たとえば、ゲート電極2の線幅が約20μm、ゲート絶縁膜3の膜厚が約100nm、ソース電極5およびドレイン電極6の膜厚が約5μm、有機半導体膜7の膜厚が約5μmの有機TFT(以下、試作有機TFTという)を形成した。
The inventors of the present application, for example, have a gate width of about 20 μm, a thickness of the
なお、試作有機TFTの形成に当たり、絶縁基板1には、有機化合物であるポリカーボネイトを用いた。また、ゲート電極2、ソース電極5およびドレイン電極6は、それぞれ、インクジェット印刷法で、金ナノ微粒子をトルエン溶液に分散させた溶液を印刷し、200℃で5分間加熱して形成した。また、ゲート絶縁膜3は、インクジェット印刷法で、Poly(methyl silsesquioxane)の10w%メチルイソブチルケトン溶液を印刷し、150℃で20分間加熱して形成した。
In forming the prototype organic TFT, polycarbonate, which is an organic compound, was used for the insulating
また、未露光膜4’は、構造式5で表される感光性シランカップリング剤( 5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl) butanesulfonate )の0.1w%トルエン溶液に0.2w%の酢酸を添加し、絶縁基板1を5分間浸し、トルエンでリンスし、乾燥させた後、110℃で2分間加熱(焼成)して形成した。また、未露光膜4’の露光は、絶縁基板1の裏面から、高圧水銀灯を用いて、20分間、光を照射して行った。また、未露光膜4’を露光して自己組織化膜4を形成した後、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドの2.38w%水溶液に1分間浸し、その後脱イオン水流水で2分間洗浄した。
In addition, the
また、有機半導体膜7は、インクジェット印刷法で、 Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)Regioregular のクロロホルム5%溶液でなるインクを印刷し、180℃で2分間加熱して形成した。
The
このとき、形成された試作有機TFTにおけるソース電極5とゲート電極2との位置ずれΔSG、およびドレイン電極6とゲート電極2との位置ずれΔDGは、それぞれ、約0.5μmであった。また、この試作有機TFTの移動度を調べたところ、0.085cm2/Vsとなった。この値は、ゲート電極2と、ソース電極5およびドレイン電極6との間に位置ずれがないと考えられる有機TFTの特性である。
At this time, the positional deviation ΔSG between the
また、本願発明者らは、絶縁基板1をポリカーボネイト基板からガラス基板に換えて、上記の試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は、0.11cm2/Vsであった。
The inventors of the present application changed the insulating
また、ゲート電極2などの導電膜を形成するときに使用する導電性材料を、金のナノ微粒子から銀のナノ微粒子に換えて、上記の試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は0.077cm2/Vsであった。また、導電性材料として白金のナノ微粒子を用いた場合の試作有機TFTの移動度は0.1cm2/Vsであり、銅のナノ微粒子を用いた場合の試作有機TFTの移動度は0.08cm2/Vsであった。またさらに、導電性高分子がドープされているPEDOTを用いた場合の試作有機TFTの移動度は0.08cm2/Vsであった。このように、導電性材料の仕事関数の差による差異はあるが、いずれの場合も、金のナノ微粒子を用いて形成した場合と同等の特性を示し、設計データで規定された特性とのずれが非常に小さい。
In addition, when the conductive organic material used for forming the conductive film such as the
しかしながら、性能上、あるいは合成の容易さ、さらには保存安定性などを考慮すると、ゲート電極2などの導電膜を形成するときに使用する導電性材料は、金のナノ微粒子であることが望ましい。
However, in view of performance, ease of synthesis, storage stability, and the like, the conductive material used when forming the conductive film such as the
また、上記の試作有機TFTにおける自己組織化膜4は、第1の領域4aの表面の水の接触角が95度であり、第2の領域4bの表面の水の接触角が20度であった。
Further, in the self-assembled
また、構造式5で表される感光性シランカップリング剤( 5-methoxy-2-nitro-benzyl 4-(trimethoxysilyl) butanesulfonate )の0.1w%トルエン溶液に添加する有機酸を0.2w%のギ酸に換えて未露光膜4’を形成したところ、その未露光膜4’の表面の水の接触角は95.5度であった。また、有機酸を0.2w%のテトラゾールに換えて未露光膜4’を形成したところ、その未露光膜4’の表面の水の接触角は95.2度であった。このように、感光性シランカップリング剤の溶液に添加する有機酸の種類を換えても、未露光膜4’の表面は撥水性(疎水性)を示す。
Further, 0.2 w% of an organic acid added to a 0.1 w% toluene solution of a photosensitive silane coupling agent (5-methoxy-2-nitro-benzyl 4- (trimethoxysilyl) butanesulfonate) represented by
また、感光性シランカップリング剤および有機酸を溶かす溶媒をキシレンに換えて未露光膜4’を形成したところ、その未露光膜4’の表面の接触角は95度であった。また、感光性シランカップリング剤および有機酸を溶かす溶媒をテトラヒドロフランに変えて未露光膜4’を形成したところ、その未露光膜4’の表面の接触角は94.9度であった。このように、感光性シランカップリング剤および有機酸を溶かす有機溶媒の種類を換えても、未露光膜4’の表面は撥水性(疎水性)を示す。
Further, when the photosensitive silane coupling agent and the solvent for dissolving the organic acid were changed to xylene to form an unexposed film 4 ', the contact angle of the surface of the unexposed film 4' was 95 degrees. Further, when the solvent for dissolving the photosensitive silane coupling agent and the organic acid was changed to tetrahydrofuran to form the unexposed film 4 ', the contact angle of the surface of the unexposed film 4' was 94.9 degrees. Thus, even if the type of the photosensitive silane coupling agent and the organic solvent dissolving the organic acid is changed, the surface of the
また、有機半導体膜7の形成に用いる有機半導体材料を、たとえば、エメラルディン塩をドープしたポリアニリン溶液に換えて試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は0.05cm2/Vsであった。このように、実施例1の方法で形成される試作有機TFTは、有機半導体膜7の形成に用いる有機半導体材料を換えても、十分な特性を得ることができる。
In addition, when an organic semiconductor material used for forming the
また、有機半導体膜7の形成に用いる有機半導体材料を、たとえば、Poly(styrenesulfonate) / poly(s,3-digydrothieno-[3,4-b]-1,4,dioxin) の1.3wt%水溶液を用いて試作有機TFTを形成しところ、その試作有機TFTの移動度は0.078cm2/Vsであった。この場合も、有機TFTは、十分な特性が得られる。また、上記の水溶液を用いて有機半導体膜7を形成すると、他の材料で形成する場合に比べて、コスト面で若干有利である。
The organic semiconductor material used for forming the
また、蒸着法を用い、ペンタセンを使って有機半導体膜7を形成した場合は、試作有機TFTの移動度は0.09cm2/Vsであった。この場合、印刷法ではないが、一部分の置き換えのため、コスト的には大差が無かった。
Moreover, when the
また、ゲート絶縁膜3の形成に用いる材料を、たとえば、エポキシ化ポリブタジエンの0.5%キシレン溶液に換えて試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は0.09cm2/Vsであった。このように、実施例1の方法で形成される試作有機TFTは、ゲート絶縁膜3の形成に用いる材料を換えても、十分な特性を得ることができる。
In addition, when the material used for forming the
また、ゲート絶縁膜3の形成に用いる材料を、たとえば、ポリヒドロキシスチレンの2%メチルアミルケトン溶液に換えて試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は0.07cm2/Vsであった。また、ポリヒドロキシスチレンは安価であり、かつ、安全溶剤のメチルアミルケトンが使用できるメリットがある。
Further, when the material used for forming the
また、ゲート絶縁膜3の形成に用いる材料を、たとえば、ポリイミドの3%メチルアミルケトン溶液に換えて試作有機TFTを形成したところ、その試作有機TFTの移動度は0.07cm2/Vsであった。なお、上記の溶液を用いてゲート絶縁膜3を形成すると、他の材料で形成する場合に比べて透過率が若干低いので、未露光膜4’の露光時間が増加する。
In addition, when a prototype organic TFT was formed by replacing the material used for forming the
また、上記のような絶縁性の有機高分子化合物を用いてゲート絶縁膜3を形成する場合は、自己組織化膜4を形成するために、たとえば、ゲート絶縁膜3の表面に、シロキサン化合物膜やシラザン化合物膜を形成する必要がある。そのため、有機TFTの形成工程が増え、半導体装置の製造コストが若干増加する。
When the
以上説明したように、実施例1の半導体装置の製造方法によれば、電極の位置ずれが非常に小さい有機TFTを短時間で容易に形成することができる。そのため、有機TFTを有する半導体装置における、有機TFTの特性の劣化や、複数の有機TFT間の特性のばらつきを低減することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of Example 1, an organic TFT with extremely small positional deviation of electrodes can be easily formed in a short time. Therefore, it is possible to reduce deterioration of the characteristics of the organic TFT and variation in characteristics among the plurality of organic TFTs in the semiconductor device having the organic TFT.
また、実施例1の半導体装置の製造方法によれば、有機TFTの自己組織化膜4の形成時間を大幅に短くすることができ、かつ、形成時の温度を低くすることができる。そのため、絶縁基板1の変形や、ゲート電極2およびゲート絶縁膜3の剥がれを防ぐことができ、有機TFTを有する半導体装置の製造歩留まりが向上する。
In addition, according to the method for manufacturing the semiconductor device of Example 1, the formation time of the self-assembled
また、実施例1の有機TFTの形成方法は、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、ソース電極5およびドレイン電極6、配線801,802,803、有機半導体膜7を、それぞれ、印刷法で形成している。そのため、フォトリソグラフィ技術を用いてエッチングレジストを形成する工程や、スルーホールを形成する工程などが無く、半導体装置の製造コストを大幅に削減できる。
In addition, the organic TFT formation method of Example 1 is that the
またさらに、実施例1の有機TFTの形成方法は、すべての工程を低温(たとえば、200℃以下)で行うことができる。そのため、絶縁基板1として、プラスチックなどのフレキシブルで、熱によって変形しえる熱可塑性を有する材料でなる基板を用いることができる。したがって、実施例1の半導体装置の製造方法は、たとえば、シート状のプラスチック基板を用いた電子ペーパーのような、フレキシブルなディスプレイの製造方法に好適である。
Furthermore, in the method for forming the organic TFT of Example 1, all the steps can be performed at a low temperature (for example, 200 ° C. or lower). Therefore, the insulating
また、実施例1の半導体装置の製造方法では、未露光膜4’を形成するときに、構造式2乃至構造式3のような構造の分子(感光性シランカップリング剤)が溶けている溶液を用いて形成する。このような溶液を用いて形成される未露光膜4’について、本願発明者らが、たとえば、赤外分光分析などで、図2(d)に示した第1の状態J1で結合している分子の数、第2の状態J2で結合している分子の数、および第3の状態J3で結合している分子の数を見積もったところ、第1の状態J1または第2の状態J2で結合している分子の数と、第3の状態J3で結合している分子の数との比が、およそ2対8であった。
Further, in the method of manufacturing the semiconductor device of Example 1, when the
これに対し、有機酸を添加しない従来の方法で形成した自己組織化膜について、本願発明者らが、赤外分光分析などで、第1の状態J1で結合している分子の数、第2の状態J2で結合している分子の数、および第3の状態J3で結合している分子の数を見積もったところ、第1の状態J1で結合している分子の数と、第2の状態J2または第3の状態J3で結合している分子の数との比が、およそ9対1であった。 On the other hand, regarding the self-assembled film formed by a conventional method in which no organic acid is added, the inventors of the present application use the infrared spectroscopic analysis or the like to determine the number of molecules bonded in the first state J1, the second When the number of molecules bonded in the state J2 and the number of molecules bonded in the third state J3 were estimated, the number of molecules bonded in the first state J1 and the second state The ratio to the number of molecules bound in J2 or the third state J3 was approximately 9: 1.
第1の状態J1で結合している分子は、ケイ素原子と結合している3つの酸素原子のうちの1つの酸素原子だけが、ゲート絶縁膜3のケイ素原子と結合している。そのため、第1の状態J1で結合している分子は、第2の状態J2または第3の状態J3で結合している分子に比べて、ゲート絶縁膜3との結合力が弱く、ゲート絶縁膜3から離れやすい。したがって、従来のように、自己組織化膜4を構成する分子の大部分が第1の状態J1で結合している分子であると、自己組織化膜4がゲート絶縁膜3から剥がれやすくなる。
In the molecule bonded in the first state J1, only one oxygen atom of the three oxygen atoms bonded to the silicon atom is bonded to the silicon atom of the
すなわち、実施例1の未露光膜4’の形成方法を適用することにより、実施例1の半導体装置は、自己組織化膜4とゲート絶縁膜3との密着力が高くなり、自己組織化膜4が剥がれにくくなる。
That is, by applying the method for forming the
図3は、本発明による実施例2の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置の回路構成の一例を説明するための模式回路図である。 FIG. 3 is a schematic circuit diagram for explaining an example of a circuit configuration of a semiconductor device manufactured by the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
実施例2では、実施例1で説明した有機TFTの形成方法を応用した半導体装置の製造方法の一例について説明する。なお、実施例2では、説明を簡単にするために、図3に示すように、マトリクス状に配置された9個の有機TFTを有する半導体装置の製造方法を例に挙げる。 In Example 2, an example of a method for manufacturing a semiconductor device to which the organic TFT forming method described in Example 1 is applied will be described. In the second embodiment, in order to simplify the description, a method for manufacturing a semiconductor device having nine organic TFTs arranged in a matrix as shown in FIG. 3 will be described as an example.
実施例2で挙げる半導体装置は、横方向に3、縦方向に3個のマトリクス状に配置された9個の有機TFTと、3本の第1の信号線10と、3本の第2の信号線11とを有する。このとき、横方向に並んだ3つの有機TFTは、ゲートが共通の第1の信号線10に接続している。また、縦方向に並んだ3つの有機TFTは、ドレインが共通の第2の信号線11に接続している。また、それぞれの有機TFTのソースは、たとえば、他の有機TFT、または当該半導体装置に形成される別の素子などと接続するものとし、実施例2では、有機TFT素子のソース電極を、端子として扱う。
The semiconductor device described in Example 2 includes nine organic TFTs arranged in a matrix of three in the horizontal direction and three in the vertical direction, three
実施例1で説明した方法で、絶縁基板1の表面に、図3に示した回路を形成するときには、たとえば、図1に示したような構成の有機TFTで形成することも可能である。しかしながら、複数の有機TFTを有する半導体装置を製造するときに、実施例1で説明したように、それぞれの有機TFTのゲート電極2やゲート絶縁膜3などを個別に形成するのは、効率が悪く、生産性が低下する原因になりうる。
When the circuit shown in FIG. 3 is formed on the surface of the insulating
そこで、実施例2では、複数の有機TFTを有する半導体装置を効率よく製造するために、絶縁基板1の表面に、以下のような方法で回路を形成する。
Therefore, in Example 2, in order to efficiently manufacture a semiconductor device having a plurality of organic TFTs, a circuit is formed on the surface of the insulating
図4(a)乃至図4(g)は、実施例2の半導体装置の製造方法における有機TFTの形成方法を説明するための模式図である。
図4(a)は、ゲート電極を形成する工程を説明するための模式平面図である。図4(b)は、ゲート絶縁膜および自己組織化膜を形成する工程を説明するための模式平面図である。図4(c)は、ソース電極およびドレイン電極を形成する工程を説明するための模式平面図である。図4(d)は、図4(c)のL2−L2’線での断面構成の一例および作用効果を説明するための模式断面図である。図4(e)は、有機半導体膜を形成する工程を説明するための模式平面図である。図4(f)は、保護膜を形成する工程を説明するための模式平面図である。図4(g)は、図4(f)のL3−L3’線での断面構成の一例を示す模式断面図である。
4A to 4G are schematic views for explaining a method for forming an organic TFT in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 4A is a schematic plan view for explaining the step of forming the gate electrode. FIG. 4B is a schematic plan view for explaining a process of forming the gate insulating film and the self-assembled film. FIG. 4C is a schematic plan view for explaining a process of forming the source electrode and the drain electrode. FIG. 4D is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a cross-sectional configuration taken along line L2-L2 ′ in FIG. FIG. 4E is a schematic plan view for explaining the step of forming the organic semiconductor film. FIG. 4F is a schematic plan view for explaining the process of forming the protective film. FIG. 4G is a schematic cross-sectional view showing an example of a cross-sectional configuration taken along line L3-L3 ′ in FIG.
実施例2の半導体装置の製造方法における有機TFTの形成方法では、まず、図4(a)に示すように、絶縁基板1の表面に、遮光性の導電膜でなる第1の信号線10および遮光部材12を形成する。
In the method for forming an organic TFT in the method of manufacturing a semiconductor device of Example 2, first, as shown in FIG. 4A, the
このとき、有機TFTのゲート電極2は、第1の信号線10と一体形成しており、図4(a)の二点差線で囲んだ領域が、それぞれの有機TFTのゲート電極2に相当する。
At this time, the
また、第1の信号線10は、後の工程で形成する第2の信号線11と交差する領域に切り欠き10aおよび第1の開口部10bを有し、ソース電極5を形成する領域に第2の開口部10cを有する形状にする。
The
また、遮光部材12は、第2の信号線11の端子部を形成する領域が大きく開口した形状にする。
Further, the
またこのとき、隣接する第1の信号線10の間隙W1、切り欠き10aと第1の開口部10bとの距離W2は、切り欠き10aおよび第1の開口部10bの幅W3よりも小さくすることが望ましい。
At this time, the gap W1 between the adjacent
次に、図4(b)に示すように、第1の信号線10および遮光部材12の全体を覆うゲート絶縁膜3を形成し、そのゲート絶縁膜3の表面に自己組織化膜4を形成する。ゲート絶縁膜3は、透光性が高い絶縁膜であり、たとえば、絶縁性有機高分子類または絶縁性無機化合物で形成する。また、自己組織化膜4は、実施例1で説明した方法で形成する。このとき、自己組織化膜4は、図4(b)の平行斜線が引かれている領域の表面が親水性を示し、その他の領域の表面は撥水性(疎水性)を示す。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、ソース電極5および第2の信号線11を形成する。ソース電極5および第2の信号線11は、たとえば、インクジェット印刷法で、金のナノ微粒子を溶かした溶液でなるインクを印刷した後、200℃で5分間加熱して形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the
このとき、有機TFTのドレイン電極6は、第2の信号線11と一体形成しており、第2の信号線11のうちの、ソース電極5と対向する部分がドレイン電極6として機能する。
At this time, the
ところで、第2の信号線11と第1の信号線10とが交差する部分は、たとえば、図4(d)に示すような断面構成になっている。このとき、自己組織化膜4は、第1の信号線10と重なる第1の領域4aの表面は撥水性であり、切り欠き10aおよび第1の開口部10bと重なる第2の領域4bの表面は親水性である。そのため、切り欠き10aと第1の開口部10bとの距離W2が大きいと、インクを印刷したときに、第1の領域4aの上に印刷されたインクが第2の領域4bに流れ、第2の信号線11が断線してしまう可能性がある。逆に、切り欠き10aと第1の開口部10bとの距離W2が小さければ、たとえば、印刷したインクの表面張力により、第1の領域4aの上にもインクを残すことができる。したがって、第1の信号線10を形成するときには、切り欠き10aと第1の開口部10bとの距離W2を、可能な限り小さくすることが望ましい。
By the way, a portion where the
また、隣接する2本の第1の信号線10の間隙W1が大きいと、たとえば、印刷したインクの量が多すぎたときに、そのインクの一部が第1の信号線10の間隙の上に流れ出て、隣接する2本の第2の信号線11が短絡してしまう可能性がある。そのため、第1の信号線10を形成するときには、隣接する2本の第1の信号線10の間隙W1を、可能な限り小さくすることが望ましい。
In addition, if the gap W1 between two adjacent
また、実施例2の有機TFTの形成方法では、第2の信号線11の端子部11tの寸法を、第1の信号線10の切り欠き10aの幅W3、すなわち第2の信号線11の幅よりも大きくすることが望ましい。このようにすると、印刷したインクの量が多い場合は、第2の信号線11を形成する部分の多すぎる分が寸法が大きい端子部11tに流れ込み、少ない場合は、寸法が大きい端子部11tのインクが第2の信号線11を形成する部分に流れ出す。そのため、印刷されるインクの量にばらつきがあっても、第2の信号線11の膜厚のずれを小さくすることができる。
In the method of forming the organic TFT of Example 2, the dimension of the
次に、図4(e)に示すように、有機半導体膜7を形成する。
Next, as shown in FIG. 4E, an
その後、図4(f)および図4(g)に示すように、第1の信号線10の上、第2の信号線11の上、およびソース電極5の上のそれぞれにコンタクトホール14を有する保護膜13を形成する。コンタクトホール14を有する保護膜13の形成方法は、従来より種々の方法が知られており、実施例2の半導体装置の製造方法では、そのいずれかを用いればよい。
Thereafter, as shown in FIGS. 4F and 4G, contact holes 14 are formed on the
また、具体例の説明は省略するが、この後、保護膜13の上に配線や絶縁膜を形成することで、所定の動作をする回路を形成することができる。
Although a description of a specific example is omitted, a circuit that performs a predetermined operation can be formed by forming a wiring or an insulating film on the
このように、第1の信号線10とゲート電極2を一体形成し、第2の信号線11とドレイン電極6を一体形成すると、実施例1で挙げたような構成の有機TFTをマトリクス状に配置した回路を形成する場合に比べて、効率よく半導体装置を製造することができる。
As described above, when the
本願発明者らが、上記の手順で、有機TFTがマトリクス状に配置された半導体装置を製造し、それぞれの有機TFTの特性(たとえば、移動度など)を測定したところ、特性のばらつきがほとんど無いことが確認された。 The inventors of the present invention manufactured a semiconductor device in which organic TFTs are arranged in a matrix by the above procedure, and measured the characteristics (for example, mobility) of each organic TFT. It was confirmed.
以上説明したように、実施例2の半導体装置の製造方法によれば、有機TFTの特性の劣化や、複数の有機TFT間の特性のばらつきを低減することができる。 As described above, according to the method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment, it is possible to reduce the deterioration of the characteristics of the organic TFT and the dispersion of characteristics among the plurality of organic TFTs.
また、実施例2の半導体装置の製造方法によれば、複数の有機TFTがマトリクス状に配置されている回路を効率よく形成することができる。 In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device of Example 2, a circuit in which a plurality of organic TFTs are arranged in a matrix can be efficiently formed.
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。 The present invention has been specifically described above based on the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.
たとえば、実施例1では、絶縁基板1の上に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、および有機半導体膜7を、この順番で積層したボトムゲート型の有機TFTを例に挙げ、その形成方法について説明した。しかしながら、実施例1で説明した有機TFTの形成方法における自己組織化膜4の形成方法は、これに限らず、絶縁基板1の上に、有機半導体膜7、ゲート絶縁膜3、およびゲート電極2を、この順番で積層するトップゲート型の有機TFTの形成方法にも適用できる。
For example, in Example 1, a bottom gate type organic TFT in which a
トップゲート型の有機TFTを形成するときには、たとえば、まず、絶縁基板1の表面に、ソース電極5およびドレイン電極6を形成する。次に、有機半導体膜7を形成する。次に、ゲート絶縁膜3を形成する。次に、自己組織化膜4を形成する。次に、ゲート電極2や配線801,802,803などを形成する。このとき、自己組織化膜4を、実施例1で説明したような方法で形成すれば、ソース電極5およびドレイン電極6と、ゲート電極2との位置ずれを、たとえば、1μm以下にすることができる。
When forming the top gate type organic TFT, for example, first, the
また、実施例1および実施例2では、自己組織化膜4を形成するときに、絶縁基板1の裏面、すなわちゲート電極2などが形成された面とは反対側の面から光を照射して、未露光膜4’を露光している。しかしながら、未露光膜4’を露光するときには、たとえば、絶縁基板1のゲート電極などが形成された面から光を照射することも可能である。
In Example 1 and Example 2, when the self-assembled
自己組織化膜4を形成するときに、絶縁基板1の、ゲート電極などが形成された面から光を照射して露光する場合は、たとえば、直描露光機のような、パターン描画機能を持つ露光機を用いればよい。
When the self-assembled
また、パターン描画機能を持つ露光機で未露光膜4’を露光する場合は、自己組織化膜4において親水性を示す領域(第2の領域4b)の形状の自由度が高くなる。そのため、自己組織化膜4を、有機TFTの電極のようにすでに形成されている導電膜との位置合わせのためではなく、たとえば、スルーホールで下層の導電膜と接続する配線を形成するときの位置合わせの精度や、微細な配線の寸法の精度を高めるために利用することもできる。
Further, when the
図5(a)乃至図5(c)は、本発明に関わる有機TFTの形成方法の応用例の1つを説明するための模式図である。
図5(a)は、本発明を応用して形成する配線の一例を説明するための模式平面図および模式断面図である。図5(b)は、自己組織化膜の露光方法の一例を説明するための模式斜視図である。図5(c)は、本発明を応用して形成された配線の一例を示す模式平面図および模式断面図である。
FIG. 5A to FIG. 5C are schematic views for explaining one application example of the organic TFT forming method according to the present invention.
FIG. 5A is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining an example of a wiring formed by applying the present invention. FIG. 5B is a schematic perspective view for explaining an example of an exposure method for the self-assembled film. FIG. 5C is a schematic plan view and a schematic cross-sectional view showing an example of a wiring formed by applying the present invention.
なお、図5(a)および図5(c)は、上側の図(P)がそれぞれの平面構成の一例を示す模式平面図であり、下側の図(S)が上側の図(P)のL4−L4’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 5A and 5C are schematic plan views in which the upper diagram (P) shows an example of the respective planar configurations, and the lower diagram (S) is the upper diagram (P). It is a schematic cross section which shows an example of the cross-sectional structure in line L4-L4 '.
本明細書では、本発明の有機TFTの形成方法を応用した配線の形成方法の一例として、たとえば、スルーホールで下層にある第1の配線と接続される第2の配線の形成方法を挙げる。 In this specification, as an example of a wiring forming method to which the organic TFT forming method of the present invention is applied, for example, a forming method of a second wiring connected to a first wiring in a lower layer through a through hole is given.
このとき、絶縁基板1の表面には、まず、たとえば、図5(a)に示すように、配線804,805、スルーホール14を有する絶縁層3、感光性シランカップリング剤でなる未露光膜4’を形成する。なお、図5(a)の上側の図(P)に点線は、未露光膜4’を露光して得られる自己組織化膜4の上に形成する配線806の外形を示している。
At this time, on the surface of the insulating
未露光膜4’は、実施例1で説明したように、感光性シランカップリング剤および有機酸を溶かした溶媒に、絶縁層3までが形成された絶縁基板1を浸して形成する。このとき、感光性シランカップリング剤は、たとえば、絶縁層3の表面に、選択的に結合する。そのため、スルーホール14の底面には、配線804,805が露出している。
As described in Example 1, the
次に、未露光膜4’を露光して、自己組織化膜4を形成する。未露光膜4’の露光は、たとえば、図5(b)に示すように、x方向およびy方向に移動させることが可能な光学系16を有する露光機を用いて、配線806を形成する領域15のみに光を照射する。その後、リンス液を用いて表面処理を行う。こうして得られる自己組織化膜4は、配線806を形成する領域15の表面のみが親水性を示す。
Next, the
次に、たとえば、インクジェット印刷法で、銅のナノ微粒子を溶かした溶液でなるインクを配線806を形成する領域15に印刷する。このとき、たとえば、インクを印刷する領域がずれることがある。しかしながら、上記のような自己組織化膜4を形成しておけば、インクの印刷位置が多少ずれても、自己整合的に、親水性を示す領域15(配線806を形成する領域)にインクが凝集する。そのため、たとえば、図5(c)に示すように、配線805と配線806とを確実に接続することができる。
Next, for example, ink formed of a solution in which copper nanoparticles are dissolved is printed on the
なお、未露光膜4’の形成に用いる感光性シランカップリング剤の種類や、スルーホール14の大きさによっては、たとえば、スルーホール14の底面で配線804,805を覆う未露光膜4’が形成されることもある。しかしながら、未露光膜4’は、膜厚が1.0nm程度と非常に薄い。そのため、配線805と配線806との間に自己組織化膜4が介在していても、導電性は十分確保できる。
Depending on the type of the photosensitive silane coupling agent used to form the
1…絶縁基板
2…ゲート電極
3…ゲート絶縁膜(絶縁層)
4…自己組織化膜
4’…未露光膜
5…ソース電極
6…ドレイン電極
7…有機半導体膜
801,802,803,804,805,806…配線
9…光
10…第1の信号線
11…第2の信号線
12…遮光部材
13…保護膜
14…コンタクトホール(スルーホール)
15…配線806を形成する領域
16…光学系
DESCRIPTION OF
4 ... Self-assembled film 4 '...
15 ... Region for forming
Claims (20)
前記MISFETを形成する工程は、前記絶縁基板の上に第1の導電層を形成する第1の工程と、
前記第1の導電層を覆うか、または前記第1の導電層と交差するゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に感光性のシランカップリング剤でなる単分子膜を形成する第3の工程と、
前記単分子膜の前記第1の導電層とは重ならない領域のうちの、あらかじめ定められた領域のみを感光させる第4の工程と、
前記単分子膜のうちの、前記第4の工程で感光させた領域の上に第2の導電層を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の後、または前記第1の工程と前記第2の工程との間のいずれかで行う、有機半導体でなる半導体層を形成する第6の工程とを有し、
前記第5の工程は、溶液状の導電性材料を用いて前記第2の導電層を形成し、
前記第3の工程は、下記構造式1で表され、かつ、感光させることで下記構造式1におけるAの末端のうちの、メチレン基(−CH2−)と結合しているほうとは反対側の末端が疎水基から親水基に変化する前記シランカップリング剤と、有機酸とを、有機溶媒に溶かした溶液を用いて前記単分子膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The step of forming the MISFET includes a first step of forming a first conductive layer on the insulating substrate,
A second step of forming a gate insulating film that covers the first conductive layer or intersects the first conductive layer;
A third step of forming a monomolecular film made of a photosensitive silane coupling agent on the gate insulating film;
A fourth step of exposing only a predetermined region of the monomolecular film that does not overlap with the first conductive layer;
A fifth step of forming a second conductive layer on the region of the monomolecular film exposed in the fourth step;
A sixth step of forming a semiconductor layer made of an organic semiconductor, which is performed either after the fifth step or between the first step and the second step,
In the fifth step, the second conductive layer is formed using a solution-like conductive material,
The third step is represented by the following structural formula 1 and is opposite to the one bonded to the methylene group (—CH 2 —) at the end of A in the following structural formula 1 by exposing it to light. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming the monomolecular film using a solution in which an organic acid is dissolved in an organic solvent and the silane coupling agent whose end on the side changes from a hydrophobic group to a hydrophilic group .
前記第1の工程は、前記MISFETのゲート電極を形成し、
前記第5の工程は、前記MISFETのソース電極およびドレイン電極を形成する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。 The sixth step is performed after the fifth step,
In the first step, a gate electrode of the MISFET is formed,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the fifth step, a source electrode and a drain electrode of the MISFET are formed.
前記第1の工程は、前記MISFETのソース電極およびドレイン電極を形成し、
前記第5の工程は、前記MISFETのゲート電極を形成する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。 The sixth step is performed between the first step and the second step,
The first step forms a source electrode and a drain electrode of the MISFET,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the fifth step forms a gate electrode of the MISFET.
前記第1の導電層は、遮光性を有する導電体で形成し、
前記絶縁層は、透光性を有する絶縁体で形成し、
前記第4の工程は、前記絶縁基板の、前記第1の導電層、前記絶縁層、および前記単分子膜が形成されている面とは反対側の面から前記単分子膜に光を照射して行う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。 The insulating substrate uses a substrate having translucency,
The first conductive layer is formed of a light-shielding conductor,
The insulating layer is formed of a light-transmitting insulator,
In the fourth step, the monomolecular film is irradiated with light from the surface of the insulating substrate opposite to the surface on which the first conductive layer, the insulating layer, and the monomolecular film are formed. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記MISFETは、前記絶縁基板の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の全体を覆うか、または前記ゲート電極と交差するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられた単分子膜と、
前記単分子膜の上に設けられたソース電極、ドレイン電極、および有機半導体層とを有し、
前記単分子膜を構成する分子は、それぞれ、前記絶縁層との界面側の端部に、メチレン基(−CH2−)と結合しているケイ素原子を有し、かつ、
前記単分子膜は、前記ケイ素原子に一価の原子または基が結合している第1の分子と、前記ケイ素原子に前記一価の原子または基が結合していない第2の分子とを有し、
前記第2の分子の数が、前記第1の分子の数よりも多いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a plurality of MISFETs provided on an insulating substrate,
The MISFET includes a gate electrode provided on the insulating substrate;
A gate insulating film covering the entire gate electrode or intersecting the gate electrode;
A monomolecular film provided on the gate insulating film;
A source electrode, a drain electrode, and an organic semiconductor layer provided on the monomolecular film;
Each of the molecules constituting the monomolecular film has a silicon atom bonded to a methylene group (—CH 2 —) at an end on the interface side with the insulating layer, and
The monomolecular film has a first molecule in which a monovalent atom or group is bonded to the silicon atom, and a second molecule in which the monovalent atom or group is not bonded to the silicon atom. And
The semiconductor device, wherein the number of the second molecules is larger than the number of the first molecules.
前記単分子膜を構成する分子のうちの、前記第1の領域にある分子と、前記第2の領域にある分子とは、前記絶縁層に近いほうとは反対側の末端の基が異なることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。 The monomolecular film has a first region that overlaps the source electrode or the drain electrode, and a second region that does not overlap,
Of the molecules constituting the monomolecular film, the molecule in the first region and the molecule in the second region have different terminal groups on the opposite side from the one close to the insulating layer. The semiconductor device according to claim 13.
前記MISFETは、前記絶縁基板の上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の全体を覆うか、または前記ソース電極および前記ドレイン電極と交差する有機半導体層と、
前記有機半導体層の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられた単分子膜と、
前記単分子膜の上に設けられたゲート電極とを有し、
前記単分子膜を構成する分子は、それぞれ、前記絶縁層との界面側の端部に、メチレン基(−CH2−)と結合しているケイ素原子を有し、かつ、
前記単分子膜は、前記ケイ素原子に一価の原子または基が結合している第1の分子と、前記ケイ素原子に前記一価の原子または基が結合していない第2の分子とを有し、
前記第2の分子の数が、前記第1の分子の数よりも多いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a plurality of MISFETs provided on an insulating substrate,
The MISFET includes a source electrode and a drain electrode provided on the insulating substrate,
An organic semiconductor layer covering the source electrode and the drain electrode or intersecting the source electrode and the drain electrode;
A gate insulating film provided on the organic semiconductor layer;
A monomolecular film provided on the gate insulating film;
A gate electrode provided on the monomolecular film,
Each of the molecules constituting the monomolecular film has a silicon atom bonded to a methylene group (—CH 2 —) at an end on the interface side with the insulating layer, and
The monomolecular film has a first molecule in which a monovalent atom or group is bonded to the silicon atom, and a second molecule in which the monovalent atom or group is not bonded to the silicon atom. And
The semiconductor device, wherein the number of the second molecules is larger than the number of the first molecules.
前記単分子膜を構成する分子のうちの、前記第1の領域にある分子と、前記第2の領域にある分子とは、前記絶縁層に近いほうとは反対側の末端の基が異なることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。 The monomolecular film has a first region that overlaps with the gate electrode and a second region that does not overlap,
Of the molecules constituting the monomolecular film, the molecule in the first region and the molecule in the second region have different terminal groups on the opposite side from the one close to the insulating layer. The semiconductor device according to claim 15.
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JP2016179982A (en) * | 2011-08-10 | 2016-10-13 | 日産化学工業株式会社 | Novel silane compound having sulfone structure |
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