JP7638536B2 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 (1) 公開1 ▲1▼発行日 : 令和2年(2020年)2月28日 ▲2▼刊行物 : 第67回 応用物理学会春季学術講演会 予稿集 ▲3▼公開者 : 北原暁、井上悟、東野寿樹、井川光弘、松岡悟志、荒井俊人及び長谷川達生 ▲4▼公開された発明の内容: 北原暁らが、第67回 応用物理学会春季学術講演会 予稿集にて、長谷川達生、北原暁、井上悟、荒井俊人及び井川光弘が発明した半導体装置及びその製造方法に関する研究の一部を公開した。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (1) Disclosure 1 ▲1▼ Publication date: February 28, 2020 ▲2▼ Publication: Proceedings of the 67th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics ▲3▼ Discloser: Kitahara Akira, Inoue Satoru, Higashino Hisaki, Ikawa Mitsuhiro, Matsuoka Satoshi, Arai Toshihito, and Hasegawa Tatsuo ▲4▼ Disclosed content of invention: Kitahara Akira et al. have disclosed part of the research on the semiconductor device and its manufacturing method invented by Hasegawa Tatsuo, Kitahara Akira, Inoue Satoru, Arai Toshihito, and Ikawa Mitsuhiro in the Proceedings of the 67th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics.
特許法第30条第2項適用 (2) 公開2 ▲1▼発行日 : 令和2年(2020年)8月26日 ▲2▼刊行物 : 第81回 応用物理学会秋季学術講演会 予稿集 ▲3▼公開者 : 北原暁、井上悟、東野寿樹、井川光弘、松岡悟志、荒井俊人及び長谷川達生 ▲4▼公開された発明の内容: 北原暁らが、第81回 応用物理学会秋季学術講演会予稿集にて、長谷川達生、北原暁、井上悟、荒井俊人及び井川光弘が発明した半導体装置及びその製造方法に関する研究の一部を公開した。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (2) Disclosure 2 ▲1▼ Publication date: August 26, 2020 ▲2▼ Publication: Proceedings of the 81st Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics ▲3▼ Discloser: Kitahara Akira, Inoue Satoru, Higashino Hisaki, Ikawa Mitsuhiro, Matsuoka Satoshi, Arai Toshihito, and Hasegawa Tatsuo ▲4▼ Disclosed content of invention: Kitahara Akira et al. disclosed part of the research on the semiconductor device and its manufacturing method invented by Hasegawa Tatsuo, Kitahara Akira, Inoue Satoru, Arai Toshihito, and Ikawa Mitsuhiro in the Proceedings of the 81st Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics.
特許法第30条第2項適用 (3) 公開3 ▲1▼開催日 : 令和2年(2020年)9月9日 ▲2▼集会名、開催場所 : 第81回 応用物理学会秋季学術講演会(2020年9月8日~9月11日、オンライン開催) ▲3▼公開者 : 北原暁、井上悟、東野寿樹、井川光弘、松岡悟志、荒井俊人及び長谷川達生 ▲4▼公開された発明の内容: 北原暁らが、第81回 応用物理学会秋季学術講演会にて、長谷川達生、北原暁、井上悟、荒井俊人及び井川光弘が発明した半導体装置及びその製造方法に関する研究の一部を公開した。Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act (3) Disclosure3 ▲1▼ Date: September 9, 2020 ▲2▼ Name and location of meeting: 81st Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics (September 8-11, 2020, held online) ▲3▼ Disclosers: Kitahara Akira, Inoue Satoru, Higashino Hisaki, Ikawa Mitsuhiro, Matsuoka Satoshi, Arai Toshihito, and Hasegawa Tatsuo ▲4▼ Disclosed invention: Kitahara Akira et al. disclosed part of the research on the semiconductor device and its manufacturing method invented by Hasegawa Tatsuo, Kitahara Akira, Inoue Satoru, Arai Toshihito, and Ikawa Mitsuhiro at the 81st Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics.
特許法第30条第2項適用 (4) 公開4 ▲1▼ウェブサイトの掲載日: 令和2年(2020年)10月7日 ▲2▼ウェブサイトのアドレス:https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.abc8847 ▲3▼公開者 : 北原暁、井上悟、東野寿樹、井川光弘、林太一、松岡悟志、荒井俊人及び長谷川達生 ▲4▼公開された発明の内容: 北原暁らが、上記アドレスのウェブサイト(Science Advancesオンライン版、Sci.Adv.2020;6:eabc8847)にて、長谷川達生、北原暁、井上悟、荒井俊人及び井川光弘が発明した半導体装置及びその製造方法に関する研究の一部について公開した。(4) Publication 4 ▲1▼ Date of website posting: October 7, 2020 ▲2▼ Website address: https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv. abc8847 ▲3▼ Disclosure: Akira Kitahara, Satoru Inoue, Hisaki Higashino, Mitsuhiro Ikawa, Taichi Hayashi, Satoshi Matsuoka, Toshihito Arai, and Tatsuo Hasegawa ▲4▼ Disclosed content of the invention: Akira Kitahara et al. have disclosed part of the research on the semiconductor device and its manufacturing method invented by Tatsuo Hasegawa, Akira Kitahara, Satoru Inoue, Toshihito Arai, and Mitsuhiro Ikawa on the website at the above address (Science Advances online edition, Sci. Adv. 2020; 6: eabc8847).
特許法第30条第2項適用 (5) 公開5 ▲1▼ウェブサイトの掲載日: 令和2年(2020年)10月8日 ▲2▼ウェブサイトのアドレス:https://www.t.u-tokyo.ac.jp/hubfs/shared-old/press/data/setnws_202010081143074640368929_710188.pdf ▲3▼公開者 : 国立大学法人東京大学 ▲4▼公開された発明の内容: 国立大学法人東京大学が、上記アドレスのウェブサイトにてプレスリリースとして、長谷川達生、北原暁、井上悟、荒井俊人及び井川光弘が発明した半導体装置及びその製造方法に関する研究の一部について公開した。Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies (5) Disclosure 5 ▲1▼ Date of website posting: October 8, 2020 ▲2▼ Website address: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/hubfs/shared-old/press/data/setnws_202010081143074640368929_710188.pdf ▲3▼ Disclosure: National University Corporation, University of Tokyo ▲4▼ Disclosure of invention: National University Corporation, University of Tokyo has disclosed a part of the research on the semiconductor device and its manufacturing method invented by Tatsuo Hasegawa, Akira Kitahara, Satoru Inoue, Toshihito Arai, and Mitsuhiro Ikawa as a press release on the website at the above address.
本発明の一態様は、薄膜トランジスタを含む半導体装置に関する。また、本発明の一態様は、塗布プロセスを用いる当該半導体装置の製造方法に関する。One aspect of the present invention relates to a semiconductor device including a thin film transistor. Another aspect of the present invention relates to a method for manufacturing the semiconductor device using a coating process.
有機半導体化合物を溶媒に溶解し、得られた溶液を塗布することによって有機半導体膜を製膜することができる。シリコン等によって構成される無機半導体膜を製膜する際には真空プロセスが必要となるのに対して、有機半導体膜は、このような真空プロセスを用いることなく製膜することが可能である。そのため、その製造コストは比較的安価である。また、製膜が行われるチャンバー内を真空に減圧する必要もないため、有機半導体膜の製膜を大型のチャンバー内において行うことも比較的容易である。そして、この場合には有機半導体膜を含む半導体素子を大面積且つ大量に製造することが可能である。加えて、有機半導体膜は、無機半導体膜を製膜する際に必要とされる高温加熱プロセスを用いることなく製膜される。そのため、有機半導体膜の製膜が行われる基体は、耐熱性の基体に限定されることなく、比較的安価なプラスチック材料からなるフレキシブル基体であってもよい。その結果、無機半導体膜を含む半導体素子を用いる場合には困難であったフレキシブルデバイスの製造も現在では可能になっている。このような状況の下、有機半導体膜を含む半導体素子及びそれを含むデバイスの研究開発が盛んに行われるようになっている。An organic semiconductor film can be formed by dissolving an organic semiconductor compound in a solvent and applying the resulting solution. Whereas a vacuum process is required to form an inorganic semiconductor film made of silicon or the like, an organic semiconductor film can be formed without using such a vacuum process. Therefore, the manufacturing cost is relatively low. In addition, since there is no need to reduce the pressure inside the chamber in which the film is formed, it is relatively easy to form the organic semiconductor film in a large chamber. In this case, it is possible to mass-produce a large-area semiconductor element containing an organic semiconductor film. In addition, the organic semiconductor film is formed without using a high-temperature heating process required to form an inorganic semiconductor film. Therefore, the substrate on which the organic semiconductor film is formed is not limited to a heat-resistant substrate, and may be a flexible substrate made of a relatively inexpensive plastic material. As a result, it is now possible to manufacture flexible devices, which were difficult when using semiconductor elements containing inorganic semiconductor films. Under these circumstances, research and development of semiconductor elements containing organic semiconductor films and devices containing them is becoming more and more popular.
有機半導体膜を含む半導体素子の一例としては、有機半導体膜にチャネルが形成される薄膜トランジスタが挙げられる。このようなトランジスタの実用化に向けては、その製造工程(例えば、チャネルとして機能する箇所のみに選択的に有機半導体層を塗布する技術)及び特性(例えば、高キャリア移動度、オンからオフへのスイッチング又はその逆のスイッチングの際にヒステリシスが発生しないこと(ヒステリシスフリーであること)及び閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化すること)を確立することが重要となる。An example of a semiconductor element containing an organic semiconductor film is a thin-film transistor in which a channel is formed in the organic semiconductor film. To put such transistors into practical use, it is important to establish their manufacturing process (e.g., a technique for selectively applying an organic semiconductor layer only to the area that functions as the channel) and characteristics (e.g., high carrier mobility, no hysteresis occurring when switching from on to off or vice versa (hysteresis-free), and a rapid change in drain current near the threshold voltage).
薄膜トランジスタにおいては、ゲート電極膜と、半導体膜とがゲート絶縁膜を介して重畳して配置される。一般的には、半導体膜がゲート絶縁膜を介してゲート電極膜上に配置される構造(ボトムゲート型構造)が採用されることが多い。そして、ゲート電極膜に印加される電圧に応じて、半導体膜のゲート絶縁膜近傍の領域にキャリアのチャネルが形成されるか否かが決定されることになる。ここで、薄膜トランジスタに含まれる有機半導体膜におけるキャリア伝導は、有機半導体膜との界面におけるゲート絶縁膜の物理的・化学的な特性の影響を強く受ける。In a thin-film transistor, a gate electrode film and a semiconductor film are arranged to overlap with each other with a gate insulating film interposed between them. In general, a structure (bottom-gate structure) is often adopted in which the semiconductor film is arranged on the gate electrode film with the gate insulating film interposed between them. Then, depending on the voltage applied to the gate electrode film, it is determined whether or not a carrier channel is formed in the region of the semiconductor film near the gate insulating film. Here, carrier conduction in the organic semiconductor film included in the thin-film transistor is strongly influenced by the physical and chemical properties of the gate insulating film at the interface with the organic semiconductor film.
例えば、特許文献1には、ゲート絶縁膜としてSiO2を用いる場合、その表面に存在する水酸基、酸素及び水がキャリア伝導のトラップサイトとなることが開示されている。このようなゲート絶縁膜の表面を改良する手段として、例えば、非特許文献1には、ゲート絶縁膜界面に自己組織化単分子膜を形成する処理(SAM処理)が有効であることが開示されている。また、非特許文献2には、ゲート絶縁膜として高撥水フッ素樹脂(Cytop(登録商標))を用い、且つ、有機半導体膜としてルブレン単結晶を用いた有機薄膜トランジスタが、ヒステリシスフリー、且つ、著しく急峻なスイッチング特性を示すことが開示されている。ただし、このようなゲート絶縁膜の表面は、当該有機半導体膜に対して極めて高い撥液性を有している。そのため、このようなゲート絶縁膜上における有機半導体膜のパターニングは、後述の煩雑なプロセスを経て行われている。 For example, Patent Document 1 discloses that when SiO 2 is used as a gate insulating film, hydroxyl groups, oxygen, and water present on the surface become trap sites for carrier conduction. As a means for improving the surface of such a gate insulating film, for example, Non-Patent Document 1 discloses that a process for forming a self-assembled monolayer (SAM process) on the interface of the gate insulating film is effective. In addition, Non-Patent Document 2 discloses that an organic thin-film transistor using a highly water-repellent fluororesin (Cytop (registered trademark)) as a gate insulating film and a rubrene single crystal as an organic semiconductor film exhibits hysteresis-free and extremely steep switching characteristics. However, the surface of such a gate insulating film has extremely high liquid repellency against the organic semiconductor film. Therefore, patterning of the organic semiconductor film on such a gate insulating film is performed through a complicated process described later.
有機半導体膜をパターニングする技術としては、例えば、親撥パターンを利用する方法及びバンクを利用する方法が知られている。Known techniques for patterning organic semiconductor films include, for example, a method using a photophilic/phobic pattern and a method using a bank.
親撥パターンを利用する方法としては、ゲート絶縁膜界面にSAM処理を施した後に様々な工夫をしてパターニングする方法が知られている。例えば、特許文献1及び非特許文献3においては、ゲート絶縁膜の全面に対してSAM処理した後にチャネル形成領域となる箇所以外を露光処理により親液化することが開示されている。これにより、当該露光処理が施された箇所では、塗布された有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液がはじかれることが抑制される。さらに、当該露光処理が施された箇所に囲まれた箇所においても有機半導体膜がはじかれることなく残存させることが可能である。他方、非特許文献4においては、ゲート絶縁膜の全面に対してSAM処理した後にチャネル形成領域となる箇所のみを露光処理により親液化することが開示されている。これにより、当該露光処理が施された箇所のみに対して有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液を塗布することが可能である。さらに、特許文献2においては、自己組織化単分子膜の密度の変化を利用した親撥パターンを形成し、有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液を親液部のみに塗布する方法が示されている。As a method of using the affinity-repellency pattern, a method of patterning by various means after performing SAM processing on the gate insulating film interface is known. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 3 disclose that the entire surface of the gate insulating film is made lyophilic by exposure processing except for the area that will become the channel formation area after SAM processing. This suppresses the repulsion of the solution containing the material constituting the applied organic semiconductor film as a solute at the area where the exposure processing has been performed. Furthermore, it is possible to leave the organic semiconductor film without being repelled even in the area surrounded by the area where the exposure processing has been performed. On the other hand, Non-Patent Document 4 discloses that only the area that will become the channel formation area after SAM processing on the entire surface of the gate insulating film is made lyophilic by exposure processing. This makes it possible to apply a solution containing the material constituting the organic semiconductor film as a solute only to the area where the exposure processing has been performed. Furthermore, Patent Document 2 discloses a method of forming an affinity-repellency pattern using the change in density of a self-assembled monolayer, and applying a solution containing the material constituting the organic semiconductor film as a solute only to the lyophilic part.
また、バンクを利用する方法としては、フォトリソグラフィ工程を用いてバンクを形成し、当該バンクによって有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液の流動を阻害することで所望の位置に有機半導体膜を製膜する方法が知られている。例えば、非特許文献5においては、工程当該バンクとしてフッ素樹脂を用いることが開示されている。 As a method of using a bank, a method is known in which a bank is formed using a photolithography process, and the bank inhibits the flow of a solution containing the material constituting the organic semiconductor film as a solute, thereby forming an organic semiconductor film at a desired position. For example, Non-Patent Document 5 discloses the use of a fluororesin as the bank in the process.
本発明の一態様は、従来の方法よりも簡便に製造される薄膜トランジスタを含む半導体装置を提供することを目的の一とする。One aspect of the present invention aims to provide a semiconductor device including a thin film transistor that can be manufactured more easily than conventional methods.
本発明者らは、有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分となる溶媒に対する撥液性を有する絶縁膜上への当該有機半導体膜の製膜に先立って、当該溶媒に対する親液性を有する導電膜を所望の形状に製膜することで、当該有機半導体膜を所望の位置、例えば、トランジスタのチャネル形成領域に製膜できることを見出した。The inventors have discovered that, prior to depositing an organic semiconductor film on an insulating film that is lyophobic to a solvent that is the main component of a solution containing the material that constitutes the organic semiconductor film as a solute, the organic semiconductor film can be deposited in a desired position, for example, in the channel formation region of a transistor, by depositing a conductive film in a desired shape that is lyophilic to the solvent.
すなわち、本発明の一態様の半導体装置は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の上であり、且つ、有機半導体膜の下の層において、ソース及びドレインとして機能する導電膜が所望の形状を備えること、又は、ソース及びドレインとして機能する導電膜とは別に所望の形状を備える導電膜が設けられていることを要旨とする。また、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の上であり、且つ、有機半導体膜の下の層において、ソース及びドレインとして機能する導電膜を所望の形状に製膜すること、又は、ソース及びドレインとして機能する導電膜とは別に所望の形状を備える導電膜を製膜することを要旨とする。That is, the gist of the semiconductor device of one embodiment of the present invention is that a conductive film functioning as a source and drain has a desired shape on an insulating film that functions as a gate insulating film and is located in a layer below an organic semiconductor film, or a conductive film having a desired shape is provided separately from the conductive film that functions as a source and drain. Also, the gist of the manufacturing method of the semiconductor device of one embodiment of the present invention is that a conductive film functioning as a source and drain is formed in a desired shape on an insulating film that functions as a gate insulating film and is located in a layer below an organic semiconductor film, or a conductive film having a desired shape is formed separately from the conductive film that functions as a source and drain.
例えば、第1導電膜と、第1導電膜上の絶縁膜と、絶縁膜上の第2導電膜及び第3導電膜と、絶縁膜、第2導電膜及び第3導電膜上の有機半導体膜とを含み、第2導電膜は、第1方向に沿って延在する部分を含み、第3導電膜は、第2導電膜から見て、第1方向に位置する第1部分と、第2導電膜と第1部分の間の領域から見て、第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分及び第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分と、第2部分から見て、第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分と、第3部分から見て、第4方向に位置する第5部分とを含み、第1部分、2部分の少なくとも一部及び第3部分の少なくとも一部は、連続して延在し、絶縁膜の表面自由エネルギーは、第2導電膜の表面自由エネルギー及び第3導電膜の表面自由エネルギーよりも小さい、半導体装置は、本発明の一態様である。For example, a semiconductor device including a first conductive film, an insulating film on the first conductive film, a second conductive film and a third conductive film on the insulating film, and an organic semiconductor film on the insulating film, the second conductive film, and the third conductive film, wherein the second conductive film includes a portion extending along a first direction, and the third conductive film includes a first portion located in the first direction as viewed from the second conductive film, a second portion located in a second direction perpendicular to the first direction as viewed from a region between the second conductive film and the first portion, and a third portion located in a third direction that is the opposite direction to the second direction, a fourth portion located in a fourth direction that is the opposite direction to the first direction as viewed from the second portion, and a fifth portion located in the fourth direction as viewed from the third portion, wherein at least a portion of the first portion and the second portion and at least a portion of the third portion extend continuously, and the surface free energy of the insulating film is smaller than the surface free energy of the second conductive film and the surface free energy of the third conductive film, is one aspect of the present invention.
また、第1導電膜を製膜する工程と、第1導電膜上に絶縁膜を製膜する工程と、絶縁膜の第1領域及び第2領域に対して紫外線を照射する工程と、記第1領域及び第2領域に第2導電膜及び第3導電膜をそれぞれ製膜する工程と、絶縁膜、第2導電膜及び第3導電膜上に有機半導体膜を製膜する工程とを含み、第1領域は、第1方向に沿って延在し、第2領域は、第1領域から見て、第1方向に位置する第1部分と、第1領域と第1部分の間の領域から見て、第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分及び第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分と、第2部分から見て、第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分と、第3部分から見て、第4方向に位置する第5部分とを含み、第1部分、第2部分の少なくとも一部及び第3部分の少なくとも一部は、連続して延在し、有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分となる溶媒の前記ゲート絶縁膜に対する接触角は、溶媒の第2導電膜及び第3導電膜のそれぞれに対する接触角よりも大きく、有機半導体膜を製膜する工程は、溶液を第4方向に沿って塗布する工程を含む、半導体装置の製造方法も、本発明の一態様である。The method also includes a step of forming a first conductive film, a step of forming an insulating film on the first conductive film, a step of irradiating a first region and a second region of the insulating film with ultraviolet light, a step of forming a second conductive film and a third conductive film on the first region and the second region, respectively, and a step of forming an organic semiconductor film on the insulating film, the second conductive film, and the third conductive film, wherein the first region extends along a first direction, and the second region has a first portion located in the first direction as viewed from the first region, a second portion located in a second direction perpendicular to the first direction as viewed from a region between the first region and the first portion, and a third portion located in a third direction opposite to the second direction. and a fifth portion located in the fourth direction as viewed from the third portion, wherein at least a portion of the first portion, the second portion, and the third portion extend continuously, a contact angle of a solvent that is a main component of a solution containing a material that constitutes the organic semiconductor film as a solute, with respect to the gate insulating film is larger than a contact angle of the solvent with respect to each of the second conductive film and the third conductive film, and the step of forming the organic semiconductor film includes a step of applying the solution along the fourth direction. This is also an aspect of the present invention.
本発明の一態様においては、従来の親撥パターンを利用する方法及びバンクを利用する方法といった煩雑な工程を経ずに有機半導体膜を有する薄膜トランジスタを提供することが可能である。In one aspect of the present invention, it is possible to provide a thin-film transistor having an organic semiconductor film without going through the complicated processes of the conventional method using a photosensitive pattern and the method using a bank.
1 半導体装置の一例
(1)構造について
ア ソース及びドレインとして機能する導電膜が所望の形状を備える場合の一例
図1A及び1Bは、本発明の一態様の半導体装置の一例を示す図である。具体的には、図1Aは半導体装置の上面図であり、また、図1Bは図1Aの線分A-A’における断面図である。また、図2は、図1Aに示される半導体装置から有機半導体膜7を除去した状態を示す上面図である。
1. An Example of a Semiconductor Device (1) Structure A. An example in which a conductive film functioning as a source and a drain has a desired shape Figures 1A and 1B are diagrams showing an example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. Specifically, Figure 1A is a top view of the semiconductor device, and Figure 1B is a cross-sectional view taken along line A-A' in Figure 1A. Figure 2 is a top view showing a state in which an organic semiconductor film 7 has been removed from the semiconductor device shown in Figure 1A.
図1A及び1Bに示される半導体装置は、基体1と、基体1上の下地膜2と、下地膜2上の導電膜3と、導電膜3上の絶縁膜4と、絶縁膜4上の導電膜5及び導電膜6と、絶縁膜4、導電膜5及び導電膜6上の有機半導体膜7とを含む。そして、当該半導体装置は、トランジスタとして機能する。具体的には、導電膜3がゲートとして機能し、導電膜5がソース及びドレインの一方として機能し、導電膜6がソース及びドレインの他方として機能する。1A and 1B includes a substrate 1, an undercoat film 2 on the substrate 1, a conductive film 3 on the undercoat film 2, an insulating film 4 on the conductive film 3, a conductive film 5 and a conductive film 6 on the insulating film 4, and an organic semiconductor film 7 on the insulating film 4, the conductive film 5 and the conductive film 6. The semiconductor device functions as a transistor. Specifically, the conductive film 3 functions as a gate, the conductive film 5 functions as one of the source and drain, and the conductive film 6 functions as the other of the source and drain.
導電膜5及び6は、絶縁膜4上にあり、且つ、有機半導体膜7の下にある層において、互いに分離して配置されている。そして、導電膜5は、図1A及び2の紙面上において左から右に向かって延在する部分を含む。また、導電膜6は、図1A及び2の紙面上において導電膜5の右側の末端を囲むように延在する。換言すると、導電膜5は、第1方向に沿って延在し、導電膜6は、導電膜5から見て、第1方向に位置する第1部分6-1と、導電膜5と第1部分6-1の間の領域8-1から見て、第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分6-2及び第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分6-3と、第2部分6-2から見て、第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分6-4と、第3部分6-3から見て、第4方向に位置する第5部分6-5とを含む。The conductive films 5 and 6 are disposed on the insulating film 4 and separated from each other in a layer below the organic semiconductor film 7. The conductive film 5 includes a portion extending from left to right on the paper surface of FIGS. 1A and 2. The conductive film 6 extends so as to surround the right end of the conductive film 5 on the paper surface of FIGS. 1A and 2. In other words, the conductive film 5 extends along the first direction, and the conductive film 6 includes a first portion 6-1 located in the first direction as viewed from the conductive film 5, a second portion 6-2 located in a second direction perpendicular to the first direction as viewed from the region 8-1 between the conductive film 5 and the first portion 6-1, a third portion 6-3 located in a third direction opposite to the second direction, a fourth portion 6-4 located in a fourth direction opposite to the first direction as viewed from the second portion 6-2, and a fifth portion 6-5 located in the fourth direction as viewed from the third portion 6-3.
また、図1A及び2に示される導電膜6の形状は、「コ」の字状であると表現することもできる。具体的には、導電膜6は、導電膜5が延在する方向、すなわち、上記の第1方向及び第4方向に沿って延在する上方部分及び下方部分と、導電膜5が延在する方向と直交する方向、すなわち、上記の第2方向及び第3方向に沿って延在する中間部分とからなる。そして、典型的には、上方部分の第1方向側の末端と中間部分の第2方向側の末端が連続し、且つ、下方部分の第1方向側の末端と中間部分の第3方向側の末端が連続している。ただし、後述する有機半導体膜6の製膜に支障がない限り、上方部分の第1方向側の末端と中間部分の第2方向側の末端が必ずしも連続せずともよく、これらの末端の間にある程度の空間が存在することもできる。同様に、下方部分の第1方向側の末端と中間部分の第3方向側の末端についても、後述する有機半導体膜の製膜に支障がない限り、これらの末端は必ずしも連続せずともよく、両末端の間にある程度の空間が存在することもできる。なお、当該中間部分は、図1A及び2に示される第1部分6-1を含む。また、当該上方部分は、図1A及び2に示される第2部分6-2及び第4部分6-4を含む。また、当該下方部分は、図1A及び2に示される第3部分6-3及び第5部分6-5を含む。そして、導電膜6は、導電膜5の少なくとも一部が、当該上方部分と当該下方部分の間に位置するように配置されている。 The shape of the conductive film 6 shown in Figures 1A and 2 can also be expressed as a "U" shape. Specifically, the conductive film 6 is composed of an upper part and a lower part extending in the direction in which the conductive film 5 extends, i.e., along the first direction and the fourth direction described above, and an intermediate part extending in a direction perpendicular to the direction in which the conductive film 5 extends, i.e., along the second direction and the third direction described above. Typically, the end of the upper part on the first direction side and the end of the intermediate part on the second direction side are continuous, and the end of the lower part on the first direction side and the end of the intermediate part on the third direction side are continuous. However, as long as there is no hindrance to the formation of the organic semiconductor film 6 described later, the end of the upper part on the first direction side and the end of the intermediate part on the second direction side do not necessarily have to be continuous, and there can be a certain amount of space between these ends. Similarly, as long as there is no hindrance to the formation of the organic semiconductor film described later, the end of the lower part on the first direction side and the end of the intermediate part on the third direction side do not necessarily have to be continuous, and there can be a certain amount of space between both ends. The intermediate portion includes a first portion 6-1 shown in Figures 1A and 2. The upper portion includes a second portion 6-2 and a fourth portion 6-4 shown in Figures 1A and 2. The lower portion includes a third portion 6-3 and a fifth portion 6-5 shown in Figures 1A and 2. The conductive film 6 is disposed such that at least a portion of the conductive film 5 is located between the upper portion and the lower portion.
イ ソース及びドレインとして機能する導電膜とは別に所望の形状を備える導電膜が設けられている場合の一例
図3A及び3Bは、本発明の一態様の半導体装置の他の一例を示す図である。具体的には、図3Aは半導体装置の上面図であり、また、図3Bは図3Aの線分B-B’における断面図である。また、図4は、図3Aに示される半導体装置から有機半導体膜25を除去した状態を示す上面図である。
3A and 3B are diagrams showing another example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. Specifically, Fig. 3A is a top view of the semiconductor device, and Fig. 3B is a cross-sectional view taken along line B-B' in Fig. 3A. Fig. 4 is a top view showing a state in which the organic semiconductor film 25 has been removed from the semiconductor device shown in Fig. 3A.
図3A及び3Bに示される半導体装置は、基体11と、基体11上の下地膜13と、下地膜13上の導電膜15と、導電膜15上の絶縁膜17と、絶縁膜17上の導電膜19、21及び23と、絶縁膜17及び導電膜19、21及び23上の有機半導体膜25とを含む。そして、当該半導体装置は、トランジスタとして機能する。具体的には、導電膜15がゲートとして機能し、導電膜19がソース及びドレインの一方として機能し、導電膜21がソース及びドレインの他方として機能する。3A and 3B includes a substrate 11, an undercoat film 13 on the substrate 11, a conductive film 15 on the undercoat film 13, an insulating film 17 on the conductive film 15, conductive films 19, 21, and 23 on the insulating film 17, and an organic semiconductor film 25 on the insulating film 17 and the conductive films 19, 21, and 23. The semiconductor device functions as a transistor. Specifically, the conductive film 15 functions as a gate, the conductive film 19 functions as one of the source and drain, and the conductive film 21 functions as the other of the source and drain.
導電膜19、21及び23は、絶縁膜17上にあり、且つ、有機半導体膜25の下にある層において、互いに分離して配置されている。そして、導電膜19及び21は、図3A及び4の紙面上において左から右に向かって略平行に延在する部分を含む。また、導電膜23は、図3A及び4の紙面上において導電膜19及び21の右側の末端を囲むように延在する。換言すると、導電膜19及び21は、第1方向に沿って略平行に延在し、導電膜23は、導電膜19及び21から見て、第1方向に位置する第1部分23-1と、導電膜19及び21と第1部分23-1の間の領域30-1から見て、第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分23-2及び第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分23-3と、第2部分23-2から見て、第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分23-4と、第3部分23-3から見て、第4方向に位置する第5部分23-5とを含む。Conductive films 19, 21, and 23 are disposed on insulating film 17 and separated from one another in a layer below organic semiconductor film 25. Conductive films 19 and 21 include portions that extend approximately parallel from left to right on the paper of Figures 3A and 4. Conductive film 23 extends so as to surround the right ends of conductive films 19 and 21 on the paper of Figures 3A and 4. In other words, the conductive films 19 and 21 extend approximately parallel to the first direction, and the conductive film 23 includes a first portion 23-1 located in the first direction when viewed from the conductive films 19 and 21, a second portion 23-2 located in a second direction perpendicular to the first direction when viewed from a region 30-1 between the conductive films 19 and 21 and the first portion 23-1, a third portion 23-3 located in a third direction that is the opposite direction to the second direction, a fourth portion 23-4 located in a fourth direction that is the opposite direction to the first direction when viewed from the second portion 23-2, and a fifth portion 23-5 located in the fourth direction when viewed from the third portion 23-3.
また、図3A及び4に示される導電膜23の形状は、図1A及び2に示される導電膜6と同様に「コ」の字状であると表現することもできる。 In addition, the shape of the conductive film 23 shown in Figures 3A and 4 can also be described as being U-shaped, similar to the conductive film 6 shown in Figures 1A and 2.
ウ 半導体装置の構造の特徴について
図1A及び1B並びに3A及び3Bに示される半導体装置においては、絶縁膜4及び17として、有機半導体膜7及び25を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分である溶媒に対する撥液性を有する絶縁膜が適用され、また、ソース及びドレインとして機能する導電膜5、6、19及び21並びに導電膜23として、当該溶媒に対する親液性を有する導電膜が適用されている。すなわち、絶縁膜4及び17の表面自由エネルギーは、導電膜5、6、19、21及び23の表面自由エネルギーよりも小さい。そのため、当該溶媒の絶縁膜4及び17に対する接触角は、当該溶媒の導電膜5、6、19、21及び23のそれぞれに対する接触角よりも大きくなる。
1A and 1B and 3A and 3B, an insulating film having liquid repellency to a solvent that is a main component of a solution containing, as a solute, the material constituting the organic semiconductor films 7 and 25 is used as the insulating films 4 and 17, and a conductive film having liquid affinity to the solvent is used as the conductive films 5, 6, 19, and 21 functioning as the source and drain, and the conductive film 23. That is, the surface free energy of the insulating films 4 and 17 is smaller than the surface free energy of the conductive films 5, 6, 19, 21, and 23. Therefore, the contact angle of the solvent with respect to the insulating films 4 and 17 is larger than the contact angle of the solvent with respect to each of the conductive films 5, 6, 19, 21, and 23.
なお、導電膜6及び23の形状は、図1A、2、3A及び4に示される形状に限定されない。ただし、薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる導電膜5と導電膜6の間の領域(図1A及び2参照)又は導電膜19と導電膜21の間の領域(図3A及び4参照)における絶縁膜4又は17上に有機半導体膜7又は25を製膜するために以下のような形状に製膜される必要がある。The shapes of the conductive films 6 and 23 are not limited to those shown in Figures 1A, 2, 3A, and 4. However, in order to deposit the organic semiconductor film 7 or 25 on the insulating film 4 or 17 in the region between the conductive film 5 and the conductive film 6 (see Figures 1A and 2) or the region between the conductive film 19 and the conductive film 21 (see Figures 3A and 4), which will be the channel formation region of the thin film transistor, the conductive films 6 and 23 need to be deposited in the following shapes.
まず、後述する有機半導体膜7又は25の製膜工程において、有機半導体膜7又は25を構成する材料を溶質として含む溶液は、図1A、2、3A及び4の紙面上において、右から左に向かって、すなわち、上記の第4方向に沿って塗布される。上述のとおり、絶縁膜4及び17は当該溶液の主成分である溶媒に対する撥液性を有し、また、導電膜6及び23は当該溶媒に対する親液性を有するため、当該溶液の塗布は、導電膜6及び23と当該溶液の接触を契機として開始されることになる。なお、本明細書において、塗布が開始されるとは、塗装される溶液がブレード及びローラ等の塗布部材から分離・独立して被塗装物上に残存し始めることを言う。そして、当該溶液の塗布は、薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる導電膜5と導電膜6の間の領域(図1A及び2参照)又は導電膜19と導電膜21の間の領域(図3A及び4参照)における絶縁膜4又は17と、当該溶液とが接触する前に開始されなければならない。そのため、導電膜6は、導電膜5から見て、上記の第1方向に存在する部分(例えば、第1部分6-1)を含むような形状に製膜される必要がある。同様に、導電膜23は、導電膜19及び導電膜21から見て、上記の第1方向に存在する部分(例えば、第1部分23-1)を含むような形状に製膜される必要がある。First, in the film-forming process of the organic semiconductor film 7 or 25 described later, a solution containing the material constituting the organic semiconductor film 7 or 25 as a solute is applied from right to left on the paper surface of Figures 1A, 2, 3A, and 4, that is, along the fourth direction described above. As described above, the insulating films 4 and 17 are liquid-repellent to the solvent that is the main component of the solution, and the conductive films 6 and 23 are lyophilic to the solvent, so that application of the solution is started when the conductive films 6 and 23 come into contact with the solution. In this specification, the start of application means that the solution to be applied is separated and independent from the application member such as a blade or roller and begins to remain on the object to be applied. And, application of the solution must be started before the solution comes into contact with the insulating film 4 or 17 in the region between the conductive film 5 and the conductive film 6 (see Figures 1A and 2) or the region between the conductive film 19 and the conductive film 21 (see Figures 3A and 4), which will be the channel formation region of the thin film transistor. Therefore, the conductive film 6 needs to be formed into a shape that includes a portion (e.g., first portion 6-1) existing in the first direction when viewed from the conductive film 5. Similarly, the conductive film 23 needs to be formed into a shape that includes a portion (e.g., first portion 23-1) existing in the first direction when viewed from the conductive films 19 and 21.
また、後述する有機半導体膜7及び25の製膜工程において、溶液に溶質として含まれる有機半導体膜7及び25を構成する材料が、その塗布方向における導電膜5と、導電膜6との間の領域(図1A及び2に示される領域8-1)又はその塗布方向における導電膜19及び21と、導電膜23との間の領域(図3A及び4に示される領域30-1)に析出して残存する必要がある。換言すると、当該製造工程において、当該溶液が、領域6-1及び30-1から当該溶液が塗布される方向と直交する方向、すなわち、上記の第2方向及び第3方向にはじかれることを防止する必要がある。そのため、導電膜6は、領域8-1から見て、上記の第2方向及び第3方向に存在する部分(例えば、第2部分6-2及び第3部分6-3)を含み、且つ、該部分の少なくとも一部が上記の第1方向に存在する部分(例えば、第1部分6-1)から連続して延在するような形状に製膜される必要がある。同様に、導電膜23は、領域30-1から見て、上記の第2方向及び第3方向に存在する部分(例えば、第2部分23-2及び第3部分23-3)を含み、且つ、該部分の少なくとも一部が上記の第1方向に存在する部分(例えば、第1部分23-1)から連続して延在するような形状に製膜される必要がある。In addition, in the film-forming process of the organic semiconductor films 7 and 25 described later, the material constituting the organic semiconductor films 7 and 25 contained as a solute in the solution must remain precipitated in the region between the conductive film 5 and the conductive film 6 in the coating direction (region 8-1 shown in FIGS. 1A and 2) or in the region between the conductive films 19 and 21 and the conductive film 23 in the coating direction (region 30-1 shown in FIGS. 3A and 4). In other words, in this manufacturing process, it is necessary to prevent the solution from being repelled in a direction perpendicular to the direction in which the solution is applied from the regions 6-1 and 30-1, that is, in the second and third directions. Therefore, the conductive film 6 must be formed into a shape that includes a portion (e.g., the second portion 6-2 and the third portion 6-3) that exists in the second and third directions as viewed from the region 8-1, and at least a part of the portion must extend continuously from the portion (e.g., the first portion 6-1) that exists in the first direction. Similarly, the conductive film 23 needs to be formed into a shape that includes portions existing in the second and third directions (e.g., second portion 23-2 and third portion 23-3) when viewed from region 30-1, and at least a portion of the portions extends continuously from a portion existing in the first direction (e.g., first portion 23-1).
同様に、後述する有機半導体膜7及び25の製膜工程において、溶液に溶質として含まれる有機半導体膜7及び25を構成する材料が、その塗布方向と直交する方向における導電膜5と導電膜6の間の領域(図1A及び2に示される領域8-2及び8-3)に、又は、その塗布方向と直交する方向における導電膜19と導電膜23の間の領域(図3A及び4に示される領域30-2)及び導電膜21と導電膜23の間の領域(図3A及び4に示される領域30-3)にある程度残存する必要がある。換言すると、当該製膜工程において、当該溶液が、領域6-1、6-2、30-1及び領域30-2から当該溶液が塗布される方向、すなわち、上記の第4方向にはじかれることを防止する必要がある。そのため、導電膜6は、上記の第2方向及び第3方向において、導電膜5と重畳する部分(例えば、第4部分6-4及び第5部分6-5)を含むような形状に製膜される必要がある。同様に、導電膜23は、上記の第2方向及び第3方向において、導電膜19及び21と重畳する部分(例えば、第4部分23-4及び第5部分23-5)を含むような形状に製膜される必要がある。Similarly, in the film-forming process of the organic semiconductor films 7 and 25 described later, the material constituting the organic semiconductor films 7 and 25 contained as a solute in the solution must remain to some extent in the region between the conductive film 5 and the conductive film 6 in the direction perpendicular to the application direction (regions 8-2 and 8-3 shown in FIGS. 1A and 2), or in the region between the conductive film 19 and the conductive film 23 in the direction perpendicular to the application direction (region 30-2 shown in FIGS. 3A and 4) and in the region between the conductive film 21 and the conductive film 23 (region 30-3 shown in FIGS. 3A and 4). In other words, in the film-forming process, it is necessary to prevent the solution from being repelled from the regions 6-1, 6-2, 30-1, and 30-2 in the direction in which the solution is applied, that is, in the fourth direction described above. Therefore, the conductive film 6 must be formed in a shape that includes a portion (for example, the fourth portion 6-4 and the fifth portion 6-5) that overlaps with the conductive film 5 in the second and third directions. Similarly, the conductive film 23 needs to be formed in a shape that includes portions (for example, a fourth portion 23-4 and a fifth portion 23-5) that overlap with the conductive films 19 and 21 in the second and third directions.
また、図1A及び1B並びに2においては図示されていないが、導電膜3、5及び6は、他の回路素子(トランジスタ、信号線及び電源線等)と電気的に接続されている。同様に、図3A及び3B並びに4においては図示されていないが、導電膜15、19及び21は、他の回路素子と電気的に接続されている。他方、図3A及び3B並びに4に示される導電膜23は、他の回路素子に接続されていない、すなわち、電気的に孤立している。 Although not shown in Figures 1A, 1B, and 2, conductive films 3, 5, and 6 are electrically connected to other circuit elements (transistors, signal lines, power lines, etc.). Similarly, although not shown in Figures 3A, 3B, and 4, conductive films 15, 19, and 21 are electrically connected to other circuit elements. On the other hand, conductive film 23 shown in Figures 3A, 3B, and 4 is not connected to other circuit elements, i.e., is electrically isolated.
(2)材料について
ア 基体1及び11
基体1及び11として、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)若しくはポリプロピレンのような耐熱性の低いプラスチック基板又はポリカーボネートのような耐熱性の高いプラスチック基板、シリコン基板、ガラス基板等を適用することできる。基体1及び11としてプラスチック基板のようなフレキシブルな基板を適用する場合、半導体装置全体をフレキシブルにすることができるため好ましい。また、基体1及び11としてフッ素樹脂を含浸させたパルプ基板を適用してもよい。
(2) Materials A. Substrates 1 and 11
As the substrates 1 and 11, a plastic substrate having low heat resistance such as polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene, a plastic substrate having high heat resistance such as polycarbonate, a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be used. When a flexible substrate such as a plastic substrate is used as the substrates 1 and 11, it is preferable because the entire semiconductor device can be made flexible. Also, a pulp substrate impregnated with a fluororesin can be used as the substrates 1 and 11.
イ 下地膜2及び13及び絶縁膜4及び17
下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17は、フッ素系樹脂を含んでいてもよい。また、下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17は、フッ素系樹脂からなっていてもよい。なお、下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17の表面は、凹凸のない滑らかな表面であることが好ましい。また、本発明の一態様における下地膜2及び13及び絶縁膜4及び17は、紫外線を照射することにより光化学反応ラジカルを生じる必要がある(詳細は後述する)。そのため、下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17として反応性ラジカルを生じるフッ素系樹脂等のポリマー絶縁材料を適用することが好ましい。
A. Undercoat films 2 and 13 and insulating films 4 and 17
The undercoat films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17 may contain a fluorine-based resin. The undercoat films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17 may be made of a fluorine-based resin. The undercoat films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17 preferably have smooth surfaces without irregularities. In one embodiment of the present invention, the undercoat films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17 must generate photochemically reactive radicals when irradiated with ultraviolet light (details will be described later). For this reason, it is preferable to use a polymer insulating material such as a fluorine-based resin that generates reactive radicals as the undercoat films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17.
当該フッ素系樹脂の一例としては、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、エチレン-クロロトリフルオロエチレンコポリマー、ポリビニリデンフルオライド、パーフルオロエチレンプロペンコポリマー、エチレン- テトラフルオロエチレンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカンやパーフルオロアルキルエーテル環構造を有するフッ素系樹脂等が挙げられる。Examples of such fluororesins include polychlorotrifluoroethylene, polyvinyl fluoride, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, perfluoroethylenepropene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polytetrafluoroethylene, and fluororesins having a perfluoroalkoxyalkane or perfluoroalkyl ether ring structure.
さらに、下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17として、パーフルオロ樹脂、特にパーフルオロアルキルエーテル環構造を有するフッ素系樹脂を用いることがより好ましい。これにより、特性に優れるトランジスタが得られるからである。例えば、パーフルオロ(3ブテニルビニルエーテル)重合体(AGC社製CYTOP(登録商標))又はパーフルオロジメチルジオキソール-テトラフルオロエチレン共重合体(テフロン(登録商標)AF)等は、下地膜2及び13並びに絶縁膜4及び17に適用される材料として特に好ましい。Furthermore, it is more preferable to use a perfluororesin, particularly a fluorine-based resin having a perfluoroalkyl ether ring structure, for the base films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17. This is because a transistor with excellent characteristics can be obtained. For example, perfluoro(3-butenyl vinyl ether) polymer (CYTOP (registered trademark) manufactured by AGC) or perfluorodimethyldioxole-tetrafluoroethylene copolymer (Teflon (registered trademark) AF) are particularly preferable materials to be applied to the base films 2 and 13 and the insulating films 4 and 17.
ウ 導電膜3、5、6、15、19、21及び23
導電膜3、5、6、15、19、21及び23は、金属若しくはそれを含む合金、導電性有機物又は金属ナノ粒子が分散されている有機物を含んでいてもよい。また、導電膜3、5、6、15、19、21及び23は、金属若しくはそれを含む合金、導電性有機物又は金属ナノ粒子が分散されている有機物からなっていてもよい。さらに、図1A及び1B並びに2に示される導電膜5及び6は、同一材料からなっていてもよい。また、図3A及び3B並びに4に示される導電膜19、21及び23は、同一材料からなっていてもよい。この場合、導電膜5及び6又は導電膜19、21及び23を同時に製膜することができるため好ましい。
Conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21 and 23
The conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21, and 23 may contain a metal or an alloy containing the metal, a conductive organic material, or an organic material in which metal nanoparticles are dispersed. The conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21, and 23 may be made of a metal or an alloy containing the metal, a conductive organic material, or an organic material in which metal nanoparticles are dispersed. Furthermore, the conductive films 5 and 6 shown in Figures 1A and 1B and 2 may be made of the same material. The conductive films 19, 21, and 23 shown in Figures 3A and 3B and 4 may be made of the same material. In this case, the conductive films 5 and 6 or the conductive films 19, 21, and 23 can be formed simultaneously, which is preferable.
導電膜3、5、6、15、19、21及び23に含まれる金属又はそれを含む合金の一例としては、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、銅、鉄、鉛、チタン、インジウム等の金属及びそれらを含む合金(InО2、ZnO2、及び酸化インジウムスズ(ITO)等)等が挙げられる。 Examples of metals or alloys containing the same contained in the conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21, and 23 include metals such as platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, copper, iron, lead, titanium, indium, etc., and alloys containing these metals (such as InO2 , ZnO2 , and indium tin oxide (ITO)).
導電膜3、5、6、15、19、21及び23に含まれる導電性有機物としては、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレン等の導電性高分子化合物、カーボンナノチューブ及びグラフェン等が挙げられる。 Examples of conductive organic materials contained in the conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21 and 23 include conductive polymer compounds such as polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylenevinylene, carbon nanotubes and graphene.
導電膜3、5、6、15、19、21及び23に含まれる金属ナノ粒子が分散されている有機物の一例としては、テトラクロロメタン、ベンゼン、ジクロロベンゼン、ジクロロメタン、トルエン、オクタン、テトラリン、メシチレン、ブタノール、メタノール等が挙げられる。Examples of organic substances in which the metal nanoparticles contained in the conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21 and 23 are dispersed include tetrachloromethane, benzene, dichlorobenzene, dichloromethane, toluene, octane, tetralin, mesitylene, butanol, methanol, etc.
当該有機物に分散されている金属ナノ粒子の一例としては、金、銀又は銅を主成分として他の金属元素を含有する金属ナノ粒子が挙げられる。なお、当該金属ナノ粒子は、ナノサイズと一般に呼ばれるサイズ(1μm未満)であり、平均粒径が10nm以上で100nm以下が好ましく、より好ましくは30nm以下である。また、金属ナノ粒子が金又は銀を含む場合、得られる電極膜の導電率が高くなるため好ましい。An example of the metal nanoparticles dispersed in the organic material is a metal nanoparticle that contains gold, silver, or copper as a main component and other metal elements. The metal nanoparticles are generally called nano-sized (less than 1 μm), and the average particle size is preferably 10 nm or more and 100 nm or less, more preferably 30 nm or less. In addition, it is preferable that the metal nanoparticles contain gold or silver, since the conductivity of the resulting electrode film is high.
また、当該金属ナノ粒子の割合は、材料の全質量に対して、重量%で30%以上60%以下であることが好ましい。これにより、導電膜3、5、6、15、19、21及び23の厚みを好適な範囲(15~100nmの範囲、特に30~90nmの範囲)とした場合に、これらを所望のパターンに製膜することが容易になる。In addition, the proportion of the metal nanoparticles is preferably 30% to 60% by weight based on the total mass of the material. This makes it easier to form the conductive films 3, 5, 6, 15, 19, 21, and 23 into the desired pattern when their thicknesses are set within a suitable range (15 to 100 nm, particularly 30 to 90 nm).
また、金属ナノ粒子は、アルキルアミン、アルキルジアミン、若しくはその他の構造のアミンを含む有機分子層で被覆されていてもよい。この被覆部分は、多数のアルキルアミン分子がアミノ基の配位結合により金属ナノ粒子に接合し、そのアルキル基部分が金属ナノ粒子表面で凝集することにより形成されているものと考えられる。このため、被覆部分の重量割合は、主に使用するアルキルアミンの分子量を調整することにより調整することができる。 The metal nanoparticles may also be coated with an organic molecular layer containing alkylamines, alkyldiamines, or amines of other structures. This coating is thought to be formed by a large number of alkylamine molecules being bonded to the metal nanoparticles through coordinate bonds of the amino groups, and the alkyl groups of the molecules agglomerating on the surface of the metal nanoparticles. For this reason, the weight ratio of the coating can be adjusted by adjusting the molecular weight of the alkylamine used.
金属ナノ粒子を被覆するアルキルアミン、アルキルジアミン、若しくはその他の構造のアミンを含む有機分子層の一例としては、次のものが挙げられる。An example of an organic molecular layer containing alkylamines, alkyldiamines, or amines of other structures that coats metal nanoparticles is the following:
まず、中短鎖アルキルアミンは、特に、その構造に制限がないが、一級アミノ基であるRNH2(Rは炭化水素鎖)または二級アミノ基であるR1R2NH(R1、R2は炭化水素鎖で同じであっても異なっていてもよい)であることが望ましい。また、中短鎖アルキルアミンとしては、錯化合物の熱分解温度を考慮すれば100℃以上の沸点であること、また、被覆された金属ナノ粒子の低温焼結性を考慮すれば、250℃以下の沸点であることが考慮される。例えば、2-エトキシエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、3-ブトキシプロピルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ドデシルアミン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 First, the medium- or short-chain alkylamine is not particularly limited in structure, but is preferably a primary amino group RNH 2 (R is a hydrocarbon chain) or a secondary amino group R 1 R 2 NH (R 1 and R 2 are hydrocarbon chains and may be the same or different). In addition, the medium- or short-chain alkylamine should have a boiling point of 100° C. or higher in consideration of the thermal decomposition temperature of the complex compound, and a boiling point of 250° C. or lower in consideration of the low-temperature sintering property of the coated metal nanoparticles. Examples of the medium- or short-chain alkylamine include, but are not limited to, 2-ethoxyethylamine, dipropylamine, dibutylamine, hexylamine, cyclohexylamine, heptylamine, 3-butoxypropylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, 3-aminopropyltriethoxysilane, and dodecylamine.
長鎖・中鎖のアルキルアミンとしては、例えば、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ヘプチルアミン、3-ブトキシプロピルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン、オクタデシルアミン等のアルキルアミンである。なお、炭素数が6以上の長鎖・中鎖のアルキルアミンであれば、適宜、目的に応じて使用することができる。 Examples of long-chain and medium-chain alkylamines include dipropylamine, dibutylamine, hexylamine, cyclohexylamine, heptylamine, 3-butoxypropylamine, octylamine, nonylamine, decylamine, 3-aminopropyltriethoxysilane, dodecylamine, hexadecylamine, oleylamine, and octadecylamine. Any long-chain or medium-chain alkylamine having 6 or more carbon atoms can be used as appropriate depending on the purpose.
短鎖のアルキルアミンとしては、例えば、アミルアミン、2-エトキシエチルアミン、4-メトキシブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ブチルアミン、ジエチルアミン、プ
ロピルアミン、イソプロピルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン等が挙げられる。
Examples of short-chain alkylamines include amylamine, 2-ethoxyethylamine, 4-methoxybutylamine, diisopropylamine, butylamine, diethylamine, propylamine, isopropylamine, ethylamine, and dimethylamine.
また、中短鎖アルキルジアミンは、特に、その構造に制限がないが、少なくとも1つのアミノ基が一級アミノ基であるRNH2(Rは炭化水素鎖)または二級アミノ基であるR1R2NH(R1、R2は炭化水素鎖で同じであっても異なっていてもよい)であることが望ましい。中短鎖アルキルジアミンとしては、錯化合物の熱分解温度を考慮すれば100℃以上の沸点であること、また、被覆された金属ナノ粒子の低温焼結性を考慮すれば、250℃以下の沸点であることが考慮される。例えば、エチレンジアミン、N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジエチルエチレンジアミン、N,N’-ジエチルエチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、N,N-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N’-ジメチル-1,3-ジアミノプロパン、N,N-ジエチル-1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノ-2-メチルペンタン、1,6-ジアミノヘキサン、N,N’-ジメチル-1,6-ジアミノヘキサン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The short- or medium-chain alkyldiamine is not particularly limited in structure, but it is preferable that at least one amino group is a primary amino group RNH2 (R is a hydrocarbon chain) or a secondary amino group R1R2NH ( R1 and R2 are hydrocarbon chains and may be the same or different). The short- or medium-chain alkyldiamine should have a boiling point of 100°C or higher in consideration of the thermal decomposition temperature of the complex compound, and a boiling point of 250°C or lower in consideration of the low-temperature sintering property of the coated metal nanoparticles. Examples of the diaminodiamine include, but are not limited to, ethylenediamine, N,N-dimethylethylenediamine, N,N'-dimethylethylenediamine, N,N-diethylethylenediamine, N,N'-diethylethylenediamine, 1,3-propanediamine, 2,2-dimethyl-1,3-propanediamine, N,N-dimethyl-1,3-diaminopropane, N,N'-dimethyl-1,3-diaminopropane, N,N-diethyl-1,3-diaminopropane, 1,4-diaminobutane, 1,5-diamino-2-methylpentane, 1,6-diaminohexane, N,N'-dimethyl-1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, and 1,8-diaminooctane.
エ 有機半導体膜7及び25
有機半導体膜7及び25は、高分子有機半導体材料及び低分子有機半導体材料の一方又は双方を含んでもよい。なお、本明細書において、高分子とは、分子量が10000を超える分子を意味し、また、低分子とは、分子量が10000を以下の分子を意味する。有機半導体膜7及び25を構成する有機半導体材料としては、低分子有機半導体材料であることが好ましい。さらに、低分子有機半導体材料の分子量が1500以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましい。なお、当該有機半導体材料の分子骨格は、半導体性能を有するものであれば特に限定されない。
D. Organic semiconductor films 7 and 25
The organic semiconductor films 7 and 25 may contain one or both of a polymer organic semiconductor material and a low molecular weight organic semiconductor material. In this specification, the term "polymer" refers to a molecule having a molecular weight of more than 10,000, and the term "low molecular weight" refers to a molecule having a molecular weight of 10,000 or less. The organic semiconductor material constituting the organic semiconductor films 7 and 25 is preferably a low molecular weight organic semiconductor material. Furthermore, the molecular weight of the low molecular weight organic semiconductor material is preferably 1500 or less, and more preferably 800 or less. The molecular skeleton of the organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has semiconductor performance.
有機半導体膜7及び25を構成する低分子有機半導体材料としては、縮合多環芳香族化合物が好ましく、アセン骨格またはヘテロアセン骨格を有する縮合多環芳香族化合物がより好ましく、チエノアセン骨格を有する縮合多環芳香族化合物が特に好ましく、下式(2)又は(3)で表される化合物が最も好ましい。また、当該有機半導体材料は、有機半導体膜7及び25を製膜する際に有機溶剤に溶解されることになるため、溶剤溶解性があることが好ましい。例えば、当該有機半導体材料が溶解性の確保のためにアルキル基を有していることが好ましい。なお、チエノアセン骨格とは、下式(1)に示すチオフェン環構造を分子構造内に少なくとも一つ以上、縮環部位として含む化合物を指す。As the low molecular weight organic semiconductor material constituting the organic semiconductor films 7 and 25, a condensed polycyclic aromatic compound is preferred, a condensed polycyclic aromatic compound having an acene skeleton or a heteroacene skeleton is more preferred, a condensed polycyclic aromatic compound having a thienoacene skeleton is particularly preferred, and a compound represented by the following formula (2) or (3) is most preferred. In addition, since the organic semiconductor material is dissolved in an organic solvent when the organic semiconductor films 7 and 25 are formed, it is preferable that the organic semiconductor material is soluble in a solvent. For example, it is preferable that the organic semiconductor material has an alkyl group to ensure solubility. The thienoacene skeleton refers to a compound that contains at least one thiophene ring structure shown in the following formula (1) as a condensed ring site in the molecular structure.
式(2)中、R1はアルキル基を表す。また、R2は、アルキル基を有していてもよい芳香族炭化水素基又はアルキル基を有していてもよい複素環基を表す。また、式(3)中、R3及びR5が水素原子である場合、R4及びR6の一方がアルキル基、他方がアルキル基を有していてもよい芳香族炭化水素基又はアルキル基を有していてもよい複素環基を表す。また、式(3)中、R3乃至R6のいずれか三つが水素原子である場合、残りの一つがアルキル基を表す。In formula (2), R1 represents an alkyl group. R2 represents an aromatic hydrocarbon group which may have an alkyl group or a heterocyclic group which may have an alkyl group. In formula (3), when R3 and R5 are hydrogen atoms, one of R4 and R6 represents an alkyl group, and the other represents an aromatic hydrocarbon group which may have an alkyl group or a heterocyclic group which may have an alkyl group. In formula (3), when any three of R3 to R6 are hydrogen atoms, the remaining one represents an alkyl group.
これらのアルキル基は、直鎖、分岐鎖及び環状のいずれにも限定されない。例えば、これらのアルキル基の一例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-デシル基、n-ドデシル基、2-エチルヘキシル基等が挙げられる。なお、これらのアルキル基としては、直鎖アルキル基が好ましく、炭素数4乃至14の直鎖アルキル基がより好ましく、炭素数6乃至12の直鎖アルキル基が更に好ましく、炭素数8乃至12の直鎖アルキル基が最も好ましい。These alkyl groups are not limited to straight-chain, branched-chain, or cyclic. For example, examples of these alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl, n-octyl, n-decyl, n-dodecyl, and 2-ethylhexyl. As these alkyl groups, straight-chain alkyl groups are preferred, with straight-chain alkyl groups having 4 to 14 carbon atoms being more preferred, straight-chain alkyl groups having 6 to 12 carbon atoms being even more preferred, and straight-chain alkyl groups having 8 to 12 carbon atoms being most preferred.
アルキル基を有していてもよい芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素上の水素原子の一つがアルキル基に置換された官能基を意味し、その具体例としては、フェニル基、ナフチル基、アンスリル基等が挙げられる。なお、芳香族炭化水素基としては、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。An aromatic hydrocarbon group which may have an alkyl group means a functional group in which one of the hydrogen atoms on an aromatic hydrocarbon is replaced with an alkyl group, and specific examples thereof include a phenyl group, a naphthyl group, and anthryl group. As the aromatic hydrocarbon group, a phenyl group or a naphthyl group is preferable, and a phenyl group is more preferable.
アルキル基を有していてもよい複素環基は、芳香族炭化水素基を複素環基に置き換えた同様の様態を表す。複素環基の例としては、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、イミダゾリル基、チエニル基、ベンゾチエニル基などが挙げられる。なお、好ましい複素環基としては、チエニル基又はベンゾチエニル基が挙げられる。A heterocyclic group which may have an alkyl group represents a similar embodiment in which the aromatic hydrocarbon group is replaced with a heterocyclic group. Examples of heterocyclic groups include pyridyl, pyrazyl, pyrimidyl, imidazolyl, thienyl, and benzothienyl groups. A preferred heterocyclic group is a thienyl or benzothienyl group.
有機半導体膜7及び25を構成する高分子有機半導体材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、ポリアセチレン、ポリピロールなどのほか、ベンゾジチオフェンやチエノチオフェンなどの電子密度の高いモノマーとベンゾチアジアゾール、ベンゾビスチアジアゾール、ジケトピロロピロールなどの電子密度の低いモノマーを共重合することにより得られるドナー・アクセプター型ポリマーなどを挙げることができる。 Examples of polymeric organic semiconductor materials constituting the organic semiconductor films 7 and 25 include polythiophene, polyphenylenevinylene, polyfluorene, polyacetylene, polypyrrole, etc., as well as donor-acceptor type polymers obtained by copolymerizing monomers with high electron density, such as benzodithiophene or thienothiophene, with monomers with low electron density, such as benzothiadiazole, benzobisthiadiazole, or diketopyrrolopyrrole.
半導体装置の特性を改善する、又は、他の特性を付与する目的で二つ以上の材料が混合されて有機半導体膜7及び25を構成する有機半導体材料として使用されてもよい。混合される有機半導体材料は、高分子有機半導体材料および低分子有機半導体材料のいずれであってもよい。一般的に、薄膜トランジスタの特性は、半導体膜の結晶性が高いほど良好になる。例えば、Adv.Mater.2018.30.1707256には、二種類の低分子有機半導体材料を混合して使用することで、結晶性の高い有機半導体膜が得られることが記載されている。そのため、二つ以上の材料が混合された有機半導体材料を用いて有機半導体膜7及び25を製膜する場合、当該二つの材料の双方が低分子有機半導体材料であることが好ましい。さらに、当該二つの材料が同一の分子構造を有し、且つ、アルキル基の長さの異なる低分子有機半導体であることがより好ましい。 Two or more materials may be mixed together to form the organic semiconductor films 7 and 25 in order to improve the characteristics of the semiconductor device or to impart other characteristics. The mixed organic semiconductor material may be either a polymer organic semiconductor material or a low molecular weight organic semiconductor material. In general, the higher the crystallinity of the semiconductor film, the better the characteristics of the thin film transistor. For example, Adv. Mater. 2018.30.1707256 describes that a highly crystalline organic semiconductor film can be obtained by mixing two types of low molecular weight organic semiconductor materials. Therefore, when the organic semiconductor films 7 and 25 are formed using an organic semiconductor material in which two or more materials are mixed, it is preferable that both of the two materials are low molecular weight organic semiconductor materials. Furthermore, it is more preferable that the two materials are low molecular weight organic semiconductors having the same molecular structure and different alkyl group lengths.
また、これらの材料は、溶媒となる有機物に分散されていてもよい。すなわち、有機半導体膜7及び25は、これらの材料が分散される有機物からなっていてもよい。さらに、有機半導体膜7及び25は、添加物を含んでいてもよい。These materials may also be dispersed in an organic solvent. That is, the organic semiconductor films 7 and 25 may be made of an organic material in which these materials are dispersed. Furthermore, the organic semiconductor films 7 and 25 may contain additives.
有機半導体膜7及び25に含まれる添加物は、半導体装置の機能を阻害しないものであれば特に制限はない。例えば、当該添加物の一例として、絶縁性材料、レオロジー制御のための界面活性剤又は増粘剤、キャリア注入又はキャリア量を調整するためのドーパントなどが挙げられる。There are no particular limitations on the additives contained in the organic semiconductor films 7 and 25, so long as they do not impair the function of the semiconductor device. For example, examples of such additives include insulating materials, surfactants or thickeners for rheology control, and dopants for carrier injection or for adjusting the carrier amount.
これらの材料の溶媒となる有機物としては、これらの材料を溶解・分散しうるものであれば特に限定なく用いることができるが、保存安定性を考慮した場合、材料を溶解しうる溶媒であることが望ましい。当該有機物の一例としては、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン等のケトン類、安息香酸メチル、安息香酸エチル等のエステル類、及び、シクロヘキサン、デカリン等の炭化水素類等が挙げられる。 The organic matter that serves as the solvent for these materials can be any material that can dissolve and disperse these materials, but in consideration of storage stability, it is preferable that the solvent be capable of dissolving the materials. Examples of such organic matter include halogen-based solvents such as chloroform, chlorobenzene, and dichlorobenzene, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, tetralin, and cyclohexylbenzene, ethers such as tetrahydrofuran, anisole, and phenetole, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, ketones such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and cyclopentanone, esters such as methyl benzoate and ethyl benzoate, and hydrocarbons such as cyclohexane and decalin.
2 半導体装置の製造方法の一例
図5A~5Dは、図1A及び1B並びに2に示される半導体装置の製造方法の一例を示す図であり、具体的には、基体1への下地膜2の製膜(図5A)から導電膜5及び6の製膜(図5D)までを製膜される順に示す図である。なお、図5A~5Dにおいては図1A及び1B並びに2に示される半導体装置の製造方法の一例を示しているものの、同様の製造方法によって図3A及び3B並びに4に示される半導体装置を製造することも可能である。
5A to 5D are diagrams showing an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in Figures 1A, 1B, and 2, and specifically, are diagrams showing the order of film formation from the formation of the undercoat film 2 on the base 1 (Figure 5A) to the formation of the conductive films 5 and 6 (Figure 5D). Note that although Figures 5A to 5D show an example of a method for manufacturing the semiconductor device shown in Figures 1A, 1B, and 2, it is also possible to manufacture the semiconductor device shown in Figures 3A, 3B, and 4 by a similar manufacturing method.
まず、下地膜2を構成する材料を溶質として含む溶液を基体1上に塗布する。当該溶液の塗布方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、液滴吐出法及びダイコート法等を適用することができる。下地膜2は平板状の基体1の上面全体に塗布される場合、スピンコーティングを適用することが好ましい。そして、塗布された溶液には、200℃以下の温度における熱処理が施されてもよいし、自然乾燥されてもよい。以上によって、基体1への下地膜2の製膜が完了する(図5A参照)。First, a solution containing the material constituting the undercoat film 2 as a solute is applied onto the substrate 1. Methods that can be used to apply the solution include spin coating, dip coating, spray coating, droplet ejection, and die coating. When the undercoat film 2 is applied to the entire upper surface of the flat substrate 1, it is preferable to apply spin coating. The applied solution may then be subjected to a heat treatment at a temperature of 200°C or less, or may be naturally dried. This completes the formation of the undercoat film 2 on the substrate 1 (see FIG. 5A).
次いで、後に導電膜3が製膜される領域(第1パターン領域)の下地膜2に選択的に紫外線を照射する。紫外線の照射方法としては、第1パターン領域以外をフォトマスクで覆った状態で下地膜2の全面に紫外線を照射する方法及び第1パターン領域のみに紫外線レーザーを照射する方法等を適用することができる。Next, ultraviolet light is selectively irradiated onto the base film 2 in the area (first pattern area) where the conductive film 3 will be formed later. The ultraviolet light irradiation method can be a method of irradiating ultraviolet light onto the entire surface of the base film 2 with the area other than the first pattern area covered with a photomask, or a method of irradiating an ultraviolet laser onto only the first pattern area.
これにより、第1パターン領域における下地膜2の表面は、光化学反応により反応性表面となる。なお、本明細書において、反応性表面とは、紫外線照射にともなうパーフルオロ樹脂等の絶縁膜の光化学反応によって絶縁膜表面にラジカル基を生じ、金属ナノ粒子が分散されている有機物が付着・凝集しやすい状態になっている表面をいう。また、当該金属ナノ粒子がアルキルアミン、アルキルジアミン又はその他の構造のアミンを含む有機分子層で被覆されている場合、当該ラジカル基が当該有機分子層の離脱を促進し、金属ナノ粒子同士の付着・凝集(融着・凝集)が促進される。なお、本明細書において、付着・凝集、又は、融着・凝集とは、金属ナノ粒子が、被製膜物に、付着(融着)しながら凝集していく状態を意味する。As a result, the surface of the undercoat film 2 in the first pattern region becomes a reactive surface through a photochemical reaction. In this specification, the reactive surface refers to a surface in which radical groups are generated on the insulating film surface by a photochemical reaction of an insulating film such as a perfluororesin accompanied by ultraviolet irradiation, and the organic matter in which the metal nanoparticles are dispersed is easily attached and aggregated. In addition, when the metal nanoparticles are covered with an organic molecular layer containing an alkylamine, an alkyldiamine, or an amine of another structure, the radical groups promote the detachment of the organic molecular layer, and the adhesion and aggregation (fusion and aggregation) of the metal nanoparticles to each other is promoted. In this specification, the adhesion and aggregation or fusion and aggregation means a state in which the metal nanoparticles aggregate while adhering (fusing) to the film-forming object.
下地膜2に照射される紫外線は、下地膜2における炭素(C)とフッ素(F)の結合を乖離させること等を目的として照射されるものである。そして、炭素(C)とフッ素(F)の結合エネルギーは、490kJ/mol程度である。そのため、当該紫外線の波長が244nm以下であれば炭素(C)とフッ素(F)の結合を乖離させることができると考えられる。例えば、当該紫外線の波長としては、10nm~244nmであればよく、10nm~200nmであることが好ましく、100nm~200nmであることがより好ましい。The ultraviolet light irradiated onto the base film 2 is intended to dissociate the bonds between carbon (C) and fluorine (F) in the base film 2. The bond energy between carbon (C) and fluorine (F) is approximately 490 kJ/mol. Therefore, it is believed that if the wavelength of the ultraviolet light is 244 nm or less, it is possible to dissociate the bonds between carbon (C) and fluorine (F). For example, the wavelength of the ultraviolet light may be 10 nm to 244 nm, preferably 10 nm to 200 nm, and more preferably 100 nm to 200 nm.
次いで、導電膜3を構成する材料を溶質として含む溶液を下地膜2上に塗布する。当該溶液の塗布方法としては、ブレード及びローラ等の塗布部材を用いる方法を適用することができる。例えば、当該溶液を下地膜2上に滴下するとともに、下地膜2に近接するブレードの掃引又はローラの回転によって当該溶液を下地膜2の第1パターン領域に塗布する方法等を適用することができる。例えば、図6に示されるように、下地膜2上に溶液150を滴下するとともに、下地膜2に近接するブレード200を紙面上の右から左に掃引することによって溶液150を下地膜13の第1パターン領域に塗布すればよい。なお、ブレード200を掃引する方向は、どのような方向であってもよい。Next, a solution containing the material constituting the conductive film 3 as a solute is applied onto the base film 2. A method using an application member such as a blade and a roller can be applied as a method of applying the solution. For example, a method can be applied in which the solution is dropped onto the base film 2 and the solution is applied to the first pattern region of the base film 2 by sweeping a blade close to the base film 2 or rotating a roller. For example, as shown in FIG. 6, the solution 150 is dropped onto the base film 2 and the blade 200 close to the base film 2 is swept from right to left on the paper surface to apply the solution 150 to the first pattern region of the base film 13. The direction in which the blade 200 is swept may be any direction.
これにより、第1パターン領域のみに導電膜3を構成する材料を溶質として含む溶液が塗布される。そして、塗布された溶液には、200℃以下の温度における熱処理が施されてもよいし、自然乾燥されてもよい。以上によって、導電膜3の製膜が完了する(図5B参照)。なお、下地膜2上への導電膜3の製膜については、特開2014-195794号公報の開示内容を参照してもよい。As a result, a solution containing the material constituting the conductive film 3 as a solute is applied only to the first pattern region. The applied solution may then be subjected to a heat treatment at a temperature of 200°C or less, or may be allowed to dry naturally. This completes the formation of the conductive film 3 (see FIG. 5B). Note that the disclosure of JP 2014-195794 A may be referenced for the formation of the conductive film 3 on the base film 2.
次いで、絶縁膜4を構成する材料を溶質として含む溶液を下地膜2及び導電膜3上に塗布する。当該溶液の塗布方法としては、下地膜2を構成する材料を溶質として含む溶液の塗布方法と同様の方法を採用することができるため、上述の説明を援用する。そして、塗布された溶液には、200℃以下の温度における熱処理が施されてもよいし、自然乾燥されてもよい。以上によって、絶縁膜4の製膜が完了する(図5C参照)。Next, a solution containing as a solute the material constituting the insulating film 4 is applied onto the base film 2 and the conductive film 3. The method for applying the solution can be the same as the method for applying the solution containing as a solute the material constituting the base film 2, and the above description is therefore incorporated herein. The applied solution may then be subjected to a heat treatment at a temperature of 200°C or less, or may be allowed to dry naturally. This completes the formation of the insulating film 4 (see Figure 5C).
次いで、後に導電膜5及び6が製膜される領域(第2パターン領域)の絶縁膜4に選択的に紫外線を照射する。紫外線の照射方法としては、下地膜2に対する紫外線の照射方法と同様の方法を採用することができるため、上述の説明を援用する。Next, ultraviolet light is selectively irradiated onto the insulating film 4 in the area (second pattern area) where the conductive films 5 and 6 will be formed later. The ultraviolet light irradiation method can be the same as the ultraviolet light irradiation method for the base film 2, so the above explanation is applicable.
次いで、導電膜5及び6を構成する材料を溶質として含む溶液を絶縁膜4上に塗布する。当該溶液の塗布方法としては、導電膜3を構成する材料を溶質として含む溶液の塗布方法と同様の方法を採用することができるため、上述の説明を援用する。Next, a solution containing as a solute the material constituting the conductive films 5 and 6 is applied onto the insulating film 4. The method for applying the solution can be the same as the method for applying the solution containing as a solute the material constituting the conductive film 3, and therefore the above explanation is applicable.
これにより、第2パターン領域のみに導電膜5及び6を構成する材料を溶質として含む溶液が塗布される。そして、塗布された溶液には、200℃以下の温度における熱処理が施されてもよいし、自然乾燥されてもよい。さらに、導電膜5及び6に対して表面処理を施してもよい。当該表面処理の一例としては、水素原子の少なくとも一つがフッ素原子に置換されたベンゼンチオールを用いる表面処理が挙げられる。これにより、後に製膜される有機半導体膜7と、ソース及びドレインとして機能する導電膜5及び6との間の仕事関数の変化が緩和され、キャリア注入効率が改善される、また、当該表面処理によって、有機半導体膜7を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分となる溶媒に対する導電膜5及び6の表面の親液性が改善される。以上によって、導電膜5及び6の製膜が完了する(図5D参照)。なお、絶縁膜4上への導電膜5及び6の製膜については、特開2014-195794号公報の開示内容を参照してもよい。 As a result, the solution containing the material constituting the conductive films 5 and 6 as a solute is applied only to the second pattern region. The applied solution may be subjected to a heat treatment at a temperature of 200° C. or less, or may be naturally dried. Furthermore, the conductive films 5 and 6 may be subjected to a surface treatment. One example of the surface treatment is a surface treatment using benzenethiol in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. As a result, the change in work function between the organic semiconductor film 7 to be formed later and the conductive films 5 and 6 functioning as the source and drain is alleviated, and the carrier injection efficiency is improved. In addition, the surface treatment improves the lyophilicity of the surfaces of the conductive films 5 and 6 with respect to the solvent that is the main component of the solution containing the material constituting the organic semiconductor film 7 as a solute. The formation of the conductive films 5 and 6 is completed as described above (see FIG. 5D). For the formation of the conductive films 5 and 6 on the insulating film 4, the disclosure of JP 2014-195794 A may be referred to.
次いで、有機半導体膜7を構成する材料を溶質として含む溶液を導電膜5及び6並びに絶縁膜4上に塗布する。当該溶液の塗布方法としては、導電膜3、5及び6を構成する材料を溶質として含む溶液の塗布方法と同様の方法を採用することができる。ただし、有機半導体膜7を構成する材料を溶質として含む溶液の塗布は、特定の方向に沿って行われる。Next, a solution containing as a solute the material constituting the organic semiconductor film 7 is applied onto the conductive films 5 and 6 and the insulating film 4. The method of applying the solution can be the same as the method of applying the solution containing as a solute the material constituting the conductive films 3, 5, and 6. However, the application of the solution containing as a solute the material constituting the organic semiconductor film 7 is performed along a specific direction.
有機半導体膜7を構成する材料を溶質として含む溶液の塗布方法の一例について、図7A及び7B~11A及び11Bを参照して詳細に説明する。なお、図7A~11Aは当該溶液を塗布する際の変化を示す上面図であり、図7B~11Bは図7A~11Aに示されるC-C’における断面図である。An example of a method for applying a solution containing, as a solute, the material that constitutes the organic semiconductor film 7 will be described in detail with reference to Figures 7A, 7B to 11A, and 11B. Figures 7A to 11A are top views showing the changes that occur when the solution is applied, and Figures 7B to 11B are cross-sectional views taken along the line C-C' shown in Figures 7A to 11A.
まず、導電膜6から見て、導電膜5が位置する側とは逆側の方向に位置する絶縁膜4上に有機半導体膜7を構成する材料を溶質として含む溶液250を滴下する。そして、図7A及び7Bに示されるように、ブレード300を溶液250と接触させるとともに絶縁膜4等と接触しない位置に配置する。なお、ブレード300は、溶液250に対する撥液性を有することが好ましい。例えば、ブレード300は、溶液250に対する撥液性を有するように表面が撥液加工されていることが好ましい。なお、ブレード300に対する撥液加工の一例としては、絶縁膜4の材料として好適な材料であるパーフルオロ(3ブテニルビニルエーテル)重合体(AGC社製CYTOP(登録商標))又はパーフルオロジメチルジオキソール-テトラフルオロエチレン共重合体(テフロン(登録商標)AF)等を用いた加工等が挙げられる。そして、図7Aに示される矢印の方向、すなわち、紙面上の右から左に向かってブレード300を掃引する。換言すると、ブレード300は、上記の第4方向に沿って掃引される。First, a solution 250 containing a material constituting the organic semiconductor film 7 as a solute is dropped onto the insulating film 4 located on the opposite side of the conductive film 6 from the side on which the conductive film 5 is located. Then, as shown in FIGS. 7A and 7B, the blade 300 is placed in a position where it is in contact with the solution 250 and is not in contact with the insulating film 4, etc. It is preferable that the blade 300 has liquid repellency against the solution 250. For example, it is preferable that the surface of the blade 300 is liquid repellent so that it has liquid repellency against the solution 250. An example of liquid repellency treatment for the blade 300 is treatment using perfluoro (3-butenyl vinyl ether) polymer (CYTOP (registered trademark) manufactured by AGC) or perfluorodimethyldioxole-tetrafluoroethylene copolymer (Teflon (registered trademark) AF), which are suitable materials for the insulating film 4. Then, the blade 300 is swept in the direction of the arrow shown in FIG. 7A, that is, from right to left on the paper. In other words, the blade 300 is swept along the fourth direction mentioned above.
ブレード300の移動に伴って溶液250も導電膜6側に移動すると、図8A及び8Bに示されるように溶液250が導電膜6上に位置する。ここで、導電膜6は、溶液250の主成分となる溶媒に対する親液性を有するため、溶液250の後端(図8A及び8Bの紙面上の右側の末端)がブレード300の移動に追従せずに引き延ばされる。また、溶液250の後端においては、乾燥(溶媒の揮発)が促進される。その結果、溶液250の溶質である有機半導体材料が析出することで、導電膜6上への有機半導体膜7の製膜が開始される。When the solution 250 moves toward the conductive film 6 as the blade 300 moves, the solution 250 is positioned on the conductive film 6 as shown in Figures 8A and 8B. Here, since the conductive film 6 has lyophilicity with respect to the solvent that is the main component of the solution 250, the rear end of the solution 250 (the end on the right side of the paper in Figures 8A and 8B) is stretched without following the movement of the blade 300. In addition, drying (volatilization of the solvent) is promoted at the rear end of the solution 250. As a result, the organic semiconductor material, which is the solute of the solution 250, precipitates, and the formation of the organic semiconductor film 7 on the conductive film 6 begins.
図9A及び9Bに示されるようにブレード300が導電膜5と導電膜6の間の領域上にさらに移動すると、溶液250の後方部分(図9A及び9Bの紙面上の右側の部分)が、既に製膜された有機半導体膜7によって引き延ばされる。また、当該後方部分の後方及び左右に親液性を有する導電膜6が存在することによって、当該後方部分は、導電膜6上に製膜された有機半導体膜7から分離されることなく、撥液性を有する絶縁膜4上にも位置する。そして、絶縁膜4に位置した当該後方部分においても乾燥(溶媒の揮発)が促進される。その結果、溶液250の溶質である有機半導体材料が析出することで、導電膜4上においても有機半導体膜7が製膜される。なお、導電膜6から見て、導電膜5が位置する側とは逆側の絶縁膜4では、溶液250の一部を引き延ばすための構成が存在しないため、溶液250の乾燥が促進されることもなく、したがって、有機半導体膜7が製膜されることもない。9A and 9B, when the blade 300 moves further onto the region between the conductive film 5 and the conductive film 6, the rear part of the solution 250 (the part on the right side of the paper in FIG. 9A and 9B) is stretched by the organic semiconductor film 7 already formed. In addition, because the conductive film 6 having lyophilicity is present behind and to the left and right of the rear part, the rear part is not separated from the organic semiconductor film 7 formed on the conductive film 6, and is also located on the insulating film 4 having lyophobicity. Then, drying (volatilization of the solvent) is promoted in the rear part located on the insulating film 4. As a result, the organic semiconductor material, which is the solute of the solution 250, precipitates, and the organic semiconductor film 7 is also formed on the conductive film 4. Note that, in the insulating film 4 on the opposite side to the side where the conductive film 5 is located as viewed from the conductive film 6, there is no structure for stretching a part of the solution 250, so the drying of the solution 250 is not promoted, and therefore the organic semiconductor film 7 is not formed.
図10A及び10Bに示されるようにブレード300が導電膜6が存在しない領域上にさらに移動すると、上述のとおり、導電膜5と導電膜6の間の領域における絶縁膜4上への有機半導体膜7の製膜が進行する。ただし、溶液250の後方部分の左右に親液性を有する導電膜6が存在しない領域においては、溶液250が親液性を有する導電膜5上のみに製膜され、導電膜5と重畳しない領域における溶液250がブレード300の移動に追従して移動する。10A and 10B, when the blade 300 is further moved onto the region where the conductive film 6 is not present, the deposition of the organic semiconductor film 7 on the insulating film 4 in the region between the conductive films 5 and 6 proceeds as described above. However, in the region where the lyophilic conductive film 6 is not present on the left and right of the rear portion of the solution 250, the solution 250 is deposited only on the lyophilic conductive film 5, and the solution 250 in the region that does not overlap with the conductive film 5 moves in accordance with the movement of the blade 300.
図11A及び11Bに示されるようにブレード300が導電膜5が存在しない領域上にさらに移動すると、溶液250が有機半導体膜7から分離される。以上によって、有機半導体膜7の製膜が完了する(図1A及び1B参照)。11A and 11B, when the blade 300 is moved further onto an area where the conductive film 5 is not present, the solution 250 is separated from the organic semiconductor film 7. This completes the formation of the organic semiconductor film 7 (see FIGS. 1A and 1B).
3 変更例
上述した半導体装置及びその製造方法は、本発明の一例であって、上述した半導体装置及びその製造方法と異なる特徴を備える半導体装置及びその製造方法も本発明に含まれる。
3. Modifications The above-described semiconductor device and manufacturing method thereof are merely examples of the present invention, and semiconductor devices and manufacturing methods thereof having features different from those of the above-described semiconductor device and manufacturing method thereof are also included in the present invention.
例えば、図1B及び3Bに示される下地膜2及び13は、本発明において不可欠の構成ではない。そのため、図12に示されるように基体1と、導電膜3及び絶縁膜4が接する半導体装置も本発明の一態様である。なお、図1B等に示される半導体装置は、上述の製造方法によって製膜されることになるため、比較的簡便な方法によって導電膜3を高精細にパターニングできる点で好ましい。他方、図12に示される半導体装置は、下地膜2の製膜工程を削減できる点で好ましい。For example, the base films 2 and 13 shown in Figures 1B and 3B are not essential components of the present invention. Therefore, a semiconductor device in which the substrate 1, conductive film 3, and insulating film 4 are in contact as shown in Figure 12 is also an aspect of the present invention. The semiconductor device shown in Figure 1B etc. is formed by the above-mentioned manufacturing method, and is therefore preferable in that the conductive film 3 can be patterned with high precision by a relatively simple method. On the other hand, the semiconductor device shown in Figure 12 is preferable in that the process of forming the base film 2 can be eliminated.
また、本発明の半導体装置において最初に有機半導体膜が製膜される導電膜(図1A及び1Bに示される導電膜6及び図3A及び3Bに示される導電膜23)の形状は、「コ」の字状に限定されない。例えば、当該導電膜の形状として、図13~15に示される導電膜23’~23’’’のいずれかの形状を適用することも可能である。なお、図13~15においては図3A及び3Bに示される導電膜23の変形例を示しているものの、図1A及び1Bに示される導電膜7の形状を図13~15に示される導電膜23’~23’’’の形状に変更することもできる。In addition, the shape of the conductive film (conductive film 6 shown in Figures 1A and 1B and conductive film 23 shown in Figures 3A and 3B) on which the organic semiconductor film is first formed in the semiconductor device of the present invention is not limited to a U-shape. For example, any of the shapes of conductive films 23' to 23''' shown in Figures 13 to 15 can be used as the shape of the conductive film. Note that although Figures 13 to 15 show a modified example of conductive film 23 shown in Figures 3A and 3B, the shape of conductive film 7 shown in Figures 1A and 1B can also be changed to the shape of conductive films 23' to 23''' shown in Figures 13 to 15.
例えば、本発明の半導体装置において最初に有機半導体膜が製膜される導電膜は、図13に示される導電膜23’のように、その上面形状の少なくとも一部が湾曲していてもよい。具体的には、導電膜23’は、導電膜19及び21が延在する方向、すなわち、上記の第1方向及び第4方向に沿って延在する上方部分及び下方部分と、上方部分の第1方向側の末端から下方部分の第1方向側の末端まで湾曲して延在する中間部分とからなる。For example, the conductive film on which the organic semiconductor film is first deposited in the semiconductor device of the present invention may have at least a portion of its top surface curved, as in conductive film 23' shown in Figure 13. Specifically, conductive film 23' is made up of upper and lower portions extending in the directions in which conductive films 19 and 21 extend, i.e., along the first and fourth directions described above, and an intermediate portion extending in a curved manner from the end of the upper portion on the first direction side to the end of the lower portion on the first direction side.
また、導電膜23’は、図3A及び4に示される導電膜23と同様に、導電膜19及び21から見て、上記の第1方向に位置する第1部分23’-1と、導電膜19及び21と第1部分23’-1の間の領域から見て、上記の第2方向に位置する第2部分23’-2及び上記の第3方向に位置する第3部分23’-3と、第2部分23’-2から見て、上記の第4方向に位置する第4部分23’-4と、第3部分23’-3から見て、上記の第4方向に位置する第5部分23’-5とを含む。3A and 4, the conductive film 23' includes a first portion 23'-1 located in the first direction as viewed from the conductive films 19 and 21, a second portion 23'-2 located in the second direction and a third portion 23'-3 located in the third direction as viewed from the region between the conductive films 19 and 21 and the first portion 23'-1, a fourth portion 23'-4 located in the fourth direction as viewed from the second portion 23'-2, and a fifth portion 23'-5 located in the fourth direction as viewed from the third portion 23'-3.
なお、導電膜23’における上方部分は、第2部分23’-2の一部及び第4部分23’-4を含む。また、導電膜23’における下方部分は、第3部分23’-3の一部及び第5部分23’-5を含む。また、導電膜23’における中間部分は、第1部分23’-1、第2部分23’-2の残部及び第3部分23’-3を含む。The upper portion of the conductive film 23' includes a part of the second portion 23'-2 and the fourth portion 23'-4. The lower portion of the conductive film 23' includes a part of the third portion 23'-3 and the fifth portion 23'-5. The middle portion of the conductive film 23' includes the first portion 23'-1, the remainder of the second portion 23'-2, and the third portion 23'-3.
また、本発明の半導体装置において最初に有機半導体膜が製膜される導電膜は、図14に示されるように、分離されている複数のサブ導電膜23A~23Cを含んでいてもよい。具体的には、サブ導電膜23Aは、導電膜19及び21から見て、上記の第1方向に位置する部分23’’-1を含む。また、サブ導電膜23Bは、導電膜19及び21と部分23’’-1の間の領域から見て、上記の第2方向に位置する一部と、導電膜19から見て、上記の第2方向に位置する残部とからなる。また、サブ導電膜23Cは、導電膜19及び21と部分23’’-1の間の領域から見て、上記の第3方向に位置する一部と、導電膜21から見て、上記の第3方向に位置する残部とからなる。さらに、サブ導電膜23Aは、サブ導電膜23Bの上記の第1方向側の末端から見て、上記の第2方向に位置する部分と、サブ導電膜23Cの上記の第1方向側の末端から見て、上記の第3方向に位置する部分とを含む。In addition, the conductive film on which the organic semiconductor film is first deposited in the semiconductor device of the present invention may include a plurality of separated sub-conductive films 23A to 23C, as shown in FIG. 14. Specifically, sub-conductive film 23A includes portion 23''-1 located in the first direction as viewed from conductive films 19 and 21. Sub-conductive film 23B is made up of a portion located in the second direction as viewed from the region between conductive films 19 and 21 and portion 23''-1, and a remainder located in the second direction as viewed from conductive film 19. Sub-conductive film 23C is made up of a portion located in the third direction as viewed from the region between conductive films 19 and 21 and portion 23''-1, and a remainder located in the third direction as viewed from conductive film 21. Furthermore, the sub-conductive film 23A includes a portion located in the second direction when viewed from the end of the sub-conductive film 23B on the first direction side, and a portion located in the third direction when viewed from the end of the sub-conductive film 23C on the first direction side.
また、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cは、図3A及び4に示される導電膜23と同様に、導電膜19及び21から見て、上記の第1方向に位置する第1部分23’’-1と、導電膜19及び21と第1部分23’’-1の間の領域から見て、上記の第2方向に位置する第2部分23’’-2及び上記の第3方向に位置する第3部分23’’-3と、第2部分23’’-2から見て、上記の第4方向に位置する第4部分23’’-4と、第3部分23’’-3から見て、上記の第4方向に位置する第5部分23’’-5とを含む。3A and 4, the sub-conductive films 23A to 23C shown in FIG. 14 include a first portion 23''-1 located in the first direction as viewed from the conductive films 19 and 21, a second portion 23''-2 located in the second direction and a third portion 23''-3 located in the third direction as viewed from the region between the conductive films 19 and 21 and the first portion 23''-1, a fourth portion 23''-4 located in the fourth direction as viewed from the second portion 23''-2, and a fifth portion 23''-5 located in the fourth direction as viewed from the third portion 23''-3.
なお、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cにおける第1部分23’’-1は、サブ導電膜23Aの一部を含む。また、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cにおける第2部分23’’-2は、サブ導電膜23Aの一部及びサブ導電膜23Bの一部を含む。ここで、図14に示されているように、サブ導電膜23Bの末端は、サブ導電膜23Aの上部側の末端よりも第3方向(図の下方)にずれた位置で第1方向に伸長することができ、これによりサブ導電膜23Aの一部とサブ導電膜23Bの一部とが第1方向において重なり合う領域が存在することが好ましい。また、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cにおける第3部分23’’-3は、サブ導電膜23Aの一部及びサブ導電膜23Cの一部を含む。ここで、図14に示されているように、サブ導電膜23Cの末端は、サブ導電膜23Aの下部側の末端よりも第2方向(図の上方)にずれた位置で第1方向に伸長することができ、これによりサブ導電膜23Aの一部とサブ導電膜23Cの一部とが第1方向において重なり合う領域が存在することが好ましい。また、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cにおける第4部分23’’-4は、サブ導電膜23Bの残部を含む。また、図14に示されるサブ導電膜23A~23Cにおける第5部分23’’-5は、サブ導電膜23Cの残部を含む。 Note that the first portion 23''-1 in the sub-conductive films 23A to 23C shown in FIG. 14 includes a portion of the sub-conductive film 23A. Also, the second portion 23''-2 in the sub-conductive films 23A to 23C shown in FIG. 14 includes a portion of the sub-conductive film 23A and a portion of the sub-conductive film 23B. Here, as shown in FIG. 14, the end of the sub-conductive film 23B can extend in the first direction at a position shifted in the third direction (downward in the figure) from the end of the upper side of the sub-conductive film 23A, and it is preferable that there is a region where a portion of the sub-conductive film 23A and a portion of the sub-conductive film 23B overlap in the first direction. Also, the third portion 23''-3 in the sub-conductive films 23A to 23C shown in FIG. 14 includes a portion of the sub-conductive film 23A and a portion of the sub-conductive film 23C. Here, as shown in Fig. 14, the end of sub-conductive film 23C can extend in the first direction at a position shifted in the second direction (upward in the figure) from the end of the lower side of sub-conductive film 23A, and it is preferable that there is a region in which part of sub-conductive film 23A and part of sub-conductive film 23C overlap in the first direction. Moreover, fourth portion 23"-4 in sub-conductive films 23A to 23C shown in Fig. 14 includes a remnant of sub-conductive film 23B. Moreover, fifth portion 23"-5 in sub-conductive films 23A to 23C shown in Fig. 14 includes a remnant of sub-conductive film 23C.
また、図14においては、最初に有機半導体膜が製膜される導電膜が3つのサブ導電膜23A~23Cからなる場合の一例を示したが、サブ導電膜の個数は2又は4以上でもよい。この場合、上記の第1部分乃至第5部分の少なくとも一つは、複数のサブ導電膜のうちの少なくとも2つのサブ導電膜それぞれの少なくとも一部を含むことになる。14 shows an example in which the conductive film on which the organic semiconductor film is initially formed is made up of three sub-conductive films 23A to 23C, but the number of sub-conductive films may be two or four or more. In this case, at least one of the first to fifth parts includes at least a portion of each of at least two sub-conductive films among the multiple sub-conductive films.
また、本発明の半導体装置において最初に有機半導体膜が製膜される導電膜は、図15に示される導電膜23’’’のように、一端部23’’’-6及び他端部23’’’-7が、上記の第2方向及び第3方向において導電膜19及び21と重畳しないように延在していてもよい。なお、図4B等に示される導電膜23を有する半導体装置は、図15に示される導電膜23’’’を有する半導体装置と比較して、導電膜19及び21に生じる寄生容量を低減することができる点で好ましい。他方、図15に示される導電膜23’’’を有する半導体装置は、図4等に示される導電膜23を有する半導体装置と比較して、トランジスタのチャネル形成領域となる導電膜19と導電膜21の間の領域に有機半導体膜25を確実に製膜することが可能となる点で好ましい。 In addition, the conductive film on which the organic semiconductor film is first formed in the semiconductor device of the present invention may extend such that one end 23'''-6 and the other end 23'''-7 do not overlap with the conductive films 19 and 21 in the second and third directions, as in the conductive film 23''' shown in FIG. 15. The semiconductor device having the conductive film 23 shown in FIG. 4B and the like is preferable in that it can reduce the parasitic capacitance generated in the conductive films 19 and 21 compared to the semiconductor device having the conductive film 23''' shown in FIG. 15. On the other hand, the semiconductor device having the conductive film 23''' shown in FIG. 15 is preferable in that it can reliably form the organic semiconductor film 25 in the region between the conductive film 19 and the conductive film 21, which is the channel formation region of the transistor, compared to the semiconductor device having the conductive film 23 shown in FIG. 4 and the like.
また、本発明の半導体装置においては、下地膜2又は13及び導電膜3又は15を公知のフォトリソグラフィ工程を用いて製膜してもよい。なお、上述の製膜方法によって下地膜2又は13及び導電膜3又は15を製膜する場合には、比較的簡便な方法によって導電膜3又は15を高精細にパターニングできることができる点で好ましい。他方、公知のフォトリソグラフィ工程を用いる場合には、材料選択の自由度等が増加する、すなわち、それぞれに適した材料をより広い選択肢の中から選択することが可能となる点で好ましい。In addition, in the semiconductor device of the present invention, the base film 2 or 13 and the conductive film 3 or 15 may be formed using a known photolithography process. When the base film 2 or 13 and the conductive film 3 or 15 are formed by the above-mentioned film formation method, it is preferable that the conductive film 3 or 15 can be patterned with high precision by a relatively simple method. On the other hand, when a known photolithography process is used, it is preferable that the freedom of material selection is increased, that is, it is possible to select materials suitable for each from a wider range of options.
また、本発明の半導体装置においては、導電膜5及び6又は導電膜19、膜21及び23を同一の工程によって製膜してもよいし、異なる工程で製膜してもよい。なお、これらを同一の工程で製膜する場合には、半導体装置の製膜工程を削減できる点で好ましい。他方、これらを異なる工程で製膜する場合には、材料選択の自由度が増加する点で好ましい。In addition, in the semiconductor device of the present invention, conductive films 5 and 6 or conductive film 19, films 21 and 23 may be formed in the same process, or may be formed in different processes. Forming them in the same process is preferable in that the film formation process of the semiconductor device can be reduced. On the other hand, forming them in different processes is preferable in that the freedom of material selection is increased.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。まず、基体として、SiO2熱酸化膜(100nm)付きシリコンウェハーを用意し、基体上に下地膜となるAGC社製CYTOP CTL809M(登録商標)をスピンコート法により、厚さ約25nmとなるように塗布製膜した。次いで、シャドウマスクを介して導電膜の材料である金(Au)を蒸着により厚さ25nmとなるように製膜した。次いで、導電膜の表面をペンタフルオロベンゼンチオールの蒸気に20分間暴露した。次いで、下記の公知有機半導体材料であるNo.1及びNo.2を、質量濃度が0.05%となるようにそれぞれクロロベンゼンに溶解したのち、No.1:No.2=9:1の体積比率で混合した。。次いで、得られた溶液を、上記の基体にガラスブレードを用いて3.5μm/秒の速度でブレードコートし、室温で乾燥することで、必要な箇所にのみ半導体膜が製膜された有機半導体装置を製造した。なお、ガラスブレードは、AGC社製CYTOP CTL809M(登録商標)によりコーティング処理されている。また、得られた有機半導体膜の膜厚は、約5nmであった。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B A semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B was manufactured. First, a silicon wafer with a SiO 2 thermal oxide film (100 nm) was prepared as a substrate, and a CYTOP CTL809M (registered trademark) manufactured by AGC, which serves as an undercoat film, was applied to the substrate by spin coating to a thickness of about 25 nm. Next, gold (Au), which is the material of the conductive film, was deposited by vapor deposition through a shadow mask to a thickness of 25 nm. Next, the surface of the conductive film was exposed to pentafluorobenzenethiol vapor for 20 minutes. Next, the following known organic semiconductor materials No. 1 and No. 2 were dissolved in chlorobenzene to a mass concentration of 0.05%, and then mixed at a volume ratio of No. 1:No. 2=9:1. . Next, the obtained solution was blade-coated on the above-mentioned substrate at a speed of 3.5 μm/sec using a glass blade, and dried at room temperature to produce an organic semiconductor device in which a semiconductor film was formed only in the required areas. The glass blade was coated with CYTOP CTL809M (registered trademark) manufactured by AGC. The thickness of the obtained organic semiconductor film was about 5 nm.
偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図16に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。Figure 16 shows a photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope. The area where the crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking observed by crossed Nicol observation. No color blinking indicating that an organic semiconductor film had been formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the dotted line in the figure, confirming that no organic semiconductor film had been formed. On the other hand, in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations had been formed without any defects.
実施例1に記載の有機半導体装置の評価
実施例1により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長100μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子では、熱酸化膜層となるSiO2および下地膜となるAGC社製CYTOP CTL809M(登録商標)が絶縁膜の役割を果たし、そのキャパシタンスは24nF/cm2として素子特性値を算出した。得られた半導体装置に含まれる有機薄膜トランジスタ素子の出力特性を図17に示す。図17に示されるとおり、当該有機薄膜トランジスタ素子は、典型的なトランジスタ素子と同様に線形・飽和の出力特性を示した。また、図18に示されるとおり、当該薄膜トランジスタにおいては、2V以下の低電圧駆動が可能であるとともにそのヒステリシスも小さかった。閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング値を算出したところ、その値は67mV/decとなり、理論限界に迫るきわめて急峻なスイッチング特性を示した。また、当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、最大で4.4cm2/Vsの高移動度を示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 1 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 800 μm and a channel length of 100 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 1 were measured. In this organic thin film transistor element, the thermal oxide film layer SiO 2 and the undercoat film CYTOP CTL809M (registered trademark) manufactured by AGC Corporation played the role of an insulating film, and the element characteristic value was calculated assuming that the capacitance was 24 nF/cm 2. The output characteristics of the organic thin film transistor element included in the obtained semiconductor device are shown in FIG. 17. As shown in FIG. 17, the organic thin film transistor element showed linear and saturated output characteristics similar to a typical transistor element. In addition, as shown in FIG. 18, the thin film transistor was capable of low-voltage driving of 2 V or less and had small hysteresis. When the subthreshold swing value indicating that the drain current changes rapidly near the threshold voltage was calculated, the value was 67 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics approaching the theoretical limit. Furthermore, when the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated, it showed a high mobility of 4.4 cm 2 /Vs at maximum.
図1A及び1Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
ソース及びドレインとして機能する導電膜を形成するために必要なシャドウマスクの形状を変えた以外は実施例1に記載の方法と同様の方法により、半導体装置の製造を行った。得られた半導体装置の偏光顕微鏡写真を図19に示す。実施例1に記載の方法と同様の方法により、有機半導体膜が製膜されている箇所を確認したところ、図中、点線で示された導電膜に囲まれた領域のみに結晶性の有機半導体薄膜が得られる結果となった。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in Figures 1A and 1B A semiconductor device was manufactured by the same method as that described in Example 1, except that the shape of a shadow mask required for forming a conductive film functioning as a source and drain was changed. A polarizing microscope photograph of the obtained semiconductor device is shown in Figure 19. When the location where the organic semiconductor film was formed was confirmed by the same method as that described in Example 1, a crystalline organic semiconductor thin film was obtained only in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line in the figure.
実施例3に記載の有機半導体装置の評価
実施例3により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅300μm及びチャネル長50μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子における絶縁膜及びキャパシタンスは実施例2に記載の膜及び値と同様である。得られた半導体装置に含まれる有機薄膜トランジスタ素子の出力特性を図20に示す。図20に示されるとおり、当該有機薄膜トランジスタ素子は、典型的なトランジスタ素子と同様に線形・飽和の出力特性を示した。また、図21に示されるとおり、当該薄膜トランジスタにおいては、2V以下の低電圧駆動が可能であるとともにそのヒステリシスも小さかった。閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング値を算出したところ、その値は75mV/decとなり、きわめて急峻なスイッチング特性を示した。また、当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、最大で1.0cm2/Vsの高移動度を示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 3 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 300 μm and a channel length of 50 μm included in the semiconductor device manufactured by Example 3 were measured. The insulating film and capacitance in this organic thin film transistor element are the same as the film and value described in Example 2. The output characteristics of the organic thin film transistor element included in the obtained semiconductor device are shown in FIG. 20. As shown in FIG. 20, the organic thin film transistor element showed linear and saturated output characteristics like a typical transistor element. In addition, as shown in FIG. 21, the thin film transistor was capable of low voltage driving of 2 V or less and had small hysteresis. When the subthreshold swing value indicating that the drain current changes rapidly near the threshold voltage was calculated, the value was 75 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics. In addition, when the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated, it showed a high mobility of up to 1.0 cm 2 /Vs.
実施例1に記載の有機半導体装置のばらつき評価
実施例1により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長100μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性の特性ばらつきを評価した。ドレイン電圧Vdを-0.2Vおよび-2.0Vとした場合の移動度、サブスレッショルドスイング(SS)値およびトランジスタをスイッチングさせるのに必要な閾値電圧の値とそのばらつきを評価した結果を以下の表1に示す。
[表1]
Variation Evaluation of Organic Semiconductor Device Described in Example 1 Variation in organic thin film transistor characteristics was evaluated for an organic thin film transistor element composed of source and drain electrodes with a channel width of 800 μm and a channel length of 100 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 1. The mobility, subthreshold swing (SS) value, and the value and variability of the threshold voltage required to switch the transistor when the drain voltage Vd was set to −0.2 V and −2.0 V are shown in Table 1 below.
[Table 1]
測定したすべての素子で高い移動度、高急峻なスイッチング特性をきわめて小さい閾値電圧で示し、それらのばらつきはいずれも小さい値を示した。以上の結果から、本発明により得られる素子は高移動度かつ急峻なスイッチング特性を低電圧かつ優れた歩留まりで作成可能なことがわかった。All of the elements measured exhibited high mobility and very steep switching characteristics at an extremely small threshold voltage, and the variation in these characteristics was small. These results demonstrate that the elements obtained by the present invention can be produced with high mobility and steep switching characteristics at low voltages and with excellent yields.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
公知文献(特開2014195794、Nature Cоmmun.2016、7、11402-1-9)に記載の方法によって、銀ナノインクを用いて印刷プロセスによって形成したゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を有する、図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。まず、基体としてガラス基板を用意し、基体上に下地膜となるAGC社製CYTOP CTL809M(登録商標)をスピンコート法により塗布製膜した。次いで、フォトマスクを介してVUV光をパターン照射後、上記公知文献(Nature Cоmmun.2016、7、11402-1-9)に記載の銀ナノ粒子を含むインクを、同公知文献に記載のブレードコート法により製膜し、銀ナノ粒子からなるゲート電極を作製した。次いで、上記と同様の方法でCYTOP CTL809Mをスピンコート法により塗布製膜した後、実施例1に記載の方法と同様の方法でペンタフルオロベンゼンチオールを気相処理し、上記と同様の方法で銀ナノ粒子からなるソース電極、ドレイン電極およびガイド電極を作製した。次ぐ半導体層の製膜は、実施例1に記載の半導体材料を、実施例1に記載した方法と同様の方法によって製膜し、必要な箇所にのみ半導体膜が製膜された有機半導体装置を製造した。当該有機半導体装置の半導体層の製膜状況をより明確に観察するために、酸化膜付きシリコン基板上に前記方法と同様の方法によってCYTOP層および銀ナノ粒子からなるソースおよびドレイン電極層を形成した基体に、上記の方法と同様に有機半導体層をパターン製膜した、すなわち前記半導体装置と同条件下にて半導体層製膜が施されている有機半導体装置の、偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図22に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、黒点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIG. 3A and FIG. 3B A semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIG. 3A and FIG. 3B, which has a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode formed by a printing process using silver nano-ink, was manufactured by the method described in the publicly known literature (JP 2014195794, Nature Commun. 2016, 7, 11402-1-9). First, a glass substrate was prepared as a base, and CYTOP CTL809M (registered trademark) manufactured by AGC, which serves as a base film, was applied and formed on the base by a spin coating method. Next, after pattern irradiation with VUV light through a photomask, an ink containing silver nanoparticles described in the above publicly known literature (Nature Commun. 2016, 7, 11402-1-9) was used to form a film by the blade coating method described in the publicly known literature, to prepare a gate electrode made of silver nanoparticles. Next, CYTOP CTL809M was applied and formed into a film by a spin coating method in the same manner as above, and then pentafluorobenzenethiol was treated in a gas phase in the same manner as described in Example 1, and a source electrode, a drain electrode, and a guide electrode made of silver nanoparticles were prepared in the same manner as above. The next semiconductor layer was formed by forming a film of the semiconductor material described in Example 1 in the same manner as described in Example 1, and an organic semiconductor device in which a semiconductor film was formed only in a necessary place was manufactured. In order to more clearly observe the film formation state of the semiconductor layer of the organic semiconductor device, a pattern of an organic semiconductor layer was formed in the same manner as above on a substrate on which a CYTOP layer and source and drain electrode layers made of silver nanoparticles were formed in the same manner as above on a silicon substrate with an oxide film, that is, a photograph of the semiconductor device obtained by cross-Nicol observation using a polarizing microscope of the organic semiconductor device in which the semiconductor layer was formed under the same conditions as the semiconductor device is shown in FIG. 22. When the area where the crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking observed by crossed Nicol observation, no color blinking indicating that the organic semiconductor film had been formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the black dotted line in the figure, and it was confirmed that the organic semiconductor film had not been formed. On the other hand, in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations had been formed without any defects.
実施例6に記載の有機半導体装置の評価
実施例6により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長200μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子では、絶縁膜の役割を果たすCYTOP CTL809M層のキャパシタンスは実験的に得られた値をもとに算出し、2.9nF/cm2として素子特性値を算出した。当該有機薄膜トランジスタ素子は、実施例1に記載したトランジスタ素子と同様に有機電界効果トランジスタに典型的な線形・飽和の出力・伝達特性の形状をヒステリシスなく示した。得られた特性から当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、低電圧駆動下において(ドレイン電圧Vd=-0.5V)最大で2.0cm2/Vsの高移動度を示した。また、閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング(SS)値を算出したところ、その値は170mV/decとなり、きわめて急峻なスイッチング特性を示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 6 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 800 μm and a channel length of 200 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 6 were measured. In this organic thin film transistor element, the capacitance of the CYTOP CTL809M layer playing the role of an insulating film was calculated based on an experimentally obtained value, and the element characteristic value was calculated as 2.9 nF/cm 2. The organic thin film transistor element showed a shape of linear and saturated output and transfer characteristics typical of organic field effect transistors without hysteresis, as in the transistor element described in Example 1. When the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated from the obtained characteristics, it showed a high mobility of up to 2.0 cm 2 /Vs under low voltage driving (drain voltage Vd = -0.5 V). In addition, when the subthreshold swing (SS) value indicating that the drain current changes rapidly near the threshold voltage was calculated, the value was 170 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、導電膜である金電極の作製を実施例7に記載の印刷プロセスを用いた銀ナノ粒子による作製に変え、半導体層作製に使用する半導体溶液を下記の公知有機半導体材料であるNo.3及びNo.4を質量濃度が0.05%となるようにそれぞれクロロベンゼンに溶解したのち、No.3:No.4=9:1の体積比率で混合した溶液に変えた以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で、図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。
偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図23に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、黒点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。Figure 23 shows a photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope. The area where a crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking observed by crossed Nicol observation. No color blinking indicating that an organic semiconductor film had been formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the black dotted line in the figure, confirming that no organic semiconductor film had been formed. On the other hand, in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations had been formed without any defects.
実施例8に記載の有機半導体装置の評価
実施例8により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長80μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子では、熱酸化膜層となるSiO2および下地膜となるCYTOP CTL809Mが絶縁膜の役割を果たし、そのキャパシタンスは2.5nF/cm2として素子特性値を算出した。当該有機薄膜トランジスタ素子は、実施例1に記載したトランジスタ素子と同様に有機電界効果トランジスタに典型的な線形・飽和の出力・伝達特性の形状をヒステリシスなく示した。合計15素子の測定を行い、得られた特性から当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、低電圧駆動化において(ドレイン電圧Vd=-5V)平均0.29cm2/Vsの移動度を示した。また、閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング(SS)値を算出したところ、その値は230±40mV/decとなり、きわめて急峻なスイッチング特性を小さなばらつきで示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 8 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 800 μm and a channel length of 80 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 8 were measured. In this organic thin film transistor element, the thermal oxide film layer SiO 2 and the undercoat film CYTOP CTL809M played the role of an insulating film, and the element characteristic value was calculated assuming a capacitance of 2.5 nF/cm 2. The organic thin film transistor element showed a shape of linear and saturated output and transfer characteristics typical of organic field effect transistors without hysteresis, similar to the transistor element described in Example 1. A total of 15 elements were measured, and the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated from the obtained characteristics, and showed an average mobility of 0.29 cm 2 /Vs at low voltage driving (drain voltage Vd = -5V). In addition, the subthreshold swing (SS) value, which indicates that the drain current changes suddenly near the threshold voltage, was calculated to be 230±40 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics with small variations.
図3A及び3Bに示される導電膜23のみを持つ半導体装置の製造
本発明により製造される半導体デバイス装置に含まれる、コの字の電極パターンを有する基板に対し、ブレードコート法による製膜によって半導体薄膜が形成可能かどうかの検証を行った。酸化膜付シリコン基板に下地膜となるCYTOP CTL809Mをスピンコート法により塗布製膜し、次いでフォトマスクを介してVUV光をパターン照射後、銀ナノ粒子を含むインクをブレードコート法により製膜し、銀ナノ粒子からなる導電膜を作製した。この基板に、実施例8に記載の方法と同様の方法で半導体薄膜を製膜した。得られた結果を図24に示す。図中、黒点線で示した領域内にのみ半導体薄膜が形成されており、本発明による導電膜の配置によって半導体がパターニング製膜できることが確認できた。 Manufacture of a semiconductor device having only the conductive film 23 shown in Figures 3A and 3B. We verified whether a semiconductor thin film can be formed by film formation by the blade coating method on a substrate having a U-shaped electrode pattern included in a semiconductor device manufactured by the present invention. A base film of CYTOP CTL809M was applied to a silicon substrate with an oxide film by spin coating, and then VUV light was irradiated in a pattern through a photomask. An ink containing silver nanoparticles was then formed by the blade coating method to produce a conductive film made of silver nanoparticles. A semiconductor thin film was formed on this substrate by the same method as that described in Example 8. The results are shown in Figure 24. In the figure, a semiconductor thin film was formed only within the area indicated by the black dotted line, and it was confirmed that a semiconductor can be patterned by the arrangement of the conductive film according to the present invention.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、半導体層作製に使用する半導体溶液を下記の公知有機半導体材料であるNo.5に変えた以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で、図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。
偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図25に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、黒点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。Figure 25 shows a photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope. The area where the crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking observed by crossed Nicol observation. No color blinking indicating that an organic semiconductor film had been formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the black dotted line in the figure, confirming that no organic semiconductor film had been formed. On the other hand, in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations had been formed without any defects.
実施例11に記載の有機半導体装置の評価
実施例11により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長100μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子では、熱酸化膜層となるSiO2および下地膜となるCYTOP CTL809Mが絶縁膜の役割を果たし、そのキャパシタンスは23nF/cm2として素子特性値を算出した。当該有機薄膜トランジスタ素子は、実施例1に記載したトランジスタ素子と同様に有機電界効果トランジスタに典型的な線形・飽和の出力・伝達特性の形状をヒステリシスなく示した。得られた特性から当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、低電圧駆動下において(ドレイン電圧Vd=-0.5V)最大4.4cm2/Vsの移動度を示した。また、閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング(SS)値を算出したところ、その値は最小で89mV/decとなり、きわめて急峻なスイッチング特性を示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 11 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 800 μm and a channel length of 100 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 11 were measured. In this organic thin film transistor element, the thermal oxide film layer SiO 2 and the undercoat film CYTOP CTL809M played the role of an insulating film, and the element characteristic value was calculated assuming a capacitance of 23 nF/cm 2. The organic thin film transistor element showed a linear and saturated output and transfer characteristic shape typical of an organic field effect transistor without hysteresis, similar to the transistor element described in Example 1. When the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated from the obtained characteristics, it showed a maximum mobility of 4.4 cm 2 /Vs under low voltage driving (drain voltage Vd = -0.5 V). Furthermore, when the subthreshold swing (SS) value, which indicates that the drain current changes suddenly in the vicinity of the threshold voltage, was calculated, the minimum value was 89 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、半導体層作製に使用する半導体溶液を実施例11に記載の有機半導体材料であるNo.5と下記の公知の有機半導体材料No.6を質量濃度が0.05%となるようにそれぞれクロロベンゼンに溶解したのち、No.5:No.6=8:2の体積比率で混合した溶液に変えた以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で、図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。
偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図26に示す。なお、該実施例における導電膜のパターンは実施例1で用いた図16に示したものと同形のものを用いており、図25に示す写真は半導体デバイスとして機能するソース電極部およびドレイン電極部を拡大したものである。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、黒点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。 Figure 26 shows a photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope. The conductive film pattern in this example is the same as that shown in Figure 16 used in Example 1, and the photograph shown in Figure 25 shows an enlarged view of the source electrode part and the drain electrode part that function as a semiconductor device. When the area where the crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking by the crossed Nicol observation, no color blinking indicating that the organic semiconductor film was formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the black dotted line in the figure, and it was confirmed that the organic semiconductor film was not formed. On the other hand, it was confirmed that in the area surrounded by the conductive film shown by the dotted line, a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations was formed without any defects.
実施例13に記載の有機半導体装置の評価
実施例13により製造した半導体装置に含まれるチャネル幅800μm及びチャネル長200μmのソース電極およびドレイン電極で構成される有機薄膜トランジスタ素子の有機薄膜トランジスタ特性を測定した。なお、本有機薄膜トランジスタ素子では、熱酸化膜層となるSiO2および下地膜となるCYTOP CTL809Mが絶縁膜の役割を果たし、そのキャパシタンスは23nF/cm2として素子特性値を算出した。当該有機薄膜トランジスタ素子は、実施例1に記載したトランジスタ素子と同様に有機電界効果トランジスタに典型的な線形・飽和の出力・伝達特性の形状をヒステリシスなく示した。得られた特性から当該有機薄膜トランジスタ素子のキャリア移動度を算出したところ、低電圧駆動下において(ドレイン電圧Vd=-0.5V)最大0.79cm2/Vsの移動度を示した。また、閾値電圧近傍においてドレイン電流が急激に変化することを示すサブスレショルドスイング(SS)値を算出したところ、その値は70mV/decとなり、きわめて急峻なスイッチング特性を示した。 Evaluation of the organic semiconductor device described in Example 13 The organic thin film transistor characteristics of an organic thin film transistor element composed of a source electrode and a drain electrode with a channel width of 800 μm and a channel length of 200 μm included in the semiconductor device manufactured in Example 13 were measured. In this organic thin film transistor element, the thermal oxide film layer SiO 2 and the undercoat film CYTOP CTL809M played the role of an insulating film, and the element characteristic value was calculated assuming a capacitance of 23 nF/cm 2. The organic thin film transistor element showed a linear and saturated output and transfer characteristic shape typical of an organic field effect transistor without hysteresis, similar to the transistor element described in Example 1. When the carrier mobility of the organic thin film transistor element was calculated from the obtained characteristics, it showed a maximum mobility of 0.79 cm 2 /Vs under low voltage driving (drain voltage Vd = -0.5 V). Moreover, when the subthreshold swing (SS) value, which indicates that the drain current changes suddenly in the vicinity of the threshold voltage, was calculated, the value was 70 mV/dec, indicating extremely steep switching characteristics.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、半導体層作製に使用する半導体溶液を市販の有機半導体材料であるポリ(3-ヘキシル)チオフェン(メルク社製)のクロロベンゼン溶液に変え、5.0μm/秒の速度で半導体溶液をブレードコート製膜した以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で、図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。顕微鏡を用いた観察により得られた半導体装置の写真を図27に示す。ポリ(3-ヘキシル)チオフェンは当該基板上で薄膜を形成する場合、橙色に観察されるため、製膜された部位を容易に観測することができる。図中、黒点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されておらず、一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、ポリ(3-ヘキシル)チオフェンが欠損なく製膜されていることを確認できた。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B A semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B was manufactured by the same method as that described in Example 1, except that the semiconductor solution used for preparing the semiconductor layer was replaced with a chlorobenzene solution of poly(3-hexyl)thiophene (manufactured by Merck), which is a commercially available organic semiconductor material, and the semiconductor solution was blade-coated at a speed of 5.0 μm/sec. FIG. 27 shows a photograph of the semiconductor device obtained by observation using a microscope. When poly(3-hexyl)thiophene is formed into a thin film on the substrate, it is observed in orange, so that the formed portion can be easily observed. In the figure, it was confirmed that no organic semiconductor film was formed on the CYTOP outside the area indicated by the black dotted line, while poly(3-hexyl)thiophene was formed without any defects in the area surrounded by the conductive film indicated by the dotted line.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、SiO2熱酸化膜(100nm)付きシリコンウェハーにCYTOPの製膜は行わず、代わりに1H,1H,2H,2H,-パーフルオロデシルトリエトキシラン(FAS-17、メルク社製)の蒸気を120℃下にて暴露することで基板表面修飾による撥液処理を行い、1.5μm/秒の速度で半導体溶液をブレードコート製膜した以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図28に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B In contrast to the method described in Example 1, a silicon wafer with a SiO 2 thermal oxide film (100 nm) was not coated with CYTOP, but instead, a liquid-repellent treatment was performed by modifying the substrate surface by exposing the substrate to the vapor of 1H,1H,2H,2H,-perfluorodecyltriethoxylane (FAS-17, manufactured by Merck) at 120° C., and a semiconductor solution was blade-coated at a speed of 1.5 μm/sec. A semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B was manufactured by the same method as that described in Example 1. A photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope is shown in FIG. 28. The area where a crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking observed by the crossed Nicol observation, and it was confirmed that no organic semiconductor film was formed on the CYTOP outside the area shown by the dotted line in the figure. On the other hand, in the area surrounded by the conductive film indicated by the dotted lines, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film with multiple crystal orientations was deposited without any defects.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、半導体溶液の調液に使用する溶媒をо-キシレンに変え、Au電極のPFBT蒸気暴露は行わず、2.0μm/秒の速度で半導体溶液をブレードコート製膜した以外は実施例1に記載の方法と同様の方法で図3A及び図3Bに示される導電膜23に対応する形状を備える導電膜を含む半導体装置を製造した。偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図29に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図中、点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されず、有機半導体膜が製膜されていないことが確認できた。一方で、点線で示した導電膜に囲まれた領域では、複数の結晶方位を持つ結晶性の高い有機半導体薄膜が欠損なく製膜されていることが確認できた。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIG. 3A and FIG. 3B A semiconductor device including a conductive film having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIG. 3A and FIG. 3B was manufactured by the same method as the method described in Example 1, except that the solvent used for preparing the semiconductor solution was changed to o-xylene, the Au electrode was not exposed to PFBT vapor, and the semiconductor solution was blade-coated at a speed of 2.0 μm/sec. FIG. 29 shows a photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope. When the region where a crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking by the crossed Nicol observation, no color blinking indicating that an organic semiconductor film was formed was observed on the CYTOP outside the region shown by the dotted line in the figure, and it was confirmed that an organic semiconductor film was not formed. On the other hand, it was confirmed that a highly crystalline organic semiconductor thin film having multiple crystal orientations was formed without any defects in the region surrounded by the conductive film shown by the dotted line.
導電膜および半導体膜の下地となる膜の濡れ性の評価
実施例1、3、11、13、15、16に用いた導電膜であるペンタフルオロベンゼンチオール処理を施した金膜の表面エネルギー、実施例1,3,6、7、9、11、13、15、17に用いた半導体層の下地となるCYTOP CTL809Mの絶縁膜層表面エネルギー、実施例16に用いたFAS-17による表面処理を行った熱酸化膜付シリコン基板の表面エネルギー、および実施例17に用いた導電膜である金膜の表面エネルギーの評価として、水およびクロロベンゼンの液滴を表面に滴下した際の接触角の測定を行った。その結果を表2に示す。
[表2]
Evaluation of wettability of conductive film and underlying film of semiconductor film The surface energy of the gold film treated with pentafluorobenzenethiol, which is the conductive film used in Examples 1, 3, 11, 13, 15, and 16, the surface energy of the insulating film layer of CYTOP CTL809M, which is the underlying semiconductor layer used in Examples 1, 3, 6, 7, 9, 11, 13, 15, and 17, the surface energy of the silicon substrate with thermally oxidized film that was surface-treated with FAS-17, which is used in Example 16, and the surface energy of the gold film, which is the conductive film used in Example 17, were evaluated by measuring the contact angle when droplets of water and chlorobenzene were dropped onto the surface. The results are shown in Table 2.
[Table 2]
実施例において半導体溶液に使用した有機溶媒であるクロロベンゼンおよびо-キシレンの接触角の値は、前記実施例における導電膜と半導体層の下地との組み合わせのすべてにおいて、導電膜よりも下地となる絶縁膜表面の方が大きな値を示した。また、水接触角の関係性も前期と同様の結果となった。In the examples, the contact angle values of chlorobenzene and o-xylene, the organic solvents used in the semiconductor solution, were larger on the insulating film surface as the base than on the conductive film in all combinations of conductive film and semiconductor layer base in the examples. The relationship with water contact angle also showed the same results as in the previous period.
図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備えない導電膜を含む半導体装置の製造
実施例1に記載の方法に対して、図3A及び3Bに示される導電膜23に対応する形状を備えず、図3A及び3Bに示される導電膜19および21のみを備えるようにして導電膜を製膜した以外は、実施例1に記載の方法と同様の方法で半導体装置を製造した。偏光顕微鏡を用いたクロスニコル観察により得られた半導体装置の写真を図30に示す。クロスニコル観察による色の明滅から結晶性の有機半導体薄膜が製膜された領域を決定したところ、図29右の点線で示した領域の外におけるCYTOP上では有機半導体膜が製膜されていることを示す色の明滅は観察されなかった。一方で、点線で示した導電膜上にのみ有機半導体薄膜が製膜されていた。従って、導電膜の一方をソース電極、他方をドレイン電極とした半導体装置におけるチャネル領域には有機半導体薄膜を製造することはできず、半導体装置を作製することは出来なかった。 Manufacture of a semiconductor device including a conductive film not having a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B A semiconductor device was manufactured by the same method as that described in Example 1, except that the conductive film was formed so as not to have a shape corresponding to the conductive film 23 shown in FIGS. 3A and 3B and to have only the conductive films 19 and 21 shown in FIGS. 3A and 3B. A photograph of the semiconductor device obtained by crossed Nicol observation using a polarizing microscope is shown in FIG. 30. The area in which a crystalline organic semiconductor thin film was formed was determined from the color blinking by the crossed Nicol observation, and no color blinking indicating that an organic semiconductor film was formed was observed on the CYTOP outside the area shown by the dotted line on the right of FIG. 29. On the other hand, an organic semiconductor thin film was formed only on the conductive film shown by the dotted line. Therefore, an organic semiconductor thin film could not be manufactured in the channel area of a semiconductor device in which one of the conductive films was a source electrode and the other was a drain electrode, and a semiconductor device could not be manufactured.
1、11:基体、2、13:下地膜、3、15:導電膜、150:溶液、4、17:絶縁膜、5、6、19、21、23、23’、23’’’:導電膜、6-1、23-1、23’-1、23’’-1:第1部分、6-2、23-2、23’-2、23’’-2:第2部分、6-3、23-3、23’-3、23’’-3:第3部分、6-4、23-4、23’-4、23’’-4:第4部分、6-5、23-5、23’-5、23’’-5:第5部分、23A~23C:サブ導電膜、23’’’-6:一端部、23’’’-7:他端部、7、25:有機半導体膜、8-1~8-3、30-1~30-3:領域、200、300:ブレード、250:溶液 1, 11: substrate, 2, 13: undercoat film, 3, 15: conductive film, 150: solution, 4, 17: insulating film, 5, 6, 19, 21, 23, 23', 23'": conductive film, 6-1, 23-1, 23'-1, 23"-1: first part, 6-2, 23-2, 23'-2, 23"-2: second part, 6-3, 23-3, 23'-3, 23"-3: third part Part, 6-4, 23-4, 23'-4, 23"-4: fourth part, 6-5, 23-5, 23'-5, 23"-5: fifth part, 23A to 23C: sub-conductive film, 23'"-6: one end, 23'"-7: other end, 7, 25: organic semiconductor film, 8-1 to 8-3, 30-1 to 30-3: region, 200, 300: blade, 250: solution
Claims (17)
前記第1導電膜上の絶縁膜と、
前記絶縁膜上の第2導電膜及び第3導電膜と、
前記絶縁膜、前記第2導電膜及び前記第3導電膜上の有機半導体膜とを含み、
前記第2導電膜は、第1方向に沿って延在する部分を含み、
前記第3導電膜は、
前記第2導電膜から見て、前記第1方向に位置する第1部分と、
前記第2導電膜と前記第1部分の間の領域から見て、前記第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分及び前記第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分と、
前記第2部分から見て、前記第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分と、
前記第3部分から見て、前記第4方向に位置する第5部分とを含み、
前記第1部分、前記第2部分の少なくとも一部及び前記第3部分の少なくとも一部は、連続して延在し、
前記絶縁膜の表面自由エネルギーは、前記第2導電膜の表面自由エネルギー及び前記第3導電膜の表面自由エネルギーよりも小さく、
前記第2導電膜と略平行に延在する部分を含み、且つ、該部分が前記第4部分と前記第5部分の間に位置する、前記絶縁膜上の第4導電膜をさらに含み、
前記第1導電膜は、ゲートとして機能し、
前記第2導電膜は、ソース及びドレインの一方として機能し、
前記第4導電膜は、ソース及びドレインの他方として機能する、
半導体装置。 A first conductive film;
an insulating film on the first conductive film;
a second conductive film and a third conductive film on the insulating film;
an organic semiconductor film on the insulating film, the second conductive film, and the third conductive film;
the second conductive film includes a portion extending along a first direction,
The third conductive film is
a first portion located in the first direction as viewed from the second conductive film;
a second portion located in a second direction perpendicular to the first direction when viewed from a region between the second conductive film and the first portion, and a third portion located in a third direction opposite to the second direction;
a fourth portion located in a fourth direction opposite to the first direction as viewed from the second portion;
a fifth portion located in the fourth direction as viewed from the third portion,
the first portion, at least a portion of the second portion, and at least a portion of the third portion extend continuously;
a surface free energy of the insulating film is smaller than a surface free energy of the second conductive film and a surface free energy of the third conductive film,
a fourth conductive film on the insulating film, the fourth conductive film including a portion extending substantially parallel to the second conductive film and positioned between the fourth portion and the fifth portion;
The first conductive film functions as a gate;
the second conductive film functions as one of a source and a drain;
the fourth conductive film functions as the other of the source and drain;
Semiconductor device.
前記第1方向及び前記第4方向に沿って延在し、前記第2部分及び前記第4部分を含む上方部分と、
前記第1方向及び前記第4方向に沿って延在し、前記第3部分及び前記第5部分を含む下方部分と、
前記第2方向及び前記第3方向に沿って延在し、前記第1部分を含む中間部分とを含み、
前記上方部分の前記第1方向側の末端と前記中間部分の前記第2方向側の末端が連続し、且つ、前記下方部分の前記第1方向側の末端と前記中間部分の前記第3方向側の末端が連続する、請求項1に記載の半導体装置。 The third conductive film is
an upper portion extending along the first direction and the fourth direction and including the second portion and the fourth portion;
a lower portion extending along the first direction and the fourth direction and including the third portion and the fifth portion;
an intermediate portion extending along the second direction and the third direction and including the first portion;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an end of the upper portion on the first direction side is continuous with an end of the middle portion on the second direction side, and an end of the lower portion on the first direction side is continuous with an end of the middle portion on the third direction side.
前記第1方向及び前記第4方向に沿って延在し、前記第2部分の一部及び前記第4部分を含む上方部分と、
前記第1方向及び前記第4方向に沿って延在し、前記第3部分の一部及び前記第5部分を含む下方部分と、
前記上方部分の前記第1方向側の末端から前記下方部分の前記第1方向側の末端まで湾曲して延在し、前記第1部分、前記第2部分の残部及び前記第3部分の残部を含む中央部分とを含む、請求項1に記載の半導体装置。 The third conductive film is
an upper portion extending along the first direction and the fourth direction and including a part of the second portion and the fourth portion;
a lower portion extending along the first direction and the fourth direction and including a part of the third portion and the fifth portion;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a central portion that extends in a curved manner from an end of the upper portion on the first direction side to an end of the lower portion on the first direction side, and that includes the first portion, a remainder of the second portion, and a remainder of the third portion.
前記下地膜下の基体とをさらに含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置。 a base film below the first conductive film;
The semiconductor device according to claim 1 , further comprising a base body below the undercoat film.
前記第1導電膜上に絶縁膜を製膜する工程と、
前記絶縁膜の第1領域及び第2領域に対して紫外線を照射する工程と、
前記第1領域及び前記第2領域に第2導電膜及び第3導電膜をそれぞれ製膜する工程と、
前記絶縁膜、前記第2導電膜及び前記第3導電膜上に有機半導体膜を製膜する工程とを含み、
前記第1領域は、第1方向に沿って延在し、
前記第2領域は、
前記第1領域から見て、前記第1方向に位置する第1部分と、
前記第1領域と前記第1部分の間の領域から見て、前記第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分及び前記第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分と、
前記第2部分から見て、前記第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分と、
前記第3部分から見て、前記第4方向に位置する第5部分とを含み、
前記第1部分、前記第2部分の少なくとも一部及び前記第3部分の少なくとも一部は、連続して延在し、
前記有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分となる溶媒の前記絶縁膜に対する接触角は、前記溶媒の前記第2導電膜及び前記第3導電膜のそれぞれに対する接触角よりも大きく、
前記有機半導体膜を製膜する工程は、前記溶液を前記第4方向に沿って塗布する工程を含む、半導体装置の製造方法。 forming a first conductive film;
forming an insulating film on the first conductive film;
irradiating the first region and the second region of the insulating film with ultraviolet light;
forming a second conductive film and a third conductive film in the first region and the second region, respectively;
forming an organic semiconductor film on the insulating film, the second conductive film, and the third conductive film;
The first region extends along a first direction,
The second region is
A first portion located in the first direction as viewed from the first region;
a second portion located in a second direction perpendicular to the first direction when viewed from a region between the first region and the first portion, and a third portion located in a third direction opposite to the second direction;
a fourth portion located in a fourth direction opposite to the first direction as viewed from the second portion;
a fifth portion located in the fourth direction as viewed from the third portion,
the first portion, at least a portion of the second portion, and at least a portion of the third portion extend continuously;
a contact angle of a solvent , which is a main component of a solution containing a material constituting the organic semiconductor film as a solute, with respect to the insulating film is larger than a contact angle of the solvent with respect to each of the second conductive film and the third conductive film;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming the organic semiconductor film includes a step of applying the solution along the fourth direction.
前記第1導電膜上に絶縁膜を製膜する工程と、
前記絶縁膜の第1領域、第2領域及び第3領域に対して紫外線を照射する工程と、
前記第1領域、前記第2領域及び前記第3領域に第2導電膜、第3導電膜及び第4導電膜をそれぞれ製膜する工程と、
前記絶縁膜、前記第2導電膜、前記第3導電膜及び前記第4導電膜上に有機半導体膜を製膜する工程とを含み、
前記第1領域及び前記第3領域は、第1方向に沿って略平行に延在し、
前記第2領域は、
前記第1領域及び前記第3領域から見て、前記第1方向に位置する第1部分と、
前記第1領域及び前記第3領域と前記第1部分の間の領域から見て、前記第1方向と直交する第2方向に位置する第2部分及び前記第2方向の反対方向である第3方向に位置する第3部分と、
前記第2部分から見て、前記第1方向の反対方向である第4方向に位置する第4部分と、
前記第3部分から見て、前記第4方向に位置する第5部分とを含み、
前記第1部分、前記第2部分の少なくとも一部及び前記第3部分の少なくとも一部は、連続して延在し、
前記有機半導体膜を構成する材料を溶質として含む溶液の主成分となる溶媒の前記絶縁膜に対する接触角は、前記溶媒の前記第2導電膜、前記第3導電膜及び前記第4導電膜のそれぞれに対する接触角よりも大きく、
前記有機半導体膜を製膜する工程は、前記溶液を前記第4方向に沿って塗布する工程を含む、半導体装置の製造方法。 forming a first conductive film;
forming an insulating film on the first conductive film;
irradiating a first region, a second region, and a third region of the insulating film with ultraviolet light;
forming a second conductive film, a third conductive film, and a fourth conductive film in the first region, the second region, and the third region, respectively;
forming an organic semiconductor film on the insulating film, the second conductive film, the third conductive film, and the fourth conductive film;
The first region and the third region extend substantially parallel to each other along a first direction,
The second region is
a first portion located in the first direction as viewed from the first region and the third region;
a second portion located in a second direction perpendicular to the first direction when viewed from the first region and a region between the third region and the first portion, and a third portion located in a third direction opposite to the second direction;
a fourth portion located in a fourth direction opposite to the first direction as viewed from the second portion;
a fifth portion located in the fourth direction as viewed from the third portion,
the first portion, at least a portion of the second portion, and at least a portion of the third portion extend continuously;
a contact angle of a solvent, which is a main component of a solution containing a material constituting the organic semiconductor film as a solute, with respect to the insulating film is larger than contact angles of the solvent with respect to each of the second conductive film, the third conductive film, and the fourth conductive film;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming the organic semiconductor film includes a step of applying the solution along the fourth direction.
前記溶液を前記絶縁膜上に滴下する工程と、
塗装部材によって前記溶液を前記第4方向に沿って掃引する工程とをさらに含む、請求項14又は15に記載の半導体装置の製造方法。 The coating step includes:
dropping the solution onto the insulating film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14 or 15 , further comprising the step of sweeping the solution along the fourth direction with a coating member.
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