感光性sam膜的曝光方法及半導體器件的製造方法

2023-06-10 15:20:26 1

專利名稱：感光性sam膜的曝光方法及半導體器件的製造方法
技術領域：
本發明涉及感光性SAM膜的曝光方法及半導體器件的製造方法， 特別涉及具有有機薄膜電晶體的半導體器件的製造方法、具有感光性的 自組織化單分子膜的曝光方法、使用了該膜的有機薄膜電晶體及其製造 方法、以及具有有機薄膜電晶體的半導體器件及其製造方法。
背景技術：
近年來，對具有薄膜電晶體(TFT: Thin Film Transistor)器件的 顯示裝置進行了各種研究開發。由於該TFT低耗電'省空間，所以開始 被用作手機、筆記本電腦、PDA等可攜式裝置的顯示裝置驅動用晶體 管。上述TFT大部分是利用以結晶矽或非晶矽為代表的無機半導體材 料製造的。這是因為可以使用現有的半導體器件的製造工序.製造技術 進行製造。但是，使用半導體製造工序時，由於半導體成膜時的處理 溫度在350。C以上，所以能形成的襯底有限。特別是以塑料為代表的 撓性襯底的耐熱溫度大多在350。C以下，所以難以使用通常的半導體 製造工序來製造無機半導體材料的TFT。
最近，針對上述問題，正在研究開發能在低溫下製造的、使用有 機半導體材料的TFT器件(以下簡稱為有機TFT)。由於能在低溫下形成 有機半導體膜，所以也能在塑料等耐熱性低的襯底上形成有機TFT。 因此能製造目前還不存在的具有撓性的新型裝置。
作為形成有機TF T時的有機半導體膜的形成方法，可以根據有機 半導體材料從噴墨等印刷法、旋塗法、噴霧法、轉印法、蒸鍍法、浸 漬(dipping)法、澆鑄法等中選擇使用最適合的方法。例如，並五苯 衍生物等低分子化合物主要通過蒸鍍法等成膜，聚瘞吩衍生物等高分 子化合物可以由溶液成膜。作為具有有機薄膜電晶體的半導體器件的製造方法的例子，例如可以舉出專利文獻l等。在該例子中，需要利 用毛細管現象抑制有機半導體材料的使用量。
最近，正在研究使用以噴墨、微分配、轉印法等為代表的印刷工
序，以少量有機半導體材料無浪費地製造TFT的溝道(channel)部， 由此進一步降低價格。此外，也開始研究開發通過印刷來製造電極或 配線部。特開2004 - 080026號/>才艮 [專利文獻2]特開2003 - 1W1M號公才艮 [專利文獻3]特開2003 - 321479號 >才艮

發明內容
如上所述，使用印刷技術的TFT製造方法具有能夠降低價格的特 徵。但是，在目前常用的印刷技術中，對位精度為10nm左右，即使 使用最新技術也只是數微米左右。因此，難以利用印刷工序製造微細 的TFT。特別是門電極(下部電極)和源/漏電才及(上部電極)的位 置發生偏移時，造成寄生容量增加或製造多個TFT時發生性能不均等 問題。利用噴墨法時，從噴嘴噴出的材料飛至襯底時發生上述位置偏 移。利用轉印法時，將材料從轉印輥轉印至襯底時發生上述位置偏移。
因此，目前，有機半導體膜形成、配線工序等採用印刷工序，絕 緣膜形成或接觸孔形成等採用現有的半導體工序，電極形成採用印刷 或現有的半導體工序。此種情況下，由於是兩種方式的組合，所以， 光刻法相關裝置、印刷裝置、成膜裝置、蝕刻裝置等製造裝置涉及多 方面而變得複雜化，或由於在接觸孔形成工序、電極形成工序等中需 要光掩模，而導致製造成本增加。
作為對策，也開始討論不需要光掩模的無位置偏移的方法。例如， 在專利文獻2中7>開了下述方法使用感光性組合物，以源電才及和漏 電極作為掩模，通過從背面進行光刻，形成無位置偏移的門電極圖案 (gate pattern)。使用該方法，能形成無位置偏移的圖案，但是，由 於包括感光性組合物的光刻工序，所以包括感光性組合物的塗敷、加熱、曝光、顯影等工序，並且使用相應裝置，由此導致成本和時間增 加。如果採用在通常的半導體工序中使用的感光性組合物光刻工序， 則有可能不能使用撓性襯底等特殊襯底。另外，如果使用塑料等有機 類襯底作為襯底，則還存在溶解於感光性組合物溶劑中的問題。
作為上述感光性組合物，還研究了使用感光性自組織化單分子膜
(以下稱為感光性SAM: Self-Assembled Monolayer)的方法。上述感 光性SAM具有未曝光部分為疏液性、曝光部分為親液性的特徵。利用 該特點，選擇性地在親液部印刷導電性材料溶液，形成電極或配線。 作為感光性SAM,報導了具有全氟烷基的矽烷偶聯劑、具有以抗蝕劑 為代表的感光性組合物的感光基團的矽烷偶聯劑等。為了使具有全氟 基團的感光性SAM表現出親液性，使用利用200nm左右的極短波長的 光切斷主《連的反應，-f旦由於通常的撓性襯底不透射300nm以下的光， 所以在使用了撓性襯底的上述背面曝光中不發生反應。具有抗蝕劑感
以，也包括能利用透過撓性襯底的光進行反應的感光性SAM。但是， 目前還存在下述問題，即為了使感光性SAM表現親液性，必須-使照射 量達到抗蝕劑光刻工序的IO倍左右，並且花費時間。
針對上述問題，本發明的目的在於提供一種使用印刷法在短時間 內製造高性能有機薄膜電晶體的方法，所述有機薄膜電晶體具有 20nm左右的微細圖案形狀，具有下部電極和上部電極間隔絕緣膜對 置的電極，所述下部電極和上部電極在不使用光掩模的情況下，彼此 偏移lpm以內對位。
本發明的要點之一如下所述。
感光性SAM膜的曝光方法，該方法是在村底上形成具有感光性、 感光前具有疏液性、感光後具有親液性的自組織化單分子膜(感光性 SAM膜)，
在使該襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態下或使感光面朝下 與液體接觸的狀態下，對上述襯底進行曝光，其特徵在於，光，
上述液體是含有芳香環的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑 中的至少一種。
(1) 此處，作為曝光光，可以是透過該村底的光，具體而言，曝
光光優選為紫外光或可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光 光。曝光光波長的數值限定是指作為透過襯底的光優選的波長範圍。
(2) 上述液體可以是能溶解感光後從SAM切斷的基團的液體。 更具體而言，優選為含有芳香環的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機 溶劑中的至少一個。
本發明提供具有對應於下述襯底的有機薄膜電晶體的半導體器件 的製造方法，所述製造方法使用印刷技術形成該器件，所述襯底通過 以下部電極作為掩模從背面進行曝光的光刻工序，利用下部電極正上 方和其他部分的水或有機溶劑的接觸角之差，使上部電極與下部電極 自匹配i也進^亍配置。
本發明的代表性方案是使用下述製造方法，即，只有上部電極和 下部電極的對位工序採用不使用光掩模、而是利用通過曝光源電極以 及漏電極材料而發生變化的水或有機溶劑接觸角之差的工序，而其他 所有工序均使用印刷法。使用透光性村底，在該透光性襯底上使用導 電性材料進行印刷、燒成，由此製作不透光性的門電極(下部電極)。 利用印刷法在其上依次以必需的面積層合透光性絕緣膜、通過曝光改 變水或有機溶劑接觸角的感光性自組織化單分子膜溶液。然後， 一邊 將襯底浸漬在石威水溶液或有機溶劑中，或一邊使襯底表面(形成有感 光性自組織化單分子膜的面)與鹼水溶液或有才幾溶劑4妄觸， 一邊以下 部電極為掩模從襯底背面曝光感光性自組織化單分子膜，然後用水衝 洗，使曝光部和未曝光部的水或有機溶劑接觸角之差變大，利用該差 值，通過印刷法印刷導電性材料溶液，可以形成與下部電才及對位的源 電極以及漏電極圖案。由此能使下部電極和上部電極精密對位。然後， 在下部電極正上方印刷或蒸鍍有機半導體材料，由此形成有機薄膜晶 體管。利用本發明的實施例，使用印刷法可以提供具有有機薄膜電晶體的
半導體器件，所述有機薄膜電晶體具有在ljim以內被準確對位的下部電 才及和上部電極間隔絕緣膜對置的電極。


圖1是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖2是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖3是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖4是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖5是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖6是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖7是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖8是表示本發明實施例2的電晶體的製造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖9是表示具有本發明實施例3的電晶體的半導體器件的制 造工序順序的平面圖及剖面圖。圖10是表示具有本發明實施例3的電晶體的半導體器件的 製造工序順序的平面圖及剖面圖。圖11是表示本發明實施例4的電晶體的製造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖12是表示本發明實施例4的電晶體的製造工序順序的平 面圖及剖面圖。[圖13 ]圖13是表示本發明實施例4的電晶體的製造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖14是表示本發明實施例4的電晶體的製造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖15是表示本發明實施例5的配線襯底的製造工序順序的 平面圖及剖面圖。圖16是表示本發明實施例5的配線襯底的製造工序順序的 平面圖及剖面圖。圖17是表示本發明實施例5的配線襯底的製造工序順序的 平面圖及剖面圖。
平面圖及剖面圖。圖19是表示本發明實施例5的配線襯底的製造工序順序的 平面圖及剖面圖。是本發明的操作工序圖。本發明的感光性自組織化單分子膜在液體中曝光時的襯底 狀態。本發明的感光性自組織化單分子膜在液體接觸曝光時的襯 底狀態。本發明的曝光中使用的裝置配置圖。 符號說明
本申請附圖中使用的符號說明如下所述。
l...件十底、2...下部電衝及、門配線/電才及、3…門絕緣月莫、4…感光性 自組織化單分子膜、5...曝光光、6…感光後進行有積^鹹處理使水接觸角 變小的自組織化單分子膜、7...上部電極、源電極以及漏電極、8...配線、 9…配線、IO...有機半導體、ll...配線、17...門配線的連接部、18…鄰 接的門配線/電極間的間隙、21...信號端子形成用下部電極、22…信號 端子、23…源電極、24...漏電極、25...通孔、26…保護膜、27…通孑L、28...配線、29…曝光用容器、30...形成有感光性SAM的村底、31…鹼 水溶液或有機溶劑、32…曝光光源、33...透鏡系統、34...鏡子系統、35...
曝光光。
具體實施例方式
具體說明本申請發明的各方案之前，詳細說明本發明的主要方案 以及使用的具體材料等。
本發明的要點是有機薄膜電晶體的製造方法，所述有機薄膜晶體 管在由透光性材料形成的襯底上具有由有機半導體構成的溝道部、與 上述溝道部連接的由透光性材料形成的絕緣膜、與上述絕緣膜連接的 由不透光性材料形成的門電極、被上述溝道部隔離的l對源電極以及 漏電極，其特徵在於，在使上述襯底浸漬在鹼水溶液或有機溶劑中的
述門電極作為掩模區域，從襯底背面進行曝光，設定上述l對源電極 以及漏電才及兩電才及在門電才及側的端部。而且，優選通過印刷法形成上 述溝道部、上述絕鄉彖力莫、上述門電才及、上述源電才及以及漏電才及。
的曝光工序為例，進行如下說明。即，包括以下工序在透光性襯底 上部形成不透光性的門電極(下部電極)的工序；形成透光性門絕緣 膜至少覆蓋上述門電極的工序；和塗敷感光性自組織化單分子膜的工 序；使上述襯底浸漬在石威水溶液或有機溶劑中的工序或使上述襯底表 面與》威水溶液或有機溶劑接觸的工序；/人上述透光性襯底背面進^亍曝
光的工序；上述曝光後，用水衝洗乾淨的工序；通過在曝光部印刷導 電性材料溶液並進行燒成，形成源電極以及漏電極(上部電極)的工 序；形成用於形成溝道部的有機半導體層的工序。
此種情況下，作為具體的順序，包括下面2個代表性的順序。即， 順序1是形成上述有機半導體膜的工序在形成上述上部電極材料層的 工序之前進行。順序2是形成上述有機半導體膜的工序在形成上述上 部電極材料層的工序之後進行。為了實現本發明的目的，更優選形成不透光性門電極的工序、形 成上述門絕緣膜的工序、上述至少在上述門絕緣膜上形成電極材料層 的工序都使用印刷法進行。
上述塗敷法的代表例包括噴墨法、微分配法、浸漬法、旋塗法、 以及轉印法等。實際上，本發明的目的是使用上述方法中的至少一種 形成各部分。
下面說明本發明的實施例中使用的具體材料等。
上述透光性襯底的代表例為矽化合物或有機化合物。作為透光性 襯底的具體例，可以舉出玻璃板或石英襯底、撓性樹脂製片材即所謂 的塑料膜。作為塑料膜，可以舉出聚對苯二曱酸乙二醇酯、聚萘二曱 酸乙二醇酯、聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚醚醚酮、對聚苯硫、聚丙烯酸 酯、聚醯亞胺、聚碳酸酯、三乙酸纖維素、乙酸-丙酸纖維素等。塑 料膜具有撓性彎曲的特性。在要求裝置具有撓性的各種應用中是有利 的。
作為上述導電性材料，可以採用納米微粒、絡合物、高分子的形 態，該導電性材料是由能分散於溶劑中形成液體材料的金屬、金屬氧 化物、或導電性高分子材料組成的油墨。
上述透光性絕緣膜材料為有機絕緣高分子類，作為例子，可以舉 出聚醯亞胺衍生物、苯並環丁烯衍生物、感光丙烯酸衍生物
(photoacryl derivatives )、聚苯乙烯衍生物、聚乙烯基苯酚書亍生物、 聚酯衍生物、聚碳酸酯衍生物、聚酯衍生物、聚乙酸乙烯酯衍生物、 聚氨酯衍生物、聚碸衍生物、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、環氧樹脂 等。此外，作為絕緣材料，可以舉出矽氧化物、矽氮化物、矽氮氧化 物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物等無機材料。另外，上 述絕緣膜可以是單層膜，也可以是多層膜，還可以在形成感光性自組 織化單分子膜時用金屬氧化物覆蓋表面。
作為上述有機半導體材料，可以舉出以並五苯、紅熒烯為代表的 多並苯衍生物、聚p塞吩衍生物、聚乙烯亞乙烯基(polyethylenevinylene ) 衍生物、聚吡咯衍生物、聚異硫茚衍生物、聚苯胺衍生物、聚乙炔衍生物、聚二乙炔衍生物、聚奧衍生物、聚芘衍生物、聚呻唑衍生物、 聚硒吩衍生物、聚苯並呋喃衍生物、聚亞苯基衍生物、聚P引咮衍生物、
聚噠喚衍生物、金屬酞菁衍生物、富勒烯(Fullerene)衍生物、以及 混合2種以上上述重複單元得到的聚合物或低聚物等。另外，可以根 據需要對上述有機半導體材料實施摻雜處理。為了提高有機半導體晶 體管性能，可以利用印刷有機半導體以前的工序對有機半導體和襯底 的粘合面進行表面處理。還可以根據需要層合上述有機半導體。
上述感光性自組織化單分子膜材料為末端具有矽烷偶聯劑的化 合物，該化合物具有經曝光而產生羥基的取代基。例如專利文獻3中 公開的一 系列具有矽烷偶聯劑的化合物。
作為上述有積"喊水溶液，可以舉出以氫氧化四甲4妄、氫氧化四丁 銨為代表的2w。/。 25wy。的氬氧化銨化合物水溶液，優選2w。/。 5w。/。 水溶液。
作為上述有機溶劑，可以舉出以甲苯、二甲苯、苯酚、苯胺為代 表的芳香族化合物，以乙醚、四氫呋喃為代表的醚類，以甲醇、乙醇 為代表的醇類，以丙酮為代表的酮類，以氨、三乙胺為代表的胺類， 氯仿、全氟己烷等卣代有機化合物類。上述溶劑可以單獨使用，也可 以混合多種使用。
下面列舉上述感光性自組織化單分子膜材料的反應例。例如，使 用專利文獻3中公開的(化學式l ) (5 -甲氧基-2-硝基-千基4-(三曱氧基曱矽烷基)丁烷磺酸酯)進行說明。
上述(化學式l)通過三曱氧基甲矽烷基鍵合在金屬氧化物表面。在襯底表面上完全平展的狀態下，水接觸角為95度。如果在(化學式 1)於襯底表面上完全平展的狀態下，將表面朝下浸漬在氬氧化四甲 銨水溶液(2.38w。/。)中，乂人襯底背面照射350nm的光，則4建斷裂，經 由(化學式2)，形成(化學式3)的化合物。
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(化學式2)
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(化學式3)
此時水接觸角為20度。經過所有的處理後，未曝光部分的水接觸 角為95度。
上述導電性材料的溶劑是導電性材料可溶的溶劑，例如，可以使 用水、或作為有機溶劑的甲基戊基酮、乳酸乙酯、環己酮、丙二醇單 甲醚、丙二醇-1 -單曱醚-2-乙酸酯等常用的感光性組合物用溶 劑、乙醚、丙酮、四氫呋喃等醚類、甲苯、氯仿、乙醇等醇類等。也 可根據需要使用2種以上的混合溶劑。
上述感光性自組織化單分子膜的成膜方法的代表性例子是噴墨 法、；微分配法、浸漬法、旋塗法、以及轉印法等。
下面對本發明的幾個實施例進行具體說明。在本實施例中，由於 使用的噴墨印刷裝置的位置精度、繪圖線寬最小值均為2(Him，所以 門電才及線寬為20pm。
說明上述曝光時的襯底的狀態。首先，將襯底浸漬在鹼水溶液或 有機溶劑中進行曝光時村底的狀態示於圖21。在曝光用容器29中裝入鹼水溶液或有機溶劑31。在其中配置村底30， -f吏襯底整體浸漬在上述 鹼水溶液或有機溶劑中。此時，根據需要用任意方法固定襯底。襯底 的表面和背面可以任意一面朝上。使用光掩模進行曝光時，優選村底 表面朝上；以配置在襯底內的圖案作為光掩模進行背面曝光時，優選 村底表面朝下。接下來，將在襯底和液體接觸的狀態下進行曝光時的 村底狀態示於圖22。在曝光用容器29中裝入石威水溶液或有機溶劑31。 在該狀態下，使襯底30的表面朝下，配置襯底使襯底表面與石威水溶液 或有機溶劑接觸。此時，襯底30可以在表面張力作用下懸浮於^5威水溶 液或有機溶劑中。
上述曝光時的曝光方法示於圖23。襯底的狀態可以是圖21、圖22 中所示的狀態中的任一種。圖23的情況下，可以是圖21的襯底狀態， 也可以是圖22的狀態。準備發出含有感光性SAM的吸收波長的光的光 源32,使用透鏡系統33使從該光源發出的光35變成平行光。光源自身 是如同雷射的平行光時，有時不需要透鏡系統。該平行光的大小必須 為襯底內的圖案所需面積以上。用鏡子系統3 4對襯底垂直照射該平行 光。此處，光源位於襯底正上方時，不需要鏡子系統。另外，使用光 掩模時，可以配置在光源和透鏡系統之間、透鏡系統內、透鏡系統和 鏡子系統之間、鏡子系統內、鏡子系統和襯底間的任意位置。 (實施例l )
通過將矽晶片在0.1w。/。感光性自組織化單分子膜材料(5 -甲氧基 -2-硝基-節基4-(三甲氧基曱矽烷基)丁烷磺酸酯)的甲苯溶 液中浸漬20分鐘，在矽晶片上形成感光性SAM膜。此時襯底表面的水 接觸角為95度。準備3張這樣的襯底。 一張在大氣中進行曝光，其他 兩張在甲苯中.2.38w。/。氫氧化四甲銨水溶液(TMAH)中利用圖23 的曝光系統，使用高壓汞燈作為光源進行曝光。
其結果是，為了徹底降低接觸角，在大氣中，需要40J/cn^的照 射量。在曱苯、TMAH中曝光時，與大氣中比較，照射量大約為六分 之一即6J/cm2即可使接觸角穩定在20度。由此可知，通過在液體中 曝光，只需六分之一的照射量。需要說明的是，在甲苯中曝光時，在曝光後衝洗前於TMAH中浸漬1分鐘。 (實施例2)
圖1 ~圖8表示通過從村底背面曝光形成源電極以及漏電極的本實 施例製造工序順序的裝置的平面圖以及剖面圖。各圖中(a)為俯視 圖、(b)是(a)圖中線AA，處的剖面圖。在本申請說明書的製造工 序順序中表示的裝置的俯視圖以及剖面圖中，均以各圖的(a)表示 俯視圖、(b)表示剖面圖。
使用有機化合物聚碳酸酯作為透光性襯底1 ，使金納米微粒分散 於甲苯溶液中製成油墨，利用噴墨印刷法印刷線寬20pm的門電極形 狀，在200。C下加熱5分鐘，形成金門電極2(俯視圖圖l (a),剖 面圖圖l (b))。製成的門電極高約10iim。該金納米微粒的金屬 核粒徑平均為3.5nm,用丁石克醇鹽(butane thiolate )覆蓋金屬核的周 圍。在圖l (a)的俯視圖中的金門電極2形成為T字型，且分成縱一黃2 部分進行描繪。該金門電極2將上述縱橫二部分作為一體構成門電極 部。因此，或者是一體形成T字型，或者是至少以二部分形成T字型， 可任意採用，是否適合要考慮其製造方法。在本實施例的噴墨印刷中 適合採用分成二部分進行掃描構成T字型。另外，例如在採用轉印法 等的情況下，優選一體化地轉印T字型。在以下各俯視圖例如圖2(a)、 圖3(a)、圖4(a)、圖5(a)、圖6(a)(以下不列舉所有附圖編 號)等中，在相同情況下在附圖中分成二部分進行描繪。
接下來，利用噴墨印刷法由1 Ow %聚(甲基倍半矽氧烷)的曱基異丁 基酮溶液形成門絕緣膜形狀，在150。C下熱處理20分鐘，在需要的部 位形成門絕緣膜3 (俯視圖圖2(a),剖面圖圖2(b))。門糹色緣 膜3的膜厚約為100nm。考慮到位置偏移，形成的圖案比後面形成的源 /漏電極的寬度大20(im。然後，將襯底在0.1w。/。感光性自組織化單分 子膜材料(5 -甲氧基-2-硝基-卡基4-(三甲氧基曱矽烷基)丁烷 磺酸酯)的曱苯溶液中浸漬10分鐘，用曱苯沖洗，乾燥後，在110。C 下燒成10分鐘，在絕緣膜3上形成感光性自組織化單分子膜4 (俯視圖 圖3(a),剖面圖圖3(b))。曝光前的自組織化單分子膜的水接觸角為95度。
使襯底處於圖21所示的狀態，使用圖23的曝光系統，用光源高壓 汞燈從襯底背面曝光20分鐘(俯視圖圖4(a),剖面圖圖4(b))。 此時，作為使襯底浸漬的液體，使用2.38wM氫氧化四甲銨水溶液。 曝光後，用去離子水流水沖洗2分鐘。(俯視圖圖5(a)，剖面圖 圖5 (b))。該工序結束時，曝光部的自組織化單分子膜的水接觸角 為20度，未曝光部無變化，為95度。使用與門電極形成材料相同的金 納米糹效粒溶液，利用噴墨法在曝光部印刷源電才及以及漏電才及7，在 200"下燒成5分鐘(俯視圖圖6(a),剖面圖圖6(b))。電極圖案 7的膜厚約為5iim。此時的門電極與源電極以及漏電極的位置偏移是 0.5拜。
接下來，使用與門電極相同的金納米微粒曱苯溶液，利用噴墨印 刷法印刷配線8、配線9,在20(TC下加熱處理5分4中(俯—見圖圖7(a), 剖面圖圖7(b))。此時，配線的膜厚是0.5nm。然後，在門電極2 正上方的源電極7和漏電極7之間，使用5%有機半導體(區域規則性 (Regioregular )聚(3 -己基噻吩-2， 5 - 二基))的氯仿溶液，利 用噴墨印刷法印刷溝道部IO,在180。C下熱處理2分鐘(俯-現圖圖8 (a)，剖面圖圖8 (b))。溝道部9的厚度為5pm。
計算該電晶體的遷移率，為0.085cm2/Vs。該值是上下部兩電相^ 被認為彼此無位置偏移的有機薄膜電晶體的特性。
也可以利用旋塗法形成上述絕緣膜3、有機半導體層IO。利用旋 塗法形成的有機薄膜電晶體的遷移率是相同的。但是，與利用旋塗法 形成的情形比較，上述印刷法具有不浪費各溶液使用量的優點。 (實施例3)
本實施例利用與實施例2相同的方法，形成2個(19, 20)有4幾半 導體電晶體。圖9、圖10表示本實施例的俯視圖以及剖面圖。各晶體 管的形成方法與上述實施例1相同，但本實施例的構成是在形成各晶 體管後，利用配線11連接其中的第1電晶體19的漏電極6和另 一個晶體 管20的第2門電極2。圖9表示俯視圖，圖10表示圖9中AA，剖面處的剖面圖。兩個電晶體的性能完全相同，可以製造無性能偏差的電晶體。
上述實施例2、 3是成本以及性能兩方面都為特別高性能的代表
<關於襯底〉除了將實施例2中的透光性襯底變為矽化合物的 玻璃襯底以外，與實施例2完全相同地進行操作，形成有機薄膜晶體 管。該電晶體具有與塑料襯底同等的遷移率0.11cn^/Vs。
<關於導電性材料〉除了用銀納米微粒代替實施例2中的金納 米微粒以外，與實施例2完全相同地進行操作，形成電晶體。該晶體 管的遷移率是0.077cm2/Vs。使用柏納米微粒時，遷移率是0.1cm2/ Vs,使用銅納米微粒時，遷移率是0.08cm2/Vs,具有與使用金納米 微粒時相同的性能。在上述各種材料中，雖然存在例如由金和銀的功 函數差引起的特性上的差異，但能夠充分實現本發明的目的。上述材 料中，金納米微粒在性能、或合成的難易、以及保存穩定性諸方面都 是最有利的材料。另外，使用作為導電性高分子的被摻雜的PEDOT 時，遷移率是0.08cm2/Vs,具有與使用上述金屬納米微粒時同等的 性能。
<關於有機半導體材料〉除了用例如摻雜了翠綠亞胺鹽
與實施例1完全相同地操作，形成電晶體。該電晶體的遷移率是0.05cm2 /Vs。這樣的實施例也能充分實現本發明的目的。
使用實施例2中的1.3wt。/。有機半導體聚(苯乙烯磺酸酯)/聚(s， 3-二氫噻吩並-[3， 4-b] -1, 4-二惡英)的水溶液，形成晶體 管。該電晶體的遷移率是0.078cm2/Vs。該實施例在成本方面略有利。
利用蒸鍍法、並使用並五苯的情況下，遷移率是0.09cn^/Vs。雖 然該情況下未利用印刷法，但由於只是一部分置換，所以在成本上沒 有大的差別。
<關於絕緣膜〉實施例2的絕緣膜使用0.5%環氧化聚丁二烯的 二曱苯溶液的情況下，遷移率是0.09cm2/Vs。該值與實施例2的值幾 乎相同。本實施例在成本方面略為有利。使用2 %聚羥基苯乙烯的甲基戊基酮溶液形成絕緣膜時的遷移率 是0.07cn^/Vs,能實現本發明的目的。本實施例的聚羥基苯乙烯廉 價，而且具有可以使用安全溶劑甲基戊基酮的優點。使用3%聚醯亞 胺的甲基戊基酮溶液時的遷移率是0.07cm2/Vs，能實現本發明的目 的。此種情況下，由於透射率略有下降，所以，感光性自組織化單分 子膜曝光時間延長。使用上述有機高分子化合物作為絕緣膜時，為了 形成感光性自組織化單分子膜，需要在絕緣膜表面形成矽氧烷化合物 膜或矽氮烷化合物膜，因此，成本、工序略有增加。
以上具體說明了上述各材料的幾個例子。
以上詳細說明了本發明。根據本發明，在有機半導體製造工序中， (1)利用印刷法在所需面積上印刷所需材料，(2)需要對位下部電 才及和上部電極的部位是通過下部電才及和上部電才及自匹配進行對位而 形成的。因此，使用印刷法，能形成使下部電極和上部電極間隔絕緣 膜而準確對位的電極襯底。如果使用本發明的印刷法，只需要在最小 的面積上使用必要材料即可完成，而且，不需要光掩模或抗蝕劑光刻 工序，也不需要形成通孔等的蝕刻工序等。所以，可以大幅度降低制 造成本。
在本發明中，由於所有的工序都能在低溫下進行，所以，即使在 襯底由塑料等柔軟的、具有受熱可變形的熱塑性材料形成的情況下， 也能使上部配線/電極相對於下部電極進行自匹配形成電才及襯底。適 合用來製造使用上述襯底的撓性電子紙之類顯示器的襯底。 (實施例4)
在本實施例中，使用圖ll 圖14說明下述m行n列有源矩陣(active matrix)型薄膜電晶體襯底及其製造方法，所述m行n列有源矩陣型薄 膜電晶體襯底由在形成下部電極的至少一部分的m根門電極配線與形 成上部電極的至少一部分的n根信號配線的交差部形成的mxn個薄膜 電晶體形成。基本的製造順序與實施例3相同。首先，n個被相鄰配置 的具有開口的環狀矩形相互間通過至少1處以上的連接部17 (本實施 例中有2處)連接的m根門配線/電極2通過間隙18彼此鄰近配置(俯視圖圖ll (a),剖面圖圖ll (b))。特別是在間隙18的寬b和 各連接部17的寬a在環狀的具有開口的矩形之間的間隙c以下時，在該 間隙c處塗敷燒成導電性材料溶液，能使發揮信號配線/漏電極功能 的n根上部電極23越過連接部17上的親水區與下部電才及連接進4亍自匹 配，形成直線形狀。在間隙18處浸透導電性材料溶液，上部電才及23之 間也不會發生短路。
在本實施例中，作為下部電極2的一部分， 一體形成的端子形成 用下部電極21被配置成包圍m根門配線/電極2的外周的狀態。為了防 止在端子形成用下部電極21外側的村底1的端部形成上部電極23,在 該部分貼附密封掩才莫，在形成上部電極23以後剝離即可。需要說明的 是，在本實施例中，使端子形成用下部電極21的信號端子部22的寬度 大於上部電極寬度c。這不僅因為增大上部電極端子面積即可降低與 後述的信號迴路的接觸電阻，而且因為其可應用於用導電性材料溶液 塗敷形成較長的信號配線23時的油墨蓄積。即，發揮以下作用形成 信號配線23時，沿寬為c的間隙滴下的導電性材料溶液過多時，導電 性材料溶液流入該信號端子部22，當導電性材料溶液過少時，乂人該信 號端子22供給導電性材料溶液，以適量的導電性材料溶液形成上部電 極23 (俯視圖圖12 (a),剖面圖圖12 (b))。利用與實施例3 相同的方法和相同的材^K在該電^1襯底上形成半導體力荑10,在m才艮 門配線2和n根信號配線23的交差部形成mxn個薄膜電晶體(俯視圖 圖13 (a),剖面圖圖13 (b))。再於其上形成保護膜26。此時形 成通孔25,進行配線。由此可以形成自匹配配置的有源矩陣型薄膜晶 體管襯底(俯視圖圖14 (a),剖面圖圖14 (b))。如上所述制 造電晶體的矩陣後，比較各電晶體的性能，可知製成了無偏差、性能 完全相同的電晶體。 (實施例5)
準備只進行了通孔27加工的印刷襯底1 (環氧樹脂制)(俯視圖 圖15 (a)，剖面圖圖15 (b)),進行配線部分的製作。利用旋塗 法在襯底上塗敷2wX聚(甲基倍半矽氧烷)的甲基異丁基酮溶液，在150。C下熱處理20分鐘(俯視圖圖16(a)，剖面圖圖16(b))。 然後，將襯底在0.1w。/。感光性自組織化單分子膜材料(5-甲氧基-2-硝 基_千基4-(三甲氧基甲矽烷基)丁烷磺酸酯)的曱苯溶液中浸漬10分 鍾，用甲苯衝洗、乾燥後，在110。C下燒成10分鐘，形成感光性自組 織化單分子膜4 (俯視圖圖17 (a),剖面圖圖17 (b))。 -使用 具有圖案描繪功能的雷射曝光器，用波長為355nm的雷射對通孔之間 進行曝光。然後將襯底在2.38w %氫氧化四曱銨水溶液中浸漬1分4中， 用水洗淨(俯視圖圖18 (a)、剖面圖圖18 (b))。將銅納米微 粒分散在曱苯溶液中得到油墨，利用噴墨法在曝光部描繪圖案，180°C 下燒成10分鐘，在通孔之間形成配線28 (俯一見圖圖19 (a)、剖面 圖圖19(b))。可以與市售的配線襯底無差異地進行使用。
權利要求
1、感光性SAM膜的曝光方法，所述方法在襯底上形成具有感光性、感光前具有疏液性、感光後具有親液性的自組織化單分子膜即感光性SAM膜，在使所述襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態下或使感光面朝下與液體接觸的狀態下，對所述襯底進行曝光，所述方法的特徵在於，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑中的至少一種。
2、 半導體器件的製造方法，所述方法在村底上形成門電極，在 所述襯底上及所述門電極上形成門絕緣膜，以導電性材^"的溶液狀態 為原料，利用塗敷法在所述門絕緣膜上形成感光性SAM膜，在使形成了所述S AM膜狀態的襯底的具有所述S AM膜的面浸漬 在液體中的狀態下或使感光面朝下與液體接觸的狀態下，對所述襯底 進行曝光，除去所述SAM膜中感光的部分，在除去感光部分後露出的所述門 絕緣膜上形成l對源電極及漏電極， 所述方法的特徵在於，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑 中的至少一種。
3、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，構 成所述襯底和所述絕緣膜的材料對曝光光的波長為透光性，構成所述 門電極的材料對曝光光的波長為不透光性，所述源電極及漏電極的材料以金屬納米微粒溶液或導電性高分子溶液為原料，通過從所述襯底背面進行曝光，形成所述l對源電極 及漏電糹及兩電才及。
4、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，所 述絕緣膜、所述門電極、所述源電極及漏電極通過印刷法形成。
5、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，所 述感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)在曝光工序前後，所述襯 底與水或有機溶劑的接觸角的值發生變化。
6、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，曝 光所述感光性自組織化單分子膜時的所述液體是鹼水溶液或有機溶 劑。
7、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，用 於形成所述l對源電極和漏電極兩電才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性襯底上部形成不透光性的門電極的工序， 形成門絕緣膜至少覆蓋所述門電極的工序，形成感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)至少覆蓋所述絕緣 膜的工序，將所述透光性襯底浸漬在有機鹼水溶液或有才幾溶劑中後，從所述 襯底背面曝光形成電極的工序，在所述曝光後用水進行清洗的工序，在所述曝光部，利用導電性材料溶液形成源電極及漏電極的工序，形成用於形成溝道部的有機半導體層的工序。
8、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，用 於形成所述l對源電極和漏電極兩電才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性襯底上部形成不透光性的門電極的工序， 形成門絕緣膜至少覆蓋所述門電極的工序，形成感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)至少覆蓋所述絕緣膜的工序，使所述透光性村底表面與有機鹼水溶液或有機溶劑^妄觸後，從所 述村底背面側曝光形成電極的工序，在所述曝光後用水進行清洗的工序，在所述曝光部，利用導電性材料溶液形成源電極及漏電極的工序，形成用於形成溝道部的有機半導體層的工序。
9、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於，所 述形成有機半導體膜的工序在所述形成電極材料層的工序之後進行。
10、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於， 所述襯底是撓性襯底。
11、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於， 所述襯底由矽化合物或有才幾化合物組成。
12、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於， 來自所述透光性襯底背面的曝光光的波長是所述感光性自組織化單 分子膜(感光性SAM)的光吸收波長。
13、 如權利要求2所述的半導體器件的製造方法，其特徵在於， 所述塗敷法使用噴墨法、微分配法、澆鑄法、浸漬法、以及轉印法中 的至少一種。
全文摘要
本發明涉及一種感光性SAM膜的曝光方法及半導體裝置的製造方法。由於使用印刷法產生位置偏移，所以難以形成間隔絕緣膜使下部電極和上部電極良好對位的電極襯底。使用光掩模進行對位，大幅度降低成本。本發明公開的技術是感光性SAM膜的曝光方法，該方法在襯底上成膜具有感光性、感光前具有疏液性、感光後具有親液性的自組織化單分子膜(感光性SAM膜)，在使該襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態下或使感光面朝下與液體接觸的狀態下，對所述襯底進行曝光，其特徵在於，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑中的至少一種。
文檔編號H01L51/00GK101295139SQ200810005560
公開日2008年10月29日 申請日期2008年2月15日 優先權日2007年4月27日
發明者安藤正彥, 新井唯, 芝健夫 申請人:株式會社日立製作所