感光性sam膜的曝光方法及半导体器件的制造方法

专利名称：感光性sam膜的曝光方法及半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及感光性SAM膜的曝光方法及半导体器件的制造方法， 特别涉及具有有机薄膜晶体管的半导体器件的制造方法、具有感光性的 自组织化单分子膜的曝光方法、使用了该膜的有机薄膜晶体管及其制造 方法、以及具有有机薄膜晶体管的半导体器件及其制造方法。
背景技术：
近年来，对具有薄膜晶体管(TFT: Thin Film Transistor)器件的 显示装置进行了各种研究开发。由于该TFT低耗电'省空间，所以开始 被用作手机、笔记本电脑、PDA等便携式装置的显示装置驱动用晶体 管。上述TFT大部分是利用以结晶硅或非晶硅为代表的无机半导体材 料制造的。这是因为可以使用现有的半导体器件的制造工序.制造技术 进行制造。但是，使用半导体制造工序时，由于半导体成膜时的处理 温度在350。C以上，所以能形成的衬底有限。特别是以塑料为代表的 挠性衬底的耐热温度大多在350。C以下，所以难以使用通常的半导体 制造工序来制造无机半导体材料的TFT。
最近，针对上述问题，正在研究开发能在低温下制造的、使用有 机半导体材料的TFT器件(以下简称为有机TFT)。由于能在低温下形成 有机半导体膜，所以也能在塑料等耐热性低的衬底上形成有机TFT。 因此能制造目前还不存在的具有挠性的新型装置。
作为形成有机TF T时的有机半导体膜的形成方法，可以根据有机 半导体材料从喷墨等印刷法、旋涂法、喷雾法、转印法、蒸镀法、浸 渍(dipping)法、浇铸法等中选择使用最适合的方法。例如，并五苯 衍生物等低分子化合物主要通过蒸镀法等成膜，聚瘗吩衍生物等高分 子化合物可以由溶液成膜。作为具有有机薄膜晶体管的半导体器件的制造方法的例子，例如可以举出专利文献l等。在该例子中，需要利 用毛细管现象抑制有机半导体材料的使用量。
最近，正在研究使用以喷墨、微分配、转印法等为代表的印刷工
序，以少量有机半导体材料无浪费地制造TFT的沟道(channel)部， 由此进一步降低价格。此外，也开始研究开发通过印刷来制造电极或 配线部。特开2004 - 080026号/>才艮 [专利文献2]特开2003 - 1W1M号公才艮 [专利文献3]特开2003 - 321479号 >才艮

发明内容
如上所述，使用印刷技术的TFT制造方法具有能够降低价格的特 征。但是，在目前常用的印刷技术中，对位精度为10nm左右，即使 使用最新技术也只是数微米左右。因此，难以利用印刷工序制造微细 的TFT。特别是门电极(下部电极)和源/漏电才及(上部电极)的位 置发生偏移时，造成寄生容量增加或制造多个TFT时发生性能不均等 问题。利用喷墨法时，从喷嘴喷出的材料飞至衬底时发生上述位置偏 移。利用转印法时，将材料从转印辊转印至衬底时发生上述位置偏移。
因此，目前，有机半导体膜形成、配线工序等采用印刷工序，绝 缘膜形成或接触孔形成等采用现有的半导体工序，电极形成采用印刷 或现有的半导体工序。此种情况下，由于是两种方式的组合，所以， 光刻法相关装置、印刷装置、成膜装置、蚀刻装置等制造装置涉及多 方面而变得复杂化，或由于在接触孔形成工序、电极形成工序等中需 要光掩模，而导致制造成本增加。
作为对策，也开始讨论不需要光掩模的无位置偏移的方法。例如， 在专利文献2中7>开了下述方法使用感光性组合物，以源电才及和漏 电极作为掩模，通过从背面进行光刻，形成无位置偏移的门电极图案 (gate pattern)。使用该方法，能形成无位置偏移的图案，但是，由 于包括感光性组合物的光刻工序，所以包括感光性组合物的涂敷、加热、曝光、显影等工序，并且使用相应装置，由此导致成本和时间增 加。如果采用在通常的半导体工序中使用的感光性组合物光刻工序， 则有可能不能使用挠性衬底等特殊衬底。另外，如果使用塑料等有机 类衬底作为衬底，则还存在溶解于感光性组合物溶剂中的问题。
作为上述感光性组合物，还研究了使用感光性自组织化单分子膜
(以下称为感光性SAM: Self-Assembled Monolayer)的方法。上述感 光性SAM具有未曝光部分为疏液性、曝光部分为亲液性的特征。利用 该特点，选择性地在亲液部印刷导电性材料溶液，形成电极或配线。 作为感光性SAM,报道了具有全氟烷基的硅烷偶联剂、具有以抗蚀剂 为代表的感光性组合物的感光基团的硅烷偶联剂等。为了使具有全氟 基团的感光性SAM表现出亲液性，使用利用200nm左右的极短波长的 光切断主《连的反应，-f旦由于通常的挠性衬底不透射300nm以下的光， 所以在使用了挠性衬底的上述背面曝光中不发生反应。具有抗蚀剂感
以，也包括能利用透过挠性衬底的光进行反应的感光性SAM。但是， 目前还存在下述问题，即为了使感光性SAM表现亲液性，必须-使照射 量达到抗蚀剂光刻工序的IO倍左右，并且花费时间。
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种使用印刷法在短时间 内制造高性能有机薄膜晶体管的方法，所述有机薄膜晶体管具有 20nm左右的微细图案形状，具有下部电极和上部电极间隔绝缘膜对 置的电极，所述下部电极和上部电极在不使用光掩模的情况下，彼此 偏移lpm以内对位。
本发明的要点之一如下所述。
感光性SAM膜的曝光方法，该方法是在村底上形成具有感光性、 感光前具有疏液性、感光后具有亲液性的自组织化单分子膜(感光性 SAM膜)，
在使该衬底的所述成膜面浸渍在液体中的状态下或使感光面朝下 与液体接触的状态下，对上述衬底进行曝光，其特征在于，光，
上述液体是含有芳香环的有机溶剂、醇类、醚类或酮类有机溶剂 中的至少一种。
(1) 此处，作为曝光光，可以是透过该村底的光，具体而言，曝
光光优选为紫外光或可见光或波长为350nm以上800nm以下的曝光 光。曝光光波长的数值限定是指作为透过衬底的光优选的波长范围。
(2) 上述液体可以是能溶解感光后从SAM切断的基团的液体。 更具体而言，优选为含有芳香环的有机溶剂、醇类、醚类或酮类有机 溶剂中的至少一个。
本发明提供具有对应于下述衬底的有机薄膜晶体管的半导体器件 的制造方法，所述制造方法使用印刷技术形成该器件，所述衬底通过 以下部电极作为掩模从背面进行曝光的光刻工序，利用下部电极正上 方和其他部分的水或有机溶剂的接触角之差，使上部电极与下部电极 自匹配i也进^亍配置。
本发明的代表性方案是使用下述制造方法，即，只有上部电极和 下部电极的对位工序采用不使用光掩模、而是利用通过曝光源电极以 及漏电极材料而发生变化的水或有机溶剂接触角之差的工序，而其他 所有工序均使用印刷法。使用透光性村底，在该透光性衬底上使用导 电性材料进行印刷、烧成，由此制作不透光性的门电极(下部电极)。 利用印刷法在其上依次以必需的面积层合透光性绝缘膜、通过曝光改 变水或有机溶剂接触角的感光性自组织化单分子膜溶液。然后， 一边 将衬底浸渍在石威水溶液或有机溶剂中，或一边使衬底表面(形成有感 光性自组织化单分子膜的面)与碱水溶液或有才几溶剂4妄触， 一边以下 部电极为掩模从衬底背面曝光感光性自组织化单分子膜，然后用水冲 洗，使曝光部和未曝光部的水或有机溶剂接触角之差变大，利用该差 值，通过印刷法印刷导电性材料溶液，可以形成与下部电才及对位的源 电极以及漏电极图案。由此能使下部电极和上部电极精密对位。然后， 在下部电极正上方印刷或蒸镀有机半导体材料，由此形成有机薄膜晶 体管。利用本发明的实施例，使用印刷法可以提供具有有机薄膜晶体管的
半导体器件，所述有机薄膜晶体管具有在ljim以内被准确对位的下部电 才及和上部电极间隔绝缘膜对置的电极。


图1是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图2是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图3是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图4是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图5是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图6是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图7是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图8是表示本发明实施例2的晶体管的制造工序顺序的平面 图及剖面图。图9是表示具有本发明实施例3的晶体管的半导体器件的制 造工序顺序的平面图及剖面图。图10是表示具有本发明实施例3的晶体管的半导体器件的 制造工序顺序的平面图及剖面图。图11是表示本发明实施例4的晶体管的制造工序顺序的平 面图及剖面图。图12是表示本发明实施例4的晶体管的制造工序顺序的平 面图及剖面图。[图13 ]图13是表示本发明实施例4的晶体管的制造工序顺序的平 面图及剖面图。图14是表示本发明实施例4的晶体管的制造工序顺序的平 面图及剖面图。图15是表示本发明实施例5的配线衬底的制造工序顺序的 平面图及剖面图。图16是表示本发明实施例5的配线衬底的制造工序顺序的 平面图及剖面图。图17是表示本发明实施例5的配线衬底的制造工序顺序的 平面图及剖面图。
平面图及剖面图。图19是表示本发明实施例5的配线衬底的制造工序顺序的 平面图及剖面图。是本发明的操作工序图。本发明的感光性自组织化单分子膜在液体中曝光时的衬底 状态。本发明的感光性自组织化单分子膜在液体接触曝光时的衬 底状态。本发明的曝光中使用的装置配置图。 符号说明
本申请附图中使用的符号说明如下所述。
l...件十底、2...下部电冲及、门配线/电才及、3…门绝缘月莫、4…感光性 自组织化单分子膜、5...曝光光、6…感光后进行有积^咸处理使水接触角 变小的自组织化单分子膜、7...上部电极、源电极以及漏电极、8...配线、 9…配线、IO...有机半导体、ll...配线、17...门配线的连接部、18…邻 接的门配线/电极间的间隙、21...信号端子形成用下部电极、22…信号 端子、23…源电极、24...漏电极、25...通孔、26…保护膜、27…通孑L、28...配线、29…曝光用容器、30...形成有感光性SAM的村底、31…碱 水溶液或有机溶剂、32…曝光光源、33...透镜系统、34...镜子系统、35...
曝光光。
具体实施例方式
具体说明本申请发明的各方案之前，详细说明本发明的主要方案 以及使用的具体材料等。
本发明的要点是有机薄膜晶体管的制造方法，所述有机薄膜晶体 管在由透光性材料形成的衬底上具有由有机半导体构成的沟道部、与 上述沟道部连接的由透光性材料形成的绝缘膜、与上述绝缘膜连接的 由不透光性材料形成的门电极、被上述沟道部隔离的l对源电极以及 漏电极，其特征在于，在使上述衬底浸渍在碱水溶液或有机溶剂中的
述门电极作为掩模区域，从衬底背面进行曝光，设定上述l对源电极 以及漏电才及两电才及在门电才及侧的端部。而且，优选通过印刷法形成上 述沟道部、上述绝乡彖力莫、上述门电才及、上述源电才及以及漏电才及。
的曝光工序为例，进行如下说明。即，包括以下工序在透光性衬底 上部形成不透光性的门电极(下部电极)的工序；形成透光性门绝缘 膜至少覆盖上述门电极的工序；和涂敷感光性自组织化单分子膜的工 序；使上述衬底浸渍在石威水溶液或有机溶剂中的工序或使上述衬底表 面与》威水溶液或有机溶剂接触的工序；/人上述透光性衬底背面进^亍曝
光的工序；上述曝光后，用水冲洗干净的工序；通过在曝光部印刷导 电性材料溶液并进行烧成，形成源电极以及漏电极(上部电极)的工 序；形成用于形成沟道部的有机半导体层的工序。
此种情况下，作为具体的顺序，包括下面2个代表性的顺序。即， 顺序1是形成上述有机半导体膜的工序在形成上述上部电极材料层的 工序之前进行。顺序2是形成上述有机半导体膜的工序在形成上述上 部电极材料层的工序之后进行。为了实现本发明的目的，更优选形成不透光性门电极的工序、形 成上述门绝缘膜的工序、上述至少在上述门绝缘膜上形成电极材料层 的工序都使用印刷法进行。
上述涂敷法的代表例包括喷墨法、微分配法、浸渍法、旋涂法、 以及转印法等。实际上，本发明的目的是使用上述方法中的至少一种 形成各部分。
下面说明本发明的实施例中使用的具体材料等。
上述透光性衬底的代表例为硅化合物或有机化合物。作为透光性 衬底的具体例，可以举出玻璃板或石英衬底、挠性树脂制片材即所谓 的塑料膜。作为塑料膜，可以举出聚对苯二曱酸乙二醇酯、聚萘二曱 酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚醚酮、对聚苯硫、聚丙烯酸 酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯、三乙酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素等。塑 料膜具有挠性弯曲的特性。在要求装置具有挠性的各种应用中是有利 的。
作为上述导电性材料，可以采用纳米微粒、络合物、高分子的形 态，该导电性材料是由能分散于溶剂中形成液体材料的金属、金属氧 化物、或导电性高分子材料组成的油墨。
上述透光性绝缘膜材料为有机绝缘高分子类，作为例子，可以举 出聚酰亚胺衍生物、苯并环丁烯衍生物、感光丙烯酸衍生物
(photoacryl derivatives )、聚苯乙烯衍生物、聚乙烯基苯酚书亍生物、 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、聚砜衍生物、丙烯酸酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂 等。此外，作为绝缘材料，可以举出硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化 物、金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物等无机材料。另外，上 述绝缘膜可以是单层膜，也可以是多层膜，还可以在形成感光性自组 织化单分子膜时用金属氧化物覆盖表面。
作为上述有机半导体材料，可以举出以并五苯、红荧烯为代表的 多并苯衍生物、聚p塞吩衍生物、聚乙烯亚乙烯基(polyethylenevinylene ) 衍生物、聚吡咯衍生物、聚异硫茚衍生物、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、聚苯并呋喃衍生物、聚亚苯基衍生物、聚P引咮衍生物、
聚哒唤衍生物、金属酞菁衍生物、富勒烯(Fullerene)衍生物、以及 混合2种以上上述重复单元得到的聚合物或低聚物等。另外，可以根 据需要对上述有机半导体材料实施掺杂处理。为了提高有机半导体晶 体管性能，可以利用印刷有机半导体以前的工序对有机半导体和衬底 的粘合面进行表面处理。还可以根据需要层合上述有机半导体。
上述感光性自组织化单分子膜材料为末端具有硅烷偶联剂的化 合物，该化合物具有经曝光而产生羟基的取代基。例如专利文献3中 公开的一 系列具有硅烷偶联剂的化合物。
作为上述有积"喊水溶液，可以举出以氢氧化四甲4妄、氢氧化四丁 铵为代表的2w。/。 25wy。的氬氧化铵化合物水溶液，优选2w。/。 5w。/。 水溶液。
作为上述有机溶剂，可以举出以甲苯、二甲苯、苯酚、苯胺为代 表的芳香族化合物，以乙醚、四氢呋喃为代表的醚类，以甲醇、乙醇 为代表的醇类，以丙酮为代表的酮类，以氨、三乙胺为代表的胺类， 氯仿、全氟己烷等卣代有机化合物类。上述溶剂可以单独使用，也可 以混合多种使用。
下面列举上述感光性自组织化单分子膜材料的反应例。例如，使 用专利文献3中公开的(化学式l ) (5 -甲氧基-2-硝基-千基4-(三曱氧基曱硅烷基)丁烷磺酸酯)进行说明。
上述(化学式l)通过三曱氧基甲硅烷基键合在金属氧化物表面。在衬底表面上完全平展的状态下，水接触角为95度。如果在(化学式 1)于衬底表面上完全平展的状态下，将表面朝下浸渍在氬氧化四甲 铵水溶液(2.38w。/。)中，乂人衬底背面照射350nm的光，则4建断裂，经 由(化学式2)，形成(化学式3)的化合物。
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(化学式2)
<formula>formula see original document page 14</formula>
(化学式3)
此时水接触角为20度。经过所有的处理后，未曝光部分的水接触 角为95度。
上述导电性材料的溶剂是导电性材料可溶的溶剂，例如，可以使 用水、或作为有机溶剂的甲基戊基酮、乳酸乙酯、环己酮、丙二醇单 甲醚、丙二醇-1 -单曱醚-2-乙酸酯等常用的感光性组合物用溶 剂、乙醚、丙酮、四氢呋喃等醚类、甲苯、氯仿、乙醇等醇类等。也 可根据需要使用2种以上的混合溶剂。
上述感光性自组织化单分子膜的成膜方法的代表性例子是喷墨 法、；微分配法、浸渍法、旋涂法、以及转印法等。
下面对本发明的几个实施例进行具体说明。在本实施例中，由于 使用的喷墨印刷装置的位置精度、绘图线宽最小值均为2(Him，所以 门电才及线宽为20pm。
说明上述曝光时的衬底的状态。首先，将衬底浸渍在碱水溶液或 有机溶剂中进行曝光时村底的状态示于图21。在曝光用容器29中装入碱水溶液或有机溶剂31。在其中配置村底30， -f吏衬底整体浸渍在上述 碱水溶液或有机溶剂中。此时，根据需要用任意方法固定衬底。衬底 的表面和背面可以任意一面朝上。使用光掩模进行曝光时，优选村底 表面朝上；以配置在衬底内的图案作为光掩模进行背面曝光时，优选 村底表面朝下。接下来，将在衬底和液体接触的状态下进行曝光时的 村底状态示于图22。在曝光用容器29中装入石威水溶液或有机溶剂31。 在该状态下，使衬底30的表面朝下，配置衬底使衬底表面与石威水溶液 或有机溶剂接触。此时，衬底30可以在表面张力作用下悬浮于^5威水溶 液或有机溶剂中。
上述曝光时的曝光方法示于图23。衬底的状态可以是图21、图22 中所示的状态中的任一种。图23的情况下，可以是图21的衬底状态， 也可以是图22的状态。准备发出含有感光性SAM的吸收波长的光的光 源32,使用透镜系统33使从该光源发出的光35变成平行光。光源自身 是如同激光的平行光时，有时不需要透镜系统。该平行光的大小必须 为衬底内的图案所需面积以上。用镜子系统3 4对衬底垂直照射该平行 光。此处，光源位于衬底正上方时，不需要镜子系统。另外，使用光 掩模时，可以配置在光源和透镜系统之间、透镜系统内、透镜系统和 镜子系统之间、镜子系统内、镜子系统和衬底间的任意位置。 (实施例l )
通过将硅晶片在0.1w。/。感光性自组织化单分子膜材料(5 -甲氧基 -2-硝基-节基4-(三甲氧基曱硅烷基)丁烷磺酸酯)的甲苯溶 液中浸渍20分钟，在硅晶片上形成感光性SAM膜。此时衬底表面的水 接触角为95度。准备3张这样的衬底。 一张在大气中进行曝光，其他 两张在甲苯中.2.38w。/。氢氧化四甲铵水溶液(TMAH)中利用图23 的曝光系统，使用高压汞灯作为光源进行曝光。
其结果是，为了彻底降低接触角，在大气中，需要40J/cn^的照 射量。在曱苯、TMAH中曝光时，与大气中比较，照射量大约为六分 之一即6J/cm2即可使接触角稳定在20度。由此可知，通过在液体中 曝光，只需六分之一的照射量。需要说明的是，在甲苯中曝光时，在曝光后冲洗前于TMAH中浸渍1分钟。 (实施例2)
图1 ~图8表示通过从村底背面曝光形成源电极以及漏电极的本实 施例制造工序顺序的装置的平面图以及剖面图。各图中(a)为俯视 图、(b)是(a)图中线AA，处的剖面图。在本申请说明书的制造工 序顺序中表示的装置的俯视图以及剖面图中，均以各图的(a)表示 俯视图、(b)表示剖面图。
使用有机化合物聚碳酸酯作为透光性衬底1 ，使金纳米微粒分散 于甲苯溶液中制成油墨，利用喷墨印刷法印刷线宽20pm的门电极形 状，在200。C下加热5分钟，形成金门电极2(俯视图图l (a),剖 面图图l (b))。制成的门电极高约10iim。该金纳米微粒的金属 核粒径平均为3.5nm,用丁石克醇盐(butane thiolate )覆盖金属核的周 围。在图l (a)的俯视图中的金门电极2形成为T字型，且分成纵一黄2 部分进行描绘。该金门电极2将上述纵横二部分作为一体构成门电极 部。因此，或者是一体形成T字型，或者是至少以二部分形成T字型， 可任意采用，是否适合要考虑其制造方法。在本实施例的喷墨印刷中 适合采用分成二部分进行扫描构成T字型。另外，例如在采用转印法 等的情况下，优选一体化地转印T字型。在以下各俯视图例如图2(a)、 图3(a)、图4(a)、图5(a)、图6(a)(以下不列举所有附图编 号)等中，在相同情况下在附图中分成二部分进行描绘。
接下来，利用喷墨印刷法由1 Ow %聚(甲基倍半硅氧烷)的曱基异丁 基酮溶液形成门绝缘膜形状，在150。C下热处理20分钟，在需要的部 位形成门绝缘膜3 (俯视图图2(a),剖面图图2(b))。门纟色缘 膜3的膜厚约为100nm。考虑到位置偏移，形成的图案比后面形成的源 /漏电极的宽度大20(im。然后，将衬底在0.1w。/。感光性自组织化单分 子膜材料(5 -甲氧基-2-硝基-卡基4-(三甲氧基曱硅烷基)丁烷 磺酸酯)的曱苯溶液中浸渍10分钟，用曱苯沖洗，干燥后，在110。C 下烧成10分钟，在绝缘膜3上形成感光性自组织化单分子膜4 (俯视图 图3(a),剖面图图3(b))。曝光前的自组织化单分子膜的水接触角为95度。
使衬底处于图21所示的状态，使用图23的曝光系统，用光源高压 汞灯从衬底背面曝光20分钟(俯视图图4(a),剖面图图4(b))。 此时，作为使衬底浸渍的液体，使用2.38wM氢氧化四甲铵水溶液。 曝光后，用去离子水流水沖洗2分钟。(俯视图图5(a)，剖面图 图5 (b))。该工序结束时，曝光部的自组织化单分子膜的水接触角 为20度，未曝光部无变化，为95度。使用与门电极形成材料相同的金 纳米纟效粒溶液，利用喷墨法在曝光部印刷源电才及以及漏电才及7，在 200"下烧成5分钟(俯视图图6(a),剖面图图6(b))。电极图案 7的膜厚约为5iim。此时的门电极与源电极以及漏电极的位置偏移是 0.5拜。
接下来，使用与门电极相同的金纳米微粒曱苯溶液，利用喷墨印 刷法印刷配线8、配线9,在20(TC下加热处理5分4中(俯—见图图7(a), 剖面图图7(b))。此时，配线的膜厚是0.5nm。然后，在门电极2 正上方的源电极7和漏电极7之间，使用5%有机半导体(区域规则性 (Regioregular )聚(3 -己基噻吩-2， 5 - 二基))的氯仿溶液，利 用喷墨印刷法印刷沟道部IO,在180。C下热处理2分钟(俯-現图图8 (a)，剖面图图8 (b))。沟道部9的厚度为5pm。
计算该晶体管的迁移率，为0.085cm2/Vs。该值是上下部两电相^ 被认为彼此无位置偏移的有机薄膜晶体管的特性。
也可以利用旋涂法形成上述绝缘膜3、有机半导体层IO。利用旋 涂法形成的有机薄膜晶体管的迁移率是相同的。但是，与利用旋涂法 形成的情形比较，上述印刷法具有不浪费各溶液使用量的优点。 (实施例3)
本实施例利用与实施例2相同的方法，形成2个(19, 20)有4几半 导体晶体管。图9、图10表示本实施例的俯视图以及剖面图。各晶体 管的形成方法与上述实施例1相同，但本实施例的构成是在形成各晶 体管后，利用配线11连接其中的第1晶体管19的漏电极6和另 一个晶体 管20的第2门电极2。图9表示俯视图，图10表示图9中AA，剖面处的剖面图。两个晶体管的性能完全相同，可以制造无性能偏差的晶体管。
上述实施例2、 3是成本以及性能两方面都为特别高性能的代表
<关于衬底〉除了将实施例2中的透光性衬底变为硅化合物的 玻璃衬底以外，与实施例2完全相同地进行操作，形成有机薄膜晶体 管。该晶体管具有与塑料衬底同等的迁移率0.11cn^/Vs。
<关于导电性材料〉除了用银纳米微粒代替实施例2中的金纳 米微粒以外，与实施例2完全相同地进行操作，形成晶体管。该晶体 管的迁移率是0.077cm2/Vs。使用柏纳米微粒时，迁移率是0.1cm2/ Vs,使用铜纳米微粒时，迁移率是0.08cm2/Vs,具有与使用金纳米 微粒时相同的性能。在上述各种材料中，虽然存在例如由金和银的功 函数差引起的特性上的差异，但能够充分实现本发明的目的。上述材 料中，金纳米微粒在性能、或合成的难易、以及保存稳定性诸方面都 是最有利的材料。另外，使用作为导电性高分子的被掺杂的PEDOT 时，迁移率是0.08cm2/Vs,具有与使用上述金属纳米微粒时同等的 性能。
<关于有机半导体材料〉除了用例如掺杂了翠绿亚胺盐
与实施例1完全相同地操作，形成晶体管。该晶体管的迁移率是0.05cm2 /Vs。这样的实施例也能充分实现本发明的目的。
使用实施例2中的1.3wt。/。有机半导体聚(苯乙烯磺酸酯)/聚(s， 3-二氢噻吩并-[3， 4-b] -1, 4-二恶英)的水溶液，形成晶体 管。该晶体管的迁移率是0.078cm2/Vs。该实施例在成本方面略有利。
利用蒸镀法、并使用并五苯的情况下，迁移率是0.09cn^/Vs。虽 然该情况下未利用印刷法，但由于只是一部分置换，所以在成本上没 有大的差别。
<关于绝缘膜〉实施例2的绝缘膜使用0.5%环氧化聚丁二烯的 二曱苯溶液的情况下，迁移率是0.09cm2/Vs。该值与实施例2的值几 乎相同。本实施例在成本方面略为有利。使用2 %聚羟基苯乙烯的甲基戊基酮溶液形成绝缘膜时的迁移率 是0.07cn^/Vs,能实现本发明的目的。本实施例的聚羟基苯乙烯廉 价，而且具有可以使用安全溶剂甲基戊基酮的优点。使用3%聚酰亚 胺的甲基戊基酮溶液时的迁移率是0.07cm2/Vs，能实现本发明的目 的。此种情况下，由于透射率略有下降，所以，感光性自组织化单分 子膜曝光时间延长。使用上述有机高分子化合物作为绝缘膜时，为了 形成感光性自组织化单分子膜，需要在绝缘膜表面形成硅氧烷化合物 膜或硅氮烷化合物膜，因此，成本、工序略有增加。
以上具体说明了上述各材料的几个例子。
以上详细说明了本发明。根据本发明，在有机半导体制造工序中， (1)利用印刷法在所需面积上印刷所需材料，(2)需要对位下部电 才及和上部电极的部位是通过下部电才及和上部电才及自匹配进行对位而 形成的。因此，使用印刷法，能形成使下部电极和上部电极间隔绝缘 膜而准确对位的电极衬底。如果使用本发明的印刷法，只需要在最小 的面积上使用必要材料即可完成，而且，不需要光掩模或抗蚀剂光刻 工序，也不需要形成通孔等的蚀刻工序等。所以，可以大幅度降低制 造成本。
在本发明中，由于所有的工序都能在低温下进行，所以，即使在 衬底由塑料等柔软的、具有受热可变形的热塑性材料形成的情况下， 也能使上部配线/电极相对于下部电极进行自匹配形成电才及衬底。适 合用来制造使用上述衬底的挠性电子纸之类显示器的衬底。 (实施例4)
在本实施例中，使用图ll 图14说明下述m行n列有源矩阵(active matrix)型薄膜晶体管衬底及其制造方法，所述m行n列有源矩阵型薄 膜晶体管衬底由在形成下部电极的至少一部分的m根门电极配线与形 成上部电极的至少一部分的n根信号配线的交差部形成的mxn个薄膜 晶体管形成。基本的制造顺序与实施例3相同。首先，n个被相邻配置 的具有开口的环状矩形相互间通过至少1处以上的连接部17 (本实施 例中有2处)连接的m根门配线/电极2通过间隙18彼此邻近配置(俯视图图ll (a),剖面图图ll (b))。特别是在间隙18的宽b和 各连接部17的宽a在环状的具有开口的矩形之间的间隙c以下时，在该 间隙c处涂敷烧成导电性材料溶液，能使发挥信号配线/漏电极功能 的n根上部电极23越过连接部17上的亲水区与下部电才及连接进4亍自匹 配，形成直线形状。在间隙18处浸透导电性材料溶液，上部电才及23之 间也不会发生短路。
在本实施例中，作为下部电极2的一部分， 一体形成的端子形成 用下部电极21被配置成包围m根门配线/电极2的外周的状态。为了防 止在端子形成用下部电极21外侧的村底1的端部形成上部电极23,在 该部分贴附密封掩才莫，在形成上部电极23以后剥离即可。需要说明的 是，在本实施例中，使端子形成用下部电极21的信号端子部22的宽度 大于上部电极宽度c。这不仅因为增大上部电极端子面积即可降低与 后述的信号回路的接触电阻，而且因为其可应用于用导电性材料溶液 涂敷形成较长的信号配线23时的油墨蓄积。即，发挥以下作用形成 信号配线23时，沿宽为c的间隙滴下的导电性材料溶液过多时，导电 性材料溶液流入该信号端子部22，当导电性材料溶液过少时，乂人该信 号端子22供给导电性材料溶液，以适量的导电性材料溶液形成上部电 极23 (俯视图图12 (a),剖面图图12 (b))。利用与实施例3 相同的方法和相同的材^K在该电^1衬底上形成半导体力荑10,在m才艮 门配线2和n根信号配线23的交差部形成mxn个薄膜晶体管(俯视图 图13 (a),剖面图图13 (b))。再于其上形成保护膜26。此时形 成通孔25,进行配线。由此可以形成自匹配配置的有源矩阵型薄膜晶 体管衬底(俯视图图14 (a),剖面图图14 (b))。如上所述制 造晶体管的矩阵后，比较各晶体管的性能，可知制成了无偏差、性能 完全相同的晶体管。 (实施例5)
准备只进行了通孔27加工的印刷衬底1 (环氧树脂制)(俯视图 图15 (a)，剖面图图15 (b)),进行配线部分的制作。利用旋涂 法在衬底上涂敷2wX聚(甲基倍半硅氧烷)的甲基异丁基酮溶液，在150。C下热处理20分钟(俯视图图16(a)，剖面图图16(b))。 然后，将衬底在0.1w。/。感光性自组织化单分子膜材料(5-甲氧基-2-硝 基_千基4-(三甲氧基甲硅烷基)丁烷磺酸酯)的曱苯溶液中浸渍10分 钟，用甲苯冲洗、干燥后，在110。C下烧成10分钟，形成感光性自组 织化单分子膜4 (俯视图图17 (a),剖面图图17 (b))。 -使用 具有图案描绘功能的激光曝光器，用波长为355nm的激光对通孔之间 进行曝光。然后将衬底在2.38w %氢氧化四曱铵水溶液中浸渍1分4中， 用水洗净(俯视图图18 (a)、剖面图图18 (b))。将铜纳米微 粒分散在曱苯溶液中得到油墨，利用喷墨法在曝光部描绘图案，180°C 下烧成10分钟，在通孔之间形成配线28 (俯一见图图19 (a)、剖面 图图19(b))。可以与市售的配线衬底无差异地进行使用。
权利要求
1、感光性SAM膜的曝光方法，所述方法在衬底上形成具有感光性、感光前具有疏液性、感光后具有亲液性的自组织化单分子膜即感光性SAM膜，在使所述衬底的所述成膜面浸渍在液体中的状态下或使感光面朝下与液体接触的状态下，对所述衬底进行曝光，所述方法的特征在于，曝光光是紫外光、可见光或波长为350nm以上800nm以下的曝光光，所述液体是含有芳香环的有机溶剂、醇类、醚类或酮类有机溶剂中的至少一种。
2、 半导体器件的制造方法，所述方法在村底上形成门电极，在 所述衬底上及所述门电极上形成门绝缘膜，以导电性材^"的溶液状态 为原料，利用涂敷法在所述门绝缘膜上形成感光性SAM膜，在使形成了所述S AM膜状态的衬底的具有所述S AM膜的面浸渍 在液体中的状态下或使感光面朝下与液体接触的状态下，对所述衬底 进行曝光，除去所述SAM膜中感光的部分，在除去感光部分后露出的所述门 绝缘膜上形成l对源电极及漏电极， 所述方法的特征在于，曝光光是紫外光、可见光或波长为350nm以上800nm以下的曝光光，所述液体是含有芳香环的有机溶剂、醇类、醚类或酮类有机溶剂 中的至少一种。
3、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，构 成所述衬底和所述绝缘膜的材料对曝光光的波长为透光性，构成所述 门电极的材料对曝光光的波长为不透光性，所述源电极及漏电极的材料以金属纳米微粒溶液或导电性高分子溶液为原料，通过从所述衬底背面进行曝光，形成所述l对源电极 及漏电纟及两电才及。
4、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述绝缘膜、所述门电极、所述源电极及漏电极通过印刷法形成。
5、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述感光性自组织化单分子膜(感光性SAM)在曝光工序前后，所述衬 底与水或有机溶剂的接触角的值发生变化。
6、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，曝 光所述感光性自组织化单分子膜时的所述液体是碱水溶液或有机溶 剂。
7、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，用 于形成所述l对源电极和漏电极两电才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性衬底上部形成不透光性的门电极的工序， 形成门绝缘膜至少覆盖所述门电极的工序，形成感光性自组织化单分子膜(感光性SAM)至少覆盖所述绝缘 膜的工序，将所述透光性衬底浸渍在有机碱水溶液或有才几溶剂中后，从所述 衬底背面曝光形成电极的工序，在所述曝光后用水进行清洗的工序，在所述曝光部，利用导电性材料溶液形成源电极及漏电极的工序，形成用于形成沟道部的有机半导体层的工序。
8、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，用 于形成所述l对源电极和漏电极两电才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性衬底上部形成不透光性的门电极的工序， 形成门绝缘膜至少覆盖所述门电极的工序，形成感光性自组织化单分子膜(感光性SAM)至少覆盖所述绝缘膜的工序，使所述透光性村底表面与有机碱水溶液或有机溶剂^妄触后，从所 述村底背面侧曝光形成电极的工序，在所述曝光后用水进行清洗的工序，在所述曝光部，利用导电性材料溶液形成源电极及漏电极的工序，形成用于形成沟道部的有机半导体层的工序。
9、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所 述形成有机半导体膜的工序在所述形成电极材料层的工序之后进行。
10、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述衬底是挠性衬底。
11、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述衬底由硅化合物或有才几化合物组成。
12、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 来自所述透光性衬底背面的曝光光的波长是所述感光性自组织化单 分子膜(感光性SAM)的光吸收波长。
13、 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于， 所述涂敷法使用喷墨法、微分配法、浇铸法、浸渍法、以及转印法中 的至少一种。
全文摘要
本发明涉及一种感光性SAM膜的曝光方法及半导体装置的制造方法。由于使用印刷法产生位置偏移，所以难以形成间隔绝缘膜使下部电极和上部电极良好对位的电极衬底。使用光掩模进行对位，大幅度降低成本。本发明公开的技术是感光性SAM膜的曝光方法，该方法在衬底上成膜具有感光性、感光前具有疏液性、感光后具有亲液性的自组织化单分子膜(感光性SAM膜)，在使该衬底的所述成膜面浸渍在液体中的状态下或使感光面朝下与液体接触的状态下，对所述衬底进行曝光，其特征在于，曝光光是紫外光、可见光或波长为350nm以上800nm以下的曝光光，所述液体是含有芳香环的有机溶剂、醇类、醚类或酮类有机溶剂中的至少一种。
文档编号H01L51/00GK101295139SQ200810005560
公开日2008年10月29日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年4月27日
发明者安藤正彦, 新井唯, 芝健夫 申请人:株式会社日立制作所