专利名称：有机半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及有机半导体器件及其制造方法。
背景技术：
下面，将参考附图对作为有机半导体器件实例的有机金属-绝缘体-半导体(MIS)TFT(薄膜晶体管)的结构进行描述。图1是底部接触结构的截面示意图，图2则是顶部接触结构的截面示意图。
如图1及图2所示，有机MIS薄膜晶体管10及20各自具有形成在基板11之上的栅极12、栅绝缘膜13、源极和漏极14及有机半导体膜15。
作为构成有机MIS薄膜晶体管10或20各层的材料，可以使用Ni、Cr、铟锡氧化物(ITO)等来构成栅极12，使用诸如SiO2、SiN等硅化合物或金属氧化物或氮化物来构成栅绝缘膜13，使用Pd或Au等来构成源极和漏极14，使用并五苯等来构成有机半导体膜15。
当将无机材料应用于栅绝缘膜13时，通常采用射频(RF)或直流(DC)溅射法，或化学气相沉积(CVD)法等来形成栅绝缘膜13。为了在各个栅极上均匀地形成高质量的绝缘膜，有时也可以采用另外一种方法其中栅极以诸如Al或Ta等可以得到具有高介电常数的氧化物的金属制成，随后在其上进行阳极氧化。
尽管在上述传统有机MIS薄膜晶体管中，将无机材料应用于栅绝缘膜13，但是为了使有机半导体器件具有低成本的优点，现今正在研究一种不采用诸如RF(DC)溅射法及CVD法等真空处理(即不采用真空设备)的方法。为达到此目的，对于栅绝缘膜13，如今正在考虑使用诸如无需使用真空设备即可以形成的聚合物绝缘膜等有机材料。
例如，当将诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等聚合物树脂用作栅绝缘膜时，可以考虑采用涂覆法。下面，将参考如图3A～3E所示的工艺图对用于制造有机半导体器件的涂覆法进行描述。
首先，如图3A所示，在基板11上形成栅极12。然后，如3B所示，通过用聚合树脂对该基板及栅极进行涂覆从而由聚合树脂形成聚合物绝缘膜。例如通过蚀刻使如图3B所示步骤中形成的聚合物绝缘膜形成图案，以形成如图3C所示的栅绝缘膜13。
然后，按如图3D所示形成源极和漏极14。
最后，如图3E所示，通过例如真空沉积来形成有机半导体膜15。
然而，在通过如图3B所示的涂覆法来形成栅绝缘膜的方法中，难以获得没有针孔或厚度分布的均匀的聚合物膜(即具有高绝缘性能的致密聚合物膜)，此外，当聚合物膜形成后，必须具有使聚合物膜形成图案的步骤(参见图3C)，从而以所需的形状用聚合物膜覆盖栅极。
本发明就是在这些情况下作出的，并且其目的是提供一种有机半导体器件及其制造方法，该方法无需使用真空设备即可以很容易地形成作为栅绝缘膜的具有高绝缘性能的致密的聚合物绝缘膜，并且可以省去使栅绝缘膜形成图案的步骤。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的有机半导体器件的特征在于，其栅绝缘膜是通过电化学聚合反应法而形成的聚合物绝缘膜。
此外，根据本发明，有机半导体器件的制造方法的特征在于，该方法包括以下步骤在基板上形成栅极，用通过电化学聚合法制成的聚合物绝缘膜来形成栅绝缘膜，形成源极和漏极，以及形成有机半导体膜。
图1是显示底部接触的有机MIS薄膜晶体管结构的截面示意图；图2是显示顶部接触的有机MIS薄膜晶体管结构的截面示意图；图3A～3E是利用涂覆法制造有机半导体器件的工艺图；图4A～4D是根据本发明的有机半导体器件制造方法实例的工艺图；和图5是显示多个有机半导体器件组合的实例的截面示意图。
具体实施例方式
下面，将参考附图对本发明进行描述以显示其实施方式。
根据本发明，有机半导体器件的特征在于，其栅绝缘膜是通过电化学聚合反应而形成的聚合物绝缘膜。
例如，可以用具有如图1(底部接触结构)或图2(顶部接触结构)所示结构的有机MIS薄膜晶体管，来例示本发明中的有机半导体。
如图1及图2所示，有机MIS薄膜晶体管10及20各自具有形成在基板11(例如玻璃基板)之上的栅极12、栅绝缘膜13、源极和漏极14及有机半导体膜15。
对于栅绝缘膜13，可以使用诸如聚(1，4-双(2-甲基苯乙烯基)苯)(在下文中缩写为双MSB)、聚吡咯(在下文中缩写为PPy)和聚-1-氨基吡咯等能够被电聚合的物质，但并不仅限于此。这些聚合物薄膜可以通过例如电聚合法形成。制备作为支持电解质的使用高亲核性阴离子的溶液。在该溶液中，当对电极施加电场时，由单体形成的聚合物在电极上生长以形成薄膜，同时进行电化学过氧化反应以使该薄膜绝缘化，以致于在所得到的聚合物薄膜的厚度方向上电势出现下降。当通过过氧化反应形成聚合物绝缘膜时，正在生成的膜上的导电部分可以允许过氧化电流通过，以便将针孔自动修复，最终得到具有均匀厚度的理想的连续薄膜。聚合物薄膜的厚度随聚合反应时间的延长而增加，并且可以通过对支持电解质的材料进行选择将其控制在100nm～350nm的范围内。另外，对于PPy，可以参见例如以下文章“Design of biosensors based on theinsulating electropolymerized polymerChemical Sensors第12卷，第4期(1996)”，对于聚-1-氨基吡咯，可以参考例如以下文章“TakayukiKUWAHARA等，Electrochemistry，第69卷，第8期，第598～602页(2001)”。
对于有机半导体膜15，可以不加限定地使用诸如聚乙炔、聚丁二炔、多并苯及聚亚苯基亚乙烯基等共轭烃聚合物，以及这些共轭烃聚合物的衍生物，包括其低聚物；诸如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚呋喃、聚吡啶、聚亚噻吩基亚乙烯基等共轭杂环聚合物，以及这些共轭杂环聚合物的衍生物，包括其低聚物。
更具体的，有机半导体膜15包括诸如并四苯、、并五苯、芘、苝及蔻等缩合芳香烃及其衍生物，以及诸如铜酞菁和镥二酞菁等卟啉及酞菁化合物的金属配合物。
对于栅极12或源极和漏极14，可以不加限定地使用Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Au、As、Se、Te、Al、Cu、Ag、Mo、W、Mg和Zn等。作为替代，也可以使用上述任意金属的合金。
应当注意，可以采用包括电阻加热真空气相沉积法、使用多个蒸发源的气相共沉积法、溅射法、化学气相沉积(CVD)法等任意一种方法来形成薄膜。
下面，将参考图4A～4D对根据本发明的有机半导体器件的制造方法的实例进行描述。
首先，在如图4A所示的步骤中，将ITO溅射于平坦性良好的玻璃基板11上，以形成厚度均为1000埃的具有预定图案的ITO膜，以作为栅极12(在图4A～4D中均仅示出一个电极)。
然后，通过电化学聚合法将厚度为1000埃的聚(双MSB)的致密栅绝缘膜13仅形成在各个栅极12上(图4B)。在这个步骤中，预先将聚(1，4-双(2-甲基苯乙烯基)苯)(双MSB)溶解于含有0.1mol/l的四氟硼酸四丁铵的苄腈中，随后，将其上形成有栅极12的玻璃基板11浸入至苄腈溶液中，并通过栅极12施加电场以进行电化学聚合。除了浸渍以外，还可以使用旋涂和喷涂等来为基板供给溶液。
此外，通过参考例如由“Japanese Journal of Applied Physics，第30卷，第7A期，1991年7月，第L1192～L1194页”中所披露的技术，可以通过电化学聚合来形成聚合物绝缘膜。
然后，如图4C所示，通过例如真空气相沉积法，可以由Au或Pt形成厚度为1000埃的源极和漏极14。
最后，如图4D所示，通过真空气相沉积法可以形成厚度为500埃的并五苯膜以作为有机半导体膜15。
下面，将对有机半导体器件的制造方法的变化形式进行描述。
在上述例子中，形成了如图1所示的具有顶部接触结构的有机MIS薄膜晶体管10，但是通过将形成有机半导体膜15与形成源极和漏极14的步骤进行颠倒，可以形成如图2所示的具有底部接触结构的有机MIS薄膜晶体管20。
此外，栅绝缘膜13可以是含有由电化学聚合形成的绝缘膜及由其他方法形成的绝缘膜(无机的或有机的)的多层膜。
此外，有机半导体膜15可以不是仅由单一材料所形成的薄膜，而可以是掺杂的薄膜或由多种有机半导体材料形成的多层膜。
此外，如图5所示，当多个有机半导体器件组合使用时，可以通过例如蚀刻在栅绝缘膜13中形成通孔16，以使一个有机MIS薄膜晶体管的源极和漏极14与另一个有机MIS薄膜晶体管的栅极12之间实现电连接。
此外，根据本发明实施方式的有机半导体可以具有通过除电化学聚合法以外的聚合法(例如热聚合法)所形成的栅绝缘膜13。
如上所述，根据本发明的实施方式，无需使用真空设备即可以很容易地形成具有高绝缘性能的致密薄膜。此外，该实施方式的方法比其他成膜方法具有更高的材料利用率。另外，由于仅将栅绝缘膜13选择性地形成在栅极12上，因而不必将绝缘膜图案化。
另外，由于仅将栅绝缘膜13均匀地形成在栅极上，因此具有可以极大地减小电极在边缘部分发生短路的可能性的优点，这有助于降低有机半导体器件的制造成本并可以改善其性能。
权利要求
1.含有栅绝缘膜的有机半导体器件，其特征在于，所述栅绝缘膜是通过聚合法形成的聚合物绝缘膜。
2.如权利要求1所述的有机半导体器件，所述有机半导体器件还含有基板，其中，在所述基板之上形成有栅极、源极、漏极及有机半导体膜。
3.如权利要求2所述的有机半导体器件，其中所述有机半导体器件是有机金属-绝缘体-半导体薄膜晶体管。
4.如权利要求1～3中任一项所述的有机半导体器件，其中所述栅绝缘膜含有聚(1，4-双(2-甲基苯乙烯基)苯)作为主要成分。
5.如权利要求1～3中任一项所述的有机半导体器件，其中所述栅绝缘膜含有聚吡咯作为主要成分。
6.如权利要求1～3任一项所述的有机半导体器件，其中所述栅绝缘膜含有聚-1-氨基吡咯作为主要成分。
7.有机半导体器件的制造方法，其特征在于该方法包含以下步骤在基板上形成栅极；通过由聚合法所形成的聚合物绝缘膜形成栅绝缘膜；形成源极和漏极；和形成有机半导体膜。
8.如权利要求7所述的有机半导体器件的制造方法，其中所述的有机半导体器件是有机金属-绝缘体-半导体薄膜晶体管。
9.如权利要求7或8所述的有机半导体器件的制造方法，其中所述形成栅绝缘膜的步骤包括形成含有聚(1，4-双(2-甲基苯乙烯基)苯)作为主要成分的栅绝缘膜。
10.如权利要求7或8所述的有机半导体器件的制造方法，其中所述形成栅绝缘膜的步骤包括形成含有聚吡咯作为主要成分的栅绝缘膜。
11.如权利要求7或8所述的有机半导体器件的制造方法，其中所述形成栅绝缘膜的步骤包括形成含有聚-1-氨基吡咯作为主要成分的栅绝缘膜。
12.如权利要求7或8所述的有机半导体器件的制造方法，其中在所述形成栅绝缘膜的步骤中通过所述栅极施加电场。
全文摘要
本发明提供一种有机半导体器件及其制造方法，该方法使得无需使用真空设备即可以很容易地形成作为栅绝缘膜的具有高绝缘性能的致密的聚合物绝缘膜，并且可以省去使栅绝缘膜形成图案的步骤。栅极(12)形成于玻璃基板(11)之上。然后将聚(1，4－双(2－甲基苯乙烯基)苯)(双MSB)溶解于含有0.1mol/l的四氟硼酸四丁铵的苄腈中，随后，将其上形成有栅极(12)的玻璃基板(11)浸入至苄腈溶液中，从而通过电化学聚合形成致密的聚(双－MSB)膜。
文档编号H01L21/336GK1679172SQ0382055
公开日2005年10月5日 申请日期2003年8月26日 优先权日2002年8月30日
发明者中村健二, 大田悟 申请人:先锋株式会社