专利名称：有机半导体元件的制造方法
有机半导体元件的制造方法本发明专利申请是申请人于2004年12月24日提交的，申请号为200410011448. X，发明名称为“有机半导体元件的制造方法”的专利申请的分案申请。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及具有有机半导体薄膜的有机半导体元件以及其制造方法。2.相关技术近年来，研究了具有薄膜半导体的薄膜晶体管(下文称之为TFT)的显示器件，并投入实际使用。由于在具备TFT的显示器件中构成了大量的象素，所以可以获得高分辨率的显示器件。此外，与CRT相比，具备TFT的显示器件可以低功耗方式工作。于是，具备TFT 的显示器件已经广泛地应用于个人计算机、PDA、TV等等的显示部分。
在未来，需要更薄、更轻和更灵活的显示器件。然而，大部分常规的TFT都是采用诸如非晶硅或多晶硅之类的无机半导体材料作为半导体薄膜来制造的。因此，诸如塑料之类的树脂基片的使用就受到了限制，因为在使用无机半导体材料制成TFT的情况下，形成半导体薄膜需要经过350°C或者更高的处理温度。近年来，已经开展了采用有机半导体作为半导体层的有机薄膜晶体管(下文称之为有机TFT)的研究工作。由于使用了有机材料，所以有机TFT可以具有更大的柔韧性。此夕卜，使用有机半导体的器件的制造温度可以比使用无机半导体的器件的制造温度低，从而就能够使用诸如塑料的树脂作为基片。其结果是，能够获得重量更轻和更加灵活的器件。此外，作为有机TFT，希望它不仅可以采用印刷方法、喷墨方法和简化的蒸发沉积方法来处理，而且还可以降低器件的制造成本，因为可以使用廉价的基片材料，于是就成本来说是十分有利的。此外，作为目前所制造的有机TFT，通过对只需要清洗表面并随后在相同的条件下对所清洗过的表面进行HMDS处理的Si02/Si基片层叠丙五苯，就能够制成TFT元件。 (参考非专利文件 1 1. Yage, K. Tsukagoshi,和 Y. Aoyagi，"Pentacene FET fabricated on surface treated Si02/Si substrate，，，Proceedings of the 50th Japan Society of Applied Physics Lecture (Mar. 2003), P1418 以后部分)。根据非专利文件1，对于没有处理表面的有机TFT来说，只有在使用沟道长度长的或者沟道宽度宽的元件的情况下，才能在迁移率、0N-0FF比率或者阈值数值方面获得较佳的TFT特性。然而，在制造使用有机TFT器件的情况下，主要是研发沟道长度短或者沟道宽度窄的元件，以便于减小器件的尺寸。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种有机TFT，并采用一种不同于以上所提及的非专利文件1的方法来改进有机TFT的性能。
然而，有机半导体的缺点是当保持在大气环境下由于大气的潮湿会劣化有机半导体，以及会降低TFT的性能。此外，有机半导体元件的性能会受到在有机半导体薄膜和电极之间的粘结强度以及在有机半导体薄膜和绝缘薄膜之间的粘结强度的影响。就上述问题而言，本发明的一个目的是提供一种制造有机半导体元件的方法，该方法可以防止TFT性能的劣化，即使元件的沟道的长度是短的或者沟道的宽度是窄的。本发明的一个特征是在沉积有机半导体薄膜之后加热元件(也可以称之为“烘烤，，)。根据本发明制造有机半导体元件的特殊方法的一个特征是包括步骤形成有机半导体薄膜，以及随后在大气压力下或者在减压的条件下加热有机半导体薄膜。根据本发明制造有机半导体元件的特殊方法的一个特征是包括步骤形成栅极电极、在栅极电极上形成有机半导体薄膜，随后在大气压力下或者在减压的条件下加热有机半导体薄膜，以及在加热的有机半导体薄膜上形成源极电极和漏极电极。
根据本发明制造有机半导体元件的特殊方法的一个特征是包括步骤形成栅极电极、在栅极电极上形成源极电极和漏极电极，随后在源极电极和漏极电极上形成有机半导体薄膜，以及随后在大气压力下或者在减压的条件下加热有机半导体薄膜。根据本发明制造有机半导体元件的特殊方法的一个特征是包括步骤形成与无机薄膜相接触的有机半导体薄膜，随后在大气压力下或者在减压的条件下加热有机半导体薄膜。根据本发明制造有机半导体元件的特殊方法的一个特征是包括步骤形成与栅极绝缘薄膜相接触的有机半导体薄膜，随后在大气压力下或者在减压的条件下加热有机半导体薄膜。根据本发明，有机半导体薄膜的加热可以在低于有机半导体熔点的温度下进行。根据本发明，有机半导体薄膜的加热可以在低于250°C的温度下进行。根据本发明，有机半导体薄膜的加热可在不使有机半导体薄膜平均晶界(晶粒) 尺寸生长大于10%的温度下进行。作为按上述提到的方式所形成的有机薄膜半导体来说，衬底可以使用由诸如塑料、丙烯等之类的合成树脂制成、可分类为聚乙烯对苯二酸盐(PET)、聚乙烯萘烷(PEN)、 聚醚砜(PES)，因为它们的加热温度都低于制造温度。烘焙可以在常压下进行，也可以在减压下进行；然而，在减压下的烘焙温度可以低一些。相应的，可以预期由于焙烤温度降低，可以减少有机半导体元件的性能衰退。尤其是， 在采用合成树脂作为衬底使用时，烘焙最好是在低温下进行。此外，烘焙也可以在惰性气体气氛下进行。栅极电极，或者源极和漏极电极可以采用溅射、喷墨、旋涂或气相沉积等方法形成。另外，栅极电极，或者源极和漏极电极可以由选自一组含有W、Ta、Ti、Mo、Al和Cu的元素制成，或者一种至少含有一种元素作为主要成分的合金或复合材料制成。另外，根据本发明，可以获得采用上述方法所制成的有机半导体元件和提供有机半导体元件，用于液晶显示器件的象素部分或者具有作为半导体元件使用的发光元件的显示器件。特别是，通过提供在合成树脂上形成的有机半导体元件，能够使得液晶显示器件或具有作为半导体元件使用的发光元件的显示器件增加柔韧性和减轻重量。
根据本发明，可以改变ON-OFF开关的阈值数值，以及可以减小在OFF状态下的泄漏电流。于是，ON-OFF开关的阈值数值可以接近于0V，以提高ON-OFF的开关比例。从而， 可以改善有机半导体元件的性能。 此外，由于性能的改善，即使使用沟道长度短的和沟道宽度窄的元件，也能够获得实用的TFT性能，于是，就可以减小诸如显示器件之类的器件尺寸。一旦阅读了下列详细描述和附图之后，本发明的上述以及其它目的，特征和优点将变得更加显而易见。
图1是根据本发明的底部接触型有机薄膜晶体管的剖面图；图2是根据本发明的顶部接触型有机薄膜晶体管的剖面图；图3显示了根据本发明的电极结构的图形；图4显示了根据本发明的实验结果曲线；图5显示了根据本发明的实验结果曲线；图6显示了根据本发明的实验结果曲线；图7显示了根据本发明的实验结果曲线；图8显示了根据本发明的实验结果曲线；图9显示了根据本发明实验结果中的AFM照片；图10显示了根据本发明实验结果中的AFM照片；图11是包括根据本发明的半导体器件的液晶显示器件俯视图；图12A和12B是包括根据本发明的半导体器件的液晶显示器件的剖面图；和，图13至图13C是应用本发明的电子器具以及其它等等的视图。
具体实施例方式下文，将参考附图详细讨论本发明的实施例模式。然而，本发明可以采用许多不同的模式来实现，并且本领域中的熟练技术人士很容易理解到本文所披露的实施例和细节都可以在不脱离本发明的目的和范围的条件下采用各种不同的方法来改进。因此，应该注意的是，以下所给出的实施例模式的描述并不是试图限制本发明。此外，就整个实施例模式的讨论而言，类似部分或具有类似功能的部分可以采用相同的参考数字来标记，并且省略对其重复解释。[实施例模式1]在该实施例模式中，以底部接触型的有机半导体元件为例，讨论有机TFT的制造方法。图1显示了底部接触型有机TFT的剖面示意图。底部接触型有机TFT具有一个元件的结构，在该元件结构中，在形成了源极电极和漏极电极之后形成有机半导体薄膜。首先，用于栅极电极的导电薄膜(下文中称之为栅极电极)形成在具有绝缘表面的基片100上。值得注意的是，用于说明本实施例有机TFT的制造方法所采用的实例是使用石英基片作为具有绝缘表面的基片100、使用钨(W)作为在石英基片上的导电薄膜，以及栅极电极采用溅射方法制成，但是本发明并不局限与此。
对应具有绝缘表面的基片来说 ，可以使用诸如硼硅酸钡玻璃和硼硅酸铝玻璃之类玻璃基片或者不锈钢基片或者其它基片。此外，较佳的是，使用诸如塑料或者分类为聚乙烯对苯二酸盐(PET)、聚乙烯萘烷(PEN)、聚醚砜(PES)之类丙烯的合成树脂所制成的基片。由这类合成树脂所制成的基片可具有柔韧性和重量轻的特点。此外，较佳的是，所使用的基片是采用化学或机械抛光方法，S卩，所谓CMP(化学-机械抛光)抛光表面的基片，以便于提高基片的平整度。作为CMP的抛光剂，可以使用一种将通过热解氯化硅气体而获得的尘雾状二氧化硅微粒融解于KOH溶液的抛光剂。
如果需要，可以在基片上形成一层基础薄膜。该基膜可以用于防止在基片中所包含的诸如Na的碱性金属或者碱性稀土金属扩散到半导体薄膜中；因此，可以防止对半导体元件性能的不利效应。因此，可以使用诸如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钛以及氮化钛之类的绝缘薄膜来形成基膜，从而能够防止碱性金属或者碱性稀土金属扩散到半导体薄膜中。栅极电极可以采用选自一组含有W、Ta、Ti、Mo、Al和Cu的元素制成，或者一种至少含有一种除了钨以外的元素作为主要成分的合金或复合材料制成。此外，栅极电极可以采用单层结构，也可以采用层叠结构。此外，栅极电极可以使用丝网印刷方法、滚筒涂覆方法、液滴流注方法、旋转涂覆方法、气相沉积方法以及其它方法形成。作为电极的材料，除了金属和金属化合物之外，还可以使用导电的高分子量化合物或者其它材料。液滴流注方法是一种能够选择性形成图形的方法，该方法通过选择性地流注(喷出)混合了适用于导电薄膜、绝缘薄膜以及其它等等材料的混合物的液滴来形成导电薄膜。液滴流注方法根据所使用的系统也可以称之为喷墨方法。在使用液滴流注方法来形成导电薄膜的情况下，可以使用下文中所讨论的混合溶液的导电材料选自一组包含金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钼(Pt)、钯(Pd)、钨(W)、镍(Ni)、 钽(Ta)、铋(Bi)、铅(Pb)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、钛(Ti)或铝(Al)的元素，至少包括一种元素的合金或者扩散纳米颗粒，或者卤化银的微细颗粒。此外，在使用丝网印刷方法或者类似方法形成导电薄膜的情况下，可以使用导电浆料。作为导电浆料，可以使用导电碳浆、导电银浆、导电铜浆、导电镍浆，或者其它等等浆料。在使用导电浆料形成预定图形的导电薄膜之后，就进行平整化和干燥处理，并且在从 100至200°C的温度范围内进行焙烘。在形成了栅极电极101之后，形成作为栅极绝缘薄膜使用的绝缘薄膜102(下文称之为绝缘薄膜)。值得注意的是，可以使用CVD方法所沉积的SiON来形成栅极绝缘薄膜的实例来讨论本实施例模式中的TFT ；然而，除了 CVD方法之外，还可以使用溅射方法、旋涂方法、蒸发沉积方法以及其它方法来形成栅极绝缘薄膜。作为栅极绝缘薄膜102的材料，可以使用诸如氮氧化硅(SiON)、二氧化硅(SiO2)、 氮化硅(SiN)、硅氧烷、聚硅氮烷和聚乙烯醇之类的有机或无机材料。硅氧烷是一种具有硅和氧(0)键所构成的结构的材料，并且可以使用聚合体材料作为原始材料来形成，这种原始材料基本包括至少一个氢或者它至少是选自一组包含氟、烷基族和芳烃族中的一种作为原始材料。聚硅氮烷是通过使用包括聚合体材料的液体材料来制成的，该聚合体材料具有硅(Si)和氮(Ni)键的结构，即，所谓的聚硅氮烷，可作为原始材料。另外，可以将通过阳极氧化栅极电极所获得绝缘薄膜用作为栅极绝缘薄膜102的绝缘薄膜。接着，在栅极绝缘薄膜102上形成用于TFT的源极电极和漏极电极的导电薄膜 (下文中称之为源极电极和漏极电极)。值得注意的是，在该实施例中所讨论的TFT是一个使用溅射方法将钨形成源极电极和漏极电极103的实例，然而，除了溅射方法之外，源极电极和漏极电极103也可以使用喷墨方法、旋涂方法、蒸发方法以及其它方法。作为源极电极和漏极电极103的材料，除了金属和金属化合物之外，还可以使用导电高分子量材料以及其它材料。换句话说，源极电极和漏极电极103可以参考栅极电极的制造方法来制成。 然而，源极电极和漏极电极103需要形成与有机半导体薄膜的欧姆接触。因此，在有机半导体材料是P型的情况下，较佳的是，使用具有比有机半导体材料的离化势能更高的功函数材料，以及在有机半导体材料是η型的情况下，较佳的是，使用具有比有机半导体材料的离化势能低的功函数材料。在本实施例模式中，使用的是P型有机半导体材料的丙五苯，所以使用了具有相对较高功函数的钨。接着，在绝缘薄膜102、源极电极103和漏极电极103上形成有机半导体薄膜104。 值得注意的是，在本实施例模式中，讨论的是使用丙五苯作为有机半导体材料的实例，但是作为有机半导体材料来说，也可以使用有机分子晶体或者有机高分子化合物。作为特殊的有机分子晶体，可以有多环芳烃化合物、共轭双键体系化合物、胡萝卜素、大环化合物及其络合物、酞箐、二苯基苦基苯胼(diphenyl-pycrylhydrazyl)、电荷迁移型复合物(CT复合物)、染料、蛋白质以及其它等等。例如，蒽、丙四苯、丙五苯、6T(六苯噻吩)、TCNQ(四氰基对醌二甲烷)、诸如PTCDA之类的蓓四酸衍生物、诸如NTCDA之类的奈四甲酸衍生物，或者其它类似等等。另一方面，作为特殊的有机高分子化合物材料来说，可以有P轭聚合物、碳纳米管、聚乙烯吡啶、酞箐金属络合物、碘化络合物以及其它等等。特别是，较佳的是，使用 P轭聚合物，该聚合物具有诸如多炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩基、聚噻吩衍生物、聚(3-烷基噻吩)、对苯基苯酚衍生物或者苯基苯酚乙烯衍生物。作为形成薄膜的方法来说，可以采用能够形成一定薄膜厚度的薄膜制造方法。作为一种特殊的方法，可以采用蒸发沉积方法、旋涂方法、条形码方法、溶液喷射方法、液滴方法或者其它类似方法。作为形成有机半导体薄膜的预处理，可以对所要形成的表面或薄膜进行等离子体处理，例如，可以形成自组装单层(SAM)和对准薄膜，以增强粘结的强度和界面的条件。值得注意的是，在实施例模式1中，丙五苯作为一种有机材料，采用真空蒸发沉积的方法来扩散，以在栅极电极薄膜102和源极与漏极电极103上形成有机半导体薄膜。接着，在形成有机半导体薄膜104之后，烘焙元件基片110。此时，所设置的温度低于有机半导体薄膜104蒸发或分解的温度。为了有效地提高有机TFT的特性，温度在该范围中尽可能高。此外，这时的温度需要达到有机半导体薄膜104的熔点温度或低于熔点温度。由于进行烘焙是提高TFT特性的一种方法，所以可以推测由于通过烘焙可以增强在有机半导体薄膜104和源极与漏极电极103以及绝缘薄膜102之间的粘结强度从而可以改善载流子的输送性，因此也就减小了注入势垒。此外，也可以推测高温对增强在有机半导体薄膜104和源极与漏极电极103以及绝缘薄膜102之间的粘结强度以改善TFT的特性是有利的。另外，也可以推测由于通过进行烘焙降低了有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，改善了 TFT的特性；因此就可以抑止有机半导体薄膜的劣化。
参考使用丙五苯作为有机半导体材料在烘焙之前和之后的结果，正如实施例6所示，在烘焙过程中的温度较佳的是设置在丙五苯晶粒边界(晶粒)在烘焙之前和之后没有生长的温度上。参考使用丙五苯作为有机半导体材料在大气压力下烘焙的结果，正如实施例1所示，随着温度逐渐升高至120°C、150°C和200°C，阈值数值的移动就变得越来越小。换句话说，应该理解的是，高温可以有效地改善有机TFT的特性。此外，根据实施例1，在使用丙五苯作为有机半导体材料的情况下，应该理解的是，大约250°C温度是蒸发或分解的温度。因此，较佳的是，加热温度低于250°C。可以推测因为通过烘焙增强了在有机半导体薄膜104 和源极与漏极电极103以及绝缘薄膜102之间的粘结强度，改进了载流子的迁移率，所以高温有利于进一步改善TFT的特性，并因而注入势垒变小。而且，可以推测高温有利于改进 TFT特性，因为增强了有机半导体薄膜104和源极及漏极以及绝缘薄膜102之间的粘结强度。也可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，改善了 TFT的特性，因此，也就能够抑止有机半导体薄膜104的劣化。对于在烘焙过程中的气氛来说，考虑到由于氧气或潮气所引起的有机半导体薄膜的劣化，甚至是在大气气氛中也会呈现出这种效应，可以采用诸如氮气或氩气之类的惰性气体气氛。此外，烘焙也可以在减压(例如，从1.3*10_3Pa至6.7*104Pa)的条件下进行，以抑止有机半导体薄膜的劣化以及在低的温度下进行烘焙。参考使用如实施例3所示的丙五苯作为有机半导体材料在1. 2*104Pa的减压条件下进行烘焙的结果，于在大气压力条件下进行烘焙相比，在减压条件下进行烘焙更为有效， 在这种情况下，烘焙是在相同的温度(150°C和250°C)下进行的。此外，应该理解的是，通过在减压条件下进行烘焙，可以在较低的温度下获得烘焙的效果。可以推测通过在减压条件下进行烘焙可以改善TFT的特性，因为抑止了诸如由于大气中的氧气所引起有机半导体薄膜的氧化之类的劣化。另外，也可以在沉积之后在大气压力下保持一段时间之后，再在大气压力或者减压的条件下进行烘焙。此外，也可以在沉积之后保持着减压来进行烘焙。换句话说，可以在形成有机半导体薄膜的处理腔室中加热有机半导体薄膜。实施例4显示了一旦在大气压力下保持一段时间之后再在减压条件下进行烘焙的结果，以及实施例5显示了在沉积之后在减压条件下进行烘焙的结果。应该理解的是，在两种情况下都能够获得烘焙的效果。此外，应该理解的是，根据实施例4，可以通过在大气压力下保持一段时间之后进行烘焙来恢复有机TFT的特性。正如以上所讨论的，根据本发明，应该理解的是，可以通过在形成有机半导体薄膜之后进行烘焙来改善有机TFT的特性。可以推测由于进行烘焙减小了在有机半导体薄膜中的潮气，从而改善TFT的特性，并因此可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在电极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与烘焙之前相比，提高了 TFT的特性。对于在减压条件下所进行的烘焙来说，可以推测由于抑止了由大气中的氧气所引起的有机半导体薄膜的劣化，从而改善了 TFT的特性。于是，就完成了底部接触型有机TFT。
以上所讨论的有机TFT可以作为液晶显示器件的开关元件使用。例如，通过在源极电极或漏极电极上形成象素电极(ΙΤ0或者金属薄膜)以及提供液晶层就能够制成液晶显示器件。此外，根据本发明的有机TFT可以作为具有发光元件或者其它类似元件的显示器件的开关元件使用。[实施例模式2]在该实施例模式中，参考图2讨论了在形成有机半导体薄膜之后再形成源极电极和漏极电极的顶部接触型有机TFT，这不同于实施例模式1。首先，正如实施例模式1，制备元件基片210，在该基片上，在基片200上形成了栅极电极201以及在栅极电极201上形成了栅极绝缘薄膜202。其中，栅极电极和栅极绝缘薄膜的材料或及其制备方法都可以参考实施例模式1。接着，在元件基片210上形成有机半导体薄膜203。作为有机半导体材料，可以使用有机分子晶体或者有机高分子量化合物。作为特的殊有机分子晶体，可以有多环芳烃化合物、共轭双键体系化合物、胡萝卜素、大环化合物及其络合物、酞箐、二苯基苦基苯胼、电荷迁移复合物(CT复合物)、染料、蛋白质以及其它等等。例如，蒽、丙四苯、丙五苯、6T(六苯噻吩)、TCNQ(四氰基对醌二甲烷)、诸如PTCDA之类的蓓四酸衍生物、诸如NTCDA之类的奈四甲酸衍生物，或者其它类似等等。另一方面，作为特殊的有机高分子化合物材料来说， 可以有P轭聚合物、碳纳米管、聚乙烯吡啶、酞箐金属络合物、碘化络 合物以及其它等等。特别是，较佳的是，使用P轭聚合物，该聚合物具有诸如多炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩基、聚噻吩衍生物、聚(3-烷基噻吩)、对苯基苯酚衍生物或者苯基苯酚乙烯衍生物。此外，作为形成薄膜的方法来说，可以采用能够在元件基片210上形成一定薄膜厚度的薄膜制造方法。作为一种特殊的方法，可以采用蒸发沉积方法、旋涂方法、条形码方法、溶液喷射方法、液滴方法或者其它类似方法。作为形成有机半导体薄膜203的预处理，可以对所要形成的表面或薄膜进行等离子体处理，例如，可以形成自组装单层(SAM)和对准薄膜，以增强粘结的强度和界面的条件。随后，形成用于TFT的源极电极204和漏极电极204的电极。源极电极204和漏极电极204的材料可以参考实施例模式1。源极电极204和漏极电极204需要形成与有机半导体薄膜203的欧姆接触。因此，在有机半导体材料是P型的情况下，较佳的是，使用具有比有机半导体材料的离化势能更高的功函数材料，以及在有机半导体材料是η型的情况下，较佳的是，使用具有比有机半导体材料的离化势能更低的功函数材料。另外，作为形成薄膜的方法，可以采用能够在元件基片210上形成一定均勻厚度薄膜的薄膜制造方法。特殊方法可以参考实施例模式1。接着，在形成了源极电极204和漏极电极204之后，烘焙元件基片210。此时，所设置的温度低于有机半导体薄膜104蒸发或分解的温度。为了有效地提高有机TFT的特性， 温度在该熔点或者低于熔点的范围中尽可能高有利于改善有机TFT的特性。此外，也可以在形成源极电极204和漏极电极204之前和在形成有机半导体薄膜203之后进行烘焙。对于在烘焙过程中的气氛来说，考虑到由于氧气或潮气所引起的有机半导体薄膜的劣化，甚至是在大气气氛中进行烘焙也会呈现出这种效应，可以采用诸如氮气或氩气之类的惰性气体气氛。此外，烘焙也可以在减压(例如，从1.3*10_3Pa至6.7*104Pa)的条件下进行，以抑止有机半导体薄膜的劣化以及在低的温度下进行烘焙，正如以上所要讨论的于是，就完成了顶部接触型有机TFT。以上所讨论的有机TFT可以作为液晶显示器件的开关元件使用。例如，通过在源极电极或漏极电极上形成象素电极(ΙΤ0或者金属薄膜)以及提供液晶层就能够制成液 晶显示器件。此外，根据本发明的有机TFT可以作为具有发光元件或者其它类似元件的显示器件的开关元件使用。[实施例1]在该实施例中，显示了根据以上所提及的实施例模式1在大气压力条件下进行烘焙所制造的有机TFT的电性能依赖于温度的结果。值得注意的是，作为测试样本的有机TFT 所具有的结构是，在石英基片上设置由钨制成的栅极电极301，在栅极电极301上设置栅极绝缘薄膜，在栅极绝缘薄膜上设置由钨制成的源极电极302和漏极电极303，在源极电极 302和漏极电极303之间设置有机半导体薄膜，上述步骤可以在大气气氛中进行，正如图3 所示。此外，源极电极302，漏极电极303和栅极电极31各自都具有测试引脚(源极电极的测试引脚304、漏极电极的测试引脚305，以及栅极电极的测试引脚306)，可施加测量电压和检测电流。此外，有机TFT的沟道长度对应于在源极电极和漏极电极之间的长度(在图3中称之为L)，并且其数值为L = 5 μ m。另一方面，有机TFT的沟道宽度对应于在源极电极和漏极电极相互重叠区域的长度(在图3中称之为W)，并且其数值为W = 8000 μ m。丙五苯可作为有机半导体材料使用，并且所制成的有机半导体地厚度为50nm。作为薄膜制造方法来说，可以使用蒸发沉积方法。在沉积之后的烘焙条件如下(1)没有烘焙(2)在大气压力下以120°C的温度烘焙10分钟(3)在大气压力下以150°C的温度烘焙10分钟(4)在大气压力下以200°C的温度烘焙10分钟(5)在大气压力下以250°C的温度烘焙10分钟图4显示了在烘焙条件⑴至(5)下当施加-IOV电压作为Vd时检测漏极电极的电流和栅极电压的Vg-Id特性的结果。图4显示了在沉积之后进行烘焙则ON-OFF的阈值数值接近于0V。在大气的压力下，在150°C温度烘焙10分钟(3)情况中的阈值数值比在120°C温度烘焙10分钟⑵情况中的阈值数值有明显的移动。另一方面，150°C (3)情况和200°C⑷情况之间几乎没有差异。图4也显示了在沉积之后进行烘焙则降低在OFF的泄漏电流。也应该理解的是，150°C 温度烘焙10分钟(3)的情况与120°C温度烘焙10分钟(2)的情况相比有很大移动，以及 200°C温度烘焙10分钟(4)的情况与150°C温度烘焙10分钟(3)的情况相比有很大移动。 因此，可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，可改善TFT的特性；并因此可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在电极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与进行烘焙之前相比，提高了 TFT的特性。此外，也可以推测高温度有利于通过增强在有机材料和源极与漏极电极304以及绝缘薄膜之间的粘结强度来提高TFT的特性。正如以上所讨论的，可以理解的是，在沉积之后进行烘焙有利于提高有机TFT特性。
另外，可以看到在250°C温度烘焙10分钟(5)的情况下并没有改善有机TFT的特性。可以认为这是由于丙五苯在大约250°C温度下的热分解或氧化消失了有机TFT的特性。 因此，应该理解的是，在使用丙五苯作为有机半导体材料的情况下，加热温度较佳的是低于 250 "C。[实施例2]在该实施例中，显示了根据以上所提及的实施例模式1在大气压力条件下进行烘焙所制造的有机TFT的电性能依赖于时间的结果。值得注意的是，有机TFT的制造条件，除了在沉积之后的烘焙条件，用于测试的样本与实施例1相同。在沉积之后的烘焙条件如下(1)在沉积之后在烘焙前(2)在大气压力下以120°C的温度烘焙⑴持续10分钟(3)在大气压力下以120°C的温度烘焙(2)持续30分钟图5显示了在烘焙条件⑴至(3)下当施加-IOV电压作为Vd时检测漏极电极的电流和栅极电压的Vg-Id特性的结果。图5显示了在沉积之后进行烘焙则ON-OFF的阈值数值，并且在烘焙时间长的时候有很明显的移动。因此，可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，可改善TFT的特性；并因此可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在电极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与进行烘焙之前相比，提高了 TFT的特性。 此外，也可以推测通过进行长时间的烘焙可以促进在有机半导体薄膜中的潮气减少和增强在有机半导体薄膜和源极与漏极电极以及绝缘薄膜之间的粘结强度，于是，就能够有效地提高有机半导体的特性。因此，应该理解的是，在沉积之后的烘焙可以有效地提高有机TFT的特性。[实施例3]在该实施例中，显示了根据以上所提及的实施例模式1在沉积之后且保持在大气压力下一段时间之后在减压(1.2*104Pa)条件下进行烘焙所制造的有机TFT的电性能依赖于温度的结果。值得注意的是，用于作为测试样本的有机TFT的制造条件与实施例1相同， 除了在沉积之后的烘焙条件之外。在沉积之后的烘焙条件如下(1)在减压(1. 2*104Pa)条件下以120°C的温度烘焙10分钟(2)在减压(1. 2*104Pa)条件下以150°C的温度烘焙10分钟(3)在减压(1. 2*104Pa)条件下以200°C的温度烘焙10分钟图6显示了在烘焙条件⑴至(3)下当施加-IOV电压作为Vd时检测漏极电极的电流和栅极电压的Vg-Id特性的结果。图6显示了在沉积之后进行烘焙则ON-OFF的阈值数值接近于0V。在减压 (1. 2*104Pa)条件下，在150°C温度烘焙10分钟⑵情况中的阈值数值比在120°C温度烘焙10分钟(1)情况中的阈值数值有明显的移动。图6也显示了在沉积之后进行烘焙则降低在OFF的泄漏电流。从该降低中可以看到，150°C温度烘焙10分钟(2)的情况与120°C温度烘焙10分钟(1)的情况相比有很大移动。此外，能够理解的是，可以获得较佳的S数值 (子阈值数值)，因为与根据实施例1的大气压力下进行烘焙的情况相比，斜率的起始段更加陡。因此，如同实施例1，可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，可改善TFT的特性；并因此可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在源和漏极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与进行烘焙之前相比，提高了 TFT 的特性。此外，也可以推测更高温度有利于通过增强在有机材料和源极与漏极电极以及绝缘薄膜之间的粘结强度来提高TFT的特性。此外，可以推测高温对于增强在有机材料和源极与漏极以及绝缘薄膜之间的粘结强度而改进TFT有高度的影响。而且在该实施例中，可以推测由于抑止了诸如由大气气氛中的氧气所引起的有机半导体薄膜的氧化之类的劣化， 所以与在大气压力下进行烘焙相比，通过在减压条件下进行烘焙可以提高TFT的特性。因 此，可以理解的是，在沉积之后的烘焙可以有效地提高有机TFT的特性。另外， 在减压条件下进行烘焙时，烘焙的温度可以降低。[实施例4]在该实施例中，根据以上所提及的实施例模式1，仿真了有机TFT在大气压力保持一段时间后电性能与时间的变化，该有机TFT是在沉积之后且保持在大气压力下一段时间之后在减压(1.2*104Pa)条件下进行烘焙所制造的。也仿真了在该实施例模式中在减压 (1.2*104Pa)条件下进行烘焙的效果。下文中显示其结果。值得注意的是，用于作为测试样本的有机TFT的制造条件与实施例1相同，除了在沉积之后的烘焙条件之外。烘焙条件如下(1)在减压(1. 2*104Pa)条件下以150°C的温度烘焙30分钟(2)在大气气氛下保持(1)48小时(3)在减压(1. 2*104Pa)条件下以150°C的温度烘焙30分钟图7显示了在烘焙条件⑴至(3)下当施加-IOV电压作为Vd时检测漏极电极的电流和栅极电压的Vg-Id特性的结果。图7显示了在沉积之后进行烘焙(1)，则ON-OFF的阈值数值接近于OV ；以及在大气气氛下保持48小时⑵，则ON电流降低；以及TFT特性的劣化。图7也显示了在(3)之后再次进行烘焙则ON的电流增加；以及从而提高有机TFT的特性。如同实施例4，可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在电极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与进行烘焙之前相比，提高了 TFT的特性。此外，也可以推测由于抑止了诸如由大气气氛中的氧气所引起的有机半导体薄膜的氧化之类的劣化，所以通过在减压条件下进行烘焙可以提高TFT 的特性。因此，可以理解的是，在沉积之后的烘焙可以有效地重新恢复由于在大气气氛中保持一段时间所引起的有机TFT特性的劣化。[实施例5]
在该实施例中，显示了根据以上所提及的实施例模式1在沉积之后立即在沉积腔室中进行烘焙所制造的有机TFT的电性能依赖于温度的结果。值得注意的是，用于作为测试样本的有机TFT的制造条件与实施例1相同，除了在沉积之后的烘焙条件之外。 对于在沉积之后的烘焙条件来说，由于烘焙是在沉积腔室中进行的，所以烘焙是与进行沉积时相同在减压(1.3*10_3Pa)条件下进行的。烘焙的条件如下(1)没有烘焙(2)以120°C的温度烘焙10分钟图8显示了在烘焙条件(1)和(2)下当施加-IOV电压作为Vd时检测漏极电极的电流和栅极电压的Vg-Id特性的结果。图8显示了在沉积之后在沉积腔室中进行烘焙的ON-OFF的阈值数值接近于0V，并因此提高了 TFT特性。可以推测由于进行烘焙降低了在有机半导体薄膜中的潮气，所以与烘焙之前相比，可改善TFT的特性；并因此可以抑止有机半导体薄膜的劣化。也可以推测通过烘焙可以增强在电极和绝缘薄膜以及有机半导体薄膜之间的粘结强度，以及改善有机半导体薄膜的可结晶性和载流子的可输送性，因此与进行烘焙之前相比，提高了 TFT的特性。因此，可以理解的是，在沉积之后在沉积腔室中进行烘焙可以有效地提高有机TFT 的特性。[实施例6]在该实施例中，显示了采用AFM检测在沉积之后进行烘焙的丙五苯晶粒边界(晶粒)以及有机层的薄膜厚度的变化的结果。值得注意的是，作为测试样本，丙五苯在基片上所沉积的薄膜厚度为50nm，这与实施例1相同。作为薄膜的形成方法，可以使用蒸发沉积方法。测试部分的条件如下(1)在沉积之后没有烘焙(2)在沉积之后在减压(1. 2*104Pa)条件下以150°C的温度烘焙10分钟图9显示了根据条件⑴使用AFM的测量结果，以及图10显示了根据条件(2)使用AFM的测量结果。图9和图10显示了无论在沉积之后是否进行烘焙丙五苯的晶粒边界(晶粒)尺寸都没有变化。此外，这时，有机薄膜的薄膜厚度也没有变化。根据以上所提及的结果，应该理解的是，在形成有机半导体薄膜之后的较佳加热温度是在有机半导体薄膜中没有发生结晶生长，较佳的是，在该温度下，有机半导体薄膜的晶粒边界(晶粒)尺寸的生长的平均数值不大于10%或者更小。[实施例模式3]参考图11讨论包括根据本发明的半导体器件的液晶器件的模式。值得注意的是， 液晶器件的结构并没有特殊的限制，例如，较佳的是，除了在该实施例模式中所显示的模式之外，在液晶器件中设置了适用于元件基片的驱动电路。此外，该实施例并不限制于液晶， 并且根据本发明的有机半导体器件可以用作为具有发光元件的显示器件的开关元件以及其它元件。图11是显示液晶器件的俯视示意图。根据该实施例的液晶器件具有元件基片 1101面对面附加在另一相对的基片1102上的结构。根据该实施例的液晶器件包括象素部分1103。沿着象素部分1103的一边所设置的端点部分1104采用柔性印刷电路(FPC) 1105， 以及信号通过柔性印刷电路1105从驱动电路输入至象素部分1103。值得注意的是，该驱动电路和柔性印刷电路可以分开设置，或者采用诸如TCP之类相互复合的方式来设置，可以通过形成引线图形的FPC将IC芯片安装在各个TCP中.作为象素部分1103，没有特殊的限制。例如，象素部分1103包括液晶元件和驱动液晶元件的晶体管，正如图12A和图12B的剖面示意图所示。图12A和12B各自显示了液晶器件的剖面结构的模式，以及它们的每一个所具有的不同晶体管的结构。
图12A的剖面示意图所显示的液晶器件包括元件基片521，该基片具有设置在有机半导体薄膜上作为源极电极和漏极电极使用的电极525和526的晶体管527。此外，液晶层534夹在象素电极529和相对电极532之间。作为象素电极529和相对电极532的材料来说，可以使用诸如氧化铟锡(ITO)或者包括二氧化硅的氧化铟锡之类的光透明材料。此外，对象素电极529和相对电极532的表面一边设置取向薄膜530和533，该薄膜将与液晶层534相接触。在液晶层中分布着隔离器535，以便于保持单元的间隙。晶体管527可以采用具有接触孔的绝缘层528覆盖着，并且电极526与象素电极 529电连接。绝缘层528可以使用聚四氟乙烯以溅射或者化学蒸发沉积(CVD)方法形成。 此外，可以进行使用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅或者其它类似材料的热CVD，以抑止有机半导体薄膜524的劣化。由一相对基片531来支撑着该相对电极532。有机半导体薄膜524与其之间的栅极电极522和栅极绝缘层523相重叠。此外，图12B的剖面示意图所显示的液晶器件包括设置有晶体管557的元件基片 551，该晶体管具有作为源极电极和漏极电极所使用的电极555和554至少部分是被有机半导体薄膜556所覆盖。此外，液晶层564夹在象素电极559和相对电极562之间。对象素电极559和相对电极562的表面一边设置取向薄膜560和563，该薄膜将与液晶层564相接触。在液晶层中分布着隔离器535，以便于保持单元的间隙。晶体管557可以用具有接触孔的绝缘层558a和558b所覆盖，并且电极554与象素电极559电连接。值得注意的是，覆盖着晶体管527的绝缘层可以是由绝缘层558a和绝缘层558b所制成的层叠层，正如图12B所示，或者可以是由绝缘层528所制成的单层，正如图12A所示。覆盖着晶体管527的绝缘层可以是具有类似于绝缘层558b的平整表面的层。 绝缘层558a可以相同于以上所讨论的绝缘薄膜528的方法来形成。绝缘薄膜528b可以采用诸如丙烯、聚酰亚胺或氨基聚酰亚胺。此外，可以使用正性或负性的光敏材料。该相对的电极561可以由一相对的基片562来支撑。此外有机半导体薄膜526与栅极电极552相重叠，其间置有蜂窝电话栅极绝缘层553。以上所讨论的显示器件可以用于安装在手机、TV接收机以及其它上的显示器件， 正如图13A至13C所示。此外，该显示器件可以安装在卡上，例如，ID卡，该卡可以用于管理个人信息。图13A显示了手机的视图。该手机包括主体1302，该主体1302包括显示部分 1301、语音输出部分1304、语音输入部分1305、操作按键1306和1307、天线1303以及其它等等。蜂窝电话可具有高的操作特性和高的可靠性。这类蜂窝电话可以通过将本发明的有机半导体器件合并在显示部分1301中来完成。图13B显示了应用本发明所制成的TV接收机，它包括显示部分1311，基座1312和扬声器1313，以及其它等等。这类TV接收机可以具有高的操作特性和高的可靠性。这类 TV接收机可以通过将本发明的有机半导体器件合并在显示部分1311中来完成。图13C显示了应用本发明所制成的ID卡，它包括载体1321、显示部分1322、合并进载体1321中的集成电路芯片1323，以及其它等等。值得注意的是，驱动显示部分1322的集成电路1324和1325也可以合并进载体1321中。该ID卡具有高的可靠性。此外，例如， 在显示部分1322中，ID卡可以显示在集成电路芯片1323中所输入和输出的信息，于是就能够确认所输入和输出的信息类型。这类ID卡可以通过将本发明的有机半导体器件合并在显示部分1322中来完成。本申请基于2003年12月26日提交日本专利局序号为No. 2003-434620的日本专利申请，其内容通过引用参考与此。
权利要求
1.一种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 采用真空蒸发沉积方法形成有机半导体薄膜；和在有机半导体薄膜的形成工序已经完成后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜。
2.一种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 形成栅极电极；采用真空蒸发沉积方法在所述栅极电极上形成有机半导体薄膜；和在有机半导体薄膜的形成工序已经完成后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜。
3.—种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 形成栅极电极；采用真空蒸发沉积方法在所述栅极电极上形成有机半导体薄膜； 在所述有机半导体薄膜上形成源极电极和漏极电极；和在形成所述源极电极和漏极电极后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜。
4.一种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 采用真空蒸发沉积方法形成有机半导体薄膜；和在有机半导体薄膜的形成工序已经完成后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜，其中加热温度高于150°C且低于所述有机半导体薄膜的成分蒸发或分解的温度。
5.一种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 形成栅极电极；采用真空蒸发沉积方法在所述栅极电极上形成有机半导体薄膜；和在有机半导体薄膜的形成工序已经完成后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜，其中加热温度高于150°C且低于所述有机半导体薄膜的成分蒸发或分解的温度。
6.一种制造有机半导体元件的方法，其特征在于，该方法包括步骤 形成栅极电极；采用真空蒸发沉积方法在所述栅极电极上形成有机半导体薄膜； 在有机半导体薄膜上形成源极电极和漏极电极；和在有机半导体薄膜的形成工序已经完成后，并且在形成所述源极电极和漏极电极以后，在大气压力条件下或者在减压的条件下加热所述有机半导体薄膜，其中加热温度高于或等于150°C且低于所述有机半导体薄膜的成分蒸发或分解的温度。
7.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜在晶粒尺寸的平均数值生长没有超过10 %的温度下被加热。
8.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜在沉积后保持在大气气氛下之后被加热。
9.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜的ON电流由于所述有机半导体薄膜在沉积后保持在大气气氛下而降低，然后由于所述有机半导体薄膜被加热而升高。
10.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，在形成所述有机半导体薄膜之前执行预处理，所述预处理包括等离子体处理和自组装单层薄膜形成工序的其中之一。
11.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜是通过沉积丙五苯来形成的。
12.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜在低于250°C的温度下被加热。
13.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜在150°C的温度下被加热。
14.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜在200°C的温度下被加热。
15.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜是在惰性气体气氛中加热的。
16.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体薄膜是在形成有机半导体薄膜的处理腔室中加热的。
17.如权利要求1-6之一的制造有机半导体元件的方法，其特征在于，所述有机半导体元件可应用于选自包含蜂窝电话、TV接收机和ID卡的组中的电子设备。
全文摘要
本发明公开有机半导体元件的制造方法。在制造使用有机TFT的器件的过程中，主要开发了沟道长度短或沟道宽度窄的元件，以减小器件的尺寸。基于上述讨论，本发明的一个目的提供了一种改善特性的有机TFT。就上述问题而言，本发明的一个特征是在沉积有机半导体薄膜之后烘焙元件。更具体的说，本发明的一个特征是在大气压力条件下或者在减压条件下加热有机半导体薄膜。此外，烘焙处理可以在惰性气体气氛中进行。
文档编号H01L51/40GK102280584SQ20111023040
公开日2011年12月14日 申请日期2004年12月24日 优先权日2003年12月26日
发明者今林良太, 平形吉晴, 深井修次, 石谷哲二 申请人:株式会社半导体能源研究所