JP2005191437A - Semiconductor device, manufacturing method therefor, and display device - Google Patents

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Takanori Tano
隆徳 田野
Mayuka Araumi
麻由佳 荒海
Hiroshi Fujimura
浩 藤村
Hiroshi Kondo
浩 近藤
Hidenori Tomono
英紀 友野
Hitoshi Kondo
均 近藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having an organic semiconductor layer which suppresses gate leak currents to show a large ON/OFF ratio. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises an insulating board 11, a gate electrode 12 that is formed selectively on the insulating board 11, a gate insulating film 13 that covers the surface of the insulating board 11 and the gate electrode 12, one source electrode 15 and one drain electrode 15 which are arranged on the gate insulating film 13 to be separated from each other across a prescribed channel length in the length direction of the gate, and the organic semiconductor layer 16 that covers the source/drain electrodes 15, 15. The gate insulating film 13 is made of a porous material layer with a number of pores which has a basic substance of a metal oxide. The area of the interface between the gate insulating film 13 and the organic semiconductor layer 16 is increased to increase the virtual gate capacity of the semiconductor device. In manufacturing the porous material layer, a film is formed first, using a sol solution dispersed with an interface activator, and then the activator is eliminated by heating or the like to form pores on the film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、有機物からなる半導体層を備えた半導体装置、その製造方法、および表示装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a semiconductor layer made of an organic material, a manufacturing method thereof, and a display device.

近年、有機半導体材料をチャネル生成層とした有機トランジスタを印刷法などの廉価なプロセスにより基板上に形成し、これを用いた軽量・柔軟・薄型かつ廉価な電子装置を実現しようとする研究が活発化している。例えば、デュルリらは、この試みとしてポリマーフィルム上に、ゲート絶縁膜、半導体層、電極の全てに有機材料を用いた有機トランジスタを作製している(C. J. Drury, C. M. J. Mutsaers, C. M. Hart, M. Matters, D. M. de Leeuw, Appl. Phys. Lett. Vol.73, p108 (1998).)。また、バオらは、ITO電極を形成したポリエチレンテレフタレート基板上に、低温焼成のポリイミドからなるゲート絶縁膜、ポリチオフェンからなる高分子半導体チャネル層、導電性インクからなる電極層を順次スクリーン印刷することにより有機トランジスタを形成している(Z. Bao, Y. Feng, A. Dodabalapur, V. R. Raju, A. J. Lovinger, Chem. Mater., vol.9, p1299 (1997))。   In recent years, research has been actively conducted to form an organic transistor using an organic semiconductor material as a channel generation layer on a substrate by an inexpensive process such as a printing method, and to realize a lightweight, flexible, thin, and inexpensive electronic device using the organic transistor. It has become. For example, Durli et al. Fabricated an organic transistor using organic materials for the gate insulating film, semiconductor layer, and electrode on a polymer film (CJ Drury, CMJ Mutsaers, CM Hart, M. Matters). , DM de Leeuw, Appl. Phys. Lett. Vol.73, p108 (1998).). Bao et al. Screen-printed a gate insulating film made of low-temperature fired polyimide, a polymer semiconductor channel layer made of polythiophene, and an electrode layer made of conductive ink on a polyethylene terephthalate substrate on which an ITO electrode was formed. An organic transistor is formed (Z. Bao, Y. Feng, A. Dodabalapur, VR Raju, AJ Lovinger, Chem. Mater., Vol. 9, p1299 (1997)).

更に近年では、有機トランジスタを液晶素子、有機電界発光素子(有機EL素子)や電気泳動素子などのスイッチング素子に応用するという検討がなされている。この場合にはドレイン電流のオン/オフ比が高いこと、つまりオフ電流(ゲート電圧が0Vの時にソース・ドレイン間に流れる電流)が小さいこと、及びオン電流(ゲート電極に電圧を印加した時にソース・ドレイン間に流れる電流)が大きいことが、コントラスト比向上や応答高速化にあたって要求される。   In recent years, studies have been made to apply organic transistors to switching elements such as liquid crystal elements, organic electroluminescent elements (organic EL elements), and electrophoretic elements. In this case, the on / off ratio of the drain current is high, that is, the off-current (current flowing between the source and the drain when the gate voltage is 0 V) is small, and the on-current (the source when the voltage is applied to the gate electrode). -A large current between the drains) is required for improving the contrast ratio and speeding up the response.

ドレイン電流のオン/オフ比は、ゲート電圧印加時にソース・ドレイン間を流れるドレイン・オン電流(Ion)と、ゲート電圧が0Vにおいて流れるドレイン・オフ電流(Ioff)の比であり、トランジスタをスイッチング素子として用いる際の目安となる。Brownら(A. R. Brown, C. P. Jarrett, D. M. de Leeuw, M. Matters, Synthetic Metals, VOL88, p37 (1997))は、ドーピングにより生じるキャリア濃度NAを見積もり、その値からオン/オフ比に対する電界効果移動度μと有機半導体層の導電率σの関係を調べた。これによると、ドーピングのレベルが高い有機トランジスタにおいては、下記式(1)により表され、
Ion/Ioff=1+(μC0G/2dσ) … (1)
ドーピングのレベルが低い有機半導体においては、下記式(2)により表される。
Ion/Ioff=μC0 2G 2/qNA2σ … (2)
ここで、C0はゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量、VGはゲート電圧、qはキャリアの電荷、dは有機半導体層の膜厚である。
The drain current on / off ratio is the ratio of the drain on current (Ion) that flows between the source and the drain when the gate voltage is applied to the drain on current (Ioff) that flows when the gate voltage is 0V. As a guide when using as. Brown et al (AR Brown, CP Jarrett, DM de Leeuw, M. Matters, Synthetic Metals, VOL88, p37 (1997)) , the estimated carrier concentration N A caused by doping, field effect mobility from the value for the on / off ratio The relationship between the degree μ and the conductivity σ of the organic semiconductor layer was investigated. According to this, in an organic transistor having a high doping level, it is represented by the following formula (1):
Ion / Ioff = 1 + (μC 0 V G / 2dσ) (1)
An organic semiconductor having a low doping level is represented by the following formula (2).
Ion / Ioff = μC 0 2 V G 2 / qN A d 2 σ ... (2)
Here, C 0 is the capacitance per unit area of the gate insulating film, V G is the gate voltage, q is the carrier charge, and d is the thickness of the organic semiconductor layer.

式(1)および式(2)から有機トランジスタにおいて大きなオン/オフ比を得るためには、1.移動度の大きい材料を用いること、2.キャリア濃度NAを抑えること、3.高い単位面積当たりのゲート容量C0を有するゲート絶縁膜を用いること、4.有機半導体層の膜厚を薄くすること、などの方法が有効であることが期待される。 In order to obtain a large on / off ratio in the organic transistor from the formulas (1) and (2), 1. Use a material with high mobility. Suppressing the carrier concentration N A, 3. 3. Use a gate insulating film having a high gate capacitance C 0 per unit area. It is expected that methods such as reducing the thickness of the organic semiconductor layer are effective.

ここで、単位面積当たりのゲート容量C0は、絶縁膜の比誘電率εrに比例するという下記関係式(3)があることから、比誘電率εrの大きな材料を用いることでC0を向上させるというアプローチが考えられる。
0∝εrε0S … (3)
ここで、ε0は真空の誘電率、Sは電極の表面積である。
Here, since there is the following relational expression (3) that the gate capacitance C 0 per unit area is proportional to the relative dielectric constant ε r of the insulating film, C 0 can be obtained by using a material having a large relative dielectric constant ε r. An approach to improve
C 0 ∝ε r ε 0 S (3)
Here, ε 0 is the dielectric constant of vacuum, and S is the surface area of the electrode.

このアプローチを用いた例としては以下が挙げられる。ゲート絶縁膜に無機物であるジルコニウム酸チタン酸バリウムをスパッタ法で成膜することにより、比誘電率17.3のゲート絶縁膜を形成し、ゲート電圧が5V程度の有機トランジスタを形成している(非特許文献1参照。)。また、一方で、スパッタ法を用いない低温作製プロセスとしてアルコラートの加水分解を利用したゾル−ゲル法によってチタン酸バリウムストロンチウム膜を成膜することにより、比誘電率16のゲート絶縁膜を形成し、ゲート電圧が5V程度の有機トランジスタを作製している(非特許文献2参照。)。しかし、ゾル−ゲル法で結晶性の良好な高誘電率の複合酸化物薄膜を形成するためには400℃を超える高温アニールが必要であり、有機半導体材料やプラスチック基板に熱的ダメージを与えるという問題がある。   Examples using this approach include: By depositing barium zirconate titanate, which is an inorganic material, on the gate insulating film by sputtering, a gate insulating film having a relative dielectric constant of 17.3 is formed, and an organic transistor having a gate voltage of about 5 V is formed ( (Refer nonpatent literature 1.). On the other hand, a gate insulating film having a relative dielectric constant of 16 is formed by forming a barium strontium titanate film by a sol-gel method using hydrolysis of alcoholate as a low-temperature fabrication process without using a sputtering method. An organic transistor having a gate voltage of about 5 V is manufactured (see Non-Patent Document 2). However, high-temperature annealing exceeding 400 ° C. is required to form a high-dielectric-constant composite oxide thin film with good crystallinity by the sol-gel method, which causes thermal damage to organic semiconductor materials and plastic substrates. There's a problem.

これに対して、絶縁膜に比較的誘電率の大きい有機材料を用いることが提案されている。例えば、ゲート絶縁膜にシアノ基を有する絶縁性ポリマーや、シアノエチルプルラン(比誘電率18.5)、ポリビニルアルコール(比誘電率7.8)等を用いた有機トランジスタが提案されている(特許文献1および2参照。)。また、有機のアモルファス絶縁物中に高誘電率無機化合物粒子を分散させる方法が提案されている(特許文献3参照。)。
特開平8−191162号公報 特表平5−508745号公報 特開2002−110999号公報 特開平4−199638号公報 C. D. Dimitrakopoulos, S. Purushothaman, J. Kymissis, A. C. allegari, J. M. Shaw, Science, vol.283, p822 (1999) C. D. Dimitrakopoulos, I. Kymissis, S. Purushothaman, D. A. Neumayer, P. R. Duncombe, R. B. Laibowitz, Adv. Mater., vol.11, p1372 (1999))
On the other hand, it has been proposed to use an organic material having a relatively large dielectric constant for the insulating film. For example, an organic transistor using an insulating polymer having a cyano group in a gate insulating film, cyanoethyl pullulan (relative permittivity 18.5), polyvinyl alcohol (relative permittivity 7.8), or the like has been proposed (Patent Literature). See 1 and 2.). In addition, a method of dispersing high dielectric constant inorganic compound particles in an organic amorphous insulator has been proposed (see Patent Document 3).
JP-A-8-191162 Japanese National Patent Publication No. 5-508745 JP 2002-110999 A JP-A-4-199638 CD Dimitrakopoulos, S. Purushothaman, J. Kymissis, AC allegari, JM Shaw, Science, vol.283, p822 (1999) CD Dimitrakopoulos, I. Kymissis, S. Purushothaman, DA Neumayer, PR Duncombe, RB Laibowitz, Adv. Mater., Vol.11, p1372 (1999))

しかしながら、高誘電率の有機材料を単独で用いてゲート絶縁膜を形成すると、ゲートリーク電流が大きく、その結果ドレイン電流のオン/オフ比を大きくできないという問題点がある。ここでゲートリーク電流が大きくなるのは、比誘電率の大きな材料をゲート絶縁膜に用いたため、ゲート絶縁膜の導電率が大きいことによるものと考えられる。   However, when a gate insulating film is formed using an organic material having a high dielectric constant alone, there is a problem that the gate leakage current is large, and as a result, the on / off ratio of the drain current cannot be increased. Here, the reason why the gate leakage current is increased is considered to be due to the high conductivity of the gate insulating film because a material having a large relative dielectric constant is used for the gate insulating film.

一般に絶縁材料の比誘電率と導電率に比例の関係があることが知られている(斎藤省吾、高分子、17巻、p672 (1968))。すなわち比誘電率の大きな材料は導電率も大きく電流を通しやすい。ここで、このような関係が見られるのは、材料中に含まれるイオン性不純物のためと考えられる。クーロン力により結合した一対の分子から、これを引き離しイオン性物質を作り出すのに必要な仕事は、クーロン力を左右する媒質の比誘電率に関係する。すなわち比誘電率の大きな媒質ではクーロン力は小さくなり容易に熱解離等が起こりやすく導電率も大きくなる。   It is generally known that there is a proportional relationship between the dielectric constant and conductivity of an insulating material (Sho Saito, Polymer, Vol. 17, p672 (1968)). That is, a material having a large relative dielectric constant has a high conductivity and can easily pass a current. Here, such a relationship is considered to be due to ionic impurities contained in the material. The work required to create an ionic substance from a pair of molecules bonded by Coulomb force is related to the relative dielectric constant of the medium that affects the Coulomb force. That is, in a medium having a large relative dielectric constant, the Coulomb force is small, and thermal dissociation easily occurs easily, resulting in an increase in conductivity.

有機材料、特に高分子材料においては、合成の過程でイオン性不純物を取り除くことは非常に困難である。主なイオン性不純物の供給源としては、原料モノマー中の不純物、重合や縮重合過程における混入触媒残渣、加熱成型過程における各種配合剤、および吸湿、高分子の分解や解離などが挙げられる。   In organic materials, particularly polymer materials, it is very difficult to remove ionic impurities during the synthesis process. Sources of main ionic impurities include impurities in the raw material monomers, mixed catalyst residues in the polymerization and condensation polymerization processes, various compounding agents in the heat molding process, moisture absorption, polymer decomposition and dissociation, and the like.

したがって、ゲート絶縁膜の比誘電率を大きくするというアプローチでは、上記に述べたように導電率が増大しそれに伴ってゲートリーク電流が大きくなり、その結果としてオン/オフ比を増加することが困難であるという問題点がある。   Therefore, in the approach of increasing the relative dielectric constant of the gate insulating film, as described above, the conductivity increases, and accordingly, the gate leakage current increases, and as a result, it is difficult to increase the on / off ratio. There is a problem that it is.

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ゲートリーク電流を抑制しオン/オフ比の大きな、有機半導体層を備えた半導体装置、その製造方法、および電子装置を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device including an organic semiconductor layer that suppresses gate leakage current and has a large on / off ratio, a manufacturing method thereof, and an electronic device. Is to provide a device.

請求項1に記載の如く、ゲート電極と、有機物からなる半導体層と、前記ゲート電極と半導体層との間に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極に対してゲート絶縁膜を介した反対側に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極とを備え、前記ゲート絶縁膜は細孔が形成された多孔質体層からなることを特徴とする半導体装置が提供される。   The gate electrode, the organic semiconductor layer, the gate insulating film formed between the gate electrode and the semiconductor layer, and the gate electrode opposite to the gate electrode through the gate insulating film There is provided a semiconductor device comprising two source / drain electrodes spaced apart on the side, wherein the gate insulating film is composed of a porous layer in which pores are formed.

請求項1に記載の発明によれば、ゲート絶縁膜が多孔質体層からなるので、ゲート絶縁膜と有機物よりなる半導体層の接触面積がゲート絶縁膜が連続体の場合より大幅に増大する。したがって、ゲート容量を増加することができ、従来より低いゲート電圧でゲート絶縁膜/半導体層の界面に蓄積されるキャリア数を増加させることができる。また、ゲート絶縁膜/半導体層の界面が曲面形状であるので、実効的なゲート長が増加すること、多孔質体層中に含まれる分子数が少ないため固定電荷の総量が少ないこと、および多孔質体層中の空気により絶縁性が向上することなどの効果が相乗的に働き、ゲートリーク電流およびソース・ドレイン間のリーク電流を抑制することができる。その結果、ソース・ドレイン間を流れるドレイン・オン電流値(Ion)が増加すると共にドレイン・オフ電流が抑制されるので、オン/オフ比の大きな半導体装置を実現することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the gate insulating film is made of the porous layer, the contact area between the gate insulating film and the semiconductor layer made of an organic material is significantly increased as compared with the case where the gate insulating film is a continuous body. Therefore, the gate capacitance can be increased, and the number of carriers stored at the gate insulating film / semiconductor layer interface can be increased with a lower gate voltage than in the prior art. In addition, since the gate insulating film / semiconductor layer interface has a curved shape, the effective gate length increases, the total number of fixed charges is small because the number of molecules contained in the porous body layer is small, and Effects such as improvement of insulation by air in the material layer work synergistically, and gate leakage current and source-drain leakage current can be suppressed. As a result, the drain-on current value (Ion) flowing between the source and the drain is increased and the drain-off current is suppressed, so that a semiconductor device having a large on / off ratio can be realized.

請求項2に記載の如く、請求項1記載の半導体装置において、前記ゲート絶縁膜は、半導体層側に形成された前記多孔質体層と、ゲート電極側に形成され、前記多孔質体層の材料とは異なる材料の絶縁膜からなる。   According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the gate insulating film is formed on the porous body layer formed on the semiconductor layer side, and on the gate electrode side. The insulating film is made of a material different from the material.

請求項2に記載の発明によれば、ゲート絶縁膜を多孔質体層とは異なる材料の絶縁膜と多孔質体層の積層体とすることにより、多孔質体層/半導体層界面の効果に加え、絶縁膜に例えば比誘電率の高い材料を用いることによりゲート絶縁膜全体の比誘電率を向上すると共に、ゲートリーク電流を抑制することができる。また、ゲート電極と多孔質体層の間に絶縁膜を設けることにより、密着性を向上することができる。   According to the invention described in claim 2, the gate insulating film is made of a laminate of an insulating film and a porous body layer made of a material different from the porous body layer, so that the effect of the porous body layer / semiconductor layer interface can be reduced. In addition, by using, for example, a material having a high relative dielectric constant for the insulating film, the relative dielectric constant of the entire gate insulating film can be improved and gate leakage current can be suppressed. In addition, adhesion can be improved by providing an insulating film between the gate electrode and the porous body layer.

請求項3に記載の如く、請求項1または2記載の半導体装置において、前記ソース/ドレイン電極は、半導体層側のゲート絶縁膜表面に形成され、前記半導体層に覆われてもよく、請求項4に記載の如く、前記ソース/ドレイン電極は、ゲート絶縁膜とは反対側の半導体層表面に形成されてもよい。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the source / drain electrodes may be formed on the surface of the gate insulating film on the semiconductor layer side and covered with the semiconductor layer. As described in 4, the source / drain electrodes may be formed on the surface of the semiconductor layer opposite to the gate insulating film.

請求項5に記載の如く、請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、前記多孔質体層は、多数の前記細孔が形成された金属酸化物からなる。   As described in claim 5, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, the porous body layer is made of a metal oxide in which a large number of the pores are formed.

請求項5に記載の発明によれば、多孔質体層が金属酸化物から形成されているので、例えば高分子化合物と比較して、耐薬品性、耐酸化性、機械的強度に優れる。   According to the invention described in claim 5, since the porous body layer is formed of a metal oxide, it is excellent in chemical resistance, oxidation resistance, and mechanical strength as compared with, for example, a polymer compound.

請求項6に記載の如く、請求項5記載の半導体装置において、前記金属酸化物はケイ素酸化物である。   As described in claim 6, in the semiconductor device according to claim 5, the metal oxide is silicon oxide.

請求項6に記載の発明によれば、ケイ素酸化物は化学的安定性に優れ、半導体装置の長期信頼性を向上することができる。   According to the invention described in claim 6, silicon oxide is excellent in chemical stability and can improve the long-term reliability of the semiconductor device.

請求項7に記載の如く、請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、前記細孔の平均孔径が1nm〜100nmの範囲に設定される。   As described in claim 7, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, the average pore diameter of the pores is set in a range of 1 nm to 100 nm.

請求項7に記載の発明によれば、平均孔径をこの範囲に設定することにより、機械的強度と細孔の数平均孔径の制御性を両立することができる。   According to the invention described in claim 7, by setting the average pore diameter within this range, both the mechanical strength and the controllability of the number average pore diameter of the pores can be achieved.

請求項8に記載の如く、請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、前記多孔質体層に占める細孔の体積割合は、多孔質体層の体積を基準として、20%以上80%未満の範囲に設定される。   As described in claim 8, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, the volume ratio of pores in the porous body layer is based on the volume of the porous body layer. It is set in the range of 20% or more and less than 80%.

請求項8に記載の発明によれば、細孔の体積割合をこの範囲に設定することにより、適度の機械的強度を有すると共にオン/オフ比を一層増加することができる。   According to the eighth aspect of the invention, by setting the volume ratio of the pores within this range, it is possible to have an appropriate mechanical strength and further increase the on / off ratio.

請求項9に記載の如く、請求項1〜8のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、前記多孔質体層の厚さは1nm〜1000nmの範囲に設定される。   As described in claim 9, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, the thickness of the porous body layer is set in a range of 1 nm to 1000 nm.

請求項9に記載の発明によれば、多孔質体層の厚さをこの範囲に設定することにより、半導体層の多孔質体層の近傍に形成されるキャリアの厚さを効果的に包含することができる。   According to the invention described in claim 9, by setting the thickness of the porous body layer within this range, the thickness of the carrier formed in the vicinity of the porous body layer of the semiconductor layer is effectively included. be able to.

請求項10に記載の如く、請求項1〜9のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、前記細孔の表面が疎水性材料により被覆されている。   As described in claim 10, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, the surface of the pore is covered with a hydrophobic material.

請求項10に記載の発明によれば、細孔の表面を疎水性材料、例えば、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン等により被覆することにより、多孔質体層にクラックが発生することを防止し、多孔質体層の均質性およびその表面の巨視的な平坦性を向上することができる。   According to the invention described in claim 10, by covering the surface of the pores with a hydrophobic material such as 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, the porous body layer The occurrence of cracks can be prevented, and the homogeneity of the porous body layer and the macroscopic flatness of the surface can be improved.

請求項11に記載の如く、請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜表面および2つのソース/ドレイン電極を覆う有機物からなる半導体層とを備える。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating substrate, a gate electrode formed on the insulating substrate, and the gate electrode are covered. A gate insulating film; two source / drain electrodes formed on the gate insulating film apart from each other; and a semiconductor layer made of an organic material covering the surface of the gate insulating film and the two source / drain electrodes.

請求項11に記載の発明によれば、有機物からなる半導体層が最上部に位置するので、ゲート電極やソース/ドレイン電極やゲート絶縁膜をパターニングする際にドライプロセスまたはウエットプロセスのいずれを用いても、使用されるイオンやラジカル、あるいは溶媒に半導体層が曝されることがないため、半導体層の劣化を防止することができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the semiconductor layer made of an organic substance is located at the uppermost part, either a dry process or a wet process is used for patterning the gate electrode, the source / drain electrode, and the gate insulating film. However, since the semiconductor layer is not exposed to the ions, radicals, or solvent used, deterioration of the semiconductor layer can be prevented.

請求項12に記載の如く、請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を覆う有機物からなる半導体層と、前記半導体層上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極とを備える。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating substrate, a gate electrode formed on the insulating substrate, and the gate electrode are covered. A gate insulating film; a semiconductor layer made of an organic material covering the gate insulating film; and two source / drain electrodes formed separately on the semiconductor layer.

請求項12に記載の発明によれば、ソース/ドレイン電極を半導体層上に形成しているので、ソース/ドレイン電極の凹凸形状に阻害されず半導体層を均一に形成することができる。   According to the twelfth aspect of the invention, since the source / drain electrodes are formed on the semiconductor layer, the semiconductor layer can be formed uniformly without being disturbed by the uneven shape of the source / drain electrodes.

請求項13に記載の如く、請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、前記2つのソース/ドレイン電極を覆う有機物からなる半導体層と、前記半導体層を覆う前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備える。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating substrate and two source / drain electrodes formed on the insulating substrate are separated from each other. A semiconductor layer made of an organic material covering the two source / drain electrodes, the gate insulating film covering the semiconductor layer, and a gate electrode formed on the gate insulating film.

請求項13に記載の発明によれば、有機物からなる半導体層がソース/ドレイン電極上に形成され、さらに半導体層はゲート絶縁膜に覆われているので、ソース/ドレイン電極やゲート電極をパターニングする際に使用される溶媒に半導体層が曝されることがないため、半導体層の劣化を防止することができる。   According to the thirteenth aspect of the present invention, since the semiconductor layer made of an organic material is formed on the source / drain electrode, and the semiconductor layer is covered with the gate insulating film, the source / drain electrode and the gate electrode are patterned. Since the semiconductor layer is not exposed to the solvent used at the time, deterioration of the semiconductor layer can be prevented.

請求項14に記載の如く、請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置において、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に形成された半導体層と、前記半導体層上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、前記半導体層および2つのソース/ドレイン電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備える。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, wherein the insulating substrate, the semiconductor layer formed on the insulating substrate, and the semiconductor layer are spaced apart from each other. Two source / drain electrodes formed in this manner, the gate insulating film covering the semiconductor layer and the two source / drain electrodes, and a gate electrode formed on the gate insulating film.

請求項14に記載の発明によれば、ソース/ドレイン電極を半導体層上に形成しているので、ソース/ドレイン電極の凹凸形状に阻害されず半導体層を均一に形成することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, since the source / drain electrodes are formed on the semiconductor layer, the semiconductor layer can be formed uniformly without being disturbed by the uneven shape of the source / drain electrodes.

請求項15に記載の如く、画像素子部と、請求項1〜14のうちいずれか一項記載の半導体装置が配置されなり、前記半導体装置を選択的にオンあるいはオフさせて、前記素子部に電界を印加し、あるいは前記素子部にキャリアを注入して画像素子部の光学的性質を制御する画像素子部駆動手段とを備える表示装置が提供される。   According to a fifteenth aspect of the present invention, an image element unit and the semiconductor device according to any one of the first to fourteenth aspects are arranged, and the semiconductor device is selectively turned on or off to be in the element unit. There is provided a display device including an image element unit driving unit that applies an electric field or injects carriers into the element unit to control optical properties of the image element unit.

請求項15に記載の発明によれば、請求項1〜13のうちいずれか一項記載の半導体装置がオン/オフ比が大きく高い耐久性を有しているので、表示装置は表示性能として高いコントラスト比と長期信頼性を有している。   According to the invention described in claim 15, since the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13 has a large on / off ratio and high durability, the display device has high display performance. Contrast ratio and long-term reliability.

請求項16に記載の如く、有機物からなる半導体層を備えた電界効果型の半導体装置の製造方法であって、多孔質体層よりなるゲート絶縁膜の形成工程を含み、前記ゲート絶縁膜形成工程は、界面活性剤を含む多孔質前駆体溶液を調製するステップと、前記多孔質前駆体溶液を塗布し、乾燥して多孔質前駆体膜を形成するステップと、前記多孔質前駆体膜を加熱して前記界面活性剤を除去するステップと、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   17. A method of manufacturing a field effect type semiconductor device comprising a semiconductor layer made of an organic substance as claimed in claim 16, comprising a step of forming a gate insulating film made of a porous layer, wherein the gate insulating film forming step Preparing a porous precursor solution containing a surfactant, applying the porous precursor solution, drying to form a porous precursor film, and heating the porous precursor film And removing the surfactant. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

請求項16に記載の発明によれば、界面活性剤を多孔質前駆体溶液に分散させてミセルを形成し、多孔質前駆体膜形成後に界面活性剤を除去することにより、形状や細孔径の均一な細孔を有する多孔質体のゲート絶縁膜を形成することができる。   According to the invention described in claim 16, the surfactant is dispersed in the porous precursor solution to form micelles, and the surfactant is removed after the porous precursor film is formed, so that the shape and the pore diameter can be reduced. A porous gate insulating film having uniform pores can be formed.

請求項17に記載の如く、請求項16記載の半導体装置の製造方法において、前記多孔質前駆体溶液を調製するステップは、前記界面活性剤を添加した金属アルコキシドを酸性条件下で加水分解しゾル化する。   17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of preparing the porous precursor solution includes hydrolyzing the metal alkoxide to which the surfactant is added under an acidic condition. Turn into.

請求項17に記載の発明によれば、金属アルコキシドを酸性条件化で加水分解してゾル溶液を形成すると共に、ゾル溶液中に界面活性剤の形状および径の均一性の良好なミセルを形成することができる。   According to the invention described in claim 17, the metal alkoxide is hydrolyzed under acidic conditions to form a sol solution, and micelles having good uniformity in the shape and diameter of the surfactant are formed in the sol solution. be able to.

請求項18に記載の如く、請求項16または17記載の半導体装置の製造方法において、前記界面活性剤を除去するステップは、200℃〜700℃の範囲から選択された温度で加熱する。   According to claim 18, in the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16 or 17, the step of removing the surfactant is performed at a temperature selected from a range of 200 ° C to 700 ° C.

請求項18に記載の発明によれば、このような加熱温度範囲に設定することにより、界面活性剤を効率よく分解、除去することができる。   According to the eighteenth aspect of the present invention, the surfactant can be efficiently decomposed and removed by setting to such a heating temperature range.

請求項19に記載の如く、請求項16または17記載の半導体装置の製造方法において、前記界面活性剤を除去するステップは、前記多孔質前駆体膜を溶媒により溶出除去する処理を含む。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the sixteenth or seventeenth aspect, the step of removing the surfactant includes a process of eluting and removing the porous precursor film with a solvent.

請求項19に記載の発明によれば、低温プロセスで界面活性剤を除去することができるので、多孔質体層自体や、多孔質体層より先に形成された半導体装置を構成する電極や半導体層等への熱的ダメージを抑制することができる。   According to the invention described in claim 19, since the surfactant can be removed by a low temperature process, the porous body layer itself, the electrode or the semiconductor constituting the semiconductor device formed before the porous body layer Thermal damage to the layer or the like can be suppressed.

請求項20に記載の如く、請求項16または17記載の半導体装置の製造方法において、前記多孔質前駆体膜から前記界面活性剤を除去するステップは、前記多孔質前駆体膜をオゾンあるいは酸素雰囲気中でプラズマ処理を行うことを含む。   20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of removing the surfactant from the porous precursor film is performed by removing the porous precursor film from an ozone or oxygen atmosphere. Including performing a plasma treatment therein.

請求項20に記載の発明によれば、多孔質体層自体への熱的ダメージを抑制して効率良く界面活性剤を除去することができる。   According to the twentieth aspect of the present invention, it is possible to efficiently remove the surfactant while suppressing thermal damage to the porous body layer itself.

請求項21に記載の如く、請求項16〜20のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法において、前記多孔質前駆体溶液を調製するステップは、前記界面活性剤を添加した金属アルコキシドにさらに疎水化処理剤を添加する。   The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 16 to 20, wherein the step of preparing the porous precursor solution includes a metal alkoxide to which the surfactant is added. Further, a hydrophobizing agent is added.

請求項22に記載の如く、請求項16〜20のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法において、前記界面活性剤を除去するステップの後に、疎水化処理を行うステップを更に備える。   According to a twenty-second aspect of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method according to any one of the sixteenth to twentieth aspects, the method further includes a step of performing a hydrophobizing treatment after the step of removing the surfactant.

請求項21および22に記載の発明によれば、多孔質前駆体溶液に疎水化処理剤を添加し、あるいは細孔の疎水化処理により多孔質体層にクラックが発生することを防止し、多孔質体層の均質性およびその表面の巨視的な平坦性を向上することができる。   According to the invention described in claims 21 and 22, a hydrophobic treatment agent is added to the porous precursor solution, or cracks are prevented from being generated in the porous body layer due to the hydrophobic treatment of the pores. The homogeneity of the material layer and the macroscopic flatness of the surface can be improved.

本発明によれば、ゲート絶縁膜を多孔質体層とすることにより、ゲート絶縁膜と有機物よりなる半導体層の接触面積を増大してゲート容量を増加し、その結果、ソース・ドレイン間を流れるドレイン・オン電流値が増加する。また、ゲート絶縁膜の絶縁性等を向上することなどの効果によりゲートリーク電流およびソース/ドレイン間リーク電流を抑制し、ドレイン・オフ電流を抑制することができる。その結果、ゲートリーク電流を抑制すると共にオン/オフ比の大きな半導体装置を実現することができる。   According to the present invention, by making the gate insulating film a porous body layer, the contact area between the gate insulating film and the semiconductor layer made of an organic material is increased to increase the gate capacitance, and as a result, flows between the source and the drain. The drain on-current value increases. Further, the gate leakage current and the source / drain leakage current can be suppressed and the drain-off current can be suppressed by the effect of improving the insulating property of the gate insulating film. As a result, it is possible to realize a semiconductor device that suppresses gate leakage current and has a large on / off ratio.

以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。図1を参照するに、本実施の形態の半導体装置10は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に選択的に形成されたゲート電極12と、絶縁性基板11表面およびゲート電極12を覆う多孔質体層からなるゲート絶縁膜13と、ゲート絶縁膜13上にゲート長方向に所定の距離を有して離隔して配置された2つのソース/ドレイン電極15と、ゲート絶縁膜13表面およびソース/ドレイン電極15を覆う有機半導体層16から構成されている。なお、本実施の形態ではゲート絶縁膜13は多孔質体層からなるので、ゲート絶縁膜と多孔質体層について同じ符号(13)を用いる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a semiconductor device 10 according to the present embodiment includes an insulating substrate 11, a gate electrode 12 selectively formed on the insulating substrate 11, a surface of the insulating substrate 11, and the gate electrode 12. A gate insulating film 13 made of a porous layer covering; two source / drain electrodes 15 arranged on the gate insulating film 13 with a predetermined distance apart in the gate length direction; and a surface of the gate insulating film 13 And an organic semiconductor layer 16 covering the source / drain electrode 15. In this embodiment, since the gate insulating film 13 is composed of a porous layer, the same reference numeral (13) is used for the gate insulating film and the porous layer.

半導体装置10は、ゲート絶縁膜13が細孔が多数形成された多孔質体層により構成されているので、ゲート絶縁膜13/有機半導体層16の界面13aの面積が増加し、実質的なゲート容量が増加する。したがって、低いゲート電圧で2つのソース/ドレイン電極15間を流れるドレイン・オン電流を増加することができる。一方、ゲート絶縁膜13/有機半導体層16の界面13aが曲面形状であり実効的なゲート長が増加し、多孔質体層13中に含まれる分子数が少ないため固定電荷の総量が少ないこと、および多孔質体層13中の空気により絶縁性が向上することの相乗的な効果によりゲートリーク電流およびソース・ドレイン間のリーク電流が抑制される。したがって、ドレイン・オフ電流が抑制される。その結果、ゲートリーク電流を抑制しドレイン電流を増大すると共に、オン/オフ比が増加するものである。以下、半導体装置10を具体的に説明する。   In the semiconductor device 10, since the gate insulating film 13 is composed of a porous body layer in which a large number of pores are formed, the area of the interface 13 a between the gate insulating film 13 and the organic semiconductor layer 16 increases, and a substantial gate is formed. Capacity increases. Therefore, the drain-on current flowing between the two source / drain electrodes 15 with a low gate voltage can be increased. On the other hand, the interface 13a of the gate insulating film 13 / organic semiconductor layer 16 has a curved surface shape, the effective gate length increases, and the total number of fixed charges is small because the number of molecules contained in the porous body layer 13 is small. The gate leakage current and the leakage current between the source and the drain are suppressed by a synergistic effect that the insulating property is improved by the air in the porous body layer 13. Accordingly, the drain-off current is suppressed. As a result, the gate leakage current is suppressed, the drain current is increased, and the on / off ratio is increased. Hereinafter, the semiconductor device 10 will be specifically described.

絶縁性基板11は、絶縁性のプラスチック基板、ガラス基板、半導体基板、およびセラミックス基板等特に限定されないが、本実施の形態の半導体装置10が適用される電子装置に可撓性を付与する場合は、プラスチック基板が好ましく、耐熱性、防湿性の点からポリイミド基板が特に好ましい。   The insulating substrate 11 is not particularly limited, such as an insulating plastic substrate, a glass substrate, a semiconductor substrate, and a ceramic substrate. However, in the case of providing flexibility to an electronic device to which the semiconductor device 10 of the present embodiment is applied. A plastic substrate is preferable, and a polyimide substrate is particularly preferable from the viewpoint of heat resistance and moisture resistance.

ゲート電極12は、例えばゲート長方向が長さ1μm〜1000μm、ゲート幅方向が長さ5μm〜4000μm、膜厚10nm〜200nmを有する。ソース/ドレイン電極15は、ゲート絶縁膜13上にゲート電極12と対向するように、例えばゲート長方向が長さ1μm〜1000μm、ゲート幅方向が長さ5μm〜4000μm、膜厚10nm〜200nmを有する。また、2つのソース/ドレイン電極15のゲート長方向の間隙は0.01μm〜1000μmの範囲に設定される。   For example, the gate electrode 12 has a length of 1 μm to 1000 μm in the gate length direction, a length of 5 μm to 4000 μm in the gate width direction, and a film thickness of 10 nm to 200 nm. The source / drain electrodes 15 have, for example, a length of 1 μm to 1000 μm in the gate length direction, a length of 5 μm to 4000 μm in the gate width direction, and a thickness of 10 nm to 200 nm so as to face the gate electrode 12 on the gate insulating film 13. . The gap in the gate length direction of the two source / drain electrodes 15 is set in the range of 0.01 μm to 1000 μm.

ゲート電極12およびソース/ドレイン電極15の材料は、導電性材料であれば特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、ニッケル、クロム、銅、鉄、錫、アンチモン、鉛、タンタル、インジウム、パラジウム、テルル、レニウム、イリジウム、アルミニウム、ルテニウム、ゲルマニウム、モリブデン、タングステン、酸化スズ・アンチモン、酸化インジウム・スズ(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、フッ素ドープ酸化亜鉛、亜鉛、炭素、グラファイト、グラッシーカーボン、銀ペーストおよびカーボンペースト、リチウム、ベリリウム、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、マンガン、ジルコニウム、ガリウム、ニオブ、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム混合物、リチウム/アルミニウム混合物、あるいはこれらの積層体を用いることができる。これらのうち、大気中での安定性の点で、白金、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、ITO、IZOおよび炭素が好適である。   The material of the gate electrode 12 and the source / drain electrode 15 is not particularly limited as long as it is a conductive material. For example, platinum, gold, silver, nickel, chromium, copper, iron, tin, antimony, lead, tantalum, indium, Palladium, tellurium, rhenium, iridium, aluminum, ruthenium, germanium, molybdenum, tungsten, tin / antimony oxide, indium / tin oxide (ITO), indium / zinc oxide (IZO), fluorine-doped zinc oxide, zinc, carbon, graphite Glassy carbon, silver paste and carbon paste, lithium, beryllium, sodium, magnesium, potassium, calcium, scandium, titanium, manganese, zirconium, gallium, niobium, sodium, sodium-potassium alloy, magnesium Lithium, magnesium / copper mixture, a magnesium / silver mixture, a magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide mixture, can be used lithium / aluminum mixture, or a laminated body. Of these, platinum, gold, silver, copper, aluminum, indium, ITO, IZO, and carbon are preferable in terms of stability in the air.

また、ドーピング等で導電率を向上させた公知の導電性ポリマー、例えば導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェンとポリスチレンスルホン酸の錯体などが導電性および大気中での安定性の点で好適であり、これらの材料を2種類以上併用してもよい。さらに、導電性のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、およびフラーレン(C60、C70)などのカーボン材料を用いることができる。   In addition, known conductive polymers whose conductivity has been improved by doping, such as conductive polyaniline, conductive polypyrrole, conductive polythiophene, and a complex of polyethylenedioxythiophene and polystyrene sulfonic acid are conductive and stable in the atmosphere. From the viewpoint of the properties, two or more of these materials may be used in combination. Furthermore, carbon materials such as conductive carbon black, carbon nanotube, and fullerene (C60, C70) can be used.

また、導電性微粒子の加熱融着体を用いることができる。導電性微粒子としては、平均粒子径(直径)が1〜50nm、好ましくは1〜10nmの白金、金、銀、銅、コバルト、クロム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、モリブデン、タングステンなどの金属微粒子が挙げられる。   Further, a heat-fused body of conductive fine particles can be used. Examples of the conductive fine particles include fine metal particles such as platinum, gold, silver, copper, cobalt, chromium, iridium, nickel, palladium, molybdenum, and tungsten having an average particle diameter (diameter) of 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm. It is done.

ソース/ドレイン電極15の材料は、特にソース/ドレイン電極15−有機半導体層16界面でのエネルギー障壁を減らすために、オーミック接触が形成される材料を用いることが好ましい。オーミック接触を形成するためには、有機半導体層16にキャリアがホールであるp型半導体を用いた場合は、ソース/ドレイン電極15の仕事関数が有機半導体層16の仕事関数よりも大きいものが好ましい。例えば、ソース/ドレイン電極15の材料は例えば有機半導体層16にポリ(3−ヘキシルチオフェン)を用いた場合はポリアニリン、ペンタセンを用いた場合は金が挙げられる。   In order to reduce the energy barrier at the interface between the source / drain electrode 15 and the organic semiconductor layer 16, it is preferable to use a material capable of forming an ohmic contact as the material of the source / drain electrode 15. In order to form an ohmic contact, when a p-type semiconductor whose carriers are holes is used for the organic semiconductor layer 16, it is preferable that the work function of the source / drain electrode 15 is larger than the work function of the organic semiconductor layer 16. . For example, the material of the source / drain electrode 15 may be polyaniline when poly (3-hexylthiophene) is used for the organic semiconductor layer 16, and gold when pentacene is used.

また、有機半導体層16にキャリアが電子であるn型半導体を用いた場合は、有機半導体層16の仕事関数よりも小さなものが好ましい。例えば、ソース/ドレイン電極15の材料は例えば有機半導体層16にフッ素化銅フタロシアニンを用いた場合はアルミニウム、C60を用いた場合はフッ化リチウムが挙げられる。   In addition, when an n-type semiconductor whose carriers are electrons is used for the organic semiconductor layer 16, it is preferable that the work function of the organic semiconductor layer 16 is smaller. For example, the material of the source / drain electrode 15 may be aluminum when fluorinated copper phthalocyanine is used for the organic semiconductor layer 16, and lithium fluoride when C60 is used.

なお、ソース/ドレイン電極15材料と有機半導体層16材料の組み合わせは、具体的には有機半導体層16との接触面において電気抵抗がより小さくなるかどうかを電流―電圧特性を調べることで決定される。   It should be noted that the combination of the source / drain electrode 15 material and the organic semiconductor layer 16 material is specifically determined by examining current-voltage characteristics to determine whether or not the electrical resistance becomes smaller at the contact surface with the organic semiconductor layer 16. The

ゲート電極12およびソース/ドレイン電極15の形成方法としては、公知のフォトリソグラフィ法やリフトオフ法を用いてこれらの電極のパターンを形成し、上記の導電性材料を蒸着法、スパッタ法によりパターニングされた導電膜を形成する方法や、アルミニウムや銅などの金属箔上に熱転写あるいはインクジェット等によりレジストのパターンを形成し、エッチングにより電極を形成してもよい。また、導電性ポリマーの溶液あるいは分散液、導電性微粒子分散液を直接インクジェット装置により噴射して電極を形成してもよく、カーボンブラックや導電性ポリマー、導電性微粒子を含む導電性インクや導電性ペーストなどをを塗布した塗工膜をリソグラフィ法やレーザーアブレーション法などによりパターニングして形成してもよく、かかる導電性インクや導電性ペーストを凸版、凹版、平版、スクリーン印刷などの印刷法でパターニングされた電極を形成してもよい。   As a method for forming the gate electrode 12 and the source / drain electrode 15, a pattern of these electrodes is formed using a known photolithography method or a lift-off method, and the conductive material is patterned by a vapor deposition method or a sputtering method. An electrode may be formed by a method of forming a conductive film, or by forming a resist pattern on a metal foil such as aluminum or copper by thermal transfer or ink jet. Alternatively, the electrode may be formed by directly jetting a solution or dispersion of a conductive polymer or a conductive fine particle dispersion with an ink jet apparatus, or a conductive ink or conductive material containing carbon black, a conductive polymer, or conductive fine particles. A coating film coated with a paste or the like may be formed by patterning using a lithography method or a laser ablation method, and the conductive ink or conductive paste is patterned by a printing method such as relief printing, intaglio printing, planographic printing, or screen printing. An electrode may be formed.

有機半導体層16は、その膜厚に特に制限はないが、トランジスタの特性は有機半導体層16中に形成される活性層の膜厚に大きく左右される場合が多く、有機半導体層16の膜厚を活性層の膜厚よりも大となるように設定する。有機半導体層16の膜厚は有機半導体材料により異なるが、例えば1μm以下、特に5nm〜300nmが好ましい。   The thickness of the organic semiconductor layer 16 is not particularly limited, but the characteristics of the transistor are often greatly influenced by the thickness of the active layer formed in the organic semiconductor layer 16. Is set to be larger than the film thickness of the active layer. The film thickness of the organic semiconductor layer 16 varies depending on the organic semiconductor material, but is preferably 1 μm or less, and particularly preferably 5 nm to 300 nm.

有機半導体層16の材料としては、π電子共役系の芳香族化合物、鎖式化合物、有機顔料、有機ケイ素化合物などを用いることができる。具体的には、ポリピロール、ポリ(N−置換ピロール)、ポリ(3−置換ピロール)、ポリ(3,4−二置換ピロール)などのポリピロール類、ポリチオフェン、ポリ(3−置換チオフェン)、ポリ(3,4−二置換チオフェン)、ポリベンゾチオフェンなどのポリチオフェン類、ポリイソチアナフテンなどのポリイソチアナフテン類、ポリチェニレンビニレンなどのポリチェニレンビニレン類、ポリ(p−フェニレンビニレン)などのポリ(p−フェニレンビニレン)類、ポリアニリン、ポリ(N−置換アニリン)、ポリ(3−置換アニリン)、ポリ(2,3−置換アニリン)などのポリアニリン類、ポリアセチレンなどのポリアセチレン類、ポリジアセチレンなどのポリジアセチレン類、ポリアズレンなどのポリアズレン類、ポリピレンなどのポリピレン類、ポリカルバゾール、ポリ(N−置換カルバゾール)などのポリカルバゾール類、ポリセレノフェンなどのポリセレノフェン類、ポリフラン、ポリベンゾフランなどのポリフラン類、ポリ(p−フェニレン)などのポリ(p−フェニレン)類、ポリインドールなどのポリインドール類、ポリピリダジンなどのポリピリダジン類、ナフタセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン、ピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセンなどのポリアセン類およびポリアセン類の炭素の一部をN、S、Oなどの原子、カルボニル基などの官能基に置換した誘導体(トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノンなど)、ポリビニルカルバゾール、ポリフエニレンスルフィド、ポリビニレンスルフィドなどのポリマーや特開平11−195790号公報に記載された多環縮合体などを用いることができる。また、これらのポリマーと同じ繰返し単位を有するたとえばチオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、スチリルベンゼン誘導体などのオリゴマーも好適に用いることができる。   As a material of the organic semiconductor layer 16, a π-electron conjugated aromatic compound, a chain compound, an organic pigment, an organic silicon compound, or the like can be used. Specifically, polypyrroles such as polypyrrole, poly (N-substituted pyrrole), poly (3-substituted pyrrole), poly (3,4-disubstituted pyrrole), polythiophene, poly (3-substituted thiophene), poly ( 3,4-disubstituted thiophene), polythiophenes such as polybenzothiophene, polyisothianaphthenes such as polyisothianaphthene, polychenylene vinylenes such as polychenylene vinylene, poly (p-phenylene vinylene), etc. Poly (p-phenylene vinylene) s, polyaniline, poly (N-substituted aniline), poly (3-substituted aniline), poly (aniline) such as poly (2,3-substituted aniline), polyacetylenes such as polyacetylene, polydiacetylene, etc. Of polydiacetylenes, polyazulenes such as polyazulene, polypyrene Which polypyrenes, polycarbazoles such as polycarbazole and poly (N-substituted carbazole), polyselenophenes such as polyselenophene, polyfurans such as polyfuran and polybenzofuran, poly (p-phenylene) such as poly (p-phenylene) -Phenylene), polyindoles such as polyindole, polypyridazines such as polypyridazine, naphthacene, pentacene, hexacene, heptacene, dibenzopentacene, tetrabenzopentacene, pyrene, dibenzopyrene, chrysene, perylene, coronene, terylene, ovalene , Derivatives of polyacenes such as quaterylene and circumanthracene, and polyacenes substituted with a functional group such as an atom such as N, S or O, or a carbonyl group (triphenodioxazine, triphenodithia Emissions, hexacene-6,15-quinone, etc.), polyvinylcarbazole, polyphenylene sulfide, or the like can be used polycyclic condensate described in the polymer and JP-11-195790 discloses such polyvinylene sulfide. Further, α-seccithiophene α, ω-dihexyl-α-sexithiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (α, which is a thiophene hexamer having the same repeating unit as these polymers, for example. Oligomers such as 3-butoxypropyl) -α-sexithiophene and styrylbenzene derivatives can also be preferably used.

さらに銅フタロシアニンや特開平11−251601号公報に記載のフッ素置換銅フタロシアニンなどの金属フタロシアニン類、ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミドとともに、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)及びN,N’−ジオクチルナフタレン1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン2,3,6,7テトラカルボン酸ジイミドなどのナフタレンテトラカルボン酸ジイミド類、及びアントラセン2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミドなどのアントラセンテトラカルボン酸ジイミド類などの縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、C60、C70、C76、C78、C84等フラーレン類、SWNT(単層カーボンナノチューブ)などのカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類などの色素などが挙げられる。   Furthermore, metal phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorine-substituted copper phthalocyanine described in JP-A-11-251601, naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (4-trifluoromethyl) Benzyl) naphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide, N, N′-bis (1H, 1H-perfluorooctyl), N, N′-bis (1H, 1H-perfluorobutyl) and N, N '-Dioctylnaphthalene 1,4,5,8-tetracarboxylic acid diimide derivative, naphthalene 2,3,6,7 tetracarboxylic acid diimide and other naphthalene tetracarboxylic acid diimides, and anthracene 2,3,6,7-tetra Condensed ring tet such as anthracene tetracarboxylic acid diimides such as carboxylic acid diimide Carboxylic acid diimides, C60, C70, C76, C78, fullerenes, etc. C84, SWNT (single-walled carbon nanotube), carbon nanotubes, merocyanine dyes, and the like pigments such hemicyanine dyes.

また、その他の材料としては、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体、などの有機分子錯体も用いることができる。さらにポリシラン、ポリゲルマンなどのσ共役系ポリマーや有機・無機混成材料も用いることができる。なお、これらの中から選ばれる少なくとも1種の有機半導体材料を用いても良いし、複数の材料を用いてもよい。   Other materials include tetrathiafulvalene (TTF) -tetracyanoquinodimethane (TCNQ) complex, bisethylenetetrathiafulvalene (BEDTTTTF) -perchloric acid complex, BEDTTTTF-iodine complex, TCNQ-iodine complex, etc. The organic molecular complex can also be used. Furthermore, σ conjugated polymers such as polysilane and polygerman, and organic / inorganic hybrid materials can also be used. Note that at least one organic semiconductor material selected from these materials may be used, or a plurality of materials may be used.

また、有機半導体層16に、たとえば、アクリロイル基、アセトアミド基、ジメチルアミノ基、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基などの官能基を有する材料や、ベンゾキノン誘導体、テトラシアノエチレンおよびテトラシアノキノジメタンやそれらの誘導体などのように電子を受容体であるアクセプターとなる材料や、たとえばアミノ基、トリフェニル基、アルキル基、水酸基、アルコキシ基、フェニル基などの官能基を有する材料、フェニレンジアミンなどの置換アミン類、アントラセン、ベンゾアントラセン、置換ベンゾアントラセン類、ピレン、置換ピレン、カルバゾールおよびその誘導体、テトラチアフルバレンとその誘導体などのように電子供与体であるドナーとなるような材料を含有させ、いわゆるドーピング処理を施してもよい。   Further, the organic semiconductor layer 16 may be made of, for example, a material having a functional group such as acryloyl group, acetamide group, dimethylamino group, cyano group, carboxyl group, nitro group, benzoquinone derivative, tetracyanoethylene and tetracyanoquinodimethane, Materials that serve as acceptors that accept electrons such as derivatives thereof, materials having functional groups such as amino groups, triphenyl groups, alkyl groups, hydroxyl groups, alkoxy groups, and phenyl groups, substitutions such as phenylenediamine So-called doping containing materials that serve as donors as electron donors, such as amines, anthracene, benzoanthracene, substituted benzoanthracenes, pyrene, substituted pyrene, carbazole and its derivatives, tetrathiafulvalene and its derivatives Processing Good.

前記ドーピング処理とは電子授与性分子(アクセプター)または電子供与性分子(ドナー)をドーパントとして該薄膜に導入することを意味する。したがって、ドーピングが施された薄膜は、前記の縮合多環芳香族化合物とドーパントを含有する薄膜である。ドーパントとしてアクセプター、ドナーのいずれも使用可能である。アクセプターとしては、Cl2、Br2、I2、ICl、ICl3、IBr、IFなどのハロゲン、PF5、AsF5、SbF5、BF3、BCl3、BBr3、SO3などのルイス酸、HF、HCl、HNO3、H2SO4、HClO4、FSO3H、ClSO3H、CF3SO3Hなどのプロトン酸、酢酸、蟻酸、アミノ酸などの有機酸、FeCl3、FeOCl、TiCl4、ZrCl4、HfCl4、NbF5、NbCl5、TaCl5、MoCl5、WF5、WCl6、UF6、LnCl3(Ln=La、Ce、Nd、およびPrなどのランタノイド)などの遷移金属化合物、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、PF6 -、AsF5 -、SbF6 -、BF4 -、スルホン酸アニオンなどの電解質アニオンなどを挙げることができる。またドナーとしては、Li、Na、K、Rb、Csなどのアルカリ金属、Ca、Sr、Baなどのアルカリ土類金属、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Ybなどの希土類金属、アンモニウムイオン、R4+、R4As+、R3+、アセチルコリンなどを挙げることができる。 The doping treatment means introducing an electron-donating molecule (acceptor) or an electron-donating molecule (donor) into the thin film as a dopant. Therefore, the doped thin film is a thin film containing the condensed polycyclic aromatic compound and the dopant. Either an acceptor or a donor can be used as the dopant. Acceptors include halogens such as Cl 2 , Br 2 , I 2 , ICl, ICl 3 , IBr and IF, Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 , SbF 5 , BF 3 , BCl 3 , BBr 3 and SO 3 , Protic acids such as HF, HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , FSO 3 H, ClSO 3 H, CF 3 SO 3 H, organic acids such as acetic acid, formic acid, amino acids, FeCl 3 , FeOCl, TiCl 4 , ZrCl 4 , HfCl 4 , NbF 5 , NbCl 5 , TaCl 5 , MoCl 5 , WF 5 , WCl 6 , UF 6 , LnCl 3 (Ln = La, Ce, Nd, and lanthanoids such as Pr) , Cl , Br , I , ClO 4 , PF 6 , AsF 5 , SbF 6 , BF 4 , electrolyte anions such as sulfonate anions, and the like. As donors, alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs, alkaline earth metals such as Ca, Sr, and Ba, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, and Dy , Ho, Er, Yb and other rare earth metals, ammonium ions, R 4 P + , R 4 As + , R 3 S + , and acetylcholine.

これらのドーパントのドーピング方法としては、予め有機半導体層16を形成し、有機半導体層16にドーパントを導入する方法がある。具体的には、ガス状態のドーパントを用いる気相ドーピング、溶液あるいは液体のドーパントを有機半導層表面に接触させてドーピングする液相ドーピング、固体状態のドーパントを有機半導層表面に接触させてドーパントを拡散ドーピングする固相ドーピングの方法を挙げることができる。液相ドーピングにおいては電界を施すことによってドーピングの効率を調整することができる。   As a doping method of these dopants, there is a method in which the organic semiconductor layer 16 is formed in advance and the dopant is introduced into the organic semiconductor layer 16. Specifically, gas phase doping using a gas state dopant, liquid phase doping in which a solution or liquid dopant is brought into contact with the surface of the organic semiconductor layer, and solid state dopant in contact with the surface of the organic semiconductor layer. A solid phase doping method in which a dopant is diffusely doped can be mentioned. In liquid phase doping, the doping efficiency can be adjusted by applying an electric field.

また、他のドーピング方法としては、有機半導体層16の形成時にドーパントを導入する方法がある。具体的には、有機半導体化合物とドーパントの混合溶液を調製し塗布するか、あるいは有機半導体化合物とドーパントの分散液を別々に調製し、同時に塗布し乾燥して形成してもよい。また、真空蒸着法を用いる場合は有機半導体化合物とともにドーパントを共蒸着することによりドーパントを導入することができる。スパッタリング法を用いる場合は、有機半導体化合物とドーパントの二元ターゲットを用いてスパッタリングして薄膜中にドーパントを導入することができる。さらに他の方法として、電気化学的ドーピング、光開始ドーピング等の化学的ドーピング、および例えば刊行物(「工業材料」、34巻、第4号、55頁、1986年)に示されたイオン注入法等の物理的ドーピングの何れも使用可能である。   In addition, as another doping method, there is a method of introducing a dopant when forming the organic semiconductor layer 16. Specifically, a mixed solution of an organic semiconductor compound and a dopant may be prepared and applied, or a dispersion of an organic semiconductor compound and a dopant may be prepared separately, and applied and dried at the same time. Moreover, when using a vacuum evaporation method, a dopant can be introduce | transduced by co-evaporating a dopant with an organic-semiconductor compound. In the case of using a sputtering method, the dopant can be introduced into the thin film by sputtering using a binary target of an organic semiconductor compound and a dopant. Still other methods include electrochemical doping, chemical doping such as photo-initiated doping, and ion implantation methods described, for example, in the publication ("Industrial Materials", Vol. 34, No. 4, p. 55, 1986). Any physical doping such as can be used.

有機半導体層16の作製法としては、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、低エネルギーイオンビーム法、イオンプレーティング法、CVD法、スパッタリング法、プラズマ重合法、電解重合法、化学重合法、スプレーコート法、スピンコート法、ブレードコート法、ディップコート法、キャスト法、ロールコート法、バーコート法、ダイコート法およびLB法等が挙げられ、材料に応じて使用することができる。   The organic semiconductor layer 16 can be fabricated by vacuum deposition, molecular beam epitaxial growth, ion cluster beam method, low energy ion beam method, ion plating method, CVD method, sputtering method, plasma polymerization method, electrolytic polymerization method, chemical method. Examples include a polymerization method, a spray coating method, a spin coating method, a blade coating method, a dip coating method, a casting method, a roll coating method, a bar coating method, a die coating method, and an LB method, which can be used depending on the material.

ゲート絶縁膜13は、空孔形成材料としての界面活性剤と金属アルコキシドを含む前駆体溶液から形成される多孔質の金属酸化物や、陽極酸化法により多孔質の金属酸化物などから形成される。このような材料よりなるゲート絶縁膜13は膜中に多数の細孔が形成されている。細孔は中空となっている部分の形状が球状でもよく柱状でもよい。細孔径はマイクロ、メソ、あるいはマクロ領域のいずれの大きさであってもよい。マイクロ、メソ、あるいはマクロ領域は、The International Union of Pure and Applied Chemistry(IUPAC)によって定義された多孔質体の細孔径による分類によるものであり、マイクロ領域とは2nm以下の、メソ領域とは2から50nmの、マクロ領域とは50nm以上の細孔径であることを意味する。   The gate insulating film 13 is formed of a porous metal oxide formed from a precursor solution containing a surfactant as a hole forming material and a metal alkoxide, or a porous metal oxide by an anodic oxidation method. . The gate insulating film 13 made of such a material has a large number of pores formed in the film. The shape of the hollow portion of the pore may be spherical or columnar. The pore diameter may be any size in the micro, meso, or macro region. The micro, meso, or macro region is based on the classification by the pore size of the porous material defined by The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). The micro region is 2 nm or less, and the meso region is 2 To 50 nm, a macro region means a pore diameter of 50 nm or more.

多孔質体層13における細孔の数平均孔径は、1nm以上100nm以下の範囲に設定され、1nm以上50nm以下であることが好ましい。100nmを超えると多孔質体層の機械的強度が低下し、1nm未満の空孔を制御性よく形成することが困難である。また、50nm以下では一層機械強度が向上する点で好ましい。ここで細孔の数平均孔径は、所定の体積の多孔質体層全体について個々の細孔の3軸平均径を測定することのより行う。具体的には、3軸平均径は、断面走査型電子顕微鏡像や断面透過型電子顕微鏡像により求めることができる。なお、これらの電子顕微鏡像を測定することが困難な試料の場合、例えば細孔の形状が球状に近似することが困難な場合は、X線小角散乱法により細孔径分布を測定し、粒径分布の最大となる径を3軸平均径としてもよい。なお、上記電子顕微鏡像より3軸平均径を測定する場合は、例えば総合倍率106〜107倍に拡大し、20個をサンプリングにして平均値を求める。 The number average pore diameter of the pores in the porous body layer 13 is set in the range of 1 nm to 100 nm, and preferably 1 nm to 50 nm. If it exceeds 100 nm, the mechanical strength of the porous body layer is lowered, and it is difficult to form pores of less than 1 nm with good controllability. Moreover, 50 nm or less is preferable in that the mechanical strength is further improved. Here, the number average pore diameter of the pores is determined by measuring the triaxial average diameter of each pore for the entire porous body layer having a predetermined volume. Specifically, the triaxial average diameter can be obtained from a cross-sectional scanning electron microscope image or a cross-sectional transmission electron microscope image. In addition, in the case of these samples for which it is difficult to measure the electron microscope image, for example, when it is difficult to approximate the shape of the pore to be spherical, the pore size distribution is measured by the X-ray small angle scattering method, The maximum diameter of the distribution may be the triaxial average diameter. In addition, when measuring a triaxial average diameter from the said electron microscope image, it expands to total magnification 10 < 6 > -10 < 7 > time, for example, 20 samples are calculated | required and an average value is calculated | required.

多孔質体層13における細孔が占める体積の割合は20%以上80%未満であることが好まく、特に、30%〜50%であることが好ましい。有機半導体層16と多孔質体層13との接触面積を増大させてドレイン・オン電流を増加することができる。また、多孔質体層13中の細孔には電気絶縁性に優れた空気が充填されているので多孔質体層13のゲートリーク電流を抑制することができる。ここで、上限を80%未満としたのは同じサイズの球形の細孔を最密充填した場合、孔密度は80%程度であることによる。   The proportion of the volume occupied by the pores in the porous body layer 13 is preferably 20% or more and less than 80%, and particularly preferably 30% to 50%. The drain-on current can be increased by increasing the contact area between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13. Moreover, since the pores in the porous body layer 13 are filled with air having excellent electrical insulation, the gate leakage current of the porous body layer 13 can be suppressed. Here, the upper limit is set to less than 80% because the pore density is about 80% when spherical pores of the same size are closely packed.

ここで、細孔の占める体積は、個々の細孔を上述した方法により3軸平均径を測定し、細孔がその3軸平均径を有する球状であると仮定して細孔の体積を求め、所定の体積の多孔質体層全体についてこれを行うことにより求める。なお、上述した理由と同様の理由により細孔の体積密度をX線小角散乱法により細孔径分布を測定し求めてもよい。   Here, the volume occupied by the pores is determined by measuring the triaxial average diameter of the individual pores by the method described above, and calculating the volume of the pores on the assumption that the pores are spherical having the triaxial average diameter. This is obtained by carrying out this operation on the entire porous body layer having a predetermined volume. For the same reason as described above, the volume density of the pores may be obtained by measuring the pore size distribution by the X-ray small angle scattering method.

また、細孔径の3軸平均径をr(m)、単位体積の多孔質体層13に占める細孔の占める体積の割合、すなわち細孔の体積密度をNとすると、N/r値は、0.02(nm-1)以上であることが好ましい。後述する実施例2より、半導体装置のオン/オフ比を約100倍以上にすることができる。また、N/r値の上限は、細孔の体積密度Nが80%未満であること、および3軸平均径rが1nm以上であることが好ましいことから、0.8(nm-1)未満であることが好ましい。 Further, assuming that the triaxial average diameter of the pore diameter is r (m) and the ratio of the volume occupied by the pores in the porous body layer 13 of the unit volume, that is, the volume density of the pores is N, the N / r value is It is preferably 0.02 (nm −1 ) or more. From Example 2 described later, the on / off ratio of the semiconductor device can be increased by about 100 times or more. The upper limit of the N / r value is less than 0.8 (nm −1 ) because the volume density N of the pores is less than 80% and the triaxial average diameter r is preferably 1 nm or more. It is preferable that

このことは、以下の単純化した理論計算によっても確認することができる。細孔の体積密度Nと単位体積当たりに占める細孔の総表面積をS(m-1)はそれぞれ下記式(6)および(7)のように表わすことができる。
N=4/3・πr3・n … (6)
S=4πr2・n … (7)
ここで、単位体積当たりに占める細孔の数をn(個/m3)、細孔径の平均値をr(m)とする。式(6)及び式(7)より、
S=3N/r ・・・(8)
が成り立つ。式(8)から、単位体積当たりに占める細孔の総表面積Sは、細孔の体積密度Nに比例し細孔径の平均値rに反比例し、N/r値に比例することが分かる。このことから、有機半導体層16と多孔質体層13界面における接触面積を増加させるには、細孔の体積密度Nを大きくし、細孔径の平均値rを小さくすればよく、さらにN/r値を大きくすればよいことが分かる。
This can also be confirmed by the following simplified theoretical calculation. The volume density N of the pores and the total surface area of the pores per unit volume, S (m −1 ) can be expressed by the following formulas (6) and (7), respectively.
N = 4/3 · πr 3 · n (6)
S = 4πr 2 · n (7)
Here, the number of pores per unit volume is n (pieces / m 3 ), and the average pore diameter is r (m). From Equation (6) and Equation (7),
S = 3N / r (8)
Holds. From equation (8), it can be seen that the total surface area S of the pores per unit volume is proportional to the volume density N of the pores, inversely proportional to the average value r of the pore diameters, and proportional to the N / r value. From this, in order to increase the contact area at the interface between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13, the volume density N of the pores is increased, the average value r of the pore diameters is decreased, and further, N / r It can be seen that the value should be increased.

ゲート絶縁膜13としての多孔質体層13の膜厚は、1nm〜1000nmに設定される。膜厚を1nm以上としたのは、有機半導体層16/多孔質体層13界面近傍に蓄積されるキャリアの厚さが1nm以上あることから有機半導体層16/多孔質体層13界面の接触面積が十分大きくなり、その結果多くのキャリアを集めることが可能となる。   The film thickness of the porous body layer 13 as the gate insulating film 13 is set to 1 nm to 1000 nm. The reason why the film thickness is 1 nm or more is that the contact area at the interface between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13 is because the thickness of carriers accumulated in the vicinity of the interface between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13 is 1 nm or more. Becomes large enough, and as a result, it is possible to collect many carriers.

一方、多孔質体層13の膜厚の上限については、ゲート電圧印加時における有機半導体層16/多孔質体層13界面近傍でのキャリアの蓄積厚さはデバイ長程度であることが明らかにされつつある(安達千波矢ら「超薄膜領域における有機TFTの素子特性」 第50回応用物理学会関係連合講演会 2003年3月27-30日(神奈川大学)、Gilles Horowitz et al., “Gate voltage dependent mobility of oligothiophene field-effect transistors”, J. Appl. Phys. Vol. 85, No. 6(1999)、 Jiyoul Lee et al., Appl. Phys. Let. Vol. 82, No. 23 (2003))。デバイ長を考慮すると多孔質体層13の厚さは1000nm以下、好ましくは500nm以下に設定される。   On the other hand, regarding the upper limit of the film thickness of the porous body layer 13, it has been clarified that the accumulated thickness of carriers in the vicinity of the interface between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13 when a gate voltage is applied is about the Debye length. Tsuna (Adachi, Chiba et al. “Device characteristics of organic TFTs in the ultra-thin film region” 50th Japan Society of Applied Physics, 27-30 March 2003 (Kanagawa University), Gilles Horowitz et al., “Gate voltage dependent mobility of oligothiophene field-effect transistors ”, J. Appl. Phys. Vol. 85, No. 6 (1999), Jiyoul Lee et al., Appl. Phys. Let. Vol. 82, No. 23 (2003)) . Considering the Debye length, the thickness of the porous body layer 13 is set to 1000 nm or less, preferably 500 nm or less.

なお、ここで多孔質体層13の膜厚は、ゲート電極12表面と、有機半導体層16/多孔質体層13界面の多孔質体層13表面の粗さ平均面との距離とする。ここで、粗さ平均面は、有機半導体層16/多孔質体層13等の断面における粗さ平均線を二次元平面に拡張したものである。なお粗さ平均線は走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査プローブ顕微鏡等により、断面形状を測定して求めることができる。   Here, the film thickness of the porous body layer 13 is the distance between the surface of the gate electrode 12 and the roughness average surface of the surface of the porous body layer 13 at the interface between the organic semiconductor layer 16 and the porous body layer 13. Here, the roughness average surface is obtained by extending the roughness average line in the cross section of the organic semiconductor layer 16 / porous body layer 13 or the like into a two-dimensional plane. The roughness average line can be obtained by measuring the cross-sectional shape with a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, a scanning probe microscope, or the like.

このような多孔質体層13を形成する方法を図2を参照しつつ以下に具体的に説明する。   A method of forming such a porous body layer 13 will be specifically described below with reference to FIG.

図2は多孔質体層の形成工程を示すフローチャートである。まず、界面活性剤の存在下金属アルコキシドを酸性条件下で加水分解して多孔質体前駆液(ゾル溶液)を調製する(S102)。ゾル溶液中に界面活性剤が球状のミセルを形成する。ミセルは疎水基部分を内側に親水基部分を外側に向けて形成され、ミセルの形状と径が均一性よく形成される。このミセルが形成する形状が最終的に多孔質体層の細孔となる。   FIG. 2 is a flowchart showing a porous body layer forming step. First, the metal alkoxide is hydrolyzed under acidic conditions in the presence of a surfactant to prepare a porous body precursor solution (sol solution) (S102). The surfactant forms spherical micelles in the sol solution. The micelle is formed with the hydrophobic group portion facing inward and the hydrophilic group portion facing outward, and the micelle shape and diameter are formed with good uniformity. The shape formed by these micelles finally becomes the pores of the porous body layer.

界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、あるいはポリエチレンオキシド(PEO)やポリプロピレンオキシド(PPO)、また、これらの共重合体やブロック共重合体などの非イオン系界面活性剤、トリブロックコポリマーの何れでもよい。また、中空細孔の体積を大きくするためにメシチレンなどの化合物を添加してもよい。   Surfactants include cationic surfactants, anionic surfactants, or nonionic surfactants such as polyethylene oxide (PEO) and polypropylene oxide (PPO), and their copolymers and block copolymers. Either an agent or a triblock copolymer may be used. A compound such as mesitylene may be added to increase the volume of the hollow pores.

カチオン系界面活性剤としては、特に制限されないが、第4級アンモニウム塩又はアルキルアミン塩等が挙げられる。第4級アンモニウム塩としては、下記一般式(4)で表わされる第4級アンモニウム塩が挙げられる。
〔R1 n (CH34-n N〕+〔X〕- … (4)
(式中、R1は直鎖状アルキル基を示し、nは1〜3の整数、Xはハロゲン原子または水酸基を示す。)
特に、上記一般式(4)中の置換数nが1である一般式〔R1(CH33N〕+〔X〕-で表される第4級アルキルトリメチルアンモニウムのハライドまたは水酸化物がミセルを形成し易い点で好ましい。
The cationic surfactant is not particularly limited, and examples thereof include a quaternary ammonium salt or an alkylamine salt. Examples of the quaternary ammonium salt include quaternary ammonium salts represented by the following general formula (4).
[R 1 n (CH 3 ) 4-n N] + [X] (4)
(In the formula, R 1 represents a linear alkyl group, n represents an integer of 1 to 3, and X represents a halogen atom or a hydroxyl group.)
In particular, a quaternary alkyltrimethylammonium halide or hydroxide represented by the general formula [R 1 (CH 3 ) 3 N] + [X] — wherein the substitution number n in the general formula (4) is 1 Is preferable because it is easy to form micelles.

上記一般式(4)中、直鎖状アルキル基R1の炭素数としては8〜24が好ましく、溶解性の点で8〜17が特に好ましい。炭素数が25以上では水等に不溶性で扱い難く、8より小さいとミセルを形成し難い。また、Xのハロゲン原子としては、塩素原子及び臭素原子が好ましい。また、第4級アルキルトリメチルアンモニウム塩の具体的な化合物としては、例えばオクチルトリメチルアンモニウムクロライド、オクチルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクチルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、水酸化オクタデシルトリメチルアンモニウム等が挙げられる。これらのアンモニウム塩を2種以上組み合わせてもよい。 In the general formula (4), 8 to 24 is preferable as the number of carbon atoms of the linear alkyl group R 1, especially preferably 8 to 17 in terms of solubility. If the number of carbon atoms is 25 or more, it is insoluble in water and difficult to handle, and if it is less than 8, micelles are difficult to form. Moreover, as a halogen atom of X, a chlorine atom and a bromine atom are preferable. Specific examples of the quaternary alkyltrimethylammonium salt include octyltrimethylammonium chloride, octyltrimethylammonium bromide, octyltrimethylammonium hydroxide, decyltrimethylammonium chloride, decyltrimethylammonium bromide, decyltrimethylammonium hydroxide, Dodecyltrimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium hydroxide, hexadecyltrimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium bromide, hexadecyltrimethylammonium hydroxide, octadecyltrimethylammonium chloride, octadecyltrimethylammonium bromide, hydroxy acid Octadecyl trimethyl ammonium, and the like. Two or more of these ammonium salts may be combined.

また、アルキルアミン塩としては、下記一般式(5)で表されるアルキルアミン塩が挙げられる。
〔R2NH3+〔X〕- … (5)
(式中、R2は直鎖状アルキル基を示し、Xはハロゲン原子または水酸基を示す。)
上記一般式(5)中、直鎖状アルキル基R2の炭素数としては8〜24が好ましく、溶解性の点で8〜17が特に好ましい。炭素数が25以上では不溶性で扱い難く、8より小さいとミセルを形成し難い。また、Xのハロゲン原子としては、入手し易い点で塩素原子及び臭素原子が挙げられる。
Moreover, as an alkylamine salt, the alkylamine salt represented by following General formula (5) is mentioned.
[R 2 NH 3 ] + [X] (5)
(In the formula, R 2 represents a linear alkyl group, and X represents a halogen atom or a hydroxyl group.)
In the general formula (5), 8 to 24 is preferable as the number of carbon atoms of the linear alkyl group R 2, and particularly preferably 8 to 17 in terms of solubility. If the carbon number is 25 or more, it is insoluble and difficult to handle, and if it is less than 8, it is difficult to form micelles. Moreover, as a halogen atom of X, a chlorine atom and a bromine atom are mentioned by the point which is easy to acquire.

上記界面活性剤の溶媒としては、水、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等を用いることができる。   As the surfactant solvent, water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, or the like can be used.

界面活性剤、および水、エタノール等の溶媒のそれぞれの添加量は、上記界面活性剤の種類によって適宜決められるが、具体的にはミセルを形成する添加量に設定される。   The addition amount of each of the surfactant and a solvent such as water and ethanol is appropriately determined depending on the type of the surfactant, and is specifically set to an addition amount for forming a micelle.

本実施の形態に用いられる金属アルコキシドは、金属とアルコキシ基の組み合わせにより数多くの種類が存在するが、金属としては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、インジウム、ゲルマニウム、ビスマス、鉄、銅、イットリウム、チタン、ジルコニウム、タンタル、ケイ素などが挙げられる。特に、低コストや多価イオンであるという点でアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ケイ素が好適である。   There are many types of metal alkoxides used in the present embodiment depending on the combination of a metal and an alkoxy group. Examples of the metal include lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium, barium, aluminum, indium, and germanium. Bismuth, iron, copper, yttrium, titanium, zirconium, tantalum, silicon and the like. In particular, aluminum, titanium, zirconium, and silicon are preferable in terms of low cost and multivalent ions.

ケイ素のアルコキシドには、例えば、テトラメトキシシラン(TMOS)、あるいはテトラエトキシシラン(TEOS)、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、およびヘプタデカトリフルオロデシルトリメトキシシランなどが挙げられる。また、ケイ素のアルコキシドの替わりにヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、水ガラスなども用いることができる。   Examples of the silicon alkoxide include tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, Dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, decyltrimethoxy Silane, decyltrimethoxysilane, trifluoropropyltrimethoxysilane, and heptadecatrifluorodecyltrimethoxy Run, and the like. Further, fumed silica, colloidal silica, water glass, or the like can be used instead of silicon alkoxide.

また、加水分解する際の酸性条件は、シラン基の解離の点でpH1〜pH2の範囲が好ましく、塩酸、硫酸、硝酸等を添加する。   The acidic conditions for the hydrolysis are preferably in the range of pH 1 to pH 2 in terms of dissociation of the silane group, and hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and the like are added.

次いでゾル溶液を塗布し、乾燥して、所定の膜厚の界面活性剤分散金属酸化物膜を形成する(S104)。乾燥して得られた界面活性剤分散金属酸化物膜は、界面活性剤が球状あるいは棒状等のミセルを形成し、金属アルコキシドの加水分解生成物がその周りを取り囲む構造を有しており、その構造が乾燥により固定されたものである。   Next, a sol solution is applied and dried to form a surfactant-dispersed metal oxide film having a predetermined thickness (S104). The surfactant-dispersed metal oxide film obtained by drying has a structure in which the surfactant forms micelles such as spheres or rods, and the hydrolysis product of the metal alkoxide surrounds it. The structure is fixed by drying.

ゾル溶液の塗布方法は、様々な塗布方法を用いることができ特に限定されないが、好ましい方法としては、スピンキャスト法、ディップコート法、スクリーン印刷法、キャスト法であり、膜厚の制御が容易で比較的大面積を塗工できる点でスピンキャスト法およびディップコート法が特に好ましい。   The coating method of the sol solution can be various coating methods and is not particularly limited, but preferred methods include spin casting, dip coating, screen printing, and casting, and the film thickness can be easily controlled. The spin casting method and the dip coating method are particularly preferable in that a relatively large area can be applied.

次いで界面活性剤分散金属酸化物膜を加熱処理する(S106)。金属アルコキシドの加水分解生成物から金属酸化物が生成され、界面活性剤を分解除去されて、界面活性剤のミセルが除去された部分が細孔となった多孔質体層が形成される。   Next, the surfactant-dispersed metal oxide film is heated (S106). A metal oxide is produced from the hydrolysis product of the metal alkoxide, the surfactant is decomposed and removed, and a porous body layer in which the portion from which the micelles of the surfactant are removed becomes pores is formed.

加熱処理は大気中あるいは窒素雰囲気中で行い、加熱温度は使用する界面活性剤により適宜選択されるが、200℃〜700℃の範囲に設定され、有機半導体層への熱的影響の点で200℃〜400℃の範囲が好ましく、200℃〜300℃が特に好ましい。金属アルコキシドの加水分解生成物から金属酸化物を生成する点では加熱温度は200℃〜400℃の範囲が好ましい。   The heat treatment is performed in the air or in a nitrogen atmosphere, and the heating temperature is appropriately selected depending on the surfactant to be used, but is set in the range of 200 ° C. to 700 ° C. and is 200 in terms of thermal influence on the organic semiconductor layer. The range of ° C to 400 ° C is preferable, and 200 ° C to 300 ° C is particularly preferable. The heating temperature is preferably in the range of 200 ° C to 400 ° C in that a metal oxide is produced from a hydrolysis product of a metal alkoxide.

なお、界面活性剤分散金属酸化物膜中の界面活性剤を分解除去する他の処理としては、(i)溶媒による界面活性剤分散金属酸化物膜を洗浄し界面活性剤を溶出除去し中空細孔を形成する処理、(ii)界面活性剤をオゾン雰囲気中で酸化除去する処理、(iii)界面活性剤を酸素プラズマ雰囲気中で酸化除去する処理などが挙げられる。(i)〜(iii)の処理は高温の加熱を伴うことがない点で好ましい。半導体装置に耐熱性の低い材料が存在しても金属酸化物の多孔質体層を形成することができる。   As other treatments for decomposing and removing the surfactant in the surfactant-dispersed metal oxide film, (i) the surfactant-dispersed metal oxide film with a solvent is washed and the surfactant is eluted and removed. Examples include a treatment for forming pores, (ii) a treatment for oxidizing and removing a surfactant in an ozone atmosphere, and (iii) a treatment for removing and oxidizing a surfactant in an oxygen plasma atmosphere. The treatments (i) to (iii) are preferable in that they do not involve high temperature heating. Even if a material having low heat resistance is present in the semiconductor device, the metal oxide porous layer can be formed.

上記(i)の溶媒は特に限定されるものではないが、メタノール、エタノール、水、テトラヒドロフランなどは極性が高く活性剤を溶出させ易いので好ましい。また、細孔内を後述する疎水化処理した場合は極性の低い溶媒が有効であり、石油エーテル、ヘキサン、オクタンなどの炭化水素系の溶媒やベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系の溶媒が有効である。これら、極性、非極性溶媒を加熱したものは活性剤の溶解度が増すためにさらに好ましい。   The solvent (i) is not particularly limited, but methanol, ethanol, water, tetrahydrofuran, and the like are preferable because they are highly polar and easily elute the active agent. In addition, when the pores are hydrophobized as described later, solvents with low polarity are effective, and hydrocarbon solvents such as petroleum ether, hexane, and octane and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene are used. A solvent is effective. These heated polar and nonpolar solvents are more preferred because the solubility of the active agent is increased.

次いで、多孔質体層の疎水化処理を行う(S108)。疎水化処理は、多孔質体層を1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザンやアルキル基を持つクロロシランの溶液に浸漬、あるいはこれらの蒸気に曝露し乾燥する。疎水化処理により細孔表面に例えば、疎水性材料である1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン等の被膜等を形成して多孔質体層にクラックが生じることを防止することができる。   Next, the porous body layer is hydrophobized (S108). In the hydrophobization treatment, the porous body layer is immersed in 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane or a solution of chlorosilane having an alkyl group, or exposed to these vapors and dried. Hydrophobic treatment prevents the formation of cracks in the porous body layer by forming a coating such as 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, which is a hydrophobic material, on the pore surface. can do.

なお、疎水化処理の替わりに疎水化部を持つケイ素化合物をゾル溶液を調製する際に添加してもよい。疎水化部を持つケイ素化合物には、アルキル基やビニル基を持つアルコキシシランを添加する方法、アルキル基を持つクロロシランを添加する方法により達成できる。具体的な材料としては、モノアルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシランがある。これらにアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基等が挙げられ、また、アルコキシシランのアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基が挙げられる。   Note that a silicon compound having a hydrophobic portion may be added instead of the hydrophobic treatment when preparing the sol solution. The silicon compound having a hydrophobized portion can be achieved by a method of adding an alkoxysilane having an alkyl group or a vinyl group or a method of adding a chlorosilane having an alkyl group. Specific materials include monoalkyltrialkoxysilane, dialkyldialkoxysilane, and trialkylalkoxysilane. Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a phenyl group. The alkoxy group of the alkoxysilane includes, for example, a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, and a butoxy group. Groups.

以上により、疎水化処理が施された多孔質体層のゲート絶縁膜が形成される。なお、多孔質体層は上述した材料のうちから異なる材料の多孔質体層を積層してもよい。また、異なる細孔径、例えば数平均孔径を形成した同じ材料あるいは異なる材料からなる多孔質体層を積層してもよい。   As described above, the gate insulating film of the porous body layer subjected to the hydrophobic treatment is formed. In addition, you may laminate | stack the porous body layer of a different material from the materials mentioned above for a porous body layer. Moreover, you may laminate | stack the porous body layer which consists of the same material or different material which formed different pore diameters, for example, a number average pore diameter.

また、多孔質体層は、例えば、ポリエチレンやポリイミドなどの高分子材料膜を用いて半導体層と接する表面を酸素プラズマによりエッチングして表面に凹凸を形成してもよい。また、陽極酸化法により作製することも可能である。この場合は、アルミニウム、チタン、ジルコニア、ニオブ、ハフニア、亜鉛、タンタルなどの金属膜を用いて、その表面に細孔の開始点として凹部を形成し、あるいは自己形成的に陽極酸化法により細孔を形成することができる。   In addition, the porous body layer may be formed with irregularities on the surface by etching the surface in contact with the semiconductor layer with oxygen plasma using a polymer material film such as polyethylene or polyimide. It can also be produced by an anodic oxidation method. In this case, a metal film made of aluminum, titanium, zirconia, niobium, hafnia, zinc, tantalum, or the like is used, and a recess is formed on the surface as a starting point of the pores. Can be formed.

次に本実施の形態の第1変形例に係る半導体装置について説明する。本変形例に係る半導体装置は、有機半導体層とソース/ドレイン電極が異なる以外は第1の実施の形態の半導体装置と同様に構成されている。   Next, a semiconductor device according to a first modification of the present embodiment will be described. The semiconductor device according to this modification is configured in the same manner as the semiconductor device of the first embodiment except that the organic semiconductor layer and the source / drain electrodes are different.

図3は、本実施の形態の第1変形例に係る半導体装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図3を参照するに、本変形例の半導体装置20は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に選択的に形成されたゲート電極12と、絶縁性基板11表面およびゲート電極12を覆う多孔質体層からなるゲート絶縁膜13と、ゲート絶縁膜13を覆う有機半導体層16と、有機半導体層16上にゲート長方向に離隔して配置された2つのソース/ドレイン電極15から構成されている。   Referring to FIG. 3, the semiconductor device 20 according to the present modification covers the insulating substrate 11, the gate electrode 12 selectively formed on the insulating substrate 11, and the surface of the insulating substrate 11 and the gate electrode 12. A gate insulating film 13 made of a porous layer, an organic semiconductor layer 16 covering the gate insulating film 13, and two source / drain electrodes 15 disposed on the organic semiconductor layer 16 so as to be spaced apart in the gate length direction. ing.

本変形例の半導体装置20は、有機半導体層16を先に形成し、次いでソース/ドレイン電極15を形成する以外は第1の実施の形態と同様にして形成する。ゲート絶縁膜13上に有機半導体層16を形成した後にソース/ドレイン電極15を形成するので、ゲート絶縁膜13の多孔質体層13の表面が、ソース/ドレイン電極15の洗浄工程等による汚染やエッチング工程によるダメージの発生を回避し、清浄で均質な多孔質体層13/有機半導体層16境界面を形成することができる。その結果、素子特性の安定性が良好な半導体装置を実現することができる
次に本実施の形態の第2変形例に係る半導体装置について説明する。本変形例に係る半導体装置は、ゲート絶縁膜として多孔質体層に加えて絶縁膜を備える以外は第1の実施の形態の半導体装置と同様に構成されている。
The semiconductor device 20 of this modification is formed in the same manner as in the first embodiment except that the organic semiconductor layer 16 is formed first and then the source / drain electrodes 15 are formed. Since the source / drain electrode 15 is formed after the organic semiconductor layer 16 is formed on the gate insulating film 13, the surface of the porous body layer 13 of the gate insulating film 13 is contaminated by the cleaning process of the source / drain electrode 15 or the like. Generation of damage due to the etching process can be avoided, and a clean and homogeneous porous layer 13 / organic semiconductor layer 16 interface can be formed. As a result, a semiconductor device with excellent stability of element characteristics can be realized. Next, a semiconductor device according to a second modification of the present embodiment will be described. The semiconductor device according to this modification is configured in the same manner as the semiconductor device of the first embodiment except that an insulating film is provided as a gate insulating film in addition to the porous layer.

図4は、本実施の形態の第2変形例に係る半導体装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図4を参照するに、本変形例の半導体装置30は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に選択的に形成されたゲート電極12と、絶縁性基板11表面およびゲート電極12を覆うように絶縁膜31および多孔質体層32がこの順に形成されたゲート絶縁膜33と、多孔質体層32上にゲート長方向に所定のチャネル長を有して離隔して配置された2つのソース/ドレイン電極15と、ソース/ドレイン電極15を覆う有機半導体層16から構成されている。ゲート絶縁膜33は、絶縁膜31と多孔質体層32との積層体から構成されており、多孔質体層32が有機半導体層16と接している。なお、多孔質体層32は図1に示す第1の実施の形態の多孔質体層13と同様のものである。   Referring to FIG. 4, the semiconductor device 30 according to the present modification covers the insulating substrate 11, the gate electrode 12 selectively formed on the insulating substrate 11, and the surface of the insulating substrate 11 and the gate electrode 12. In this way, the gate insulating film 33 in which the insulating film 31 and the porous body layer 32 are formed in this order, and two pieces of the porous body layer 32 that are spaced apart from each other with a predetermined channel length in the gate length direction. A source / drain electrode 15 and an organic semiconductor layer 16 covering the source / drain electrode 15 are formed. The gate insulating film 33 is composed of a stacked body of the insulating film 31 and the porous body layer 32, and the porous body layer 32 is in contact with the organic semiconductor layer 16. The porous body layer 32 is the same as the porous body layer 13 of the first embodiment shown in FIG.

絶縁膜31は、例えば膜厚が10nm〜1000nm(好ましくは100nm〜1000nm)の範囲に設定され、絶縁性材料であれば無機材料、有機材料の何れの材料でも用いることができる。例えば、ポリクロロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリビニルクロライド、ポリフッ化ビニリデン、シアノエチルプルラン、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリビニルフェノール、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ポリパラキシレン、ポリアクリロニトリルなどの有機材料や、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、および窒素酸化シリコンなどの無機材料、各種絶縁性Langmuir−Blodgett膜等を用いることができる。もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を2種類以上用いてもよく、異なる材料からなる絶縁膜を2層以上積層してもよい。   The insulating film 31 has a film thickness of, for example, 10 nm to 1000 nm (preferably 100 nm to 1000 nm). Any insulating material can be used as long as it is an insulating material. For example, polychloropyrene, polyethylene terephthalate, polyoxymethylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, cyanoethyl pullulan, polymethyl methacrylate, polysulfone, polycarbonate, polyimide, polyethylene, polyester, polyvinyl phenol, melamine resin, phenol resin, fluorine resin, polyphenylene sulfide Organic materials such as polyparaxylene and polyacrylonitrile, inorganic materials such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, and silicon nitride oxide, various insulating Langmuir-Blodgett films, and the like can be used. . Of course, the materials are not limited to these, and two or more of these materials may be used, or two or more insulating films made of different materials may be stacked.

これらの材料のうち、比誘電率の点で、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、窒素酸化シリコンが好ましい。ゲート絶縁膜全体の比誘電率を向上すると共にゲートリーク電流を一層抑制することができる。また、ゲート電極12と多孔質体層との接着強度の向上を図る絶縁膜材料を適宜選択することができる。   Of these materials, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, titanium oxide, and silicon nitrogen oxide are preferable in terms of relative dielectric constant. The relative dielectric constant of the entire gate insulating film can be improved and the gate leakage current can be further suppressed. In addition, an insulating film material for improving the adhesive strength between the gate electrode 12 and the porous body layer can be appropriately selected.

絶縁膜31の形成方法は特に制限はなく、例えばCVD法、プラズマCVD法、プラズマ重合法、蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、クラスタイオンビーム蒸着法およびLangmuir−Blodgett法などが挙げられ、何れも使用可能である。   A method for forming the insulating film 31 is not particularly limited, and examples thereof include a CVD method, a plasma CVD method, a plasma polymerization method, a vapor deposition method, a spin coating method, a dipping method, a cluster ion beam vapor deposition method, and a Langmuir-Blodgett method. Can also be used.

本変形例の半導体装置30は、第1の実施の形態の半導体装置の多孔質体層/有機半導体層16の効果に加え、絶縁膜31に比誘電率の高い材料を用いることにより、ゲート容量を増加することができる。その結果、ドレイン電流のオン/オフ比を向上することができる。   In the semiconductor device 30 of this modification, in addition to the effect of the porous layer / organic semiconductor layer 16 of the semiconductor device of the first embodiment, a material having a high relative dielectric constant is used for the insulating film 31 to obtain a gate capacitance. Can be increased. As a result, the on / off ratio of the drain current can be improved.

次に本実施の形態の第3変形例に係る半導体装置について説明する。本変形例に係る半導体装置は、ゲート絶縁膜として多孔質体層に加えて絶縁膜を備える以外は第1の実施の形態の第1変形例に係る半導体装置と同様に構成されている。   Next, a semiconductor device according to a third modification of the present embodiment will be described. The semiconductor device according to this modification is configured in the same manner as the semiconductor device according to the first modification of the first embodiment, except that an insulating film is provided as a gate insulating film in addition to the porous layer.

図5は、本実施の形態の第3変形例に係る半導体装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図5を参照するに、本変形例の半導体装置40は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に選択的に形成されたゲート電極12と、絶縁性基板11表面およびゲート電極12を覆うように絶縁膜31および多孔質体層32がこの順に形成されたゲート絶縁膜33と、多孔質体層32を覆う有機半導体層16と、有機半導体層16上にゲート長方向に離隔して配置された2つのソース/ドレイン電極15から構成されている。   Referring to FIG. 5, the semiconductor device 40 according to the present modification covers the insulating substrate 11, the gate electrode 12 selectively formed on the insulating substrate 11, and the surface of the insulating substrate 11 and the gate electrode 12. As described above, the gate insulating film 33 in which the insulating film 31 and the porous body layer 32 are formed in this order, the organic semiconductor layer 16 covering the porous body layer 32, and the organic semiconductor layer 16 are spaced apart in the gate length direction. The two source / drain electrodes 15 are formed.

本変形例の半導体装置40は、第1変形例に係る半導体装置と第2変形例に係る半導体装置との構成を組み合わせたものであるので、それらの半導体装置の効果を合わせて有している。したがって、素子特性の安定性、およびドレイン電流のオン/オフ比を向上することができる。   Since the semiconductor device 40 of the present modification is a combination of the configurations of the semiconductor device according to the first modification and the semiconductor device according to the second modification, the effects of those semiconductor devices are combined. . Therefore, the stability of the device characteristics and the on / off ratio of the drain current can be improved.

次に本実施の形態の第4変形例に係る半導体装置について説明する。本変形例に係る半導体装置は、絶縁性基板上に先に有機半導体層を形成し、次いでゲート絶縁膜を形成したものである。   Next, a semiconductor device according to a fourth modification of the present embodiment will be described. In the semiconductor device according to this modification, an organic semiconductor layer is first formed on an insulating substrate, and then a gate insulating film is formed.

図6は、本実施の形態の第4変形例に係る半導体装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6を参照するに、本変形例の半導体装置50は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極15と、ソース/ドレイン電極15を覆う有機半導体層16と、有機半導体層16を覆う多孔質体層からなるゲート絶縁膜13と、2つのソース/ドレイン電極15のほぼ中央上方のゲート絶縁膜13上に選択的に形成されたゲート電極12から構成されている。   Referring to FIG. 6, a semiconductor device 50 according to the present modification covers an insulating substrate 11, two source / drain electrodes 15 formed on the insulating substrate 11 at a distance, and the source / drain electrode 15. An organic semiconductor layer 16, a gate insulating film 13 made of a porous layer covering the organic semiconductor layer 16, and a gate electrode selectively formed on the gate insulating film 13 substantially above the center of the two source / drain electrodes 15 12 is comprised.

本変形例の半導体装置50は、有機半導体層16がゲート絶縁膜13に覆われているので、外部の雰囲気に曝されることがない。したがって、有機半導体層16の電気特性を劣化させるような水分や酸素と直接接触することがないので、半導体装置の耐久性を向上することができる。また、清浄であり、かつダメージのない均質な有機半導体層16/ゲート絶縁膜13界面が形成され、ドレイン電流のオン/オフ比を向上することができる。また、平坦性が良好な下地である絶縁性基板11上にソース/ドレイン電極15を形成するので、ソース/ドレイン電極15を精度良く配置でき、形成が容易となる。   Since the organic semiconductor layer 16 is covered with the gate insulating film 13, the semiconductor device 50 of this modification is not exposed to the external atmosphere. Therefore, since it does not come into direct contact with moisture or oxygen that degrades the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 16, the durability of the semiconductor device can be improved. In addition, a clean and harmless homogeneous organic semiconductor layer 16 / gate insulating film 13 interface is formed, and the on / off ratio of the drain current can be improved. In addition, since the source / drain electrodes 15 are formed on the insulating substrate 11 which is a base having a good flatness, the source / drain electrodes 15 can be arranged with high accuracy and can be easily formed.

なお、ゲート絶縁膜13の表面およびゲート電極12の表面を覆うシリコン窒化膜やポリイミド膜などの非透水性膜を形成してもよい。多孔質体層のゲート絶縁膜13を介して水分が有機半導体層16に到達することを防止することができる。   Note that a water-impermeable film such as a silicon nitride film or a polyimide film covering the surface of the gate insulating film 13 and the surface of the gate electrode 12 may be formed. It is possible to prevent moisture from reaching the organic semiconductor layer 16 through the gate insulating film 13 of the porous body layer.

次に本実施の形態の第5変形例に係る半導体装置について説明する。本変形例は、上述した第4変形例と同様に有機半導体層が直接外部の雰囲気に曝されることを回避した構成のものである。   Next, a semiconductor device according to a fifth modification of the present embodiment will be described. This modification has a configuration in which the organic semiconductor layer is prevented from being directly exposed to the outside atmosphere as in the fourth modification described above.

図7は、本実施の形態の第5変形例に係る半導体装置の断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。   FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth modification of the present embodiment. In the figure, portions corresponding to the portions described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7を参照するに、本変形例の半導体装置60は、絶縁性基板11と、絶縁性基板11上に選択的に形成された有機半導体層16と、有機半導体層16上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極15と、ソース/ドレイン電極15を覆う多孔質体層からなるゲート絶縁膜13と、2つのソース/ドレイン電極15のほぼ中央上方のゲート絶縁膜13上に選択的に形成されたゲート電極12から構成されている。   Referring to FIG. 7, a semiconductor device 60 according to this modification is formed on an insulating substrate 11, an organic semiconductor layer 16 selectively formed on the insulating substrate 11, and a space on the organic semiconductor layer 16. The two source / drain electrodes 15, the gate insulating film 13 made of a porous layer covering the source / drain electrodes 15, and the gate insulating film 13 substantially above the center of the two source / drain electrodes 15 are selectively formed. It is comprised from the gate electrode 12 formed in this.

本変形例の半導体装置60は、有機半導体層16がソース/ドレイン電極15およびゲート絶縁膜13に覆われ、外部の雰囲気に曝されることがない。したがって、有機半導体層16の電気特性を劣化させるような水分や酸素と直接接触することがないので、半導体装置の耐久性を向上することができる。なお、第4変形例と同様に、ゲート絶縁膜13の表面およびゲート電極12の表面を覆うシリコン窒化膜やポリイミド膜などの非透水性膜を形成してもよい。   In the semiconductor device 60 of this modification, the organic semiconductor layer 16 is covered with the source / drain electrodes 15 and the gate insulating film 13 and is not exposed to the external atmosphere. Therefore, since it does not come into direct contact with moisture or oxygen that degrades the electrical characteristics of the organic semiconductor layer 16, the durability of the semiconductor device can be improved. Similar to the fourth modification, a water-impermeable film such as a silicon nitride film or a polyimide film covering the surface of the gate insulating film 13 and the surface of the gate electrode 12 may be formed.

なお、上記第1変形例〜第5変形例の半導体装置の製造方法についての説明を省略したが、第1の実施の形態において説明した製造方法と同様の方法を用いて製造することができる。次に、本実施の形態に係る実施例と本発明によらない比較例について説明する。   Although the description of the manufacturing method of the semiconductor device according to the first to fifth modifications has been omitted, it can be manufactured using the same method as the manufacturing method described in the first embodiment. Next, examples according to the present embodiment and comparative examples not according to the present invention will be described.

[実施例1]
本実施例では、図1に示す第1の実施の形態と同様の構造のトランジスタを作製した。大きさ30mm×30mm×1.1mmのガラス基板表面にゲート電極形状の開口部を有するメタルマスクを配置した後、真空蒸着により厚さ70nmのアルミニウム電極を成膜し、ゲート電極(ゲート長50μm、ゲート幅250μm)を作製した。このときの真空度は6.7×10-4Pa(5×10-6Torr)、成膜速度は0.3〜0.5nm/秒、基板温度は特に制御せず室温(25℃)とし、膜厚は真空蒸着装置の水晶振動子によりモニターした。
[Example 1]
In this example, a transistor having a structure similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1 was manufactured. After a metal mask having a gate electrode-shaped opening was placed on the surface of a glass substrate having a size of 30 mm × 30 mm × 1.1 mm, an aluminum electrode having a thickness of 70 nm was formed by vacuum deposition, and a gate electrode (gate length 50 μm, A gate width of 250 μm) was produced. At this time, the degree of vacuum is 6.7 × 10 −4 Pa (5 × 10 −6 Torr), the film formation rate is 0.3 to 0.5 nm / second, the substrate temperature is not particularly controlled, and is room temperature (25 ° C.). The film thickness was monitored by a crystal resonator of a vacuum deposition apparatus.

次いで、ゲート絶縁膜の多孔質体層の前駆体溶液のゾル溶液を調整した。具体的には、テトラエトキシシラン(TEOS):水:エタノール:濃塩酸がモル比で1:5:5:0.03となる混合溶液を70℃に加熱し4時間攪拌した。この混合溶液に界面活性剤であるポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイド−ポリエチレンオキサイドブロック共重合体(EO−b−PO−b−EO)であるPluronicL64(BASF社製)のエタノール溶液を加え攪拌した後5時間静置し、界面活性剤の存在下ケイ素アルコキシドを酸性条件で加水分解したゾル溶液を得た。   Next, a sol solution of the precursor solution of the porous layer of the gate insulating film was prepared. Specifically, a mixed solution of tetraethoxysilane (TEOS): water: ethanol: concentrated hydrochloric acid at a molar ratio of 1: 5: 5: 0.03 was heated to 70 ° C. and stirred for 4 hours. After adding an ethanol solution of Pluronic L64 (manufactured by BASF) which is a polyethylene oxide-polypropylene oxide-polyethylene oxide block copolymer (EO-b-PO-b-EO) as a surfactant to this mixed solution and stirring for 5 hours. The sol solution was obtained by allowing the silicon alkoxide to hydrolyze under acidic conditions in the presence of a surfactant.

このようにして調製されたゾル溶液をゲート電極を覆うように1500RPMに回転させながらスピンキャストした後、オーブンを用いて窒素雰囲気中で110℃で乾燥し界面活性剤分散シリカ膜を形成した。この界面活性剤分散シリカ膜を空気中で加熱(300℃、60分間)することによって界面活性剤を除去した。   The sol solution thus prepared was spin-cast while rotating at 1500 RPM so as to cover the gate electrode, and then dried at 110 ° C. in a nitrogen atmosphere using an oven to form a surfactant-dispersed silica film. The surfactant was removed by heating the surfactant-dispersed silica membrane in air (300 ° C., 60 minutes).

次いでヘキサメチルジシラザン(HMDS)に浸漬し真空乾燥(110℃、5分間)することで(以下、「HMDS処理」という。)多孔質体層を形成した。多孔質体層の膜厚は約0.5μmであった。   Subsequently, the porous body layer was formed by immersing in hexamethyldisilazane (HMDS) and vacuum-drying (110 degreeC, 5 minutes) (henceforth "HMDS process"). The film thickness of the porous body layer was about 0.5 μm.

図8は、多孔質体層の表面の透過型電子顕微鏡(TEM)像である。図8に示すように、多孔質体層は、数平均孔径(半径)が2nmのほぼ均一な大きさの球状の空孔が形成されていることが分かる。   FIG. 8 is a transmission electron microscope (TEM) image of the surface of the porous body layer. As shown in FIG. 8, it is understood that the porous body layer has spherical pores having a substantially uniform size with a number average pore diameter (radius) of 2 nm.

次に、多孔質体層上にメタルマスクを配置した後、蒸着法によりAu膜によりソース電極およびドレイン電極を形成した。ソース電極およびドレイン電極の形状を1mm×10mmの矩形とし、膜厚を50nmとした。蒸着の際の真空度は6.7×10-4Pa(5×10-6Torr)、成膜速度は0.2〜0.3nm/秒、基板温度は特に制御せず室温(25℃)とした。反射型光学顕微鏡によりこの膜を観察したところ、ソース電極とドレイン電極間距離(チャネル長)は10μm、電極長さ(チャネル幅)は10mmであった。 Next, after arranging a metal mask on the porous body layer, a source electrode and a drain electrode were formed by an Au film by an evaporation method. The shape of the source electrode and the drain electrode was a rectangle of 1 mm × 10 mm, and the film thickness was 50 nm. The degree of vacuum during vapor deposition is 6.7 × 10 −4 Pa (5 × 10 −6 Torr), the film formation rate is 0.2 to 0.3 nm / second, and the substrate temperature is not particularly controlled, and is room temperature (25 ° C.). It was. When this film was observed with a reflective optical microscope, the distance between the source electrode and the drain electrode (channel length) was 10 μm, and the electrode length (channel width) was 10 mm.

ついで、多孔質体層、ソース電極およびにドレイン電極上にレジオレギュラ・ポリ(3−ヘキシルチオフェン)のクロロホルム溶液をスピンコートして膜厚100nmの有機半導体層を形成した。以上により本実施例のトランジスタが完成した。   Subsequently, a chloroform solution of regioregular poly (3-hexylthiophene) was spin-coated on the porous layer, the source electrode, and the drain electrode to form an organic semiconductor layer having a thickness of 100 nm. Thus, the transistor of this example was completed.

図9は実施例1のトランジスタの特性を示す図であり、0Vから−20Vまで2Vのゲート電圧VGに対して、ソース・ドレイン電圧を0Vから−30まで印加したときにソース・ドレイン間に流れるドレイン電流を示した図である。横軸がソース・ドレイン間電圧、縦軸がドレイン電流値を示す。 FIG. 9 is a diagram showing the characteristics of the transistor of Example 1. When a source-drain voltage is applied from 0 V to −30 with respect to a gate voltage V G of 2 V from 0 V to −20 V, the voltage between the source and drain is shown. It is the figure which showed the drain current which flows. The horizontal axis represents the source-drain voltage, and the vertical axis represents the drain current value.

図9を参照するに、ソース・ドレイン電圧−30Vにおいてゲート電圧によってドレイン電流が変化している、すなわちゲート変調ができていることが分かる。また最大で約0.1mAと大きなドレイン電流が得られている。また、ソース・ドレイン間電圧−30Vにおけるオン/オフ比は約300であった。なお、測定は窒素雰囲気下で半導体パラメータアナライザー(ヒューレット・パッカード社製、型式:4145B)を使用して測定した。   Referring to FIG. 9, it can be seen that the drain current is changed by the gate voltage at the source-drain voltage of -30 V, that is, the gate modulation is performed. A large drain current of about 0.1 mA is obtained at the maximum. The on / off ratio at a source-drain voltage of -30 V was about 300. The measurement was performed using a semiconductor parameter analyzer (model: 4145B, manufactured by Hewlett-Packard Company) in a nitrogen atmosphere.

[比較例1]
本比較例のトランジスタは、ゲート絶縁膜に実施例1の界面活性剤分散シリカ膜を用いた以外は実施例1と同様の構成のトランジスタを作製した。具体的には、本比較例のトランジスタは、実施例1の界面活性剤分散シリカ膜を作製した後の空気中での加熱処理を省略したものであり、界面活性剤分散シリカ膜は界面活性剤が除去されていないので、多孔質体層となっていない。
[Comparative Example 1]
As the transistor of this comparative example, a transistor having the same configuration as that of Example 1 was manufactured except that the surfactant-dispersed silica film of Example 1 was used as the gate insulating film. Specifically, the transistor of this comparative example is obtained by omitting the heat treatment in air after the production of the surfactant-dispersed silica film of Example 1, and the surfactant-dispersed silica film is a surfactant. Since it is not removed, the porous body layer is not formed.

このようにして得られた本比較例のトランジスタの電流−電圧特性を、実施例1と同様にして測定したところ、ソース・ドレイン電極間電圧−30Vにおけるオン/オフ比は約10であった。   The current-voltage characteristics of the transistor of this comparative example thus obtained were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the on / off ratio at the source-drain electrode voltage of -30 V was about 10.

[実施例2]
本実施例では、図6に示す第1の実施の形態の第4変形例と同様の構造のトランジスタを作製した。
[Example 2]
In this example, a transistor having the same structure as that of the fourth modification example of the first embodiment shown in FIG. 6 was produced.

まず、実施例1と同様にして、大きさ30mm×30mm×1.1mmのガラス基板表面に厚さ70nmのゲート電極としてのアルミニウム膜よりなるゲート電極を形成した。   First, in the same manner as in Example 1, a gate electrode made of an aluminum film having a thickness of 70 nm was formed on the surface of a glass substrate having a size of 30 mm × 30 mm × 1.1 mm.

このゲート電極を覆うように電子ビーム蒸着法によりシリコン酸化膜を300nmの厚さに設定して成膜した。真空度は1.1×10-3Pa(8×10-6Torr)、成膜速度は100nm/分であった。なお、加速電圧を4.5kV、エミッション電流を30mAに設定した。シリコン酸化膜のパターニングは行わなかった。 A silicon oxide film having a thickness of 300 nm was formed by electron beam evaporation so as to cover the gate electrode. The degree of vacuum was 1.1 × 10 −3 Pa (8 × 10 −6 Torr), and the film formation rate was 100 nm / min. The acceleration voltage was set to 4.5 kV and the emission current was set to 30 mA. The silicon oxide film was not patterned.

次いで、シリコン酸化膜覆うように、実施例1と同様にして調整したゾル溶液を実施例1と同様にスピンキャストして成膜し、オーブンを用いて窒素雰囲気中で110℃で乾燥し界面活性剤分散シリカ膜を作製した。   Next, a sol solution prepared in the same manner as in Example 1 so as to cover the silicon oxide film is spin-cast in the same manner as in Example 1 to form a film, which is then dried at 110 ° C. in a nitrogen atmosphere using an oven and subjected to surface activity. An agent-dispersed silica film was prepared.

次いで、界面活性剤分散シリカ膜をオゾン雰囲気下で0分から120分まで時間を変えて暴露し、平均空孔径および体積密度を異ならせたサンプルを種々形成し、次いでに各サンプルに実施例1と同様のHMDS処理を行い多孔質体層を得た。   Next, the surfactant-dispersed silica film was exposed in an ozone atmosphere at different times from 0 minutes to 120 minutes to form various samples with different average pore diameters and volume densities. The same HMDS treatment was performed to obtain a porous body layer.

次いで、実施例1と同様にソース・ドレイン電極および半導体層を形成した。このようにして得られたトランジスタの電流−電圧特性を、実施例1と同様にして半導体パラメータアナライザー(前出)で測定した。   Next, as in Example 1, source / drain electrodes and a semiconductor layer were formed. The current-voltage characteristics of the transistor thus obtained were measured with a semiconductor parameter analyzer (supra) in the same manner as in Example 1.

図10は、実施例2のトランジスタのオン/オフ比とN/r値との関係を示す図である。縦軸はオン/オフ比を示し、横軸はN/r値、ここでNは空孔体積密度、rは数平均空孔径(半径)である。   FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the on / off ratio and the N / r value of the transistor of Example 2. The vertical axis represents the on / off ratio, the horizontal axis represents the N / r value, where N is the pore volume density and r is the number average pore diameter (radius).

図10を参照するに、N/r値が増加するにしたがってオン/オフ比が増加し、N/r値が0.02(nm-1)においてオン/オフ比が100となっている。したがって、N/r値を0.02(nm-1)以上に設定することが好ましいことが分かる。 Referring to FIG. 10, the on / off ratio increases as the N / r value increases. The on / off ratio is 100 when the N / r value is 0.02 (nm −1 ). Therefore, it can be seen that it is preferable to set the N / r value to 0.02 (nm −1 ) or more.

なお、Nは分子エリプソメトリクス法を用いて測定し、rは断面透過電子顕微鏡(印画紙上で106〜107倍に拡大して任意に選択した20個の測定値の平均値とした。 Here, N was measured using a molecular ellipsometry method, and r was an average value of 20 measured values arbitrarily selected by cross-sectional transmission electron microscope (10 6 to 10 7 times magnified on photographic paper).

[実施例3]
本実施例では図4に示す第1の実施の形態の第2変形例と同様の構造のトランジスタを作製した。
[Example 3]
In this example, a transistor having the same structure as that of the second modification of the first embodiment shown in FIG. 4 was produced.

まず、大きさ30mm×30mm×1.1mmのガラス基板表面にソース電極およびドレイン電極形状の開口部を有するメタルマスクを配置した後、コンタクトメタルとして膜厚10nmのクロム膜を形成し次いで膜厚70nmのAu膜を蒸着し、ソース電極およびドレイン電極を形成した。ソース電極およびドレイン電極の形状を1mm×10mmの矩形とした。蒸着の際の真空度は6.7×10-4Pa(5×10-6Torr)、成膜速度は0.2〜0.3nm/秒であった。基板温度は特に制御せず室温(25℃)とした。反射型光学顕微鏡によりこの膜を観察したところ、ソース電極とドレイン電極間距離(チャネル長)は10μm、電極長さ(チャネル幅)は10mmであった。 First, after arranging a metal mask having source electrode and drain electrode-shaped openings on the surface of a glass substrate having a size of 30 mm × 30 mm × 1.1 mm, a chromium film having a thickness of 10 nm is formed as a contact metal, and then a thickness of 70 nm. A source electrode and a drain electrode were formed by evaporating an Au film. The shape of the source electrode and the drain electrode was a rectangle of 1 mm × 10 mm. The degree of vacuum during vapor deposition was 6.7 × 10 −4 Pa (5 × 10 −6 Torr), and the film formation rate was 0.2 to 0.3 nm / second. The substrate temperature was not particularly controlled and was set to room temperature (25 ° C.). When this film was observed with a reflective optical microscope, the distance between the source electrode and the drain electrode (channel length) was 10 μm, and the electrode length (channel width) was 10 mm.

次いで、基板表面、ソース電極、およびドレイン電極を覆う有機半導体層(膜厚100nm)を実施例1と同様にして形成した。次いで、ゲート絶縁膜の多孔質体層の前駆体溶液のゾル溶液を、実施例1の界面活性剤のEO−b−PO−b−EOの替わりにポリエチレンオキシドを用いた以外は同様にしてゾル溶液を調製した。   Next, an organic semiconductor layer (thickness: 100 nm) covering the substrate surface, the source electrode, and the drain electrode was formed in the same manner as in Example 1. Next, a sol solution of the precursor solution of the porous layer of the gate insulating film was similarly prepared except that polyethylene oxide was used instead of the surfactant EO-b-PO-b-EO of Example 1. A solution was prepared.

このようにして調製されたゾル溶液を有機半導体層上に1500RPMに回転させながらスピンキャストした後、110℃にて乾燥後、オーブンを用いて窒素雰囲気中で110℃で乾燥し界面活性剤分散シリカ膜を作製した。次いで、O2プラズマに3分間暴露することによって界面活性剤を除去した。次いで、実施例1と同様のHMDS処理を行うことにより多孔質体層を得た。 The sol solution thus prepared was spin cast on the organic semiconductor layer while rotating at 1500 RPM, dried at 110 ° C., and then dried at 110 ° C. in a nitrogen atmosphere using an oven, and the surfactant-dispersed silica A membrane was prepared. The surfactant was then removed by exposure to O 2 plasma for 3 minutes. Subsequently, the porous body layer was obtained by performing the HMDS process similar to Example 1. FIG.

次いで、多孔質体層上に厚さ70nmのアルミニウム膜よりなるゲート電極を実施例1と同様に真空蒸着により成膜した。以上により本実施例のトランジスタが完成した。   Next, a gate electrode made of an aluminum film having a thickness of 70 nm was formed on the porous layer by vacuum vapor deposition in the same manner as in Example 1. Thus, the transistor of this example was completed.

このようにして得られたトランジスタの電流−電圧特性を、実施例1と同様にして半導体パラメータアナライザー(前出)で測定した。ソース・ドレイン間電圧−20Vにおけるオン/オフ比は約200であった。   The current-voltage characteristics of the transistor thus obtained were measured with a semiconductor parameter analyzer (supra) in the same manner as in Example 1. The on / off ratio at a source-drain voltage of −20 V was about 200.

[比較例2]
本比較例は、実施例3において界面活性剤分散シリカ膜に対するO2プラズマ処理を行っていない以外は実施例3と同様の構造のトランジスタを作製した。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, a transistor having the same structure as in Example 3 was produced except that the surfactant-dispersed silica film in Example 3 was not subjected to O 2 plasma treatment.

このようにして得られたトランジスタの電流−電圧特性を、半導体パラメータアナライザー(前出)で測定した。ソース・ドレイン間電圧−20Vにおけるオン/オフ比は約10であった。   The current-voltage characteristics of the transistors thus obtained were measured with a semiconductor parameter analyzer (supra). The on / off ratio at a source-drain voltage of -20 V was about 10.

(第2の実施の形態)
図11は、本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。図11を参照するに、本実施の形態の液晶表示装置70は、透明基板71と、透明基板71上に、TFTアレイ部72、液晶素子部73、透明電極部74、透明基板75が順次積層された構成となっている。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, in the liquid crystal display device 70 of the present embodiment, a TFT array unit 72, a liquid crystal element unit 73, a transparent electrode unit 74, and a transparent substrate 75 are sequentially stacked on the transparent substrate 71 and the transparent substrate 71. It has been configured.

透明基板71、75は、ガラス基板や、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン等のプラスチック基板を用いることができる。透明電極部74は、ITO膜、ZTO膜等の透明な導電性酸化物材料などを用いることができる。   As the transparent substrates 71 and 75, a glass substrate or a plastic substrate such as polyester, polycarbonate, polyarylate, or polyether sulfone can be used. The transparent electrode portion 74 can be made of a transparent conductive oxide material such as an ITO film or a ZTO film.

液晶素子部73は配向膜/液晶/配向膜から構成され、液晶はその表示方式として、例えば、ツイステッドネマティック(TN)方式、スーパーツイステッドネマティック(STN)方式、ゲストホスト液晶、高分子分散型液晶(PDLC)など、公知の表示方式を用いることができる。反射型液晶表示装置には明るい白色表示が得られる点でPDLCが好ましい。   The liquid crystal element unit 73 is composed of an alignment film / liquid crystal / alignment film, and the liquid crystal is, for example, a twisted nematic (TN) method, a super twisted nematic (STN) method, a guest host liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal ( A known display method such as PDLC can be used. The reflective liquid crystal display device is preferably PDLC in that a bright white display can be obtained.

TFTアレイ部72は、透明基板71上にマトリックス状に配列されたトランジスタ76と、トランジスタ76のドレイン電極78に電気的に接続された画素電極79と、ゲート電極80に電気的に接続され、ゲート電圧を供給するゲートバスライン(不図示)と、ソース電極81に駆動電圧を供給するソースバスライン(不図示)などから構成されている。トランジスタ76は、透明基板71上に形成されたゲート電極80、透明基板71表面およびゲート電極80を覆うゲート絶縁膜82、ゲート絶縁膜82上に離隔して形成されたソース電極81およびドレイン電極78、ゲート絶縁膜82表面とソース電極81およびドレイン電極78を覆う有機半導体層83から構成されている。   The TFT array unit 72 is electrically connected to a gate electrode 80 and a transistor 76 arranged in a matrix on the transparent substrate 71, a pixel electrode 79 electrically connected to the drain electrode 78 of the transistor 76, and a gate. A gate bus line (not shown) for supplying a voltage and a source bus line (not shown) for supplying a driving voltage to the source electrode 81 are configured. The transistor 76 includes a gate electrode 80 formed on the transparent substrate 71, a gate insulating film 82 covering the surface of the transparent substrate 71 and the gate electrode 80, and a source electrode 81 and a drain electrode 78 formed separately on the gate insulating film 82. The organic semiconductor layer 83 covers the surface of the gate insulating film 82 and the source electrode 81 and the drain electrode 78.

液晶表示装置70は、ゲートバスラインおよびソースバスラインを介して信号が供給されることにより選択的にトランジスタ76がオンとなりドレイン電極78を介して駆動電圧が画素電極79に供給され、画素電極79と透明電極部74との間の液晶素子部73の液晶に電界が印加されることにより、透明基板71の裏面側から入射されるバックライト光の透過あるいは遮断の切り換えが行われ、透明基板74から出射された光により画像表示が行われる。   In the liquid crystal display device 70, when a signal is supplied via the gate bus line and the source bus line, the transistor 76 is selectively turned on, and the drive voltage is supplied to the pixel electrode 79 via the drain electrode 78. By applying an electric field to the liquid crystal of the liquid crystal element unit 73 between the transparent electrode unit 74 and the transparent electrode unit 74, switching of transmission or blocking of the backlight light incident from the back side of the transparent substrate 71 is performed. An image is displayed by the light emitted from.

本実施の形態の液晶表示装置70はTFTアレイ部72のトランジスタ76に特徴がある。トランジスタ76には、第1の実施の形態の半導体装置、およびその第1変形例〜第5変形例の半導体装置のいずれかの半導体装置を用いる。トランジスタ76は、上述したようにオン/オフ比が大きく高い耐久性を有しているので、液晶表示装置70は表示性能として高いコントラスト比、優れた視認性、および長期信頼性を有している。なお、透明基板上に公知のカラーフィルターを形成することによりカラー液晶表示装置としてもよい。   The liquid crystal display device 70 of the present embodiment is characterized by the transistor 76 of the TFT array unit 72. For the transistor 76, the semiconductor device of the first embodiment and any one of the semiconductor devices of the first to fifth modifications are used. Since the transistor 76 has a large on / off ratio and high durability as described above, the liquid crystal display device 70 has a high contrast ratio, excellent visibility, and long-term reliability as display performance. . In addition, it is good also as a color liquid crystal display device by forming a well-known color filter on a transparent substrate.

なお、表示装置としては、上記の液晶表示装置70の液晶素子部73の替わりに有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子部、電気泳動素子部を用いることにより、それぞれ有機EL表示装置、電気泳動表示装置としてもよい。   As the display device, an organic EL (electroluminescence) element portion and an electrophoretic element portion are used in place of the liquid crystal element portion 73 of the liquid crystal display device 70 described above, thereby providing an organic EL display device and an electrophoretic display device, respectively. Also good.

有機EL表示装置は、有機EL素子部として、例えば正孔輸送層/発光層/電子輸送層などから構成され、それぞれの層には公知の材料を用いることができる。上述したTFTアレイ部72により注入された正孔および電子が発光層において再結合することにより自発光し、発光層のドーパントを選択することによりカラー表示することができる。有機EL層は非常に薄い有機薄膜なので、プラスチック基板に形成された第1の実施の形態の半導体装置と組み合わせることにより、可撓性を有する表示装置を実現することができる。   The organic EL display device includes, for example, a hole transport layer / a light emitting layer / an electron transport layer as the organic EL element portion, and a known material can be used for each layer. The holes and electrons injected by the TFT array unit 72 described above recombine in the light emitting layer to emit light spontaneously, and color display can be performed by selecting the dopant of the light emitting layer. Since the organic EL layer is a very thin organic thin film, a flexible display device can be realized by combining with the semiconductor device of the first embodiment formed on a plastic substrate.

また、電気泳動表示装置は、電気泳動素子部として、電気泳動粒子と、着色剤を分散媒に分散させた着色分散媒を内包したマイクロカプセルを用いたもの、あるいは色と電気的特性の双方が異なる2つの半球からなる回転粒子を絶縁性液体とともに内包したマイクロカプセルを用いたものなどを用いることができる。   In addition, the electrophoretic display device uses an electrophoretic particle and a microcapsule containing a color dispersion medium in which a colorant is dispersed in a dispersion medium, or both color and electrical characteristics as an electrophoretic element unit. The thing using the microcapsule which included the rotating particle which consists of two different hemispheres with the insulating liquid, etc. can be used.

前者のタイプの電気泳動素子部は、電気泳動粒子が例えば白色を呈し、着色分散媒が例えば黒色を呈して、着色分散媒中で帯電した電気泳動粒子は、上述したTFTアレイ部により電界が印加されることにより着色分散媒中の位置を変える。電気泳動粒子の配置によって情報を表示することができる。   In the former type of electrophoretic element section, the electrophoretic particles are white, for example, the colored dispersion medium is black, for example, and the electrophoretic particles charged in the colored dispersion medium are applied with an electric field by the TFT array section described above. As a result, the position in the colored dispersion medium is changed. Information can be displayed by the arrangement of the electrophoretic particles.

白色の電気泳動粒子としては酸化チタンが特に好適に用いられ、必要に応じて表面処理あるいは他の材料との複合化等が施される。   Titanium oxide is particularly preferably used as the white electrophoretic particles, and surface treatment or compounding with other materials is performed as necessary.

分散媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭素類あるいは炭化水素類、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物、シリコーンオイル等の抵抗率の高い有機溶媒を使用するのが好ましい。着色剤としては、所望の光吸収特性を有するアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染料が用いられる。分散液中には分散安定化のために界面活性剤等を添加してもよい。   Dispersion media include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, naphthenic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, kerosene, paraffinic hydrocarbons, trichloroethylene, tetrachloroethylene, trichlorofluoroethylene, odor It is preferable to use an organic solvent having high resistivity, such as halogenated carbons or hydrocarbons such as ethyl halide, fluorine-containing ether compounds, fluorine-containing ester compounds, and silicone oil. As the colorant, oil-soluble dyes such as anthraquinones and azo compounds having desired light absorption characteristics are used. A surfactant or the like may be added to the dispersion for stabilization of dispersion.

マイクロカプセルは、例えば高分子膜からなり、コアセルベーション法、In−Situ重合法、界面重合法などの公知の方法で形成することができる。   The microcapsule is made of, for example, a polymer film and can be formed by a known method such as a coacervation method, an In-Situ polymerization method, or an interfacial polymerization method.

また、後者のタイプの電気泳動素子部は、上述した高分子のマイクロカプセル中に、例えば異なる色の染料又は顔料を含む樹脂からなる半球が組み合わされた回転粒子とシリコーンオイルなどの絶縁性液体とともに内包されたものである。電界が印加されると、それぞれの半球の帯電極性の相違により回転粒子が回転しいずれかの色を呈する。   In addition, the latter type of electrophoretic element unit includes rotating particles in which hemispheres made of resins containing dyes or pigments of different colors are combined with an insulating liquid such as silicone oil in the above-described polymer microcapsule. It is included. When an electric field is applied, the rotating particles rotate due to the difference in charging polarity of the respective hemispheres and exhibit any color.

この表示方式では、明るく視野角の広い表示ができ、また、一旦電気泳動粒子あるいは回転粒子を配置した後は電界を切っても表示は変化しない、いわゆる表示メモリー性があるため消費電力の点で好ましいものである。   In this display method, a bright and wide viewing angle can be displayed, and once the electrophoretic particles or rotating particles are placed, the display does not change even when the electric field is turned off. It is preferable.

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. It can be changed.

例えば、図1、図3〜図7に示した第1の実施の形態またはその変形例の半導体装置はゲート長方向の両側がテーパー形状となっている例を示したが、テーパー形状の替わりに曲面状でもよく、あるいはそれぞれの層の両側が端面を形成し、例えばその端面が絶縁膜により規制されたものでもよい。またさらに、半導体装置の表面を絶縁膜により覆う構成としてもよい。   For example, the semiconductor device according to the first embodiment or its modification shown in FIGS. 1 and 3 to 7 shows an example in which both sides in the gate length direction are tapered, but instead of the tapered shape. A curved surface may be used, or both sides of each layer may form end faces, for example, the end faces may be regulated by an insulating film. Furthermore, the surface of the semiconductor device may be covered with an insulating film.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 多孔質体層の形成工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the formation process of a porous body layer. 第1の実施の形態の第1変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 1st modification of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第2変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 2nd modification of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第3変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 3rd modification of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第4変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 4th modification of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第5変形例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on the 5th modification of 1st Embodiment. 多孔質体層の表面の透過型電子顕微鏡像である。It is a transmission electron microscope image of the surface of a porous body layer. 実施例1のトランジスタの特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the characteristics of the transistor of Example 1. 実施例2のトランジスタのオン/オフ比とN/r値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the on / off ratio of the transistor of Example 2, and N / r value. 本発明の第2の実施の形態に係る液晶表示装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the liquid crystal display device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、20、30、40、50、60 半導体装置
11 絶縁性基板
12、80 ゲート電極
13 ゲート絶縁膜、多孔質体層
15 ソース/ドレイン電極
16、83 有機半導体層
31 絶縁膜
32 多孔質体層
70 液晶表示装置
71、75 透明基板
72 TFTアレイ部
73 液晶素子部
74 透明電極部
76 トランジスタ
78 ドレイン電極
79 画素電極
81 ソース電極
82 ゲート絶縁膜
10, 20, 30, 40, 50, 60 Semiconductor device 11 Insulating substrate 12, 80 Gate electrode 13 Gate insulating film, porous layer 15 Source / drain electrode 16, 83 Organic semiconductor layer 31 Insulating film 32 Porous layer 70 Liquid crystal display device 71, 75 Transparent substrate 72 TFT array portion 73 Liquid crystal element portion 74 Transparent electrode portion 76 Transistor 78 Drain electrode 79 Pixel electrode 81 Source electrode 82 Gate insulating film

Claims (22)

ゲート電極と、
有機物からなる半導体層と、
前記ゲート電極と半導体層との間に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極に対してゲート絶縁膜を介した反対側に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極とを備え、
前記ゲート絶縁膜は細孔が形成された多孔質体層からなることを特徴とする半導体装置。
A gate electrode;
A semiconductor layer made of organic matter;
A gate insulating film formed between the gate electrode and the semiconductor layer;
Two source / drain electrodes formed on the opposite side of the gate electrode through a gate insulating film,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film comprises a porous body layer having pores formed therein.
前記ゲート絶縁膜は、半導体層側に形成された前記多孔質体層と、ゲート電極側に形成され、前記多孔質体層とは異なる材料の絶縁膜からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The said gate insulating film consists of the said porous body layer formed in the semiconductor layer side, and the insulating film of the material which is formed in the gate electrode side and is different from the said porous body layer. Semiconductor device. 前記ソース/ドレイン電極は、半導体層側のゲート絶縁膜表面に形成され、前記半導体層に覆われてなることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain electrodes are formed on the surface of the gate insulating film on the semiconductor layer side and are covered with the semiconductor layer. 前記ソース/ドレイン電極は、ゲート絶縁膜とは反対側の半導体層表面に形成されてなることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source / drain electrodes are formed on the surface of the semiconductor layer opposite to the gate insulating film. 前記多孔質体層は、多数の前記細孔が形成された金属酸化物からなることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the porous body layer is made of a metal oxide in which a large number of the pores are formed. 前記金属酸化物はケイ素酸化物であることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the metal oxide is a silicon oxide. 前記細孔の平均半径が1nm〜100nmの範囲に設定されることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein an average radius of the pores is set in a range of 1 nm to 100 nm. 前記多孔質体層に占める細孔の体積割合は、多孔質体層の体積を基準として、20%以上80%未満の範囲に設定されることを特徴とする請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置。   The volume ratio of the pores occupying the porous body layer is set in a range of 20% or more and less than 80% based on the volume of the porous body layer. A semiconductor device according to claim 1. 前記多孔質体層の厚さは1nm〜1000nmの範囲に設定されることを特徴とする請求項1〜8のうち、いずれか一項記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the porous body layer is set in a range of 1 nm to 1000 nm. 前記細孔の表面が疎水性材料により被覆されていることを特徴とする請求項1〜9のうち、いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface of the pore is covered with a hydrophobic material. 絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜表面および2つのソース/ドレイン電極を覆う有機物からなる半導体層とを備えることを特徴とする請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
An insulating substrate;
A gate electrode formed on the insulating substrate;
The gate insulating film covering the gate electrode;
Two source / drain electrodes separately formed on the gate insulating layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a semiconductor layer made of an organic material that covers the surface of the gate insulating film and the two source / drain electrodes.
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を覆う有機物からなる半導体層と、
前記半導体層上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極とを備えることを特徴とする請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
An insulating substrate;
A gate electrode formed on the insulating substrate;
The gate insulating film covering the gate electrode;
A semiconductor layer made of an organic material covering the gate insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising two source / drain electrodes formed on the semiconductor layer so as to be separated from each other.
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、
前記2つのソース/ドレイン電極を覆う有機物からなる半導体層と、
前記半導体層を覆う前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えることを特徴とする請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
An insulating substrate;
Two source / drain electrodes formed separately on the insulating substrate;
A semiconductor layer made of an organic material covering the two source / drain electrodes;
The gate insulating film covering the semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode formed on the gate insulating film.
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に離隔して形成された2つのソース/ドレイン電極と、
前記半導体層および2つのソース/ドレイン電極を覆う前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えることを特徴とする請求項1〜10のうち、いずれか一項記載の半導体装置。
An insulating substrate;
A semiconductor layer formed on the insulating substrate;
Two source / drain electrodes formed apart from each other on the semiconductor layer;
The gate insulating film covering the semiconductor layer and the two source / drain electrodes;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode formed on the gate insulating film.
画像素子部と、
請求項1〜14のうちいずれか一項記載の半導体装置が配置されなり、前記半導体装置を選択的にオンあるいはオフさせて、前記素子部に電界を印加し、あるいは前記素子部にキャリアを注入して画像素子部の光学的性質を制御する画像素子部駆動手段とを備える表示装置。
An image element unit;
15. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is selectively turned on or off, an electric field is applied to the element portion, or carriers are injected into the element portion. And an image element unit driving means for controlling the optical properties of the image element unit.
有機物からなる半導体層を備えた電界効果型の半導体装置の製造方法であって、
多孔質体層からなるゲート絶縁膜の形成工程を含み、
前記ゲート絶縁膜形成工程は、
界面活性剤を含む多孔質前駆体溶液を調製するステップと、
前記多孔質前駆体溶液を塗布し、乾燥して多孔質前駆体膜を形成するステップと、
前記多孔質前駆体膜を加熱して前記界面活性剤を除去するステップと、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a field effect type semiconductor device including a semiconductor layer made of an organic substance,
Including a step of forming a gate insulating film comprising a porous body layer,
The gate insulating film forming step includes
Preparing a porous precursor solution comprising a surfactant;
Applying the porous precursor solution and drying to form a porous precursor film; and
Heating the porous precursor film to remove the surfactant. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記多孔質前駆体溶液を調製するステップは、前記界面活性剤を添加した金属アルコキシドを酸性条件下で加水分解しゾル化することを特徴とする請求項16記載の半導体装置の製造方法。   17. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of preparing the porous precursor solution hydrolyzes the metal alkoxide to which the surfactant is added under an acidic condition to form a sol. 前記界面活性剤を除去するステップは、200℃〜700℃の範囲から選択された温度で加熱することを特徴とする請求項16または17記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of removing the surfactant is performed by heating at a temperature selected from a range of 200 ° C. to 700 ° C. 18. 前記界面活性剤を除去するステップは、前記多孔質前駆体膜を溶媒により溶出除去する処理を含むことを特徴とする請求項16または17記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of removing the surfactant includes a process of eluting and removing the porous precursor film with a solvent. 前記界面活性剤を除去するステップは、前記多孔質前駆体膜をオゾンあるいは酸素雰囲気中でプラズマ処理を行うことを含むことを特徴とする請求項16または17記載の半導体装置の製造方法。   18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of removing the surfactant includes performing a plasma treatment on the porous precursor film in an ozone or oxygen atmosphere. 前記多孔質前駆体溶液を調製するステップは、前記界面活性剤を添加した金属アルコキシドにさらに疎水化処理剤を添加することを特徴とする請求項16〜20のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。   21. The semiconductor according to claim 16, wherein the step of preparing the porous precursor solution further comprises adding a hydrophobizing agent to the metal alkoxide to which the surfactant is added. Device manufacturing method. 前記界面活性剤を除去するステップの後に、
疎水化処理を行うステップを更に備えることを特徴とする請求項16〜20のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
After the step of removing the surfactant,
21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, further comprising a step of performing a hydrophobic treatment.
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