DE102004061929A1

DE102004061929A1 - Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs und Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich

Info

Publication number: DE102004061929A1
Application number: DE102004061929A
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr. Halik; Hagen Dr. Klauk; Florian Eder; Günter Dr. Schmid; Dirk Dr. Rohde
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs (50) und Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich (50), bei welchen durch die Wahl der Schichtstärken (dPh, dOrg) für das Fotomaterial (80) eines Fotomaterialbereichs (80') und des organischen Halbleitermaterials (50') eines organischen Halbleitermaterialbereichs (50) sowie durch Wahl der Geometrie des Schichtstärkenverlaufs des Fotomaterials (80') eine Strukturierung des organischen Halbleitermaterials (50') inhärent bei dessen Ausbildung auf der Oberfläche (100a) einer zugrunde liegenden Materialstruktur (100) erreicht werden kann, nämlich ohne dass Strukturierungsprozesse zum Entfernen überschüssigen organischen Halbleitermaterials (50') notwendig wären.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Methode zur strukturierten Abscheidung von Halbleitern auf beliebigen Substraten.

Bei der Ausbildung von Halbleitermaterialbereichen auf zugrunde liegenden Substraten ist in der Regel bei der Weiterverarbeitung eine bestimmte Struktur für den ausgebildeten Halbleitermaterialbereich notwendig. Das bedeutet insbesondere, dass bestimmte geometrische Anordnungen bei der Ausgestaltung des ausgebildeten Halbleitermaterialbereichs bevorzugt werden, welche jeweils von den Anwendungsgebieten und konkreten Anwendungssituationen abhängig sind. In den meisten Fällen ergibt sich daraus die Notwendigkeit, nach dem Abscheiden des für den Halbleitermaterialbereich zugrunde liegenden Halbleitermaterials einen Strukturierungsvorgang anzuschließen, mit dessen Hilfe die gewünschte geometrische Anordnung für den Halbleitermaterialbereich sichergestellt wird.

Ein derartiges Vorgehen mag für viele herkömmliche Halbleitermaterialien auf der Grundlage einer Siliziumtechnologie oder auch einer Germaniumtechnologie in vielen Fällen unproblematisch sein. Jedoch ergeben sich bei der Weiterentwicklung moderner Halbleiterschaltungstechnologien neuere Materialklassen, gerade auf der Grundlage organischer Halbleitermate rialien, bei welchen herkömmliche Strukturierungsprozesse für die den organischen Halbleitermaterialbereichen zugrunde liegenden Halbleitermaterialien schädlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich anzugeben, bei welchen die zugrunde liegenden organischen Halbleitermaterialbereiche auf besonders schonende Art und Weise in strukturierter Form ausgebildet werden können. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verfahren sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.

Das Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs weist erfindungsgemäß folgende Schritte (A) Bereitstellen einer grundlegenden Materialstruktur mit einem Oberflächenbereich, (B) Ausbilden eines Fotomaterialbereichs mit einem Oberflächenbereich derart, dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich zu bedeckende erste Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur vom Fotomaterialbereich freigelegt werden oder frei bleiben und dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich nicht zu bedeckende zweite Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur vom Fotomaterialbereich bedeckt werden oder bedeckt bleiben, und (C) Ausbilden des organischen Halbleitermaterialbereichs auf er so erhalte nen Struktur auf, wobei im Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs eine maximale Schichtstärke dPh für den Fotomaterialbereich verwendet wird, welche die maximale Schichtstärke dOrg des organischen Halbleitermaterialbereichs im Schritt (C) des Ausbildens des organischen Halbleitermaterialbereichs derart übersteigt und wobei im Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs Übergangsbereiche von einem ersten Bereich des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur zu einem zweiten Bereich des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur mit einem zur maximalen Schichtdicke des Fotomaterialbereichs derart steilen Verlauf der Schichtstärke dPh für den Fotomaterialbereich ausgebildet wird, dass dadurch insgesamt im Schritt (C) des Ausbildens des organischen Halbleitermaterialbereichs das organische Halbleitermaterial auf den ersten Bereichen des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur und das organische Halbleitermaterial oberhalb der zweiten Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur und in Folge materialmäßig nicht zusammenhängend ausgebildete erste Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur miteinander materialmäßig nicht zusammenhängend mit dem organischen Halbleitermaterial abgedeckt ausgebildet werden.

Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, bei einem Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs bestimmte geometrische Beziehungen eines auszubildenden Fotomaterials sowie eines auszubildenden organischen Halbleitermaterials anzusetzen und auszunutzen, so dass sich inhärent nach dem Ausbilden und Strukturieren des Fotomaterials beim Ausbilden des organischen Halbleitermaterials auch eine Strukturierung des organischen Halbleitermaterials ergibt, ohne dass explizite Strukturierungsvorgänge, z. B. Ätzprozesse oder dergleichen, notwendig wären. Dies ermöglicht im Gegensatz zu Verfahren aus dem Stand der Technik eine besonders schonende Ausbildung und Strukturierung des organischen Halbleitermaterialbereichs.

Vorgeschlagen wird mit anderen Worten ein Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs, bei welchem durch die Wahl der Schichtstärken dPh, dOrg für das Fotomaterial eines Fotomaterialbereichs und des organischen Halbleitermaterials eines organischen Halbleitermaterialbereichs sowie durch Wahl der Geometrie des Schichtstärkenverlaufs des Fotomaterials eine Strukturierung des organischen Halbleitermaterials inhärent bei dessen Ausbildung auf der Oberfläche einer zugrunde liegenden Materialstruktur erreicht werden kann, nämlich ohne dass Strukturierungsprozesse zum Entfernen überschüssigen organischen Halbleitermaterials notwendig wären.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs ist es vorgesehen, dass der Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs aufweist Schritte (B1) des Abdeckens oder Einbettens der grundlegenden Materialstruktur und dadurch des Abdeckens zumindest des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur mit dem Fotomaterialbereich und (B2) des Strukturierens des Fotomaterialbereichs derart, dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich zu bedeckende erste Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur vom Fotomaterialbereich freigelegt werden oder frei bleiben und dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich nicht zu bedeckende zweite Bereiche des Oberflächenbereichs der grundlegenden Materialstruktur mit dem Fotomaterialbereich bedeckt werden oder bedeckt bleiben.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs kann es in diesem Fall vorgesehen sein, dass der Schritt (B2) des Strukturierens des Fotomaterialbereichs Unterschritte aufweist (B2-1) des Ausbildens einer Fotomaske auf dem Oberflächenbereich des Fotomaterialbereichs, (B2-2) des strukturierten Belichtens des Fotomaterialbereichs über die Fotomaske, (B2-3) des Entfernens der Fotomaske und (B2-4) des strukturierten Entfernens entweder der belichteten Bereiche oder aber der unbelichteten Bereiche des Fotomaterialbereichs und damit des Freilegens der mit dem organischen Halbleitermaterialbereich zu bedeckenden ersten Bereiche des Oberflächenbereichs der zugrunde liegenden Materialstruktur.

Bei einer anderen zusätzlichen oder alternativen und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs kann es vorgesehen sein, dass als Fotomaterial für den Fotomaterialbereich ein negativer Fotolack verwendet wird.

Alternativ dazu ist es bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs vorgesehen, dass als Fotomaterial für den Fotomaterialbereich ein positiver Fotolack verwendet wird.

Es ist vorteilhaft, wenn gemäß einer anderen zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs der Fotomaterialbereich mit einer maximalen Schichtstärke dPh ausgebildet wird, welche etwa das 20-fache bis etwa das 50-fache der maximalen Schichtstärke dOrg des organischen Halbleitermaterialbereichs beträgt.

Gemäß einer weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs ist es vorgesehen, dass der Fotomaterialbereich mit einer maximalen Schichtstärke dPh im Bereich von etwa 1 μm ausgebildet wird.

Andererseits ist es gemäß einer weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs vorgesehen, dass der organische Halbleitermaterialbereich mit einer maximalen Schichtstärke dOrg im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 50 nm ausgebildet wird.

Hinsichtlich der Schichtstärke dPh und/oder des Profils des Fotomaterialbereichs ist es bei einer anderen zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs vorgesehen, dass die Werte dieser Größen realisiert werden über die Wahl und/oder über die Variation eines Parameters oder einer Mehrzahl von Parametern aus der Gruppe, die gebildet wird von der Art, der Trocknung, der Art der Belichtungsstrahlung, der Belichtungszeit und der Entwicklungszeit des Fotomaterials für den Fotomaterialbereich.

Bei einer anderen bevorzugten zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs ist es denkbar, dass als grundlegende Materialstruktur verwendet wird ein Substrat, auf welchem oder in welchem Materiallagen für Leiterbahnen, für Elektroden und/oder für Source-/Drainbereiche ausgebildet sind.

Dabei kann es gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs vorgesehen sein, dass das Substrat ausgebildet wird mit oder aus mindestens einem Material aus der Gruppe, die besteht aus einem Glas, einem mechanisch flexiblen Material, einer Folie und einer Polymerfolie.

Bei kann es gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs vorgesehen sein, dass der organische Halbleitermaterialbereich aus oder mit mindestens einem organischen Halbleitermaterial aus der Gruppe, die gebildet wird von Pentazenen, Polythiophenen und Oligothiophenen, ausgebildet wird.

Die Erfindung betrifft des Weiteren Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich, bei welchem der organische Halbleitermaterialbereich mit einem erfindungsgemäßen ausgebildet wird.

Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit anderen Worten im Detail erläutert:
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Methode zur strukturierten Abscheidung von Halbleitern auf beliebigen Substraten.

Einführung und Hintergrund

Die sichere Realisierung komplexer integrierter Schaltungen auf beliebigen Substraten, z. B. basierend auf Transistoren mit organischen Halbleitern, erfordert die Strukturierung der halbleitenden Schichten zur Reduktion der Leckströme zwischen benachbarten Transistoren oder der Leckströme zwischen Leiterbahnen.

Im Normalfall erfolgt der Aufbau der Transistoren und der Schaltungen Schicht für Schicht. Hierbei werden im Einzelnen die entsprechenden Funktionslagen (Gate – erste Metallisie rungsebene, Gatedielektrikum, Source/Drain – zweite Metallisierungsebene) flächig auf einem Substrat abgeschieden und anschließend strukturiert. Im letzten Schritt erfolgt die Abscheidung der organischen halbleitenden Schicht. Eine subtraktive Strukturierung nach Standardmethoden (Photolithographie und anschließende Ätz- bzw. Löseprozesse) ist für eine Vielzahl besonders interessanter organischer Halbleitermaterialien der Klasse der "small-molecules" (Acene, Perfluoroacene, Oligothiophene, Phthalocyanine etc.) aber auch für eine Vielzahl von polymeren Halbleitern ungeeignet, da die Abscheidung von geeigneten Ätzmasken (z. B. Photolacken) auf der Halbleiteroberfläche zu einer Zerstörung bzw. starken Degradation der Halbleitereigenschaften des organischen Materials führt (bedingt durch enthaltene organische Lösungsmittel bzw. Monomerkomponenten in Photolack).

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das in einfacher Weise die Deposition von Halbleitern ermöglicht, so dass diese in definierten Bereichen (z. B. Transistorkanälen) von benachbarten Bereichen elektrisch isoliert sind, ohne dass ein nachfolgender Prozessschritt zur Halbleiterstrukturierung erforderlich ist.

Bisheriges Vorgehen

In der Literatur sind bisher im Wesentlichen drei Möglichkeiten der Strukturierung organischer Halbleiter beschrieben, welche allesamt Vor- bzw. Nachteile besitzen.

a) Subtraktive Strukturierung mit einem wasserbasierten Photoresist und Ätzen mittels Sauerstoffplasma [1].

Diese Methode basiert auf einer UV-vernetzbaren Formulierung von Polyvinylalkohol in Wasser mit Amoniumdichromat als photoaktive Komponente, zur Definition der Ätzmaske. Nachteil diese Methode sind neben der Giftigkeit von Chromverbindungen (Photoinitiator) und der beschränkten Einsatzmöglichkeit (Pentacene, Tetracene; n-Halbleiter werden zerstört durch Wasser) die relativ langen Belichtungszeiten (hohe Dosis) und die relativ schlechte laterale Auflösung des Systems. Speziell die hohen Belichtungsdosen führen zu irreversiblen Veränderungen der Transistoreigenschaften (z. B. Hysterese)

b) Direkte strukturierte Abscheidung der Halbleiter [2].

Der Ansatz der direkten strukturierten Deposition von funktionellen Schichten zum Aufbau elektronischer Bauelemente wird derzeit intensiv bearbeitet. Speziell die Abscheidung von leitenden Polymeren mittels diverser Drucktechniken steht hierbei im Vordergrund. Das Drucken von halbleitenden Materialien dagegen bereitet große Schwierigkeiten, da die meisten halbleitenden Polymere (in prozess- und umweltkompatiblen Lösungsmitteln) schwer löslich sind und entsprechende verdruckbare Formulierungen (Tinten) schwer herstellbar sind. Noch schwieriger gestaltet sich die Direktdeposition durch Drucktechniken von niedermolekularen Halbleitern (Pentacene etc.), welche entweder nahezu unlöslich sind oder aber lösliche Moleküle um Größenordungen schlechtere elektrische Eigenschaften liefern als aus der Gasphase abgeschiedene Verbindungen (geringere molekulare Ordnung). Ein generelles Problem der Drucktechniken ist das derzeit unzureichende Auflösungsvermögen der Verfahren.

c) Direkte strukturierte Abscheidung mittels Schattenmaskentechnik [3].

Diese Methode nutzt die Abschattung von nicht zu beschichtenden Stellen auf einem Substrat mittels einer Polymer-, Glas- oder Metallmaske wobei entsprechende Öffnungen in der Maske (justiert über das entsprechende Transistorengebiet – Kanal) ein Abscheiden der Materialien ermöglichen. Dieses Verfahren eignet sich speziell für Halbleiter die aus der Gasphase abgeschieden werden, jedoch mit der negativen Einschränkung, dass die erreichbaren Strukturgrößen, bedingt durch die Herstellung der Masken (Materialdicke etc,) limitiert sind.

d) Subtraktives Verfahren mittels einer polymeren Diffusionsbarriere (Polymere Hartmaske) und konventionellem Photolack [4].

Diese Methode nutzt die Wirkung von Parylene als Diffusionsbarriere für organische Lösungsmittel. Dieses Polymer wird dabei durch Gasphasenpolymerisation auf der organischen Halbleiterschicht abgeschieden. Im Weiteren erfolgt die Strukturierung mit herkömmlichen lithographischen Methoden. In einem Plasmaätzschritt wird das Parylene und der unterliegende Halbleiter strukturiert. Diese Methode ist kompliziert und erfordert neben dem Abscheiden der zusätzlichen Polymerschicht in einem speziellen Tool den Einsatz von Plasmaverfahren zum Abtragen der organischen Halbleiterschicht.

Erfindungsgemäßes Vorgehen

Ziel der Erfindung ist u. a. insbesondere die Bereitstellung eines Verfahrens, das in einfacher Weise die Deposition von Halbleitern ermöglicht, so dass diese in definierten Bereichen (z. B. Transistorkanälen) von benachbarten Bereichen elektrisch isoliert sind, ohne das ein nachfolgender Prozessschritt der Halbleiterstrukturierung erforderlich ist Hierzu kann der Aufbau der Transistor-/Schaltungsstrukturen bis nach der Strukturierung der S/D-Lage (1a) nach bekannten Methoden erfolgen [5]. Im Weiteren erfolgt die Vorstrukturierung der aktiven Kanalbereiche in denen der Halbleiter deponiert werden soll durch Abscheiden und Trocknen 1b, Belichten 1c und Entwickeln 1d eines konventionellen Photolackes (Positivlack – Dunkelfeldmaske; Negativlack – Hellfeldmaske). In einem letzten Schritt 1e wird der Halbleiter (organischer Halbleiter, amorphes Silizium) abgeschieden.

Die elektrische Isolation der einzelnen Transistoren voreinander ergibt sich aus der Unterbrechung der Halbleiterschicht an der Kante der entwickelten Photolackstruktur (1e) bedingt zum Einen durch die erheblichen Unterschiede in der Dicke der Schichten (Photolack ca. 1 μm, Halbleiterschicht ca. 20 nm bis ca. 50 nm) und zum Anderen durch die Steilheit der Kante (Profil des Lackes). Durch die Art des Lackes (Positiv- oder Negativlack) sowie die Einstellung entsprechender Parameter (Schichtdicke, Trocknung (soft-bake), Belichtungszeit, Entwicklungszeit) lässt sich dieses Verfahren für nahezu alle bekannten Photolacke (incl. verschieden Belichtungswellenlängen) umsetzen.

Durch die Wahl geeigneter Belichtungsmasken wird sichergestellt, das neben der elektrischen Isolation der verschiedenen Kanalgebiete der Transistoren auch unerwünschte Leckströme (z. B. zwischen Leiterbahnen der S/D-Lage) vermieden werden, da diese Gebiete mit Photolack bedeckt sind und eine Abscheidung des Halbleiters in diesen Bereichen nicht zu Strompfaden über selbigen führen kann.

Die so hergestellten Transistoren und Schaltungen zeichnen sich durch hervorragende elektrische Eigenschaften aus (Ladungsträgerbeweglichkeit μ > 0.1 cm²/Vs, ON/OFF ratio > 105, Hysterese < 2 V), wobei besonders das ON/OFF Verhältnis sowie die geringe Hysterese der Transitoren ein Qualitätsmaßstab sind. Eine weitere Behandlung der Substrate ist nach dieser Methode nicht notwendig, jedoch kann optional eine Versiegelung der elektronischen Bauelemente erfolgen.

Kernaspekte der Erfindung

Ein Kernaspekt der Erfindung ist unter anderem insbesondere die Schaffung einer Methode zur Strukturierung von Halbleitern und insbesondere von organischen Halbleitern während deren Abscheidung unter Ausnutzung von Topographieunterschieden zwischen einer Photolackschicht und den Transitorkanalgebieten.

Ausführungsbeispiel der Erfindung

Als ein Auszug aus einer möglichen Prozessbeschreibung zur Realisierung der oben genannten Methode werden Schritte 14 und 15 angeführt. Der Schritt 14 – Pre-Litho S1813 – entspricht hinsichtlich der Prozessparameter den Schritten gemäß den 1B bis 1D. Der Schritt 15 – Semi Dep – entspricht hinsichtlich der Prozessparameter den Schritte gemäß 1E.

Nachfolgend werden diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung anhand schematischer Zeichnungen auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
1A – E sind geschnittene Seitenansichten von Strukturen, die als Zwischenzustände bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs erreicht werden.
2 beschreibt in Form einer Tabelle bestimmte Prozessparameter bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs.
Nachfolgend werden strukturell und/oder funktionell ähnliche oder vergleichbare Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass in jedem Fall ihres Auftretens eine detaillierte Beschreibung wiederholt wird.
Die Abfolge der 1A – 1E erläutert in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenstufen, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs erreicht werden.
Wie in 1A dargestellt ist, wird zunächst ein Substrat 20 mit einem Oberflächenbereich 20a bereitgestellt, auf dessen Oberfläche 20a eine Schichtenfolge 10 mit einer ersten oder untersten Materialschicht 11 für einen Gatebereich G mit einem Oberflächenbereich 11a, einer zweiten Materialschicht 12 für eine Gateisolation GOX mit einem Oberflächenbereich 12a sowie – in strukturierter Art und Weise – eine dritte Materialschicht 13 mit einem Oberflächenbereich 13a ausgebildet, wobei die dritte Materialschicht 13 in strukturierter Art und Weise z. B. Source- und Drainbereiche S bzw. D für eine auszubildende Halbleiterschaltungsanordnung bereitstellt.
Durch die Strukturierung der dritten Materialschicht 13 entstehen im dritten Materialbereich 13 an ersten und zweiten Stellen 14-1 bzw. 14-2 Ausnehmungen 14 derart, dass Bereiche der Gateisolation 12 und deren Oberfläche 12a vom dritten Materialbereich 13 für die Source- und Drainbereiche S bzw. D freigelegt werden. Die so erhaltene Anordnung bildet die dem Verfahren zugrunde liegende Materialstruktur 100 mit einem Oberflächenbereich 100a, welcher sich in erste Bereiche 100a1 und in zweite Bereiche 100a2 untergliedert, wobei die ersten Bereiche 100a1 in der Zielsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem organischen Halbleitermaterialbereich 50 in Kontakt gebracht und mit diesem abgedeckt werden sollen und wobei die zweiten Oberflächenbereiche 100a2 als Zielsetzung des Verfahrens nicht mit dem organischen Halbleitermaterialbereich 50 in Kontakt gebracht und abgedeckt werden, also frei bleiben sollen.
Im Übergang zu dem in 1B gezeigten Zwischenzustand wird dann die in 1A gezeigte grundlegende Materialstruktur 100 auf ihrer Oberfläche 100a vollständig mit einem Fotomaterial 80' eines Fotomaterialbereichs 80 in Form eines Fotolacks abgedeckt. Dadurch werden insbesondere die ersten Oberflächenbereiche 100a1 – im Bereich der ersten und zweiten Stellen 14-1 bzw. 14-2 – und zweiten Oberflächenbereiche 100a2 der grundlegenden Materialstruktur 100 mit dem Fotolack 80' bedeckt.
In dem in 1C gezeigten Zwischenzustand der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs 50 wird dann auf die Oberfläche 80a des Fotomaterialbereichs 80 eine Fotomaske 40 aufgebracht. Die Fotomaske 40 ist so strukturiert, dass ein selektives Belichten und Abschatten derjenigen Anteile des Fotomaterialbereichs 80 erfolgen kann, die auf den ersten Oberflächenbereichen 100a1, also an den ersten und zweiten Stellen 14-1, 14-2 bzw. auf den zweiten Oberflächenbereichen 100a2 der Oberfläche 100a der grundlegenden Materialstruktur 100 erfolgen kann, wie dies durch entsprechende Pfeile für die Belichtungsstrahlung in 1C angedeutet ist. Die abgeschatteten, also unbelichteten Bereiche des Fotomaterialbereichs 80 oberhalb der zweiten Oberflächenbereiche 100a2 bleiben unverändert, wogegen die Fotomaterialbereiche oberhalb der ersten Oberflächenbereiche 100a1, also an den ersten und zweiten Stellen 14-1 bzw. 14-2 durch die Beaufschlagung mit der Belichtungsstrahlung chemisch und/oder physikalisch verändert werden.
Diese chemische und/oder physikalische Veränderung derjenigen Anteile des Fotomaterialbereichs 80, die auf den ersten Breichen oder Oberflächenbereichen 100a1 der Oberfläche 100a der grundlegenden Materialstruktur 100, also an den ersten und zweiten Stellen 14-1, 14-2 aufliegen, werden dann im Übergang zu dem in 1D gezeigten Zwischenzustand des erfindungsgemäßen Verfahrens selektiv entfernt, so dass die ersten Bereiche oder Oberflächenbereiche 100a1 der Oberfläche 100a der grundlegenden Materialstruktur 100, also an den ersten und zweiten Stellen 14-1, 14-2 vom Fotomaterial 80' freigelegt werden, wogegen die zweiten Oberflächenbereiche 100a2 der Oberfläche 100a der grundlegenden Materialstruktur 100 vom Fotomaterial 80' bedeckt bleiben.
Im Übergang zu dem in 1E gezeigten Zwischenzustand für das erfindungsgemäße Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs 50 wird dann ein für den organischen Halbleitermaterialbereich 50 grundlegendes organisches Halbleitermaterial 50' abgeschieden.
Dabei wird für das organische Halbleitermaterial erfindungsgemäß eine maximale Schichtdicke dOrg gewählt, die derart geringer ist als die maximale Schichtdicke dPh des Fotomaterials 80' des Fotomaterialbereichs 80, dass der organische Halbleitermaterialbereich 50 nicht als zusammenhängender Materialbereich entsteht, sondern als eine Anordnung von einander materiell isolierter oder materiell nicht zusammenhängender Gebiete. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass die ersten Oberflächenbereiche 100a1, also an den ersten und zweiten Stellen 14-1, 14-2 und die zweiten Oberflächenbereiche 100a2 der Oberfläche 100a der zugrunde liegenden Materialstruktur 100 mit materiell nicht zusammenhängenden Bereichen des organischen Halbleitermaterials 50' des organischen Halbleitermaterialbereichs 50 bedeckt sind. In Folge davon sind auch voneinander durch zweite Oberflächenbereiche 100a2 getrennte erste Oberflächenbereiche 100a1 nicht materiell zusammenhängend mit organischem Halbleitermaterial 50' bedeckt. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass in den Übergangsbereichen 100ü zwischen direkt benachbarten ersten Oberflächenbereichen 100a1 und zweiten Oberflächenbereichen 100a2 keine zusammenhängende Materialschicht an organischem Halbleitermaterial 50' ausgebildet wird, und zwar erfindungsgemäß aufgrund des Zusammenhangs zwischen der Steilheit des Schichtdickenverlaufs des Fotomaterialbereichs 80 im Vergleich zu den gewählten Schichtstärken dPh für den Fotomaterialbereich 80 und dOrg für den organischen Halbleitermaterialbereich 50.
2 zeigt in tabellarischer Form Parametersätze für zwei beispielhaft aufgelistete Prozessteilschritte.
Zitierte Literatur

[1] C.D. Sheraw et al. 2000 International Electron Devices Meeting Technical Digest, 2000, 619.
[2] A. Huebler et al. Proceedings of POLYTRONIC 2002 – IEEE Conference on Polymers and Adhesives in Microelectronics and Photonics, 2002, 176.
[3] T.W. Kelly et al. MRS Symp. Proc., 771, 2003, 169.
[4] I. Kymissis et al. J. Vac. Sci. Technol. B, 20, 2002, 956 – 959.
[5] Klauk et al. Appl. Phys. Lett., 82, 2003,4175.

10: Materialschichtanordnung
11: erste Materialschicht, erster materieller Bereich
11a: Oberflächenbereich
12: zweite Materialschicht, zweiter materieller Be
: reich
12a: Oberflächenbereich
13: dritte Materialschicht, dritter materieller Be
: reich
13a: Oberflächenbereich
14: Ausnehmung
14-1: erste Ausnehmung, erste Stelle
14-2: zweite Ausnehmung, zweite Stelle
20: Substrat
20a: Oberflächenbereich
40: Maske
40a: Oberflächenbereich
50: organischer Halbleitermaterialbereich
50a: Oberflächenbereich
50': organisches Halbleitermaterial
80: Fotomaterialbereich
80a: Oberflächenbereich
80': Fotomaterial, Fotolack
100: grundlegende Materialstruktur
100a: Oberflächenbereich
100a1: erster Oberflächenbereich
100a2: zweiter Oberflächenbereich
dOrg: (maximale) Schichtstärke des organischen Halblei
: termaterials 50'
dPh: (maximale) Schichtstärke des Fotomaterials 80'
D: Drain, Drainelektrode, Drainbereich
G: Gate, Gateelektrode, Gatebereich
GOX: Gateisolation, Gatedielektrikum
S: Source, Sourceelektrode, Sourcebereich

Claims

Verfahren zum strukturierten Ausbilden eines organischen Halbleitermaterialbereichs, mit den Schritten: (A) Bereitstellen einer grundlegenden Materialstruktur (100) mit einem Oberflächenbereich (100a), (B) Ausbilden eines Fotomaterialbereichs (80) mit einem Oberflächenbereich (80a) derart, – dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich (50) zu bedeckende erste Bereiche (100a1) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) vom Fotomaterialbereich (80) freigelegt werden oder frei bleiben und – dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich (50) nicht zu bedeckende zweite Bereiche (100a2) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) vom Fotomaterialbereich (80) bedeckt werden oder bedeckt bleiben, und (C) Ausbilden des organischen Halbleitermaterialbereichs (50) auf der so erhaltenen Struktur, – wobei im Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs (80) eine maximale Schichtstärke (dPh) für den Fotomaterialbereich (80) verwendet wird, welche die maximale Schichtstärke (dOrg) des organischen Halbleitermaterialbereichs (50) im Schritt (C) des Ausbildens des organischen Halbleitermaterialbereichs (50) derart übersteigt und – wobei im Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs (80) Übergangsbereiche (100ü) von einem ersten Bereich (100a1) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) zu einem zweiten Bereich (100a2) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) mit einem zur maximalen Schichtdicke (dPh) des Fotomaterialbereichs (80) derart steilen Verlauf der Schichtstärke (dPh) für den Fotomaterialbereich (80) ausgebildet wird, – dass dadurch insgesamt im Schritt (C) des Ausbildens des organischen Halbleitermaterialbereichs (50) das organische Halbleitermaterial (50') auf den ersten Bereichen (100a1) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) und das organische Halbleitermaterial (50') oberhalb der zweiten Bereiche (100a2) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) und in Folge materialmäßig nicht zusammenhängend ausgebildete erste Bereiche (100a1) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) miteinander materialmäßig nicht zusammenhängend mit dem organischen Halbleitermaterial (50') abgedeckt ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt (B) des Ausbildens des Fotomaterialbereichs (80) aufweist Schritte des: (B1) Abdeckens oder Einbettens der grundlegenden Materialstruktur (100) und dadurch Abdecken zumindest des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) mit dem Fotomaterialbereich (80) und (B2) des Strukturierens des Fotomaterialbereichs (80) derart, dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich (50) zu bedeckende erste Bereiche (100a1) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) vom Fotomaterialbereich (80) freigelegt werden oder frei bleiben und dass mit dem organischen Halbleitermaterialbereich (50) nicht zu bedeckende zweite Bereiche (100a2) des Oberflächenbereichs (100a) der grundlegenden Materialstruktur (100) mit dem Fotomaterialbereich (80) bedeckt werden oder bedeckt bleiben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der Schritt (B2) des Strukturierens des Fotomaterialbereichs (80) Unterschritte aufweist: (B2-1) des Ausbildens einer Fotomaske (40) auf dem Oberflächenbereich (80a) des Fotomaterialbereichs (80), (B2-2) des strukturierten Belichtens des Fotomaterialbereichs (80) über die Fotomaske (40), (B2-3) des Entfernens der Fotomaske (40) und (B2-4) des strukturierten Entfernens entweder der belichteten Bereiche oder aber der unbelichteten Bereiche des Fotomaterialbereichs (80) und damit Freilegen der mit dem organischen Halbleitermaterialbereich (50) zu bedeckenden ersten Bereiche (100a) des Oberflächenbereichs (100a) der zugrunde liegenden Materialstruktur (100).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem als Fotomaterial (80') für den Fotomaterialbereich (80) ein negativer Fotolack verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, bei welchem als Fotomaterial (80') für den Fotomaterialbereich (80) ein positiver Fotolack verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Fotomaterialbereich (80) mit einer maximalen Schichtstärke (dPh) ausgebildet wird, welche etwa das 20-fache bis etwa das 50-fache der maximalen Schichtstärke (dOrg) des organischen Halbleitermaterialbereichs (50) beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Fotomaterialbereich (80) mit einer maximalen Schichtstärke (dPh) im Bereich von etwa 1 μm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der organische Halbleitermaterialbereich (50) mit einer maximalen Schichtstärke (dOrg) im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 50 nm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Schichtstärke (dPh) und/oder das Profil des Fotomaterialbereichs (80) eingestellt werden, über die Wahl und/oder über die Variation eines Parameters oder einer Mehrzahl von Parametern aus der Gruppe, die gebildet wird von der Art, der Trocknung, der Art der Belichtungsstrahlung, der Belichtungszeit und der Entwicklungszeit des Fotomaterials (80') für den Fotomaterialbereich (80).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem als grundlegende Materialstruktur (100) verwendet wird ein Substrat (20), auf welchem oder in welchem Materiallagen für Leiterbahnen, für Elektroden und/oder für Source-/Drainbereiche ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem das Substrat (20) ausgebildet wird mit oder aus mindestens einem Material aus der Gruppe, die besteht aus einem Glas, einem mechanisch flexiblen Material, einer Folie und einer Polymerfolie.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der organische Halbleitermaterialbereich (50) aus oder mit mindestens einem organische Halbleitermaterial (50') ausgebildet wird aus der Gruppe, die gebildet wird von Pentazenen, Polythiophenen und Oligothiophenen.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschaltungsanordnung mit einem organischen Halbleitermaterialbereich, bei welchem der organische Halbleitermaterialbereich (50) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet wird.