JP2003110110A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2003110110A
JP2003110110A JP2001303217A JP2001303217A JP2003110110A JP 2003110110 A JP2003110110 A JP 2003110110A JP 2001303217 A JP2001303217 A JP 2001303217A JP 2001303217 A JP2001303217 A JP 2001303217A JP 2003110110 A JP2003110110 A JP 2003110110A
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semiconductor
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Inventor
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Masaomi Sasaki
正臣 佐々木
Toshiya Kosaka
俊也 匂坂
Takashi Okada
崇 岡田
Masashi Torii
昌史 鳥居
Shinichi Kawamura
慎一 河村
Takanori Tano
隆徳 田野
Hiroshi Kondo
浩 近藤
Hiroyuki Iechi
洋之 家地
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having a potential-jump barrier or a surface barrier
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/491Vertical transistors, e.g. vertical carbon nanotube field effect transistors [CNT-FETs]

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which a short channel is by reducing a gate length in order to improve practical field mobility, and to provide a method of manufacturing the semiconductor device at a low cost. SOLUTION: This semiconductor device has an electrode layer 1, a semiconductor layer 2, and a second electrode layer 3, which are successively layered in this order, and a first electrical insulation layer 4 and a third electrode layer 5, which are formed vertically in this order so as to be brought into contact with one-side sidewalls of the layered layers 1, 2, and 3. The first electrode layer 1, the second electrode layer 3, and the third electrode layer 5 are, for instance, a source electrode layer, a drain electrode layer, and a gate electrode layer. The first electrical insulation layer 4 is, for instance, a gate electrical insulation layer. The semiconductor device is, for instance, a vertical field effect transistor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、さらに、詳しくは、ソース電極層、
半導体層及びドレイン電極層が順次積層された電気信号
によって電流値を制御するシートディスプレイ、シート
コンピュータ装置の駆動演算回路として用いられる縦型
電界効果型トランジスタ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more specifically, a source electrode layer,
The present invention relates to a sheet display in which a semiconductor layer and a drain electrode layer are sequentially stacked to control a current value by an electric signal, a vertical field effect transistor used as a drive arithmetic circuit of a sheet computer device, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体層(活性層)に無機材料を用いた
薄膜電界効果型トランジスタは、斯界で知られており
(D. B. Thomasson & al., IEEE El. Dev.Lett., Vol.
18, p.117; March 1997 参照。)、すでに、工業製品と
しても製造されている。図7は、従来の無機材料を用い
た薄膜電界効果型トランジスタである。図7に示すよう
に、従来の無機材料を用いた薄膜電界効果型トランジス
タは、基板101に対し、横方向に配置されている。ソ
ース電極層105及びドレイン電極層106は、電気的
に中性である無機半導体層(チャネル層領域)104に
より分離されて設けられている。ゲート電極102は、
ゲート電気絶縁層103により無機半導体層104と電
気的に分離されて、基板101の上に配置している。無
機半導体層104を構成する半導体材料としては、無機
アモルファス材料(水素化アモルファスSi)、無機多
結晶材料等の無機材料が用いられている。
2. Description of the Related Art A thin film field effect transistor using an inorganic material for a semiconductor layer (active layer) is known in the art (DB Thomasson & al., IEEE El. Dev. Lett., Vol.
18, p. 117; March 1997. ), Already manufactured as an industrial product. FIG. 7 shows a thin film field effect transistor using a conventional inorganic material. As shown in FIG. 7, the conventional thin film field effect transistor using an inorganic material is arranged laterally with respect to the substrate 101. The source electrode layer 105 and the drain electrode layer 106 are provided so as to be separated by the electrically neutral inorganic semiconductor layer (channel layer region) 104. The gate electrode 102 is
The gate electrical insulating layer 103 is electrically separated from the inorganic semiconductor layer 104 and is provided over the substrate 101. As a semiconductor material forming the inorganic semiconductor layer 104, an inorganic material such as an inorganic amorphous material (hydrogenated amorphous Si) or an inorganic polycrystalline material is used.

【0003】また、半導体層に有機材料を用いた薄膜電
界効果型トランジスタも、斯界で知られている(A. Dod
abalapur & al., Appl. Phys. Lett., Vol. 69, pp. 42
27-29, December 1996参照。)。図8は、従来の有機材
料を用いた薄膜電界効果型トランジスタである。図8に
示すように、この従来の有機材料を用いた薄膜電界効果
型トランジスタも、前記無機材料を用いた薄膜電界効果
型トランジスタと同様に、基板111に対し、横方向に
配置されている。ソース電極層115及びドレイン電極
層116は、電気的に中性である有機半導体層(チャネ
ル層領域)114により分離されて設けられている。ゲ
ート電極112は、ゲート電気絶縁層113により有機
半導体層114と電気的に分離されて、基板111の上
に配置している。有機半導体層114を構成する半導体
材料としては、π電子共役系の高分子化合物、芳香族化
合物等の有機材料が用いられてきた。
A thin film field effect transistor using an organic material for a semiconductor layer is also known in the art (A. Dod).
abalapur & al., Appl. Phys. Lett., Vol. 69, pp. 42
See 27-29, December 1996. ). FIG. 8 shows a thin film field effect transistor using a conventional organic material. As shown in FIG. 8, this conventional thin film field effect transistor using an organic material is also laterally arranged with respect to the substrate 111, similarly to the thin film field effect transistor using an inorganic material. The source electrode layer 115 and the drain electrode layer 116 are provided separated by an electrically neutral organic semiconductor layer (channel layer region) 114. The gate electrode 112 is disposed on the substrate 111, being electrically separated from the organic semiconductor layer 114 by the gate electric insulation layer 113. As a semiconductor material forming the organic semiconductor layer 114, an organic material such as a π-electron conjugated polymer compound or an aromatic compound has been used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これらの薄膜電界効果
型トランジスタは、ゲート絶縁層を介してゲート電極層
より印加された電界が半導体層(チャネル部)に作用し
て、ソース電極層とドレイン電極層との間に流れる電流
を制御することによりトランジスタ動作を実現してい
る。半導体層に有機材料を用いた薄膜電界効果型トラン
ジスタは、半導体層に水素化アモルファスSiのような
無機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタと比べ
て、真空を用いないで素子を作製できること、広い
面積の均一な素子を作製できること、ソース/ドレイ
ン領域の形成を行わずに電極配線ができること、等によ
る製造方法の簡便さのために、製造コストを低減でき
る、という利点を有している。しかしながら、半導体層
に有機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタは、半
導体層に水素化アモルファスSiのような無機材料を用
いた薄膜電界効果型トランジスタと比べて、(イ)キャリ
ア移動度(トランジスタ性能を示す)が低いこと、(ロ) 大
電流を流せないこと、(ハ) 高速動作ができないこと、等
の問題があった。
In these thin film field effect transistors, the electric field applied from the gate electrode layer through the gate insulating layer acts on the semiconductor layer (channel portion), so that the source electrode layer and the drain electrode layer are formed. Transistor operation is realized by controlling the current flowing between the layers. A thin-film field-effect transistor using an organic material for a semiconductor layer can manufacture an element without using a vacuum as compared with a thin-film field-effect transistor using an inorganic material such as hydrogenated amorphous Si for a semiconductor layer. There is an advantage that the manufacturing cost can be reduced due to the fact that an element having a uniform area can be manufactured, the electrode wiring can be formed without forming the source / drain regions, and the manufacturing method is simple. However, the thin film field effect transistor using an organic material for the semiconductor layer has a higher carrier mobility (transistor performance) than the thin film field effect transistor using an inorganic material such as hydrogenated amorphous Si for the semiconductor layer. Is low, (b) cannot pass a large current, and (c) cannot operate at high speed.

【0005】従来、このような問題を解決するために開
発された技術としては、例えば、π共役高分子の共役状
態を制御する技術、分子電気伝導異方性を用いる技術、
等の有機半導体材料に係わる技術、及び、蒸着法にて有
機高分子膜を得る際に高い結晶性を実現させる技術があ
った。
Conventionally, techniques developed to solve such problems include, for example, a technique for controlling the conjugated state of a π-conjugated polymer, a technique for using molecular electric conduction anisotropy,
There have been technologies related to organic semiconductor materials such as, and technology for achieving high crystallinity when an organic polymer film is obtained by a vapor deposition method.

【0006】前記図7に示される従来の無機材料を用い
た薄膜電界効果型トランジスタは、ソース電極層とドレ
イン電極層との間に電圧を印加した状態でゲート電極に
電圧を印加して、ゲート電気絶縁層と半導体層との界面
にチャネルを誘起させることにより、ソース電極層とド
レイン電極との間に電流を流すものである。この時のソ
ース電極層とドレイン電極層との間の電流(Id )は、
一般に、次の数式で表すことができる。
In the conventional thin film field effect transistor using an inorganic material shown in FIG. 7, a voltage is applied between a source electrode layer and a drain electrode layer, and a voltage is applied to the gate electrode to A current is caused to flow between the source electrode layer and the drain electrode by inducing a channel at the interface between the electrical insulating layer and the semiconductor layer. The current (Id) between the source electrode layer and the drain electrode layer at this time is
In general, it can be expressed by the following formula.

【0007】[0007]

【数1】 但し、数式中におけるCox,μ,Vg 及びVthは、次の
とおりのものである。 Cox :ゲート容量(F/m2) μ :電界効果移動度(cm2/Vs) Vg :ゲート電圧(V) Vth :しきい値電圧(V )
[Equation 1] However, C ox , μ, V g and V th in the mathematical formula are as follows. C ox : Gate capacitance (F / m 2 ) μ: Field effect mobility (cm 2 / Vs) V g : Gate voltage (V) V th : Threshold voltage (V)

【0008】限られたトランジスタ寸法(W:ゲート
幅、L:ゲート長)内でトランジスタ性能を向上させる
には、より高いId 値を実現すればよい。式(1)よ
り、Idを向上させるW,L以外の因子としては、Co
x、μの増加が考えられる。従来においては、比誘電率
の高い材料を用いて実効的なCoxを向上させたもの(特
開平10−270712号公報)、π共役系高分子材料
の開発によりμを向上させたもの(特開平10−190
001号公報)等が報告されているが、式(1)におい
て、特に、Lを減少させることは、高いId を得るのに
得策である。Siテクノロジーにおいては、当初10μ
m幅のゲート長が、現在では0.1μm程度まで縮小さ
れつつある。これはCoxやμの開発を行わなくて、Id
値において100倍の増加をもたらすこととなる。この
短ゲート長の傾向は、これまでは、リソグラフィー加工
限界の向上に主に依存してきた。前記図8に示される従
来の有機材料を用いた薄膜電界効果型トランジスタで
は、ゲート長が10〜5μm幅であるものがもっぱら試
作されているが、リソグラフィー加工技術では、それ以
上にゲート長を短くすることは難しいという問題があっ
た。
In order to improve the transistor performance within a limited transistor size (W: gate width, L: gate length), it is necessary to realize a higher Id value. From the equation (1), as factors other than W and L for improving Id, Co
It is possible that x and μ increase. Conventionally, a material having a high relative dielectric constant for improving effective Cox (Japanese Patent Laid-Open No. 10-270712) and a material for improving μ by developing a π-conjugated polymer material (Japanese Patent Laid-Open No. 10-190
No. 001) has been reported, but particularly in the formula (1), decreasing L is a good idea for obtaining a high Id. Initially 10μ in Si technology
At present, the gate width of m-width is being reduced to about 0.1 μm. This is Id without the development of Cox and μ.
This will result in a 100-fold increase in value. This trend of short gate length has hitherto mainly depended on the improvement of the lithography processing limit. In the thin film field effect transistor using the conventional organic material shown in FIG. 8, a gate length of 10 to 5 μm is exclusively made as a prototype, but in the lithography processing technology, the gate length is further shortened. There was a problem that it was difficult to do.

【0009】有機半導体をトランジスタの製造に用いる
利点は、低製造コストであるところ、Siテクノロジー
で開発されたリソグラフィー加工技術を有機半導体を用
いたトランジスタの製造に用いることは、有機トランジ
スタの利点である低製造コストの概念から反するものと
なるので、この技術を積極的に採用することはありえな
いと考えられる。ソフトリソグラフィーなる概念の工法
を用いて有機トランジスタを製造することが提案されて
いるが、この工法を用いても前述のとおり10〜5μm
のゲート長のものしか製造できないのが現状であるの
で、ゲート長を短くすることは難しいという問題があっ
た。
The advantage of using an organic semiconductor for manufacturing a transistor is a low manufacturing cost. However, it is an advantage of an organic transistor to use a lithography processing technology developed by Si technology for manufacturing a transistor using an organic semiconductor. It is considered unlikely that this technology will be actively adopted, as it is contrary to the concept of low manufacturing cost. It has been proposed to manufacture an organic transistor by using a method called soft lithography. However, even if this method is used, it is 10 to 5 μm as described above.
It is difficult to shorten the gate length because it is currently possible to manufacture only those with the gate length.

【0010】本発明は、かかる問題を解決することを目
的としている。即ち、本発明は、ゲート長を短くして短
チャネル化することにより実行的電界移動度を向上させ
た半導体装置及びその製造方法を低コストで提供するこ
とを目的としている。
The present invention aims to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the effective electric field mobility is improved by shortening the gate length and shortening the channel, and a manufacturing method thereof at low cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明者は、電界効果ト
ランジスタの構造を工夫することにより、その実行的電
界移動度を向上できないかと考えて、電界効果トランジ
スタの構造について探求したところ、第1の電極層、半
導体層及び第2の電極層が順次積層された半導体装置に
おいて、それらの層の一方の側壁に接するように垂直方
向に立てて設けた第1の電気絶縁層及び第3の電極層を
順次設けたところ、ゲート長を短くして短チャネル化す
ることができ、そのために、実行的電界移動度を向上さ
せることができることを見いだして、本発明を完成する
に至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has sought to improve the effective field mobility of the field effect transistor by devising the structure of the field effect transistor, and has searched for the structure of the field effect transistor. In a semiconductor device in which the electrode layer, the semiconductor layer, and the second electrode layer are sequentially stacked, the first electrical insulating layer and the third electrode which are vertically provided so as to be in contact with one sidewall of those layers. When the layers are sequentially provided, the gate length can be shortened to shorten the channel, and it has been found that the effective electric field mobility can be improved, and the present invention has been completed.

【0012】即ち、請求項1に記載された発明は、上記
目的を達成するために、第1の電極層、半導体層及び第
2の電極層が順次積層された半導体装置において、それ
らの層の一方の側壁に接するように垂直方向に立てて設
けた第1の電気絶縁層及び第3の電極層を順次有するこ
とを特徴とする半導体装置である。
That is, according to the invention described in claim 1, in order to achieve the above object, in a semiconductor device in which a first electrode layer, a semiconductor layer and a second electrode layer are sequentially laminated, those layers are A semiconductor device having a first electric insulating layer and a third electrode layer which are vertically provided so as to be in contact with one side wall and which are sequentially provided.

【0013】請求項2に記載された発明は、請求項1に
記載された発明において、第1の電極層と半導体層との
間及び/又は半導体層と第2の電極層との間にバッファ
ー層を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置。
The invention described in claim 2 is the same as the invention described in claim 1, wherein a buffer is provided between the first electrode layer and the semiconductor layer and / or between the semiconductor layer and the second electrode layer. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a layer.

【0014】請求項3に記載された発明は、請求項1又
は2に記載された発明において、前記第1の電極層、半
導体層及び第2の電極層の他方の側壁に接するように、
垂直方向に立てて設けた第2の電気絶縁層、及び、前記
第3の電極層の外側の側壁に接するように垂直方向に設
けた第3の電気絶縁層を有することを特徴とするもので
ある。
According to the invention described in claim 3, in the invention described in claim 1 or 2, so as to be in contact with the other side wall of the first electrode layer, the semiconductor layer and the second electrode layer,
A second electric insulating layer provided upright in the vertical direction, and a third electric insulating layer provided in the vertical direction so as to be in contact with the outer side wall of the third electrode layer. is there.

【0015】請求項4に記載された発明は、請求項1〜
3のいずれかに記載された発明において、前記第1の電
極層、第2の電極層及び第3の電極層が、それぞれ、ソ
ース電極層、ドレイン電極層及びゲート電極層であるこ
とを特徴とするものである。
The invention described in claim 4 is the invention according to claim 1
In the invention described in any one of 3 above, the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are a source electrode layer, a drain electrode layer, and a gate electrode layer, respectively. To do.

【0016】請求項5に記載された発明は、請求項1〜
4のいずれかに記載された発明において、前記第1の電
気絶縁層が、ゲート電気絶縁層であることを特徴とする
ものである。
The invention described in claim 5 is the invention defined in claims 1 to 1.
In the invention described in any one of 4 above, the first electric insulating layer is a gate electric insulating layer.

【0017】請求項6に記載された発明は、請求項1〜
5のいずれかに記載された発明において、前記第2の電
気絶縁層及び第3の電気絶縁層が、素子分離電気絶縁層
であることを特徴とするものである。
The invention described in claim 6 is from claim 1
In the invention described in any one of 5 above, the second electric insulation layer and the third electric insulation layer are element isolation electric insulation layers.

【0018】請求項7に記載された発明は、請求項1〜
6のいずれかに記載された発明において、前記半導体層
が、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタ
セン、ヘキサセン及びそれらの誘導体よりなる群から選
択されるアセン分子材料、フタロシアニン系化合物、
アゾ系化合物及びペリレン系化合物よりなる群から選ば
れる顔料及びその誘導体、ヒドラゾン化合物、トリフ
ェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチル
ベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合
物、トリフェニルアミン化合物、フェニレン誘導体及び
トリアリールアミン化合物よりなる群から選択される低
分子化合物並びにそれらの誘導体、或いは、ポリ−N
−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−N−ビニルカ
ルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセ
ン、ポリチオフェン誘導体、チオフェンオリゴマー誘導
体、ピレンホルムアルデヒド樹脂、ポリアセチレン誘導
体、及び、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂よ
りなる群から選択される高分子化合物、よりなる有機半
導体材料で構成されることを特徴とするものである。
The invention described in claim 7 is from claim 1
In the invention described in any of 6, the semiconductor layer is an acene molecular material selected from the group consisting of naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene and derivatives thereof, a phthalocyanine compound,
Pigments and derivatives thereof selected from the group consisting of azo compounds and perylene compounds, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbene compounds, aryl vinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, phenylene derivatives and triarylamines Low molecular weight compounds selected from the group consisting of compounds and their derivatives, or poly-N
A polymer compound selected from the group consisting of: vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene derivative, thiophene oligomer derivative, pyreneformaldehyde resin, polyacetylene derivative, and ethylcarbazoleformaldehyde resin, It is characterized in that it is composed of an organic semiconductor material.

【0019】請求項8に記載された発明は、請求項1〜
6のいずれかに記載された発明において、前記半導体層
が、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物、或いは、チタ
ン酸ストロンチウム等の複合酸化物よりなる無機半導体
材料で構成されることを特徴とするものである。
The invention described in claim 8 is from claim 1
In the invention described in any one of 6 above, the semiconductor layer is composed of an inorganic semiconductor material made of a metal oxide such as zinc oxide or tin oxide, or a composite oxide such as strontium titanate. To do.

【0020】請求項9に記載された発明は、請求項1〜
8のいずれかに記載された発明において、前記第1の電
気絶縁層、第2の電気絶縁層及び前記第3の電気絶縁層
が、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、フ
ェノール樹脂、ノボラック樹脂等の水酸基を有する電気
絶縁性のポリマー、ポリアクリロニトリル等のシアノ基
を有する電気絶縁性のポリマーよりなる群から選択され
る少なくとも1種の材料で構成されていることを特徴と
するものである。
The invention described in claim 9 is from claim 1
In the invention described in any one of 8 above, the first electric insulating layer, the second electric insulating layer and the third electric insulating layer each contain a hydroxyl group such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, a phenol resin or a novolac resin. It is characterized by comprising at least one kind of material selected from the group consisting of an electrically insulating polymer having, and an electrically insulating polymer having a cyano group such as polyacrylonitrile.

【0021】請求項10に記載された発明は、請求項1
〜9のいずれかに記載された発明において、前記第1の
電極層、第2の電極層及び第3の電極層が、クロム(C
r)、タリウム(Ta)、チタン(Ti)、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タ
ングステン(W)、ニッケル(Ni)、金(Au)、パ
ラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、錫(S
n)、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電
性ポリチアジル及び導電性ポリマよりなる群から選択さ
れる少なくとも1種の材料で構成されていることを特徴
とするものである。
The invention described in claim 10 is claim 1
In the invention described in any one of 1 to 9, the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are made of chromium (C
r), thallium (Ta), titanium (Ti), copper (C
u), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), gold (Au), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), tin (S).
n), a conductive polyaniline, a conductive polypyrrole, a conductive polythiazyl, and a conductive polymer, and at least one material selected from the group consisting of the following:

【0022】請求項11に記載された発明は、請求項1
〜10のいずれかに記載された発明において、前記半導
体装置が絶縁性基板上に形成されることを特徴とするも
のである。
The invention described in claim 11 is the same as claim 1.
In the invention described in any one of 10 to 10, the semiconductor device is formed on an insulating substrate.

【0023】請求項12に記載された発明は、請求項1
〜11のいずれかに記載された発明において、前記半導
体装置が縦型電界効果トランジスタであることを特徴と
するものである。
The invention described in claim 12 is the same as claim 1.
In the invention described in any one of 1 to 11, the semiconductor device is a vertical field effect transistor.

【0024】請求項13に記載された発明は、(イ) 基板
の上に第1の電極層を形成する工程、(ロ) 前記ソース電
極層の右側壁に接するように垂直方向に立てた第1の電
気絶縁層、前記第1の電極層の左側壁に接するように立
てた第2の電気絶縁層、及び、前記第1の電極層の右側
壁より第1の電気絶縁層の幅だけ離して垂直方向に立て
た第3の電気絶縁層、を形成する工程、(ハ) 前記第1の
電気絶縁層と第2の電気絶縁層との間の前記第1の電極
層の上に半導体層を形成する工程、(ニ) 第1の電気絶縁
層と第3の電気絶縁層との間の前記基板の上に第3の電
極層を形成する工程、(ホ) 第1の電気絶縁層と第2の電
気絶縁層との間の前記半導体層の上に第2の電極層を形
成する工程、を順次有することを特徴とする半導体装置
の製造方法である。
The invention described in claim 13 is: (a) a step of forming a first electrode layer on a substrate; and (b) a first standing upright in contact with the right side wall of the source electrode layer. A first electric insulating layer, a second electric insulating layer which is erected so as to be in contact with the left side wall of the first electrode layer, and a width of the first electric insulating layer from the right side wall of the first electrode layer; Forming a third electric insulating layer standing vertically in a vertical direction, and (c) a semiconductor layer on the first electrode layer between the first electric insulating layer and the second electric insulating layer. Forming a third electrode layer on the substrate between the first electric insulating layer and the third electric insulating layer, and (e) forming the first electric insulating layer. And a step of forming a second electrode layer on the semiconductor layer between the second electrically insulating layer and the second electrically insulating layer.

【0025】請求項14に記載された発明は、請求項1
3に記載された発明において、前記(ロ) の工程で、フォ
トレジストをスピンコートしてフォトレジスト膜を形成
した後、第1の電気絶縁層、第2の電気絶縁層及び第3
の電気絶縁層の幅に露光、現像して、第1の電気絶縁
層、第2の電気絶縁層及び第3の電気絶縁層を形成する
ことを特徴とするものである。
The invention described in claim 14 is claim 1
In the invention described in 3, the photoresist is spin-coated in the step (b) to form a photoresist film, and then the first electrical insulation layer, the second electrical insulation layer and the third electrical insulation layer are formed.
The first electric insulating layer, the second electric insulating layer, and the third electric insulating layer are formed by exposing and developing to the width of the electric insulating layer.

【0026】請求項15に記載された発明は、請求項1
3又は14に記載された発明において、前記(ハ) の工程
で、高分子有機半導体材料の溶液をインクジェット法、
凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、スクリー
ン印刷法等の手段により成膜するか、又は、低分子有機
半導体材料を真空蒸着法、分子線蒸着法等の手段により
成膜して、半導体層を形成することを特徴とするもので
ある。
The invention described in claim 15 is the same as claim 1.
In the invention described in 3 or 14, in the step (c), the solution of the polymer organic semiconductor material is subjected to an inkjet method,
A film is formed by means of a letterpress printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a screen printing method or the like, or a low molecular weight organic semiconductor material is formed by means of a vacuum vapor deposition method, a molecular beam vapor deposition method or the like, and a semiconductor It is characterized by forming a layer.

【0027】請求項16に記載された発明は、請求項1
3〜15のいずれかに記載された発明において、前記
(イ) の工程、(ニ) の工程及び(ホ) の工程で、第1の電極
層、第2の電極層及び第3の電極層を、高分子導電性材
料の溶液を印刷法、インクジェット法、凸版印刷法、凹
版印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等の手
段により成膜するか、又は、金属を真空蒸着法、イオン
プレーティング法、スパッタリング法、メッキ法等の手
段により成膜して、第1の電極層、第2の電極層及び第
3の電極層を形成することを特徴とするものである。
The invention described in claim 16 is the same as claim 1.
In the invention described in any one of 3 to 15,
In the steps (a), (d) and (e), the first electrode layer, the second electrode layer and the third electrode layer are printed with a solution of a polymer conductive material, an inkjet method. Method, letterpress printing method, intaglio printing method, offset printing method, screen printing method or the like, or metal deposition by means such as vacuum deposition method, ion plating method, sputtering method or plating method. Then, the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are formed.

【0028】請求項17に記載された発明は、請求項1
3〜16のいずれかに記載された発明において、前記第
1の電極層、第2の電極層及び第3の電極層が、それぞ
れ、ソース電極層、ドレイン電極層及びゲート電極層で
あることを特徴とするものである。
The invention described in claim 17 is the same as claim 1.
In the invention described in any one of 3 to 16, the first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are a source electrode layer, a drain electrode layer, and a gate electrode layer, respectively. It is a feature.

【0029】請求項18に記載された発明は、請求項1
3〜17のいずれかに記載された発明において、前記第
1の電気絶縁層が、ゲート電気絶縁層であることを特徴
とするものである。
The invention described in claim 18 is claim 1
The invention described in any one of 3 to 17 is characterized in that the first electric insulating layer is a gate electric insulating layer.

【0030】請求項19に記載された発明は、請求項1
3〜18のいずれかに記載された発明において、前記第
2の電気絶縁層及び第3の電気絶縁層が、素子分離電気
絶縁層であることを特徴とするものである。
The invention described in claim 19 is the same as claim 1.
The invention described in any one of 3 to 18 is characterized in that the second electrical insulation layer and the third electrical insulation layer are element isolation electrical insulation layers.

【0031】請求項20に記載された発明は、請求項1
3〜19のいずれかに記載された発明において、前記半
導体装置が縦型電界効果トランジスタであることを特徴
とするものである。
The invention described in claim 20 is the same as claim 1.
The invention described in any one of 3 to 19 is characterized in that the semiconductor device is a vertical field effect transistor.

【0032】請求項21に記載された発明は、半導体装
置の製造において、基板上に垂直方向に立てて設けた一
対の電気絶縁層の間に有機半導体材料の溶液を塗布して
有機半導体層及び/又は無機半導体及び/又は導電層を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the manufacture of a semiconductor device, a solution of an organic semiconductor material is applied between a pair of electrically insulating layers provided vertically on a substrate to form an organic semiconductor layer and an organic semiconductor layer. And / or an inorganic semiconductor and / or a conductive layer is formed, which is a method for manufacturing a semiconductor device.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施の形態を
示す半導体装置の断面図である。図2は、本発明の他の
一実施の形態を示す半導体装置の断面図である。図3
は、本発明の他の一実施の形態を示す半導体装置の断面
図である。図4は、本発明の半導体装置を駆動させるた
めの電気的接続と動作を説明するための説明図である。
図5は、本発明の一実施の形態を示す半導体装置の製造
工程を説明するための説明図である。図6は、マイクロ
コンタクトプリンティングの工程を説明するための説明
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device showing another embodiment of the present invention. Figure 3
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device showing another embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining electrical connection and operation for driving the semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the manufacturing process of the semiconductor device showing the embodiment of the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a process of microcontact printing.

【0034】図1に示されているように、本発明の半導
体装置(縦型電界効果トランジスタ)は、第1の電極層
1(ソース電極)、半導体層2(半導体領域)及び第2
の電極層3(ドレイン電極)が順次積層された半導体装
置において、それらの層の一方の側壁に接するように垂
直方向に立てて設けた第1の電気絶縁層4(ゲート電気
絶縁膜)及び第3の電極層5(ゲート電極)を順次有し
ている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device (vertical field effect transistor) of the present invention comprises a first electrode layer 1 (source electrode), a semiconductor layer 2 (semiconductor region) and a second electrode layer 1 (source electrode).
In the semiconductor device in which the electrode layers 3 (drain electrodes) are sequentially stacked, the first electrical insulating layer 4 (gate electrical insulating film) and the 3 sequentially has the electrode layer 5 (gate electrode).

【0035】図1,4に示されているように、本発明の
半導体装置によれば、電流(Id )を基板11の面に直
交する方向に流し、そして、活性領域10の一方の外側
に設けられた第3の電極層から第1の電気絶縁層4を介
して半導体層2、即ち、半導体領域に電界が印加する構
造となっているので、半導体層2の膜厚(上記式(1)
におけるゲート長Lに相当する)をいっそう薄くするこ
とができ、そのために、フォトリソグラフィー加工を用
いなくても、ゲート長Lを短くして飛躍的な短チャネル
長を構造的に実現でき、その結果、トランジスタ性能、
即ち、実行的電界移動度を向上させることができる。ま
た、半導体装置の構造がシンプルであるので、製造工程
を簡略化することができ、そのために、半導体装置の製
造コストを低減することができる。
As shown in FIGS. 1 and 4, according to the semiconductor device of the present invention, a current (Id) is caused to flow in a direction perpendicular to the surface of the substrate 11 and then outside one of the active regions 10. Since the structure is such that an electric field is applied from the provided third electrode layer to the semiconductor layer 2, that is, the semiconductor region through the first electric insulating layer 4, the film thickness of the semiconductor layer 2 (the above formula (1 )
(Corresponding to the gate length L in FIG. 1) can be made even thinner, and therefore, the gate length L can be shortened and a dramatically short channel length can be structurally realized without using photolithography processing. , Transistor performance,
That is, the effective electric field mobility can be improved. Moreover, since the structure of the semiconductor device is simple, the manufacturing process can be simplified, and therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

【0036】図2に示されているように、本発明の半導
体装置は、好ましくは、第1の電極層1と半導体層2と
の間及び/又は半導体層2と第2の電極層3との間にバ
ッファー層8,9を有することができる。第1の電極層
1と半導体層2との間及び/又は半導体層2と第2の電
極層3との間にバッファー層8,9を有していると、第
1の電極層1及び第2の電極層3と半導体層2との間に
良好な電気的コンタクトを得ることができる。バッファ
ー層8,9は、例えば、印刷法、インクジェット法等の
より形成可能な導電性高分子材料で形成され、また、ポ
リアニリンやポリジオキシチオフェンなどのほか、有機
EL材料で周知になっている電荷移送材を真空蒸着法に
て形成してもよい。また、他のバッファー層機能とし
て、トランジスタオフ電流の低減の機能を保有させても
よい。電気伝導に寄与する伝導キャリアには電子とホー
ルの二者が存在し、ホール輸送型の半導体材料のバッフ
ァー層としては、電子輸送機能を有する材料を用い、ま
た、電子輸送型半導体材料のバッファー膜としては、ホ
ール輸送機能を有する材料を用いてもよい。このよう
に、構成された素子においては、キャリアは、半導体層
とバッファー層の界面に形成された僅かな電位障壁を越
えて伝導するので、特に、トランジスタオフ電流の低減
に効果的に作用する。
As shown in FIG. 2, the semiconductor device of the present invention is preferably arranged between the first electrode layer 1 and the semiconductor layer 2 and / or the semiconductor layer 2 and the second electrode layer 3. It is possible to have buffer layers 8 and 9 between them. When the buffer layers 8 and 9 are provided between the first electrode layer 1 and the semiconductor layer 2 and / or between the semiconductor layer 2 and the second electrode layer 3, the first electrode layer 1 and the second electrode layer 3 are provided. Good electrical contact can be obtained between the second electrode layer 3 and the semiconductor layer 2. The buffer layers 8 and 9 are formed of, for example, a conductive polymer material that can be formed by a printing method, an ink jet method, or the like, and, in addition to polyaniline, polydioxythiophene, or the like, well-known charges for organic EL materials. The transfer material may be formed by a vacuum evaporation method. Further, as another buffer layer function, a function of reducing the transistor off current may be retained. There are two kinds of electrons and holes in the conduction carriers that contribute to electric conduction, and a material having an electron transporting function is used as the buffer layer of the hole transporting semiconductor material, and a buffer film of the electron transporting semiconductor material is used. As the material, a material having a hole transport function may be used. In the device thus constructed, the carriers are conducted over a slight potential barrier formed at the interface between the semiconductor layer and the buffer layer, so that the effect is particularly effective in reducing the transistor off current.

【0037】本発明の半導体装置は、前記第1の電極層
1、半導体層2及び第2の電極層3の他方の側壁、即
ち、活性領域10の他方の側壁に接するように、垂直方
向に立てて設けた第2の電気絶縁層6、及び、前記第3
の電極層5の外側の側壁に接するように垂直方向に設け
た第3の電気絶縁層7を有することができる。このよう
な第2の電気絶縁層6及び第3の電気絶縁層7は、素子
分離をするのに有効であり、また、本発明の半導体装置
を製造する際において、第1の電極層1、半導体層2及
び第2の電極層3を縦方向に順次、成膜するための型枠
として、また、第3の電極層5を成膜するための型枠と
して有効に作用する。
In the semiconductor device of the present invention, the first electrode layer 1, the semiconductor layer 2 and the second electrode layer 3 are vertically aligned so as to be in contact with the other side wall, that is, the other side wall of the active region 10. The second electrically insulating layer 6 provided upright and the third electrical insulating layer
The third electrically insulating layer 7 may be provided vertically so as to contact the outer side wall of the electrode layer 5. Such a second electric insulating layer 6 and a third electric insulating layer 7 are effective for element isolation, and when the semiconductor device of the present invention is manufactured, the first electrode layer 1, The semiconductor layer 2 and the second electrode layer 3 effectively act as a frame for sequentially forming a film in the vertical direction and as a frame for forming the third electrode layer 5.

【0038】前記半導体層は、好ましくは、ナフタレ
ン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセ
ン及びそれらの誘導体よりなる群から選択されるアセン
分子材料、フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物及
びペリレン系化合物よりなる群から選ばれる顔料及びそ
の誘導体、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化
合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、ア
リールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニル
アミン化合物、フェニレン誘導体及びトリアリールアミ
ン化合物よりなる群から選択される低分子化合物並びに
それらの誘導体、或いは、ポリ−N−ビニルカルバゾ
ール、ハロゲン化ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリ
ビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェ
ン誘導体、チオフェンオリゴマー誘導体、ピレンホルム
アルデヒド樹脂、ポリアセチレン誘導体、及び、エチル
カルバゾールホルムアルデヒド樹脂よりなる群から選択
される高分子化合物、よりなる有機半導体材料で構成さ
れる。また、フルオレノン系、ジフェノキノン系、ベン
ゾキノン系、アントラキノン系、インデノン系化合物も
使用可能である。このように、半導体を構成する材料が
有機半導体材料であるので、高分子有機半導体材料で
は、その溶液を印刷法、インクジェット法等の手段によ
り成膜することができ、また、低分子有機半導体材料で
は、これを真空蒸着法等の手段により成膜することがで
きるので、極めて薄い有機半導体層を低コストで形成す
ることができる。
The semiconductor layer is preferably composed of an acene molecular material selected from the group consisting of naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene and derivatives thereof, a phthalocyanine compound, an azo compound and a perylene compound. A low molecular weight compound selected from the group consisting of selected pigments and their derivatives, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbene compounds, aryl vinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, phenylene derivatives and triarylamine compounds. And their derivatives, or poly-N-vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene derivatives, thiophenol Mer derivatives, pyrene-formaldehyde resins, polyacetylene derivatives, and a polymer compound selected from the group consisting of ethyl carbazole formaldehyde resin, and more becomes an organic semiconductor material. Further, fluorenone-based, diphenoquinone-based, benzoquinone-based, anthraquinone-based, and indenone-based compounds can also be used. As described above, since the material constituting the semiconductor is the organic semiconductor material, in the case of the polymer organic semiconductor material, the solution thereof can be formed into a film by a method such as a printing method or an inkjet method. Then, since it can be formed into a film by means such as a vacuum evaporation method, an extremely thin organic semiconductor layer can be formed at low cost.

【0039】また、前記半導体層は、酸化亜鉛、酸化ス
ズ等の金属酸化物、或いは、チタン酸ストロンチウム等
の複合酸化物よりなる無機半導体材料で構成されてもか
まわない。このように、無機半導体材料を真空蒸着法等
の手段により成膜できるので、極めて薄い無機半導体層
を低コストで形成することができる。
The semiconductor layer may be made of an inorganic semiconductor material made of a metal oxide such as zinc oxide or tin oxide, or a composite oxide such as strontium titanate. As described above, since the inorganic semiconductor material can be formed by a method such as a vacuum vapor deposition method, an extremely thin inorganic semiconductor layer can be formed at low cost.

【0040】前記第1の電気絶縁層、第2の電気絶縁層
及び前記第3の電気絶縁層は、ポリビニルアルコール、
ポリビニルブチラール、フェノール樹脂、ノボラック樹
脂等の水酸基を有する電気絶縁性のポリマー、ポリアク
リロニトリル等のシアノ基を有する電気絶縁性のポリマ
ーよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で構
成されている。
The first electrically insulating layer, the second electrically insulating layer and the third electrically insulating layer are made of polyvinyl alcohol,
It is composed of at least one material selected from the group consisting of an electrically insulating polymer having a hydroxyl group such as polyvinyl butyral, a phenol resin and a novolac resin, and an electrically insulating polymer having a cyano group such as polyacrylonitrile.

【0041】前記第1の電極層、第2の電極層及び第3
の電極層は、クロム(Cr)、タリウム(Ta)、チタ
ン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、モリ
ブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル(N
i)、金(Au)、パラジウム(Pd)、白金(P
t)、銀(Ag)、錫(Sn)、導電性ポリアニリン、
導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル及び導電性ポ
リマよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で
構成されている。
The first electrode layer, the second electrode layer and the third electrode layer
The electrode layers of are chromium (Cr), thallium (Ta), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (N).
i), gold (Au), palladium (Pd), platinum (P
t), silver (Ag), tin (Sn), conductive polyaniline,
It is made of at least one material selected from the group consisting of conductive polypyrrole, conductive polythiazyl, and conductive polymers.

【0042】本発明の半導体装置は、絶縁性基板11上
に形成されて、縦型電界効果トランジスタとして有効に
用いられる。
The semiconductor device of the present invention is formed on the insulating substrate 11 and is effectively used as a vertical field effect transistor.

【0043】本発明の半導体装置の製造例 本発明の半導体装置(縦型電界効果トランジスタ)は、
図6(A)〜(E)に示されるように、(イ) 基板11の
上に第1の電極層1(ソース電極)を形成する工程
(A)、(ロ) 前記第1の電極層1の右側壁に接するよう
に垂直方向に立てた第1の電気絶縁層4(ゲート電気絶
縁膜)、前記第1の電極層の左側壁に接するように立て
た第2の電気絶縁層6(素子分離電気絶縁膜)、及び、
前記第1の電極層1の右側壁より第1の電気絶縁層5
(ゲート電気絶縁膜)の幅だけ離して垂直方向に立てた
第3の電気絶縁層7(素子分離電気絶縁膜)、を形成す
る工程(B)、(ハ) 前記第1の電気絶縁層4と第2の電
気絶縁層6との間の前記第1の電極層1の上に半導体層
2を形成する工程(C)、(ニ) 第1の電気絶縁層4と第
3の電気絶縁層7との間の前記基板11の上に第3の電
極層5(ゲート電極)を形成する工程(D)、(ホ) 第1
の電気絶縁層4と第2の電気絶縁層6との間の前記半導
体層2の上に第2の電極層3(ドレイン電極)を形成す
る工程(E)、を順次経て製造される。なお、図6
(C)において、イは、活性層領域であり、ロはゲート
電極領域である。
Manufacturing Example of Semiconductor Device of the Present Invention A semiconductor device (vertical field effect transistor) of the present invention is
As shown in FIGS. 6A to 6E, (a) a step (A) of forming the first electrode layer 1 (source electrode) on the substrate 11, (b) the first electrode layer A first electric insulating layer 4 (gate electric insulating film) standing vertically so as to come into contact with the right side wall of the first electrode, and a second electric insulating layer 6 standing so as to come into contact with the left side wall of the first electrode layer ( Element isolation electrical insulation film), and
From the right side wall of the first electrode layer 1 to the first electrical insulation layer 5
Step (B) of forming a third electric insulating layer 7 (element isolation electric insulating film) which is vertically stood apart by a width of (gate electric insulating film), and (c) the first electric insulating layer 4 (C) of forming the semiconductor layer 2 on the first electrode layer 1 between the second electric insulating layer 6 and the second electric insulating layer 6, (d) The first electric insulating layer 4 and the third electric insulating layer Step (D) of forming a third electrode layer 5 (gate electrode) on the substrate 11 between (7) and (7)
The step (E) of forming the second electrode layer 3 (drain electrode) on the semiconductor layer 2 between the electric insulating layer 4 and the second electric insulating layer 6 is sequentially performed. Note that FIG.
In (C), a is an active layer region, and b is a gate electrode region.

【0044】前記(イ) 工程においては、第1の電極層1
は、例えば、ガラス基板(11)の上に金(Au)を蒸
着法等の周知の薄膜形成法により成膜することにより形
成される。一般に、ガラス基板とAu膜は密着力が乏し
いので、密着層として、クロム(Cr)、チタン(T
i)、タリウム(Ta)等の金属膜を配置するのが好ま
しい。Au膜を用いる場合には、アルカンチオール系有
機材料がAu膜表面に自己制御単分子吸着膜を形成する
ので、マイクロコンタクトプリンティング法を用いて、
基板上の全面に成膜したAu膜の所望する領域にアルカ
ンチオールの転写を行い、続いて、ウェットエッチング
により露出している部分のAu膜を除去して、電極パタ
ーン、即ち、第1の電極層1を形成する。
In the step (a), the first electrode layer 1
Is formed, for example, by forming gold (Au) on the glass substrate (11) by a well-known thin film forming method such as vapor deposition. In general, since the glass substrate and the Au film have poor adhesion, the adhesion layer is made of chromium (Cr), titanium (T
It is preferable to dispose a metal film such as i) or thallium (Ta). When an Au film is used, the alkanethiol-based organic material forms a self-regulating monomolecular adsorption film on the Au film surface.
The alkanethiol is transferred to a desired region of the Au film formed on the entire surface of the substrate, and then the exposed Au film is removed by wet etching to form an electrode pattern, that is, the first electrode. Form layer 1.

【0045】前記「マイクロコンタクトプリンティング
法」は、図5(a)〜(h)に示すように、 マスター(主として、Si基板)21を準備する工程
(a)、 前記マスター21の上にレジスト22を全面に被覆す
る工程(b)、 フォトリソグラフィ・エッチングにて前記レジスト2
2の所望箇所を除去してマスター21にパターンを形成
する工程(c)、 残余の前記レジスト22を除去する工程(d) このパターンを形成したマスター21の上にポリジメ
チルシロキサン(23)を流し込み、これを熱処理する
工程(e)、 この熱処理したポリジメチルシロキサン(23)をマ
スター21から剥がして版23を形成する工程(f)、 このようにして形成した版23にアルカンチオールイ
ンク24を付ける工程(g)、 このアルカンチオールインク24をインク付けした版
23を用いて基板に成膜されたAu蒸着膜上に転写する
工程(h)、 を順次へて行われる。
In the "microcontact printing method", as shown in FIGS. 5A to 5H, a step (a) of preparing a master (mainly a Si substrate) 21, a resist 22 on the master 21. Step (b) of covering the entire surface with the resist 2 by photolithography etching.
Step (c) of removing the desired portion 2 to form a pattern on the master 21, Step (d) of removing the remaining resist 22 (p) Pour polydimethylsiloxane (23) onto the master 21 on which the pattern is formed. A step (e) of heat-treating the same, a step (f) of peeling the heat-treated polydimethylsiloxane (23) from the master 21 to form a plate 23, and applying the alkanethiol ink 24 to the plate 23 thus formed. The step (g) and the step (h) of transferring the alkanethiol ink 24 onto the Au vapor deposition film formed on the substrate using the plate 23 inked with the alkanethiol ink 24 are sequentially performed.

【0046】前記ポリジメチルシロキサンは、柔軟な樹
脂であるが、マスターパターンからの転写する条件を適
正化すれば、この樹脂で形成した版は、5μm程度の解
像度を有している。このようにして形成した版にアルカ
ンチオールインクを付け、Au蒸着膜に転写すること
で、アルカンチオール自己制御組織化膜が形成される。
この組織化膜は、Auとチオール基が結合し、両面には
アルキル基が露出しているために、よう素/よう化アン
モニウム水溶液のような極性溶媒エッチング液にAu蒸
着膜基板を浸漬すると、アルカンチオールの無い部位の
みがエッチングされる(前記本発明の(A)工程参
照)。従来のフォトリソグラフィ・エッチングでは、そ
の都度、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、及
び、レジスト剥離を順次経てパターン膜を得る方法と比
較すると、このような「マイクロコンタクトプリンティ
ング法」を用いれば、一度、版を作製するのみで、多量
の膜加工が出来、製造コストの低減に好適である。
The polydimethylsiloxane is a flexible resin, but if the conditions for transferring from the master pattern are optimized, the plate formed of this resin has a resolution of about 5 μm. The alkanethiol ink is applied to the plate thus formed and transferred to the Au vapor deposition film to form an alkanethiol self-regulating organized film.
In this textured film, Au and a thiol group are bound to each other and the alkyl groups are exposed on both sides. Therefore, when the Au vapor deposition film substrate is immersed in a polar solvent etching solution such as an iodine / ammonium iodide aqueous solution, Only the site without alkanethiol is etched (see the step (A) of the present invention). In conventional photolithography / etching, when compared with the method of obtaining a pattern film by sequentially performing resist coating, exposure, development, etching, and resist stripping each time, using such a “micro contact printing method”, A large amount of film can be processed simply by producing a plate, which is suitable for reducing the manufacturing cost.

【0047】前記(ロ) の工程においては、好ましくは、
フォトレジストをスピンコートしてフォトレジスト膜を
形成した後、第1の電気絶縁層4、第2の電気絶縁層6
及び第3の電気絶縁層7の幅に露光、現像して、第1の
電気絶縁層4、第2の電気絶縁層6及び第3の電気絶縁
層7を形成する。このような第1の電気絶縁層4第2の
電気絶縁層6及び第3の電気絶縁層7は、本発明の半導
体装置を製造する際において、第1の電極層1、半導体
層2及び第2の電極層3を縦方向に順次、成膜するため
の型枠として、また、第3の電極層5を成膜するための
型枠として有効に作用するが、半導体装置を形成した後
においては、第1の電気絶縁層4は、電気絶縁膜(ゲー
ト電気絶縁膜)として作用し、また、第2の電気絶縁層
6及び第3の電気絶縁層7は、素子分離膜として作用す
る。しかし、第2の電気絶縁層6及び第3の電気絶縁層
7は、素子分離膜として用いないのであれば、すべての
膜を形成した後に、除去してもかまわない。
In the step (b), preferably
After forming a photoresist film by spin-coating a photoresist, the first electric insulating layer 4 and the second electric insulating layer 6 are formed.
And the width of the third electric insulating layer 7 is exposed and developed to form the first electric insulating layer 4, the second electric insulating layer 6 and the third electric insulating layer 7. Such a first electric insulating layer 4, a second electric insulating layer 6 and a third electric insulating layer 7 are the first electrode layer 1, the semiconductor layer 2 and the third electric insulating layer 7 when manufacturing the semiconductor device of the present invention. The second electrode layer 3 effectively acts as a frame for sequentially forming the second electrode layer 3 in the vertical direction and as a frame for forming the third electrode layer 5 after the semiconductor device is formed. The first electric insulating layer 4 acts as an electric insulating film (gate electric insulating film), and the second electric insulating layer 6 and the third electric insulating layer 7 act as element isolation films. However, the second electric insulating layer 6 and the third electric insulating layer 7 may be removed after forming all the films, unless they are used as element isolation films.

【0048】前記第1の電気絶縁膜4の材料は、前記式
(1)で示されるCoxを高めるため、比誘電率の高いも
のが好ましい。有機材料は、各種加工性に優れているの
で、このような電気絶縁膜に特に好ましい。ノボラック
樹脂にナフトキノンジアジド紫外線感光基を導入した、
所謂ポジ型フォトレジストは、有機材料の中では、比較
的比誘電率が高いので好ましい。前記基板11の上に、
フォトレジストを塗布、プリベークした後、高圧水銀ラ
ンプにて露光処理、現像処理、及び、ポストベーク処理
を順次施して、これらの電気絶縁膜を形成する。この
際、後工程でのレジスト膜変質を防ぐためにUVキュア
処理、280℃以下のハードベーク処理を行ってもよ
い。
The material of the first electric insulating film 4 is preferably one having a high relative dielectric constant in order to increase the C ox expressed by the above formula (1). Organic materials are particularly preferable for such an electric insulating film because they are excellent in various processability. Introducing a naphthoquinonediazide UV photosensitive group into novolak resin,
So-called positive photoresists are preferable because they have a relatively high relative dielectric constant among organic materials. On the substrate 11,
After applying a photoresist and pre-baking, an exposure process, a development process, and a post-baking process are sequentially performed with a high-pressure mercury lamp to form these electrical insulating films. At this time, a UV cure treatment and a hard bake treatment at 280 ° C. or lower may be performed in order to prevent the resist film from being deteriorated in a subsequent step.

【0049】本発明においては、好ましくは、前記(ハ)
の工程で、高分子有機半導体材料の溶液をインクジェッ
ト法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、ス
クリーン印刷法等の手段により成膜するか、又は、低分
子有機半導体材料を真空蒸着法、分子線蒸着法等の手段
により成膜して、半導体層を形成する。また、真空成膜
法を用いる場合には、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化
物、チタン酸ストロンチウム等の複合酸化物からなる無
機半導体材料も成膜出来る。
In the present invention, the above (c) is preferable.
In the step of, a solution of the polymer organic semiconductor material is formed into a film by a method such as an inkjet method, a letterpress printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a screen printing method, or a low molecular weight organic semiconductor material is vacuum deposited. A film is formed by a means such as a molecular beam deposition method to form a semiconductor layer. When the vacuum film formation method is used, an inorganic semiconductor material made of a metal oxide such as zinc oxide or tin oxide or a composite oxide such as strontium titanate can be formed.

【0050】本発明においては、好ましくは、前記(イ)
の工程、(ニ) の工程及び(ホ) の工程で、第1の電極層、
第2の電極層及び第3の電極層を、高分子導電性材料の
溶液を印刷法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印
刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等の手段に
より成膜するか、又は、金属を真空蒸着法、イオンプレ
ーティング法、スパッタリング法、メッキ法等の手段に
より成膜して、第1の電極層、第2の電極層及び第3の
電極層を形成する。
In the present invention, preferably the above (a)
In the step (1), the step (d), and the step (e), the first electrode layer,
Whether the second electrode layer and the third electrode layer are formed by a solution of a polymer conductive material by a method such as a printing method, an inkjet method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, or a screen printing method. Alternatively, a metal is deposited by a method such as a vacuum evaporation method, an ion plating method, a sputtering method, or a plating method to form a first electrode layer, a second electrode layer, and a third electrode layer.

【0051】本発明の半導体の製造方法によれば、電流
(Id )を基板の面に直交する方向に流し、そして、活
性領域の一方の外側に設けられた第3の電極層から第1
の電気絶縁層を介して半導体層、即ち、半導体領域、に
電界を印加する構造の半導体装置を製造できるので、半
導体層の膜厚(上記式(1)におけるゲート長Lに相当
する)を低コストでいっそう薄くすることができ、その
ために、フォトリソグラフィー加工を用いなくても、ゲ
ート長Lを短くして飛躍的な短チャネル長を構造的に実
現でき、その結果、トランジスタ性能、即ち、実行的電
界移動度を向上させることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor of the present invention, a current (Id) is caused to flow in a direction orthogonal to the surface of the substrate, and the first electrode layer is provided from the third electrode layer provided outside one of the active regions.
Since it is possible to manufacture a semiconductor device having a structure in which an electric field is applied to the semiconductor layer, that is, the semiconductor region via the electric insulating layer of, the thickness of the semiconductor layer (corresponding to the gate length L in the above formula (1)) can be reduced. The cost can be further reduced, and therefore, the gate length L can be shortened and a dramatically short channel length can be structurally realized without using photolithography processing. As a result, transistor performance, that is, execution The electric field mobility can be improved.

【0052】本発明においては、半導体装置の製造にお
いて、基板の上に垂直方向に立てて設けた一対の電気絶
縁層の間に有機半導体材料の溶液を塗布して有機半導体
層及び/又は無機半導体及び/又は導電層を形成する。
このように、基板の上に垂直方向に立てて設けた一対の
電気絶縁層の間に有機半導体材料の溶液を塗布して有機
半導体層及び/又は無機半導体及び/又は導電層を形成
すると、基板の上に垂直方向に立てて設けた一対の電気
絶縁層が有機半導体層及び/又は無機半導体及び/又は
導電層を成膜するための型枠として有効に作用するの
で、有機半導体層及び/又は無機半導体及び/又は導電
層を低コストで成膜することができる。
In the present invention, in the manufacture of a semiconductor device, a solution of an organic semiconductor material is applied between a pair of electrically insulating layers which are vertically provided on a substrate to apply an organic semiconductor layer and / or an inorganic semiconductor layer. And / or a conductive layer is formed.
As described above, when the organic semiconductor layer solution and / or the inorganic semiconductor and / or the conductive layer are formed by applying the solution of the organic semiconductor material between the pair of electrically insulating layers provided vertically on the substrate, the substrate Since the pair of electric insulating layers vertically provided on the above effectively acts as a mold for forming the organic semiconductor layer and / or the inorganic semiconductor and / or the conductive layer, the organic semiconductor layer and / or An inorganic semiconductor and / or a conductive layer can be formed at low cost.

【0053】[0053]

【実施例】(実施例1) (1)ガラス基板上に密着膜としてCr膜を30nm幅
に成膜し、続いて、このCr膜の上にAu膜を70nm
幅に成膜した。 (2)前記Au膜上にアルカンチオールインクをインク
付けした版を用いて転写し、この基板をよう素/よう化
アンモニウム水溶液よりなるエッチング液に浸漬して、
Au膜をエッチングし、続いて、この基板を硝酸セリウ
ムアンモニウムを含む硝酸水溶液に浸漬してCr膜をエ
ッチングすることにより第1の電極層(ソース電極)を
形成した。 (3)フォトレジスト(東京応化社製、OFPR80
0)を前記基板上にスピンコーティングしてレジスト膜
を成膜し、続いて、このレジスト膜を所望するパターン
に露光、現像した後、ポストベーク及びUVキュアを施
して、前記第1の電極層の右側壁に接するように垂直方
向に立てた第1の電気絶縁層(ゲート電極)、前記第1
の電極層の左側壁に接するように立てた第2の電気絶縁
層(素子分離電気絶縁膜)、及び、前記第1の電極層の
右側壁より第1の電気絶縁層5の幅だけ離して垂直方向
に立てた第3の電気絶縁層(素子分離電気絶縁膜)を形
成した。その際、トランジスタ動作部としての活性層の
幅は、200μmとした。 (4)前記第1の電気絶縁層と第2の電気絶縁層との間
の前記第1の電極層1の上に、精製したポリヘキシルチ
オフェン(市販品)をクロロホルムに溶解した溶液とし
てインクジェット法にて成膜して、半導体層を形成し
た。その際、有機半導体濃度を0.5重量%以下とした
ので、約100nm厚以下の半導体層の形成が可能にな
った。 (5)そして、前記第1の電気絶縁層と第3の電気絶縁
層との間の前記基板の上に導電性高分子溶液(バイエル
社製、PEDOT)を用いて第3の電極層(ゲート電
極)を形成することにより半導体装置(縦型電界効果ト
ランジスタ)とした。
EXAMPLES Example 1 (1) A Cr film having a width of 30 nm was formed as an adhesion film on a glass substrate, and then an Au film having a thickness of 70 nm was formed on the Cr film.
The film was formed in the width. (2) Transfer using an alkane thiol ink inked plate on the Au film, and immerse the substrate in an etching solution composed of an iodine / ammonium iodide aqueous solution,
The first electrode layer (source electrode) was formed by etching the Au film and subsequently immersing this substrate in an aqueous nitric acid solution containing cerium ammonium nitrate to etch the Cr film. (3) Photoresist (OFPR80 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.)
0) is spin-coated on the substrate to form a resist film, and the resist film is exposed to light and developed into a desired pattern, and then post-baked and UV-cured to give the first electrode layer. A first electrically insulating layer (gate electrode) standing vertically so as to be in contact with the right side wall of the
A second electric insulating layer (element isolation electric insulating film) which is erected so as to be in contact with the left side wall of the electrode layer and a width of the first electric insulating layer 5 from the right side wall of the first electrode layer. A third electric insulating layer (element isolation electric insulating film) which was vertically stood was formed. At that time, the width of the active layer as the transistor operating portion was set to 200 μm. (4) Inkjet method as a solution of purified polyhexylthiophene (commercially available product) in chloroform on the first electrode layer 1 between the first and second electrical insulating layers. To form a semiconductor layer. At that time, since the organic semiconductor concentration was 0.5% by weight or less, it was possible to form a semiconductor layer having a thickness of about 100 nm or less. (5) Then, a conductive polymer solution (PEDOT manufactured by Bayer Co., Ltd.) is used on the substrate between the first electrically insulating layer and the third electrically insulating layer to form a third electrode layer (gate). Electrodes were formed to obtain a semiconductor device (vertical field effect transistor).

【0054】(比較例1)高濃度にホウ素をドーピング
したSiウェハよりなる基板を水蒸気酸化して前記基板
に100nmの熱酸化膜を形成した後、その基板の裏面
に形成された熱酸化膜を弗酸水溶液にて除去し、続い
て、基板上にAl電極を形成した。次に、ソース・ドレ
イン電極としてAu/Cr膜を積層し、これらの膜にフ
ォトリソグラフィ・エッチングによりパターンを成し
た。トランジスタ動作部の寸法は、W=20μm、L=
5μmとした。そして、ポリヘキシルチオフェンよりな
る半導体層をスピンコーティングにより形成して、横型
電界効果トランジスタとした。
Comparative Example 1 A substrate made of a Si wafer doped with high concentration of boron was steam-oxidized to form a 100 nm thermal oxide film on the substrate, and then the thermal oxide film formed on the back surface of the substrate was removed. It was removed with an aqueous solution of hydrofluoric acid, and subsequently an Al electrode was formed on the substrate. Next, Au / Cr films were laminated as source / drain electrodes, and a pattern was formed on these films by photolithography etching. The dimensions of the transistor operating part are W = 20 μm and L =
It was 5 μm. Then, a semiconductor layer made of polyhexylthiophene was formed by spin coating to obtain a lateral field effect transistor.

【0055】以上、実施例1で得られた半導体装置(縦
型電界効果トランジスタ)及び比較例1で得られた横型
電界効果トランジスタの性能を試験した。実施例1で得
られた半導体装置は、ソース/ドレイン電圧:20V及
びゲート電圧:20Vにおいて、ソース/ドレイン電流
として、5.6μAの電流値が測定された。一方、比較
例1で得られた横型電界効果トランジスタは、ソース/
ドレイン電圧:20V及びゲート電圧:20Vにおい
て、ソース/ドレイン電流として、60nAの電流値が
測定された。上記式(1)に基づき電界効果移動度を算
出したところ、実施例1で得られた半導体装置の電流値
は、2×10-4cm2 /V・sに相当した。したがっ
て、半導体装置(縦型電界効果トランジスタ)は、従来
の横型電界効果トランジスタよりも、約100倍のトラ
ンジスタ性能が向上したことがわかる。
The performance of the semiconductor device (vertical field effect transistor) obtained in Example 1 and the lateral field effect transistor obtained in Comparative Example 1 were tested. For the semiconductor device obtained in Example 1, a source / drain current of 5.6 μA was measured at a source / drain voltage of 20 V and a gate voltage of 20 V. On the other hand, the lateral field effect transistor obtained in Comparative Example 1 has
At a drain voltage of 20 V and a gate voltage of 20 V, a current value of 60 nA was measured as the source / drain current. When the field effect mobility was calculated based on the above formula (1), the current value of the semiconductor device obtained in Example 1 was equivalent to 2 × 10 −4 cm 2 / V · s. Therefore, it is understood that the semiconductor device (vertical field effect transistor) has a transistor performance improved about 100 times as compared with the conventional lateral field effect transistor.

【0056】[0056]

【発明の効果】(1)請求項1,4,5,9〜12に記
載された発明によれば、半導体装置が、電流(Id )を
基板の面に直交する方向に流し、そして、活性領域の一
方の外側に設けられた第3の電極層から第1の電気絶縁
層を介して半導体層、即ち、半導体領域、に電界が印加
する構造となっているので、半導体層の膜厚(上記式
(1)におけるゲート長Lに相当する)をいっそう薄く
することができ、そのために、フォトリソグラフィー加
工を用いなくても、ゲート長Lを短くして飛躍的な短チ
ャネル長を構造的に実現でき、その結果、トランジスタ
性能、即ち、実行的電界移動度を向上させることができ
る。また、半導体装置の構造がシンプルであるので、製
造工程を簡略化することができ、そのために、半導体装
置の製造コストを低減することができる。
(1) According to the invention described in claims 1, 4, 5, 9 to 12, the semiconductor device causes the current (Id) to flow in the direction perpendicular to the surface of the substrate and activates it. Since the structure is such that an electric field is applied to the semiconductor layer, that is, the semiconductor region from the third electrode layer provided outside one of the regions through the first electrical insulating layer, the film thickness of the semiconductor layer ( (Corresponding to the gate length L in the above formula (1)) can be made even thinner. Therefore, the gate length L can be shortened and a dramatically short channel length can be structurally achieved without using photolithography. It can be realized, and as a result, the transistor performance, that is, the effective field mobility can be improved. Moreover, since the structure of the semiconductor device is simple, the manufacturing process can be simplified, and therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

【0057】(2)請求項2に記載された発明によれ
ば、第1の電極層及び第2の電極層と半導体層との間に
良好な電気的コンタクトを得ることができる。
(2) According to the invention described in claim 2, good electrical contact can be obtained between the first electrode layer and the second electrode layer and the semiconductor layer.

【0058】(3)請求項3,6に記載された発明によ
れば、第2の電気絶縁層及び第3の電気絶縁層は、素子
分離をするのに有効であり、また、本発明の半導体装置
を製造する際において、第1の電極層、半導体層及び第
2の電極層を縦方向に順次、成膜するための型枠とし
て、また、第3の電極層を成膜するための型枠として有
効に作用する。
(3) According to the invention described in claims 3 and 6, the second electric insulating layer and the third electric insulating layer are effective for element isolation, and the present invention is also effective. When manufacturing a semiconductor device, the first electrode layer, the semiconductor layer and the second electrode layer are used as a mold for sequentially forming a film in the vertical direction, and for forming a third electrode layer. It works effectively as a formwork.

【0059】(4)請求項7,8に記載された発明によ
れば、半導体を構成する材料が有機半導体材料及び無機
半導体材料であるので、高分子有機半導体材料では、そ
の溶液を印刷法、インクジェット法等の手段により成膜
することができ、また、低分子有機半導体材料では、こ
れを真空蒸着法等の手段により成膜することができ、さ
らに、無機半導体材料では、これを真空蒸着法等の手段
により成膜できるので、極めて薄い半導体層を低コスト
で形成することができる。
(4) According to the invention described in claims 7 and 8, since the material constituting the semiconductor is the organic semiconductor material and the inorganic semiconductor material, in the case of the polymer organic semiconductor material, the solution thereof is printed by a printing method, It can be formed into a film by a method such as an inkjet method, and can be formed into a film by a method such as a vacuum vapor deposition method for a low molecular weight organic semiconductor material, and can be formed with a vacuum vapor deposition method for an inorganic semiconductor material. Since the film can be formed by such means as described above, an extremely thin semiconductor layer can be formed at low cost.

【0060】(5)請求項13〜20に記載された発明
によれば、半導体装置が、電流(Id )を基板の面に直
交する方向に流し、そして、活性領域の一方の外側に設
けられた第3の電極層から第1の電気絶縁層を介して半
導体層、即ち、半導体領域、に電界が印加する構造の半
導体装置を製造できるので、半導体層の膜厚(上記式
(1)におけるゲート長Lに相当する)を低コストでい
っそう薄くすることができ、そのために、フォトリソグ
ラフィー加工を用いなくても、ゲート長Lを短くして飛
躍的な短チャネル長を構造的に実現でき、その結果、ト
ランジスタ性能、即ち、実行的電界移動度を向上させる
ことができる。
(5) According to the invention described in claims 13 to 20, the semiconductor device allows a current (Id) to flow in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and is provided outside one of the active regions. Since it is possible to manufacture a semiconductor device having a structure in which an electric field is applied from the third electrode layer to the semiconductor layer, that is, the semiconductor region via the first electrical insulating layer, the film thickness of the semiconductor layer (in the formula (1) above) (Corresponding to the gate length L) can be made thinner at low cost, and therefore, the gate length L can be shortened and a dramatically short channel length can be structurally realized without using photolithography. As a result, the transistor performance, that is, the effective electric field mobility can be improved.

【0061】(6)請求項21に記載された発明によれ
ば、基板の上に垂直方向に立てて設けた一対の電気絶縁
層の間に有機半導体材料の溶液を塗布して有機半導体層
及び/又は無機半導体及び/又は導電層を形成すると、
基板の上に垂直方向に立てて設けた一対の電気絶縁層が
有機半導体層及び/又は無機半導体及び/又は導電層を
成膜するための型枠として有効に作用するので、有機半
導体層及び/又は無機半導体及び/又は導電層を低コス
トで成膜することができる。
(6) According to the invention as set forth in claim 21, a solution of an organic semiconductor material is applied between a pair of electric insulating layers provided upright on a substrate so as to form an organic semiconductor layer and an organic semiconductor layer. When the inorganic semiconductor and / or the conductive layer is formed,
Since the pair of electrical insulating layers vertically provided on the substrate effectively act as a mold for forming the organic semiconductor layer and / or the inorganic semiconductor and / or the conductive layer, the organic semiconductor layer and / or the organic semiconductor layer / Alternatively, the inorganic semiconductor and / or the conductive layer can be formed at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態を示す半導体装置の断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の一実施の形態を示す半導体装置の
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の一実施の形態を示す半導体装置の
断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の半導体装置を駆動させるための電気的
接続と動作を説明するための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining electrical connection and operation for driving the semiconductor device of the present invention.

【図5】本発明の一実施の形態を示す半導体装置の製造
工程を説明するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing step for the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図6】マイクロコンタクトプリンティングの工程を説
明するための説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a step of microcontact printing.

【図7】従来の無機材料を用いた薄膜電界効果型トラン
ジスタである。
FIG. 7 is a thin film field effect transistor using a conventional inorganic material.

【図8】従来の有機材料を用いた薄膜電界効果型トラン
ジスタである。
FIG. 8 is a thin film field effect transistor using a conventional organic material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1の電極層(ソース電極層) 2 半導体層 3 第2の電極層(ドレイン電極層) 4 第1の電気絶縁層(ゲート電気絶縁層) 5 第3の電極層(ゲート電極層) 6 第2の電気絶縁層(素子分離電気絶縁層) 7 第3の電気絶縁層(素子分離電気絶縁層) 8,9 バッファー層 10 活性領域 11 基板 1 First electrode layer (source electrode layer) 2 semiconductor layers 3 Second electrode layer (drain electrode layer) 4 First electrical insulation layer (gate electrical insulation layer) 5 Third electrode layer (gate electrode layer) 6 Second electrical insulation layer (element isolation electrical insulation layer) 7 Third electrical insulation layer (element isolation electrical insulation layer) 8,9 buffer layer 10 Active area 11 board

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 匂坂 俊也 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 岡田 崇 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 鳥居 昌史 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 河村 慎一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 田野 隆徳 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 近藤 浩 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 家地 洋之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 5F110 AA01 AA16 CC09 DD02 EE01 EE02 EE03 EE04 FF01 GG01 GG04 GG05 GG41 GG42 HK01 HK02 HK03 HK04 HK21 QQ06   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toshiya Kosaka             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Takashi Okada             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Masashi Torii             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Shinichi Kawamura             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Takanori Tano             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Hiroshi Kondo             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Hiroyuki Iechi             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh F-term (reference) 5F110 AA01 AA16 CC09 DD02 EE01                       EE02 EE03 EE04 FF01 GG01                       GG04 GG05 GG41 GG42 HK01                       HK02 HK03 HK04 HK21 QQ06

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の電極層、半導体層及び第2の電極
層が順次積層された半導体装置において、それらの層の
一方の側壁に接するように垂直方向に立てて設けた第1
の電気絶縁層及び第3の電極層を順次有することを特徴
とする半導体装置。
1. In a semiconductor device in which a first electrode layer, a semiconductor layer and a second electrode layer are sequentially stacked, a first device is provided upright in a vertical direction so as to be in contact with one side wall of these layers.
A semiconductor device having the electrical insulating layer and the third electrode layer in sequence.
【請求項2】 第1の電極層と半導体層との間及び/又
は半導体層と第2の電極層との間にバッファー層を有す
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a buffer layer between the first electrode layer and the semiconductor layer and / or between the semiconductor layer and the second electrode layer.
【請求項3】 前記第1の電極層、半導体層及び第2の
電極層の他方の側壁に接するように、垂直方向に立てて
設けた第2の電気絶縁層、及び、前記第3の電極層の外
側の側壁に接するように垂直方向に設けた第3の電気絶
縁層を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置。
3. A second electrically insulating layer provided upright in a vertical direction so as to be in contact with the other side wall of the first electrode layer, the semiconductor layer and the second electrode layer, and the third electrode. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third electrically insulating layer provided in a vertical direction so as to be in contact with an outer sidewall of the layer.
【請求項4】 前記第1の電極層、第2の電極層及び第
3の電極層が、それぞれ、ソース電極層、ドレイン電極
層及びゲート電極層であることを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の半導体装置。
4. The first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are a source electrode layer, a drain electrode layer, and a gate electrode layer, respectively.
3. The semiconductor device according to any one of 3 above.
【請求項5】 前記第1の電気絶縁層が、ゲート電気絶
縁層であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに
記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first electrically insulating layer is a gate electrically insulating layer.
【請求項6】 前記第2の電気絶縁層及び第3の電気絶
縁層が、素子分離電気絶縁層であることを特徴とする請
求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrical insulation layer and the third electrical insulation layer are element isolation electrical insulation layers.
【請求項7】 前記半導体層が、ナフタレン、アント
ラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン及びそれ
らの誘導体よりなる群から選択されるアセン分子材料、
フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物及びペリレン
系化合物よりなる群から選ばれる顔料及びその誘導体、
ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフ
ェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニ
ル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン化合
物、フェニレン誘導体及びトリアリールアミン化合物よ
りなる群から選択される低分子化合物並びにそれらの誘
導体、或いは、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ハロ
ゲン化ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレ
ン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン誘導体、
チオフェンオリゴマー誘導体、ピレンホルムアルデヒド
樹脂、ポリアセチレン誘導体、及び、エチルカルバゾー
ルホルムアルデヒド樹脂よりなる群から選択される高分
子化合物、よりなる有機半導体材料で構成されることを
特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装
置。
7. The acene molecular material, wherein the semiconductor layer is selected from the group consisting of naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene and derivatives thereof,
A pigment selected from the group consisting of phthalocyanine compounds, azo compounds and perylene compounds, and derivatives thereof,
Low molecular weight compounds selected from the group consisting of hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, diphenylmethane compounds, stilbene compounds, aryl vinyl compounds, pyrazoline compounds, triphenylamine compounds, phenylene derivatives and triarylamine compounds, and derivatives thereof, or, Poly-N-vinylcarbazole, halogenated poly-N-vinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinylanthracene, polythiophene derivative,
7. A polymer compound selected from the group consisting of a thiophene oligomer derivative, a pyrene formaldehyde resin, a polyacetylene derivative, and an ethylcarbazole formaldehyde resin, and an organic semiconductor material comprising the organic semiconductor material. The semiconductor device according to.
【請求項8】 前記半導体層が、酸化亜鉛、酸化スズ等
の金属酸化物、或いは、チタン酸ストロンチウム等の複
合酸化物よりなる無機半導体材料で構成されることを特
徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置。
8. The semiconductor layer is made of an inorganic semiconductor material made of a metal oxide such as zinc oxide or tin oxide, or a composite oxide such as strontium titanate. The semiconductor device according to any one of 1.
【請求項9】 前記第1の電気絶縁層、第2の電気絶縁
層及び前記第3の電気絶縁層が、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルブチラール、フェノール樹脂、ノボラッ
ク樹脂等の水酸基を有する電気絶縁性のポリマー、ポリ
アクリロニトリル等のシアノ基を有する電気絶縁性のポ
リマーよりなる群から選択される少なくとも1種の材料
で構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいず
れかに記載の半導体装置。
9. The electrically insulating polymer, wherein the first electrically insulating layer, the second electrically insulating layer and the third electrically insulating layer have a hydroxyl group such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, a phenol resin and a novolac resin. 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of at least one material selected from the group consisting of electrically insulating polymers having a cyano group such as polyacrylonitrile.
【請求項10】 前記第1の電極層、第2の電極層及び
第3の電極層が、クロム(Cr)、タリウム(Ta)、
チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、
モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニッケル
(Ni)、金(Au)、パラジウム(Pd)、白金(P
t)、銀(Ag)、錫(Sn)、導電性ポリアニリン、
導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル及び導電性ポ
リマよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で
構成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれ
かに記載の半導体装置。
10. The first electrode layer, the second electrode layer and the third electrode layer are made of chromium (Cr), thallium (Ta),
Titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al),
Molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), gold (Au), palladium (Pd), platinum (P
t), silver (Ag), tin (Sn), conductive polyaniline,
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is made of at least one material selected from the group consisting of conductive polypyrrole, conductive polythiazyl, and conductive polymer.
【請求項11】 前記半導体装置が絶縁性基板上に形成
されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記
載の半導体装置。
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed on an insulating substrate.
【請求項12】 前記半導体装置が縦型電界効果トラン
ジスタであることを特徴とする請求項1〜11のいずれ
かに記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a vertical field effect transistor.
【請求項13】 (イ) 基板の上に第1の電極層を形成す
る工程、 (ロ) 前記ソース電極層の右側壁に接するように垂直方向
に立てた第1の電気絶縁層、前記第1の電極層の左側壁
に接するように立てた第2の電気絶縁層、及び、前記第
1の電極層の右側壁より第1の電気絶縁層の幅だけ離し
て垂直方向に立てた第3の電気絶縁層、を形成する工
程、 (ハ) 前記第1の電気絶縁層と第2の電気絶縁層との間の
前記第1の電極層の上に半導体層を形成する工程、 (ニ) 前記第1の電気絶縁層と第3の電気絶縁層との間の
前記基板の上に第3の電極層を形成する工程、 (ホ) 前記第1の電気絶縁層と第2の電気絶縁層との間の
前記半導体層の上に第2の電極層を形成する工程、を順
次有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. (a) a step of forming a first electrode layer on a substrate; (b) a first electric insulating layer which is vertically erected so as to be in contact with a right side wall of the source electrode layer; A second electric insulating layer which is erected so as to contact the left side wall of the first electrode layer, and a third electric standing layer which is erected vertically apart from the right side wall of the first electrode layer by the width of the first electric insulating layer. Forming a semiconductor layer on the first electrode layer between the first electric insulating layer and the second electric insulating layer, and (d) Forming a third electrode layer on the substrate between the first electrical insulation layer and the third electrical insulation layer, (e) the first electrical insulation layer and the second electrical insulation layer And a step of forming a second electrode layer on the semiconductor layer between the step of and the step of forming a second electrode layer.
【請求項14】 前記(ロ) の工程で、フォトレジストを
スピンコートしてフォトレジスト膜を形成した後、第1
の電気絶縁層、第2の電気絶縁層及び第3の電気絶縁層
の幅に露光、現像して、第1の電気絶縁層、第2の電気
絶縁層及び第3の電気絶縁層を形成することを特徴とす
る請求項13に半導体装置の製造方法。
14. In the step (b), the photoresist is spin-coated to form a photoresist film, and then the first photoresist is formed.
To the widths of the electrically insulating layer, the second electrically insulating layer, and the third electrically insulating layer, and developing to form the first electrically insulating layer, the second electrically insulating layer, and the third electrically insulating layer. 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein.
【請求項15】 前記(ハ) の工程で、高分子有機半導体
材料の溶液をインクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷
法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等の手段によ
り成膜するか、又は、低分子有機半導体材料を真空蒸着
法、分子線蒸着法等の手段により成膜して、半導体層を
形成することを特徴とする請求項13又は14に半導体
装置の製造方法。
15. In the step (c), a solution of the polymer organic semiconductor material is formed into a film by means of an inkjet method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a screen printing method, or the like, or The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13 or 14, wherein a low molecular organic semiconductor material is formed by a method such as a vacuum vapor deposition method or a molecular beam vapor deposition method to form a semiconductor layer.
【請求項16】 前記(イ) の工程、(ニ) の工程及び(ホ)
の工程で、第1の電極層、第2の電極層及び第3の電極
層を、高分子導電性材料の溶液を印刷法、インクジェッ
ト法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、ス
クリーン印刷法等の手段により成膜するか、又は、金属
を真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリン
グ法、メッキ法等の手段により成膜して、第1の電極
層、第2の電極層及び第3の電極層を形成することを特
徴とする請求項13〜15のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法。
16. The step (a), the step (d) and the step (e)
In the step of, the first electrode layer, the second electrode layer and the third electrode layer are printed with a solution of a polymer conductive material, an inkjet method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a screen. The first electrode layer, the second electrode layer and the metal film are formed by a method such as a printing method or a metal is formed by a method such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, and a plating method. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein a third electrode layer is formed.
【請求項17】 前記第1の電極層、第2の電極層及び
第3の電極層が、それぞれ、ソース電極層、ドレイン電
極層及びゲート電極層であることを特徴とする請求項1
3〜16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
17. The first electrode layer, the second electrode layer, and the third electrode layer are a source electrode layer, a drain electrode layer, and a gate electrode layer, respectively.
17. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 3 to 16.
【請求項18】 前記第1の電気絶縁層が、ゲート電気
絶縁層であることを特徴とする請求項13〜17のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the first electrically insulating layer is a gate electrically insulating layer.
【請求項19】 前記第2の電気絶縁層及び第3の電気
絶縁層が、素子分離電気絶縁層であることを特徴とする
請求項13〜18のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the second electrically insulating layer and the third electrically insulating layer are element isolation electrically insulating layers.
【請求項20】 前記半導体装置が縦型電界効果トラン
ジスタであることを特徴とする請求項13〜19のいず
れかに記載の半導体装置の製造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the semiconductor device is a vertical field effect transistor.
【請求項21】 半導体装置の製造において、基板上に
垂直方向に立てて設けた一対の電気絶縁層の間に有機半
導体材料の溶液を塗布して有機半導体層及び/又は無機
半導体及び/又は導電層を形成することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
21. In the manufacture of a semiconductor device, a solution of an organic semiconductor material is applied between a pair of electrically insulating layers provided vertically on a substrate to form an organic semiconductor layer and / or an inorganic semiconductor and / or a conductive material. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises forming a layer.
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