JP2003229435A - 薄膜トランジスタ・デバイスおよびその形成方法 - Google Patents
薄膜トランジスタ・デバイスおよびその形成方法Info
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-
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- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 平坦なポリマ・トランジスタを製造する方法
および構造を提供する。 【解決手段】 第一の平坦なキャリアを用いてゲート，
ソース，ドレインおよびボディ・エレメントを含むデバ
イスの第一の部分を処理することによって完全に平坦化
されたポリマ薄膜トランジスタを形成する。好ましく
は、薄膜トランジスタは全て有機材料で作成される。ゲ
ート誘電体は、デバイス性能を高める高Ｋポリマとする
ことができる。次に、部分的に完成したデバイス構造を
上下逆にし、第二の平坦なキャリアへ移す。ワックスま
たは感光性有機材料の層を付着し、一時的な接着剤とし
て用いることができる。ボディ領域を含むデバイスを、
エッチング・プロセスによって定める。デバイスへのコ
ンタクトを、導電性材料の付着および化学機械研磨によ
って形成する。
および構造を提供する。 【解決手段】 第一の平坦なキャリアを用いてゲート，
ソース，ドレインおよびボディ・エレメントを含むデバ
イスの第一の部分を処理することによって完全に平坦化
されたポリマ薄膜トランジスタを形成する。好ましく
は、薄膜トランジスタは全て有機材料で作成される。ゲ
ート誘電体は、デバイス性能を高める高Ｋポリマとする
ことができる。次に、部分的に完成したデバイス構造を
上下逆にし、第二の平坦なキャリアへ移す。ワックスま
たは感光性有機材料の層を付着し、一時的な接着剤とし
て用いることができる。ボディ領域を含むデバイスを、
エッチング・プロセスによって定める。デバイスへのコ
ンタクトを、導電性材料の付着および化学機械研磨によ
って形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には半導体
技術およびデバイス構成に関し、特に、有機ベース薄膜
トランジスタ・デバイスとその製造方法に関する。
技術およびデバイス構成に関し、特に、有機ベース薄膜
トランジスタ・デバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アクティブ有機層とポリマ・ベース電子
コンポーネントとを備える薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
は、所定の用途のためのシリコン・ベースＴＦＴに対す
る安価な代替物として出現した。有機材料およびポリマ
材料の使用は、以下の２つの主な利点をもたらす。第一
に、有機ベース・デバイスは、シリコンの処理に付随す
る高価な設備および処理に比べて簡単かつ費用のかから
ない製造工程を用いて製造できる。第二に、低温で有機
材料を処理でき、そしてシリコンおよび導電金属のよう
な無機材料と比較した有機ベース・コンポーネントの大
きな物理的柔軟性のために、デバイスをフレキシブル・
プラスチック基板の上に製造できる。しかしながら、多
くの研究と開発努力にもかかわらず、従来の有機ＴＦＴ
の比較的劣ったデバイス特性のために、有機ベースＴＦ
Ｔは、少なくとも部分的に未だ商業化に達していない。
コンポーネントとを備える薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
は、所定の用途のためのシリコン・ベースＴＦＴに対す
る安価な代替物として出現した。有機材料およびポリマ
材料の使用は、以下の２つの主な利点をもたらす。第一
に、有機ベース・デバイスは、シリコンの処理に付随す
る高価な設備および処理に比べて簡単かつ費用のかから
ない製造工程を用いて製造できる。第二に、低温で有機
材料を処理でき、そしてシリコンおよび導電金属のよう
な無機材料と比較した有機ベース・コンポーネントの大
きな物理的柔軟性のために、デバイスをフレキシブル・
プラスチック基板の上に製造できる。しかしながら、多
くの研究と開発努力にもかかわらず、従来の有機ＴＦＴ
の比較的劣ったデバイス特性のために、有機ベースＴＦ
Ｔは、少なくとも部分的に未だ商業化に達していない。
【０００３】有機だけからなるＴＦＴの製造は、半導
体，絶縁体，導体という様々な有機材料もしくは有機／
無機ハイブリッド材料を必要とする。導体は、ポリアニ
リン（polyaniline）およびポリエチレンジオキシドチ
オフェン（poly(ethylene dioxide thiophene)），およ
び金属もしくはグラファイト・コロイド粒子ベース・イ
ンクのような導電性ポリマから選択可能である。半導体
用のポリイミドまたはＰＭＭＡのような様々なポリマの
有機絶縁体を使用できる。有機ｐ型（正孔輸送）材料お
よび有機ｎ型（電子輸送）材料は双方とも当業者に周知
であり、ＴＦＴ内の半導体チャネルとして試されてき
た。用いられてきた２つの比較的簡単なデバイス構造
は、図１および図２にそれぞれ示されるトップ・コンタ
クトとボトム・コンタクトである。一般的に、これらの
デバイスは、ソース１とドレイン２とを含む。トップ・
コンタクト（図１）において、ソース１とドレイン２と
は有機半導体３の上にあるのに対して、ボトム・コンタ
クト（図２）においては、ソース１とドレイン２とは、
有機半導体３に埋め込まれている。トップ・コンタクト
・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方に
おいて、有機半導体３の下方には絶縁体４がある。絶縁
体４内部に、ゲート５が埋め込まれている。（トップ・
コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバ
イス双方において）全体のデバイスは、基板６の上に配
置されている。
体，絶縁体，導体という様々な有機材料もしくは有機／
無機ハイブリッド材料を必要とする。導体は、ポリアニ
リン（polyaniline）およびポリエチレンジオキシドチ
オフェン（poly(ethylene dioxide thiophene)），およ
び金属もしくはグラファイト・コロイド粒子ベース・イ
ンクのような導電性ポリマから選択可能である。半導体
用のポリイミドまたはＰＭＭＡのような様々なポリマの
有機絶縁体を使用できる。有機ｐ型（正孔輸送）材料お
よび有機ｎ型（電子輸送）材料は双方とも当業者に周知
であり、ＴＦＴ内の半導体チャネルとして試されてき
た。用いられてきた２つの比較的簡単なデバイス構造
は、図１および図２にそれぞれ示されるトップ・コンタ
クトとボトム・コンタクトである。一般的に、これらの
デバイスは、ソース１とドレイン２とを含む。トップ・
コンタクト（図１）において、ソース１とドレイン２と
は有機半導体３の上にあるのに対して、ボトム・コンタ
クト（図２）においては、ソース１とドレイン２とは、
有機半導体３に埋め込まれている。トップ・コンタクト
・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方に
おいて、有機半導体３の下方には絶縁体４がある。絶縁
体４内部に、ゲート５が埋め込まれている。（トップ・
コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバ
イス双方において）全体のデバイスは、基板６の上に配
置されている。
【０００４】ＦＥＴ移動度は、トップ・コンタクト構造
で一般的には評価される。なぜなら、電極材料を半導体
層の上に付着することによって密接な接触が保証される
からである。所定の用途についてはボトム・コンタクト
構造を用いることが望ましいが、この構造においては、
電極と半導体とのコンタクトが、電極の垂直壁領域部分
に制限される。これは、接触抵抗の増加をもたらす。ボ
トム・コンタクト・デバイスの問題は、当業者にとって
周知である。ボトム・コンタクト構造を改良する方法
は、有機半導体とのコンタクト領域を拡大するソース電
極およびドレイン電極の平坦化である。平坦な基板は、
スピン塗布または印刷によって付着した半導体膜の改良
を可能にする。一方、従来のボトム・ソース・コンタク
トおよびボトム・ドレイン・コンタクトのトポグラフィ
（topography）は、有機半導体の印刷に関する問題を生
じさせるが、平坦な基板を用いることによって改善され
る。
で一般的には評価される。なぜなら、電極材料を半導体
層の上に付着することによって密接な接触が保証される
からである。所定の用途についてはボトム・コンタクト
構造を用いることが望ましいが、この構造においては、
電極と半導体とのコンタクトが、電極の垂直壁領域部分
に制限される。これは、接触抵抗の増加をもたらす。ボ
トム・コンタクト・デバイスの問題は、当業者にとって
周知である。ボトム・コンタクト構造を改良する方法
は、有機半導体とのコンタクト領域を拡大するソース電
極およびドレイン電極の平坦化である。平坦な基板は、
スピン塗布または印刷によって付着した半導体膜の改良
を可能にする。一方、従来のボトム・ソース・コンタク
トおよびボトム・ドレイン・コンタクトのトポグラフィ
（topography）は、有機半導体の印刷に関する問題を生
じさせるが、平坦な基板を用いることによって改善され
る。
【０００５】上述したように、有機ｐ型（正孔輸送）材
料および有機ｎ型（電子輸送）材料は当業者に周知であ
り、ＴＦＴの半導体チャネルとして試されてきた。ｐ型
材料は、共役ポリマおよび直線的共役分子等である。ｐ
型共役ポリマの例としては、その全ての開示が明細書の
内容として引用されるBao and Lovinger著「SolubleReg
ioregular Polythiophene Derivatives as Semiconduct
ing Materials for Field-Effect Transistors, Chem.
Mater., Vol.11, pp.2607〜2612 (1999)」に開示される
レジオレギュラポリチオフェン（regioregular polythi
ophene）の誘導体等が挙げられる。
料および有機ｎ型（電子輸送）材料は当業者に周知であ
り、ＴＦＴの半導体チャネルとして試されてきた。ｐ型
材料は、共役ポリマおよび直線的共役分子等である。ｐ
型共役ポリマの例としては、その全ての開示が明細書の
内容として引用されるBao and Lovinger著「SolubleReg
ioregular Polythiophene Derivatives as Semiconduct
ing Materials for Field-Effect Transistors, Chem.
Mater., Vol.11, pp.2607〜2612 (1999)」に開示される
レジオレギュラポリチオフェン（regioregular polythi
ophene）の誘導体等が挙げられる。
【０００６】ｐ型共役分子の例としては、ＴＦＴで広く
検討され、米国特許第５，９４６，５５１号公報，５，
９８１，９７０号公報および６，２０７，４７２Ｂ１号
公報に開示されたペンタセン（pentacene）； Laquinda
num等著「BenzodithiopheneRings As Semiconductor Bu
ilding Blocks, Adv. Mater., Vol.9, pp.36 (1997）」
に開示されたベンゾジチオフェン２量体（benzodithiop
hene dimers）；Bao等著「Organic Field-Effect Trans
istors with High Mobility Based On Copper Phthaloc
yanine, Appl. Phys. Lett., Vol.69, pp.3066〜3068
（1996）」に開示されたフタロシアニン（phthalocyani
nes）；米国特許第５，９３６，２５９号公報に開示さ
れたアントラジチオフェン（anthradithiophenes）；Ga
mier等著「Structural Basis For High Carrier Mobili
ty In Conjugated Oligomers, Synth. Met., Vol.45, p
p.163（1991）」において初めて提示された置換および
不置換オリゴチオフェン（oligothiophenes）等が挙げ
られる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容とし
て引用される。
検討され、米国特許第５，９４６，５５１号公報，５，
９８１，９７０号公報および６，２０７，４７２Ｂ１号
公報に開示されたペンタセン（pentacene）； Laquinda
num等著「BenzodithiopheneRings As Semiconductor Bu
ilding Blocks, Adv. Mater., Vol.9, pp.36 (1997）」
に開示されたベンゾジチオフェン２量体（benzodithiop
hene dimers）；Bao等著「Organic Field-Effect Trans
istors with High Mobility Based On Copper Phthaloc
yanine, Appl. Phys. Lett., Vol.69, pp.3066〜3068
（1996）」に開示されたフタロシアニン（phthalocyani
nes）；米国特許第５，９３６，２５９号公報に開示さ
れたアントラジチオフェン（anthradithiophenes）；Ga
mier等著「Structural Basis For High Carrier Mobili
ty In Conjugated Oligomers, Synth. Met., Vol.45, p
p.163（1991）」において初めて提示された置換および
不置換オリゴチオフェン（oligothiophenes）等が挙げ
られる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容とし
て引用される。
【０００７】ｎ型有機半導体は比較的少ない。その例と
しては、Struijk等著「Liquid Crystalline Perylene D
ilmides：Architecture and Charge Carrier Mobilitie
s，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.11057〜11066（20
00）」に開示される、３，４，９，１０−ペリレンテト
ラカルボン酸ジルミド（perylene tetracarboxylic dil
mides）；Laquindanum等著「n-Channel Organic Transi
stor Materials Basedon Naphthalene Frameworks，J.
Am. Chem. Soc., Vol.118，pp.11331〜11332（1996）」
に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物（naphthalene tetracarboxylic dianhy
dride）；Katz等著「Naphthalenetetracarboxylic Dilm
ide-Based n-Channel Transistor Semiconductors：Str
uctural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contact
s，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.7787〜7792（200
0）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテト
ラカルボン酸ズミド（naphthalenetetracarboxylic dum
ide）誘導体；および、Bao等著「New Air-Stable n-Cha
nnel Organic Thin-film Transistors, J. Am. Chem. S
oc., Vol.120，pp.27〜208（1998）」に開示される、様
々な電子吸引基で置換された金属フタロシアニン（meta
llophthalocyanines）等が挙げられる。これらの文献の
全ての開示が明細書の内容として引用される。
しては、Struijk等著「Liquid Crystalline Perylene D
ilmides：Architecture and Charge Carrier Mobilitie
s，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.11057〜11066（20
00）」に開示される、３，４，９，１０−ペリレンテト
ラカルボン酸ジルミド（perylene tetracarboxylic dil
mides）；Laquindanum等著「n-Channel Organic Transi
stor Materials Basedon Naphthalene Frameworks，J.
Am. Chem. Soc., Vol.118，pp.11331〜11332（1996）」
に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物（naphthalene tetracarboxylic dianhy
dride）；Katz等著「Naphthalenetetracarboxylic Dilm
ide-Based n-Channel Transistor Semiconductors：Str
uctural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contact
s，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.7787〜7792（200
0）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテト
ラカルボン酸ズミド（naphthalenetetracarboxylic dum
ide）誘導体；および、Bao等著「New Air-Stable n-Cha
nnel Organic Thin-film Transistors, J. Am. Chem. S
oc., Vol.120，pp.27〜208（1998）」に開示される、様
々な電子吸引基で置換された金属フタロシアニン（meta
llophthalocyanines）等が挙げられる。これらの文献の
全ての開示が明細書の内容として引用される。
【０００８】一般的に、有機トランジスタを用いる電子
回路は、消費電力の低減および設計の簡略化の可能性を
有する。しかしながら、有機Ｎチャネル・トランジスタ
と有機Ｐチャネル・トランジスタとの双方を用いる相補
形回路は一般的ではない。例えば、その全ての開示が明
細書の内容として引用される米国特許第５，６２５，１
９９号公報は、無機ｎチャネル薄膜トランジスタと有機
ｐチャネル薄膜トランジスタとによって相補形回路を製
造する方法を教示する。加えて、その全ての開示が明細
書の内容として引用される米国特許第５，９３６，２５
９号公報は、半導体として縮合環有機化合物を用いる薄
膜トランジスタ構成（ＴＦＴ）に基づくスイッチを開示
する。さらに、その全ての開示が明細書の内容として引
用される米国特許第５，８０４，８３６号公報は、ポリ
マ・グリッド三極管（polymer grid triode）のアレイ
上で作動するイメージ・プロセッサ構成を開示する。同
様に従来技術の開示は、また、ｎチャネル材料としてヘ
キサデカフルオロフタロシアン化銅（copper hexadecaf
luorophthalocyanide）を用い、ｐチャネル材料として
オリゴチオフェノールオリゴチオフェン（oligothiophe
nol oligothiophene）誘導体を用いる５段リング・オシ
レータ（5-stage ring oscillator）を教示する。
回路は、消費電力の低減および設計の簡略化の可能性を
有する。しかしながら、有機Ｎチャネル・トランジスタ
と有機Ｐチャネル・トランジスタとの双方を用いる相補
形回路は一般的ではない。例えば、その全ての開示が明
細書の内容として引用される米国特許第５，６２５，１
９９号公報は、無機ｎチャネル薄膜トランジスタと有機
ｐチャネル薄膜トランジスタとによって相補形回路を製
造する方法を教示する。加えて、その全ての開示が明細
書の内容として引用される米国特許第５，９３６，２５
９号公報は、半導体として縮合環有機化合物を用いる薄
膜トランジスタ構成（ＴＦＴ）に基づくスイッチを開示
する。さらに、その全ての開示が明細書の内容として引
用される米国特許第５，８０４，８３６号公報は、ポリ
マ・グリッド三極管（polymer grid triode）のアレイ
上で作動するイメージ・プロセッサ構成を開示する。同
様に従来技術の開示は、また、ｎチャネル材料としてヘ
キサデカフルオロフタロシアン化銅（copper hexadecaf
luorophthalocyanide）を用い、ｐチャネル材料として
オリゴチオフェノールオリゴチオフェン（oligothiophe
nol oligothiophene）誘導体を用いる５段リング・オシ
レータ（5-stage ring oscillator）を教示する。
【０００９】既存のポリマ薄膜トランジスタの一般的な
２つの構造を図３および４に示す。これらの構造は、２
つの主な問題を抱えている。第一に、トポグラフィに帰
因するコーナー薄化の問題であり、第二に、ボディ・エ
レメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起さ
れた汚染物質にさらされることである。得られたデバイ
スは、性能が劣り、特性が安定しない。ポリマ・トラン
ジスタの第一の典型的な構造を図３に示す。ソース１１
とドレイン１２とを最初にパターンニングする。次に、
ボディ材料１３を付着しパターンニングする。ボディ１
３は半導体ポリマもしくはオリゴマであり、使用される
有機半導体に依存して、真空蒸着，スピン塗布，ディッ
プ塗布あるいは印刷によりソース１１島およびドレイン
１２島の表面に付着される。ボディ材料１３は、３つの
方法のうちの１つでパターンニングされる。このうち、
最も一般的な方法は、シャドー・マスクによる半導体材
料の真空蒸着による方法である。
２つの構造を図３および４に示す。これらの構造は、２
つの主な問題を抱えている。第一に、トポグラフィに帰
因するコーナー薄化の問題であり、第二に、ボディ・エ
レメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起さ
れた汚染物質にさらされることである。得られたデバイ
スは、性能が劣り、特性が安定しない。ポリマ・トラン
ジスタの第一の典型的な構造を図３に示す。ソース１１
とドレイン１２とを最初にパターンニングする。次に、
ボディ材料１３を付着しパターンニングする。ボディ１
３は半導体ポリマもしくはオリゴマであり、使用される
有機半導体に依存して、真空蒸着，スピン塗布，ディッ
プ塗布あるいは印刷によりソース１１島およびドレイン
１２島の表面に付着される。ボディ材料１３は、３つの
方法のうちの１つでパターンニングされる。このうち、
最も一般的な方法は、シャドー・マスクによる半導体材
料の真空蒸着による方法である。
【００１０】その他の２つの方法は、印刷方式（すなわ
ち、スクリーン印刷もしくはインクジェット印刷）、そ
して、最初に半導体の上に保護コーティングを付着し、
フォトレジストを付着し、パターンニングし、エッチン
グすることによる一般的なリソグラフィ技術を使用する
方法である。どのタイプの有機半導体材料が使用される
かに依存して、短時間の熱アニールが必要とされる。最
後の工程は、半導体に保護コーティングを付着して汚染
物質からデバイスをパシベート（passivate）する工程
を含む。ボディ部分１３をパターンニングした後、基板
をウェット洗浄する。ボディ表面は、特にチャネル領域
において、望ましくない化学反応のために劣化する。熱
処理の後、ボディ・エレメント１３は、リフローのため
にソース１１およびドレイン１２のコーナー１６，１７
周辺が薄くなる。典型的に、半導体は融解する前に分解
する。ソース１１／ドレイン１２対ボディ・コンタクト
領域は、ボディ・エレメント１３のコーナー薄化１６，
１７の結果として著しく減少する。次に、薄い絶縁ポリ
マ１５をボディ・エレメント１３と露出したソース１１
領域およびドレイン１２領域の上に塗布した後、ゲート
材料１４を付着する。
ち、スクリーン印刷もしくはインクジェット印刷）、そ
して、最初に半導体の上に保護コーティングを付着し、
フォトレジストを付着し、パターンニングし、エッチン
グすることによる一般的なリソグラフィ技術を使用する
方法である。どのタイプの有機半導体材料が使用される
かに依存して、短時間の熱アニールが必要とされる。最
後の工程は、半導体に保護コーティングを付着して汚染
物質からデバイスをパシベート（passivate）する工程
を含む。ボディ部分１３をパターンニングした後、基板
をウェット洗浄する。ボディ表面は、特にチャネル領域
において、望ましくない化学反応のために劣化する。熱
処理の後、ボディ・エレメント１３は、リフローのため
にソース１１およびドレイン１２のコーナー１６，１７
周辺が薄くなる。典型的に、半導体は融解する前に分解
する。ソース１１／ドレイン１２対ボディ・コンタクト
領域は、ボディ・エレメント１３のコーナー薄化１６，
１７の結果として著しく減少する。次に、薄い絶縁ポリ
マ１５をボディ・エレメント１３と露出したソース１１
領域およびドレイン１２領域の上に塗布した後、ゲート
材料１４を付着する。
【００１１】ポリマＴＦＴ構造のもう一つの一般的な構
造を図４に示す。ゲート３１４を最初に形成し、絶縁ポ
リマ３１５をその上に塗布する。再び、ゲート３１４の
コーナー３１６，３１７において生じたコーナー薄化
は、ゲート３１４へのソース３１１およびドレイン３１
２の短絡の可能性を生じさせる。ソース３１１およびド
レイン３１２を形成した後、ボディ・エレメント３１３
を形成する。このケースにおいては、ボディ／チャネル
界面は化学物質にさらされないので、得られるトランジ
スタの歩留りおよび性能は、一番目のトランジスタより
も優れている。
造を図４に示す。ゲート３１４を最初に形成し、絶縁ポ
リマ３１５をその上に塗布する。再び、ゲート３１４の
コーナー３１６，３１７において生じたコーナー薄化
は、ゲート３１４へのソース３１１およびドレイン３１
２の短絡の可能性を生じさせる。ソース３１１およびド
レイン３１２を形成した後、ボディ・エレメント３１３
を形成する。このケースにおいては、ボディ／チャネル
界面は化学物質にさらされないので、得られるトランジ
スタの歩留りおよび性能は、一番目のトランジスタより
も優れている。
【００１２】上述した双方のボトム・コンタクト・デバ
イスにおいて、電極と有機半導体との間の良好なコンタ
クトを確保することについての問題が十分に実証されて
いる。この問題を解決するための１つのアプローチは、
薄い自己集合（self-assembled）単分子層を用いて金電
極の表面特性を変えることであり、これは、有機半導体
による電極のぬれを向上させ、さらに層間剥離の可能性
を減少させることができる。しかしながら、ボトム電極
のトポグラフィは、依然として、膜形成を妨げ、コンタ
クト領域を減少させ得る。したがって、従来のデバイス
に固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造
する新たな改良された方法および構造が必要とされる。
イスにおいて、電極と有機半導体との間の良好なコンタ
クトを確保することについての問題が十分に実証されて
いる。この問題を解決するための１つのアプローチは、
薄い自己集合（self-assembled）単分子層を用いて金電
極の表面特性を変えることであり、これは、有機半導体
による電極のぬれを向上させ、さらに層間剥離の可能性
を減少させることができる。しかしながら、ボトム電極
のトポグラフィは、依然として、膜形成を妨げ、コンタ
クト領域を減少させ得る。したがって、従来のデバイス
に固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造
する新たな改良された方法および構造が必要とされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の薄膜
トランジスタ・デバイスの上述のそして他の問題，不都
合，および短所をかんがみて成されたものであり、本発
明の目的は、従来のデバイスに固有の問題がない平坦な
ポリマ・トランジスタを製造する方法および構造を提供
することである。
トランジスタ・デバイスの上述のそして他の問題，不都
合，および短所をかんがみて成されたものであり、本発
明の目的は、従来のデバイスに固有の問題がない平坦な
ポリマ・トランジスタを製造する方法および構造を提供
することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の１態様によれば、第一の平坦なキャリアを
用いてゲート，ソース，ドレインおよびボディ・エレメ
ントを含むデバイスの第一の部分を処理することによっ
て完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタを形成す
る方法を提供する。好ましくは、薄膜トランジスタは全
て有機材料で作成される。ゲート誘電体は、デバイス性
能を高める高Ｋポリマとすることができる。次に、部分
的に完成したデバイス構造を上下逆にし、第二の平坦な
キャリアへ移す。ワックスまたは感光性有機材料の層を
付着し、一時的な接着剤として用いることができる。ボ
ディ領域を含むデバイスを、エッチング・プロセスによ
って定める。デバイスへのコンタクトを、導電性材料の
付着および化学機械研磨によって形成する。従来のポリ
マ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化
問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを
製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバ
イスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成さ
れたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環
境による汚染の可能性を回避するということである。
に、本発明の１態様によれば、第一の平坦なキャリアを
用いてゲート，ソース，ドレインおよびボディ・エレメ
ントを含むデバイスの第一の部分を処理することによっ
て完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタを形成す
る方法を提供する。好ましくは、薄膜トランジスタは全
て有機材料で作成される。ゲート誘電体は、デバイス性
能を高める高Ｋポリマとすることができる。次に、部分
的に完成したデバイス構造を上下逆にし、第二の平坦な
キャリアへ移す。ワックスまたは感光性有機材料の層を
付着し、一時的な接着剤として用いることができる。ボ
ディ領域を含むデバイスを、エッチング・プロセスによ
って定める。デバイスへのコンタクトを、導電性材料の
付着および化学機械研磨によって形成する。従来のポリ
マ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化
問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを
製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバ
イスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成さ
れたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環
境による汚染の可能性を回避するということである。
【００１５】具体的には、薄膜トランジスタ・デバイス
およびその製造方法を開示する。この方法は、第一の基
板を形成する工程と、第一の基板の上に第一の絶縁層を
付着する工程と、第一の絶縁層の上に導電層をパターン
ニングする工程と、導電層の上に複合物を形成する工程
と、複合物の上に半導体層を付着する工程と、半導体層
を第二の絶縁層で保護する工程と、デバイスに熱処理を
加える工程と、第二の絶縁層の上に第二の基板を付着す
る工程と、デバイスの上下を逆にする工程と、第一の基
板を除去する工程と、第一のキャリア層へ第二の基板を
接着する工程と、複合物をエッチングする工程と、第一
の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、第一の
絶縁層および第三の絶縁層を貫いてコンタクトを形成す
る工程とを含む。
およびその製造方法を開示する。この方法は、第一の基
板を形成する工程と、第一の基板の上に第一の絶縁層を
付着する工程と、第一の絶縁層の上に導電層をパターン
ニングする工程と、導電層の上に複合物を形成する工程
と、複合物の上に半導体層を付着する工程と、半導体層
を第二の絶縁層で保護する工程と、デバイスに熱処理を
加える工程と、第二の絶縁層の上に第二の基板を付着す
る工程と、デバイスの上下を逆にする工程と、第一の基
板を除去する工程と、第一のキャリア層へ第二の基板を
接着する工程と、複合物をエッチングする工程と、第一
の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、第一の
絶縁層および第三の絶縁層を貫いてコンタクトを形成す
る工程とを含む。
【００１６】この方法は、第二のキャリア層の上に第一
の接着層を付着し、第一の接着層の上に第一の絶縁層を
付着する工程を含むプロセスで第一の基板を形成する工
程をさらに含む。その上、複合物を形成する工程は、第
一および第二の絶縁層よりも高い誘導率の材料を含む第
四の絶縁層を導電層の上に付着する工程を含む。
の接着層を付着し、第一の接着層の上に第一の絶縁層を
付着する工程を含むプロセスで第一の基板を形成する工
程をさらに含む。その上、複合物を形成する工程は、第
一および第二の絶縁層よりも高い誘導率の材料を含む第
四の絶縁層を導電層の上に付着する工程を含む。
【００１７】この方法は、第二の基板を第一のキャリア
層へ接着する工程の前に、第二の基板を第二の接着層で
コーティングする工程をさらに含む。その上、半導体層
は、完全に平坦化された層から構成される。加えて、第
一の絶縁層はポリエステル材料およびポリイミド材料の
うちの１つを含む。また、第一の絶縁層は、ポリカーボ
ネート材料を含んでもよい。さらに、第一および第二の
接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのう
ちの１つである。
層へ接着する工程の前に、第二の基板を第二の接着層で
コーティングする工程をさらに含む。その上、半導体層
は、完全に平坦化された層から構成される。加えて、第
一の絶縁層はポリエステル材料およびポリイミド材料の
うちの１つを含む。また、第一の絶縁層は、ポリカーボ
ネート材料を含んでもよい。さらに、第一および第二の
接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのう
ちの１つである。
【００１８】本発明の新規な特徴は様々である。概略す
れば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる
高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機
能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性
材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さ
らに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャ
リア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であ
ってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限
定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体
ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートと
の界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体
の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソー
ス／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気
的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ
費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトラ
ンジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可
能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース
／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面
は、後続の処理から完全に保護される。
れば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる
高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機
能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性
材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さ
らに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャ
リア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であ
ってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限
定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体
ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートと
の界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体
の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソー
ス／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気
的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ
費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトラ
ンジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可
能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース
／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面
は、後続の処理から完全に保護される。
【００１９】
【発明の実施の形態】上述したように、トポグラフィに
帰因するコーナー薄化問題，そしてボディ・エレメント
の最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染
物質にさらされるというような従来のデバイスに固有の
問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する改良
された方法および構造が必要とされる。本発明によれ
ば、薄膜トランジスタの新たな改良された構造およびそ
の製造方法が開示される。
帰因するコーナー薄化問題，そしてボディ・エレメント
の最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染
物質にさらされるというような従来のデバイスに固有の
問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する改良
された方法および構造が必要とされる。本発明によれ
ば、薄膜トランジスタの新たな改良された構造およびそ
の製造方法が開示される。
【００２０】図５〜１３を参照すると、本発明に係る方
法および構造の好適な実施の形態が示される。具体的に
は、図５は、基板キャリア１００の上に形成されたワッ
クスの薄い層１１０の上に塗布された絶縁ポリマ１２０
を含む部分的に完成した薄膜トランジスタ・デバイス５
０を示す。ワックスの薄い層１１０は、後工程における
材料移動の容易化を可能にする。基板１００は、ガラ
ス，セラミック，または半導体ウェーハとすることがで
きる。絶縁ポリマ１２０は、ポリエステルまたはポリイ
ミドのようなフレキシブル基板であってもよく、あるい
は、ポリカーボネートのようなより堅い物質であっても
よい。
法および構造の好適な実施の形態が示される。具体的に
は、図５は、基板キャリア１００の上に形成されたワッ
クスの薄い層１１０の上に塗布された絶縁ポリマ１２０
を含む部分的に完成した薄膜トランジスタ・デバイス５
０を示す。ワックスの薄い層１１０は、後工程における
材料移動の容易化を可能にする。基板１００は、ガラ
ス，セラミック，または半導体ウェーハとすることがで
きる。絶縁ポリマ１２０は、ポリエステルまたはポリイ
ミドのようなフレキシブル基板であってもよく、あるい
は、ポリカーボネートのようなより堅い物質であっても
よい。
【００２１】層１１０はまた、露光の直後に溶媒中の溶
解度が著しく増し、剥離を容易にするフォトレジストま
たは感光性ポリイミドであってもよい。代わりに、層１
１０は、低出力エキシマレーザで除去可能なポリイミド
の薄い層であってもよい。
解度が著しく増し、剥離を容易にするフォトレジストま
たは感光性ポリイミドであってもよい。代わりに、層１
１０は、低出力エキシマレーザで除去可能なポリイミド
の薄い層であってもよい。
【００２２】図６に示されるように、ポリアニリン，ポ
リピロール（poly（pyrrole）），ポリエチレンジオキ
シドチオフェン，導電ペースト（例えば、金属もしくは
グラファイト・コロイド・インク，またはＡｕ，Ｐｄ，
Ａｌ，Ｃｕのような導電性金属）のような導電性ポリマ
の層１２５を、絶縁ポリマ１２０の上に付着する。導電
性ポリマ１２５は、一般的なリソグラフィ・パターンニ
ング方式または印刷方式を用いることによってパターン
ニングでき、図７に示されるように、パッド１３０，１
４０，１５０を生じさせる。パッド１３０，１４０，お
よび１５０は、それぞれ、ソース導体，ゲート導体，お
よびドレイン導体として使用できる。パッド間のスペー
スは、トポグラフィの形成を防ぐように十分に制御さ
れ、このための方法は当業者に周知である。
リピロール（poly（pyrrole）），ポリエチレンジオキ
シドチオフェン，導電ペースト（例えば、金属もしくは
グラファイト・コロイド・インク，またはＡｕ，Ｐｄ，
Ａｌ，Ｃｕのような導電性金属）のような導電性ポリマ
の層１２５を、絶縁ポリマ１２０の上に付着する。導電
性ポリマ１２５は、一般的なリソグラフィ・パターンニ
ング方式または印刷方式を用いることによってパターン
ニングでき、図７に示されるように、パッド１３０，１
４０，１５０を生じさせる。パッド１３０，１４０，お
よび１５０は、それぞれ、ソース導体，ゲート導体，お
よびドレイン導体として使用できる。パッド間のスペー
スは、トポグラフィの形成を防ぐように十分に制御さ
れ、このための方法は当業者に周知である。
【００２３】導電性材料１２５は、また、多数の印刷方
式によって形成できる。このような印刷方式は、例えば
Sirringhaus等著「High-Resolution Inkjet Printing o
f All-Polymer Transistor Circuits，Science，Vol.29
0，pp.2123〜2126（2000）」に開示されるインクジェッ
ト印刷；Bao等著「High-Performance Plastic Transist
ors Fabricated by Printing Techniques，Chem. Maste
r，Vol.9，pp.1299〜1301（1997）」に開示されるスク
リーン印刷；Bao等著「Printable Organic andPolymeri
c Semiconducting Materials and Devices，J. Mater.C
hem，Vol.9，pp.1895〜1904（1999）」に開示される毛
細管でのマイクロモールディング・ソフトリソグラフィ
手法（soft-lithographic technique micromolding in
capillaries）等であり、これらの文献の全ての開示が
明細書の内容として引用される。
式によって形成できる。このような印刷方式は、例えば
Sirringhaus等著「High-Resolution Inkjet Printing o
f All-Polymer Transistor Circuits，Science，Vol.29
0，pp.2123〜2126（2000）」に開示されるインクジェッ
ト印刷；Bao等著「High-Performance Plastic Transist
ors Fabricated by Printing Techniques，Chem. Maste
r，Vol.9，pp.1299〜1301（1997）」に開示されるスク
リーン印刷；Bao等著「Printable Organic andPolymeri
c Semiconducting Materials and Devices，J. Mater.C
hem，Vol.9，pp.1895〜1904（1999）」に開示される毛
細管でのマイクロモールディング・ソフトリソグラフィ
手法（soft-lithographic technique micromolding in
capillaries）等であり、これらの文献の全ての開示が
明細書の内容として引用される。
【００２４】図８に示されるように、第二の絶縁ポリマ
の層１６０をパッド１３０，１４０，１５０の上とその
スペースの内部とに塗布する。このポリマ１６０は、好
ましくは高誘電率ポリマである。高誘電率ポリマ複合材
料の例がB. Y. Cheng等著「High Dielectric Constant
Ceramic Powder Polymer Composites，Appl. Phys. Let
t.（USA），Vol.76，No.25，19 June 2000, p3804〜6」
および米国特許第５，７３９，１９３号公報に示され、
これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用さ
れる。例えば、強誘電性ポリマを有機トランジスタのゲ
ート誘電体として用いて相互コンダクタンスを向上させ
ることができる。好適な絶縁ポリマは、ＰＭＭＡ，ポリ
イミドまたはポリビニルフェノール（polyvinylpheno
l）等である。ポリマは堅固なキャリアによって支持さ
れているので、必要な場合には化学機械研磨工程を実施
することができる。図６および７に示されるのと同様の
方法を用いてソース・コンタクトおよびドレイン・コン
タクト用の一対のコンタクト１７０および１８０を形成
する。
の層１６０をパッド１３０，１４０，１５０の上とその
スペースの内部とに塗布する。このポリマ１６０は、好
ましくは高誘電率ポリマである。高誘電率ポリマ複合材
料の例がB. Y. Cheng等著「High Dielectric Constant
Ceramic Powder Polymer Composites，Appl. Phys. Let
t.（USA），Vol.76，No.25，19 June 2000, p3804〜6」
および米国特許第５，７３９，１９３号公報に示され、
これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用さ
れる。例えば、強誘電性ポリマを有機トランジスタのゲ
ート誘電体として用いて相互コンダクタンスを向上させ
ることができる。好適な絶縁ポリマは、ＰＭＭＡ，ポリ
イミドまたはポリビニルフェノール（polyvinylpheno
l）等である。ポリマは堅固なキャリアによって支持さ
れているので、必要な場合には化学機械研磨工程を実施
することができる。図６および７に示されるのと同様の
方法を用いてソース・コンタクトおよびドレイン・コン
タクト用の一対のコンタクト１７０および１８０を形成
する。
【００２５】図９において、均一な厚みを有する半導体
ポリマまたはオリゴマの層１９０を、第二の絶縁ポリマ
層１６０とコンタクト１７０，１８０の上に塗布し、第
三の絶縁ポリマの層２００で直ちに保護する。
ポリマまたはオリゴマの層１９０を、第二の絶縁ポリマ
層１６０とコンタクト１７０，１８０の上に塗布し、第
三の絶縁ポリマの層２００で直ちに保護する。
【００２６】半導体有機材料は汚染に影響されやすく、
したがって、保護コーティングの層で直ちに覆わない
と、材料の特性が劣化してしまうことになる。それゆ
え、材料１９０を塗布した後、厚いポリマ層２００を直
ちに付着する。半導体有機材料が化学物質にさらされる
のを防止する。半導体有機材料を厚い絶縁ポリマで覆っ
た後、適切な熱処理を実施する。たいていの場合には、
有機半導体の性能は温度に極めて敏感である。一般的に
は有機半導体を熱処理しない。
したがって、保護コーティングの層で直ちに覆わない
と、材料の特性が劣化してしまうことになる。それゆ
え、材料１９０を塗布した後、厚いポリマ層２００を直
ちに付着する。半導体有機材料が化学物質にさらされる
のを防止する。半導体有機材料を厚い絶縁ポリマで覆っ
た後、適切な熱処理を実施する。たいていの場合には、
有機半導体の性能は温度に極めて敏感である。一般的に
は有機半導体を熱処理しない。
【００２７】続いて、図１０に詳述されるように、複合
物５０を上下逆にし、それらの間に付着している事前塗
布された第二のワックスの層２１０を用いて第二のキャ
リア層２２０へ接着する。同時に、第一のキャリア１０
０と第一のワックスの薄い層１１０とを取り除く。
物５０を上下逆にし、それらの間に付着している事前塗
布された第二のワックスの層２１０を用いて第二のキャ
リア層２２０へ接着する。同時に、第一のキャリア１０
０と第一のワックスの薄い層１１０とを取り除く。
【００２８】次に、図１１に示されるように、複合物５
０をエッチングし、パターンニングされた部分２３０が
出現して全体のトランジスタ５０を定める。エッチング
工程は、保護層１２０，コンタクト・ポリマ・パッド１
３０，１４０，１５０，高Ｋ誘電性ポリマ１６０，半導
体有機材料１９０を貫いてエッチングし、ポリマ基板２
００で停止する。エッチングは酸素プラズマで行うこと
ができる。
０をエッチングし、パターンニングされた部分２３０が
出現して全体のトランジスタ５０を定める。エッチング
工程は、保護層１２０，コンタクト・ポリマ・パッド１
３０，１４０，１５０，高Ｋ誘電性ポリマ１６０，半導
体有機材料１９０を貫いてエッチングし、ポリマ基板２
００で停止する。エッチングは酸素プラズマで行うこと
ができる。
【００２９】続いて、図１２に示されるように、エッチ
ングの直後に複合物５０の上に別の絶縁ポリマ２７０を
塗布し、パターンニングされた部分２３０を充てんす
る。これは、半導体ポリマ１９０が汚染（またはポイズ
ン）されないように、同一の反応器においてその場で行
ってもよい。ソースへのコンタクト２４０，ゲートへの
コンタクト２５０，およびドレインへのコンタクト２６
０を導電性材料，ポリマ，または金属で形成し、続いて
化学機械研磨を行う。
ングの直後に複合物５０の上に別の絶縁ポリマ２７０を
塗布し、パターンニングされた部分２３０を充てんす
る。これは、半導体ポリマ１９０が汚染（またはポイズ
ン）されないように、同一の反応器においてその場で行
ってもよい。ソースへのコンタクト２４０，ゲートへの
コンタクト２５０，およびドレインへのコンタクト２６
０を導電性材料，ポリマ，または金属で形成し、続いて
化学機械研磨を行う。
【００３０】完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジス
タ５０を形成する全工程を図１３のフローチャートにさ
らに示す。この工程は、第一の平坦なキャリア１００を
用いて、ゲート１４０，ソース１５０，ドレイン１３
０，およびボディ・エレメントを含むデバイス５０の第
一の部分を処理する工程（工程３００）を含む。好まし
くは、薄膜トランジスタ５０は、全て有機材料で作成さ
れる。ゲート誘電体１６０は、デバイス性能を高める高
Ｋポリマであってもよい。続いて、部分的に完成したデ
バイス構造を上下逆にし（工程３１０）、第二の平坦な
キャリア２００へ移す（工程３２０）。次に、ワックス
または感光性有機材料の層２１０を一時的な接着剤とし
て付着する（工程３３０）。ボディ領域を含むデバイス
５０をエッチング・プロセスによって定める（工程３４
０）。デバイスへのコンタクト２４０，２５０，２６０
を導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成す
る（工程３５０）。
タ５０を形成する全工程を図１３のフローチャートにさ
らに示す。この工程は、第一の平坦なキャリア１００を
用いて、ゲート１４０，ソース１５０，ドレイン１３
０，およびボディ・エレメントを含むデバイス５０の第
一の部分を処理する工程（工程３００）を含む。好まし
くは、薄膜トランジスタ５０は、全て有機材料で作成さ
れる。ゲート誘電体１６０は、デバイス性能を高める高
Ｋポリマであってもよい。続いて、部分的に完成したデ
バイス構造を上下逆にし（工程３１０）、第二の平坦な
キャリア２００へ移す（工程３２０）。次に、ワックス
または感光性有機材料の層２１０を一時的な接着剤とし
て付着する（工程３３０）。ボディ領域を含むデバイス
５０をエッチング・プロセスによって定める（工程３４
０）。デバイスへのコンタクト２４０，２５０，２６０
を導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成す
る（工程３５０）。
【００３１】本発明の新規な特徴は様々である。概略す
れば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる
高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機
能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性
材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さ
らに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャ
リア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であ
ってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限
定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体
ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートと
の界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体
の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソー
ス／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気
的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ
費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトラ
ンジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可
能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース
／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面
は、後続の処理から完全に保護される。
れば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる
高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機
能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性
材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さ
らに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャ
リア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であ
ってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限
定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体
ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートと
の界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体
の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソー
ス／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気
的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ
費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトラ
ンジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可
能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース
／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面
は、後続の処理から完全に保護される。
【００３２】その上、従来のポリマ薄膜トランジスタと
異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないよう
に完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリ
マ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領
域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処
理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性
を回避するということである。さらに、有機半導体は、
汚染を防ぐために複数の絶縁体層２００，１６０，２７
０によって完全に覆われる。
異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないよう
に完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリ
マ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領
域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処
理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性
を回避するということである。さらに、有機半導体は、
汚染を防ぐために複数の絶縁体層２００，１６０，２７
０によって完全に覆われる。
【００３３】好適な実施の形態の観点から本発明を説明
してきたが、特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれ
る変更によって本発明を実施できるということを当業者
は理解可能である。
してきたが、特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれ
る変更によって本発明を実施できるということを当業者
は理解可能である。
【００３４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であ
って、第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、
前記第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工
程と、前記導電層の上に複合物を形成する工程と、前記
複合物の上に半導体層を付着する工程と、前記半導体層
を第二の絶縁層で保護する工程と、前記デバイスに熱処
理を加える工程と、前記第二の絶縁層の上に第二の基板
を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程
と、前記第一の基板を除去する工程と、前記第二の基板
をキャリア層へ接着する工程と、前記第一の絶縁層の上
に第三の絶縁層を付着する工程と、前記第一の絶縁層と
前記第三の絶縁層とを貫いてコンタクトを形成する工程
とを含む方法。 （２）第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する
工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁層を付
着する工程とを含むプロセスで前記第一の基板を形成す
る工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。 （３）前記複合物を形成する工程は、前記第一および第
二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第四の絶縁層
を前記導電層の上に付着する工程を含む上記（１）に記
載の方法。 （４）前記第二の基板を前記キャリア層へ接着する工程
の前に、前記第二の基板を第二の接着層でコーティング
する工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。 （５）前記半導体層は、完全に平坦化された層から構成
される上記（１）に記載の方法。 （６）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程におい
て、前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリ
イミド材料のうちの１つを含む上記（１）に記載の方
法。 （７）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程におい
て、前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む
上記（５）に記載の方法。 （８）前記第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着
する工程において、前記第一の接着層は、フォトレジス
トおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記
（２）に記載の方法。 （９）前記第二の基板を第二の接着層でコーティングす
る工程において、前記第二の接着層は、フォトレジスト
および感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（４）
に記載の方法。 （１０）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法で
あって、複合物を基板上に形成する工程と、前記複合物
を完全に平坦化する工程と、前記複合物の上に半導体層
を形成する工程と、前記半導体層を複数の絶縁層で保護
する工程であって、前記半導体層は汚染物質を伴ってお
らず、前記複数の絶縁層のうちの少なくとも１つは他の
複数の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む工程と、前
記デバイスに熱処理を加える工程と、前記複数の絶縁層
の上に複数の一時的な接着層を付着する工程と、前記デ
バイスの上下を逆にする工程と、前記複数の一時的な接
着層のうちの少なくとも１つを前記デバイスから除去す
る工程と、前記絶縁層を貫いて前記半導体層までの複数
のコンタクト領域を形成する工程とを含む方法。 （１１）第一の接着層を第一のキャリア層の上に付着す
る工程と、前記第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着
する工程とを含むプロセスで前記基板を形成する工程を
さらに含む上記（１０）に記載の方法。 （１２）前記第一の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含
む第二の絶縁層を導電層の上に付着する工程をさらに含
む上記（１０）に記載の方法。 （１３）トランジスタ構造を形成する方法であって、絶
縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記絶
縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、前記絶縁ポ
リマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導電性ポリマ
層をパターンニングする工程と、前記導電性ポリマ層の
上にゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成する工程
と、前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成す
る工程と、前記犠牲層を除去する工程と、前記絶縁ポリ
マ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導電コンタクト
を形成する工程とを含む方法。 （１４）前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程の前
に、前記導電性ポリマ層の上にコンタクトを形成する工
程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。 （１５）前記導電性ポリマ層をパターンニングする工程
は、ソース導体，ドレイン導体およびゲート導体を形成
する上記（１４）に記載の方法。 （１６）前記コンタクトを形成する工程において、前記
コンタクトは、前記ソースと前記ドレインとを前記半導
体ポリマ層に電気的に接続するように形成される上記
（１５）に記載の方法。 （１７）前記半導体ポリマ層に隣接する平坦な絶縁体を
形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。 （１８）少なくとも１つのキャリア層と、前記キャリア
層上の完全に平坦化された半導体層と、前記半導体層上
の絶縁体層と、前記半導体層へ接続された複数の導電コ
ンタクトとを備える薄膜トランジスタ・デバイスであっ
て、前記半導体層は、前記絶縁体層によって完全に覆わ
れる薄膜トランジスタ・デバイス。 （１９）前記絶縁体層は、ポリエステル材料およびポリ
イミド材料のうちの１つを含む上記（１８）に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス。 （２０）前記絶縁体層は、ポリカーボネート材料を含む
上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。 （２１）前記キャリア層に接続された接着層をさらに備
え、前記接着層はフォトレジストおよび感光性ポリイミ
ドのうちの１つである上記（１８）に記載の薄膜トラン
ジスタ・デバイス。
の事項を開示する。 （１）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であ
って、第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、
前記第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工
程と、前記導電層の上に複合物を形成する工程と、前記
複合物の上に半導体層を付着する工程と、前記半導体層
を第二の絶縁層で保護する工程と、前記デバイスに熱処
理を加える工程と、前記第二の絶縁層の上に第二の基板
を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程
と、前記第一の基板を除去する工程と、前記第二の基板
をキャリア層へ接着する工程と、前記第一の絶縁層の上
に第三の絶縁層を付着する工程と、前記第一の絶縁層と
前記第三の絶縁層とを貫いてコンタクトを形成する工程
とを含む方法。 （２）第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する
工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁層を付
着する工程とを含むプロセスで前記第一の基板を形成す
る工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。 （３）前記複合物を形成する工程は、前記第一および第
二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第四の絶縁層
を前記導電層の上に付着する工程を含む上記（１）に記
載の方法。 （４）前記第二の基板を前記キャリア層へ接着する工程
の前に、前記第二の基板を第二の接着層でコーティング
する工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。 （５）前記半導体層は、完全に平坦化された層から構成
される上記（１）に記載の方法。 （６）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程におい
て、前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリ
イミド材料のうちの１つを含む上記（１）に記載の方
法。 （７）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程におい
て、前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む
上記（５）に記載の方法。 （８）前記第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着
する工程において、前記第一の接着層は、フォトレジス
トおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記
（２）に記載の方法。 （９）前記第二の基板を第二の接着層でコーティングす
る工程において、前記第二の接着層は、フォトレジスト
および感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（４）
に記載の方法。 （１０）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法で
あって、複合物を基板上に形成する工程と、前記複合物
を完全に平坦化する工程と、前記複合物の上に半導体層
を形成する工程と、前記半導体層を複数の絶縁層で保護
する工程であって、前記半導体層は汚染物質を伴ってお
らず、前記複数の絶縁層のうちの少なくとも１つは他の
複数の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む工程と、前
記デバイスに熱処理を加える工程と、前記複数の絶縁層
の上に複数の一時的な接着層を付着する工程と、前記デ
バイスの上下を逆にする工程と、前記複数の一時的な接
着層のうちの少なくとも１つを前記デバイスから除去す
る工程と、前記絶縁層を貫いて前記半導体層までの複数
のコンタクト領域を形成する工程とを含む方法。 （１１）第一の接着層を第一のキャリア層の上に付着す
る工程と、前記第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着
する工程とを含むプロセスで前記基板を形成する工程を
さらに含む上記（１０）に記載の方法。 （１２）前記第一の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含
む第二の絶縁層を導電層の上に付着する工程をさらに含
む上記（１０）に記載の方法。 （１３）トランジスタ構造を形成する方法であって、絶
縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記絶
縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、前記絶縁ポ
リマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導電性ポリマ
層をパターンニングする工程と、前記導電性ポリマ層の
上にゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成する工程
と、前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成す
る工程と、前記犠牲層を除去する工程と、前記絶縁ポリ
マ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導電コンタクト
を形成する工程とを含む方法。 （１４）前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程の前
に、前記導電性ポリマ層の上にコンタクトを形成する工
程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。 （１５）前記導電性ポリマ層をパターンニングする工程
は、ソース導体，ドレイン導体およびゲート導体を形成
する上記（１４）に記載の方法。 （１６）前記コンタクトを形成する工程において、前記
コンタクトは、前記ソースと前記ドレインとを前記半導
体ポリマ層に電気的に接続するように形成される上記
（１５）に記載の方法。 （１７）前記半導体ポリマ層に隣接する平坦な絶縁体を
形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。 （１８）少なくとも１つのキャリア層と、前記キャリア
層上の完全に平坦化された半導体層と、前記半導体層上
の絶縁体層と、前記半導体層へ接続された複数の導電コ
ンタクトとを備える薄膜トランジスタ・デバイスであっ
て、前記半導体層は、前記絶縁体層によって完全に覆わ
れる薄膜トランジスタ・デバイス。 （１９）前記絶縁体層は、ポリエステル材料およびポリ
イミド材料のうちの１つを含む上記（１８）に記載の薄
膜トランジスタ・デバイス。 （２０）前記絶縁体層は、ポリカーボネート材料を含む
上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。 （２１）前記キャリア層に接続された接着層をさらに備
え、前記接着層はフォトレジストおよび感光性ポリイミ
ドのうちの１つである上記（１８）に記載の薄膜トラン
ジスタ・デバイス。
【図１】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図で
ある。
ある。
【図２】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図で
ある。
ある。
【図３】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図で
ある。
ある。
【図４】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図で
ある。
ある。
【図５】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジス
タ・デバイスの概略側面図である。
タ・デバイスの概略側面図である。
【図６】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジス
タ・デバイスの概略側面図である。
タ・デバイスの概略側面図である。
【図７】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジス
タ・デバイスの概略側面図である。
タ・デバイスの概略側面図である。
【図８】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジス
タ・デバイスの概略側面図である。
タ・デバイスの概略側面図である。
【図９】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジス
タ・デバイスの概略側面図である。
タ・デバイスの概略側面図である。
【図１０】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジ
スタ・デバイスの概略側面図である。
スタ・デバイスの概略側面図である。
【図１１】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの
概略側面図である。
概略側面図である。
【図１２】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの
概略側面図である。
概略側面図である。
【図１３】本発明の好適な方法を説明するフローチャー
トである。
トである。
１ ソース
２ ドレイン
３ 有機半導体
４ 絶縁体
５ ゲート
６ 基板
１１ ソース
１２ ドレイン
１３ ボディ
１４ ゲート
１５ 絶縁ポリマ
１６ コーナー
１７ コーナー
５０ 薄膜トランジスタ・デバイス
１００ 基板キャリア
１１０ ワックス層
１２０ 絶縁ポリマ層
１２５ 導電性材料
１３０ ドレイン
１４０ ゲート
１５０ ソース
１６０ 第二の絶縁ポリマ層
１７０ コンタクト
１８０ コンタクト
１９０ 半導体ポリマ層
２００ 第三の絶縁ポリマ層
２１０ 第二のワックス層
２２０ 第二のキャリア層
２４０ ソースへのコンタクト
２５０ ゲートへのコンタクト
２６０ ドレインへのコンタクト
２７０ 絶縁ポリマ
３１１ ソース
３１２ ドレイン
３１３ ボディ
３１４ ゲート
３１５ 絶縁ポリマ
３１６ コーナー
３１７ コーナー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 トリシア・エル・ブリーン
アメリカ合衆国 12533 ニューヨーク州
ホープウェル ジャンクション チェル
シー コヴ ノース 7402
(72)発明者 ローレンス・エイ・クレヴァンガー
アメリカ合衆国 12540 ニューヨーク州
ラグランジュビル アンドリュース ロ
ード 90
(72)発明者 ルイス・エル・スー
アメリカ合衆国 12524 ニューヨーク州
フィッシュキル クロスバイ コート
７
(72)発明者 リ−コング・ワング
アメリカ合衆国 07645 ニュージャージ
ー州 モントヴェイル モーガン コート
２
(72)発明者 クゥオング・ホン・ウォング
アメリカ合衆国 12590 ニューヨーク州
ワッピンガーズ フォールズ ミナ ド
ライブ 42
Ｆターム(参考） 5F110 AA18 BB04 CC01 DD01 DD02
DD05 DD12 EE01 EE42 FF01
FF36 GG05 GG42 HK01 HK32
HL22 HL27 HM17 NN02 NN27
QQ04 QQ06 QQ08 QQ16 QQ19
Claims (21)
- 【請求項１】薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方
法であって、 第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、 前記第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工
程と、 前記導電層の上に複合物を形成する工程と、 前記複合物の上に半導体層を付着する工程と、 前記半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、 前記デバイスに熱処理を加える工程と、 前記第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、 前記デバイスの上下を逆にする工程と、 前記第一の基板を除去する工程と、 前記第二の基板をキャリア層へ接着する工程と、 前記第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程
と、 前記第一の絶縁層と前記第三の絶縁層とを貫いてコンタ
クトを形成する工程とを含む方法。 - 【請求項２】第一の接着層を第二のキャリア層の上に付
着する工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁
層を付着する工程とを含むプロセスで前記第一の基板を
形成する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】前記複合物を形成する工程は、前記第一お
よび第二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第四の
絶縁層を前記導電層の上に付着する工程を含む請求項１
に記載の方法。 - 【請求項４】前記第二の基板を前記キャリア層へ接着す
る工程の前に、前記第二の基板を第二の接着層でコーテ
ィングする工程をさらに含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】前記半導体層は、完全に平坦化された層か
ら構成される請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程
において、 前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリイミ
ド材料のうちの１つを含む請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程
において、 前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む請求
項５に記載の方法。 - 【請求項８】前記第一の接着層を第二のキャリア層の上
に付着する工程において、 前記第一の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリ
イミドのうちの１つを含む請求項２に記載の方法。 - 【請求項９】前記第二の基板を第二の接着層でコーティ
ングする工程において、 前記第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリ
イミドのうちの１つを含む請求項４に記載の方法。 - 【請求項１０】薄膜トランジスタ・デバイスを形成する
方法であって、 複合物を基板上に形成する工程と、 前記複合物を完全に平坦化する工程と、 前記複合物の上に半導体層を形成する工程と、 前記半導体層を複数の絶縁層で保護する工程であって、
前記半導体層は汚染物質を伴っておらず、前記複数の絶
縁層のうちの少なくとも１つは他の複数の絶縁層よりも
高い誘電率の材料を含む工程と、 前記デバイスに熱処理を加える工程と、 前記複数の絶縁層の上に複数の一時的な接着層を付着す
る工程と、 前記デバイスの上下を逆にする工程と、 前記複数の一時的な接着層のうちの少なくとも１つを前
記デバイスから除去する工程と、 前記絶縁層を貫いて前記半導体層までの複数のコンタク
ト領域を形成する工程とを含む方法。 - 【請求項１１】第一の接着層を第一のキャリア層の上に
付着する工程と、前記第一の接着層の上に第一の絶縁層
を付着する工程とを含むプロセスで前記基板を形成する
工程をさらに含む請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】前記第一の絶縁層よりも高い誘電率の材
料を含む第二の絶縁層を導電層の上に付着する工程をさ
らに含む請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１３】トランジスタ構造を形成する方法であっ
て、 絶縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記
絶縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、 前記絶縁ポリマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導
電性ポリマ層をパターンニングする工程と、 前記導電性ポリマ層の上にゲート絶縁体ポリマ層を形成
する工程と、 前記ゲート絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成
する工程と、 前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成する工
程と、 前記犠牲層を除去する工程と、 前記絶縁ポリマ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導
電コンタクトを形成する工程とを含む方法。 - 【請求項１４】前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工
程の前に、前記導電性ポリマ層の上にコンタクトを形成
する工程をさらに含む請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】前記導電性ポリマ層をパターンニングす
る工程は、ソース導体，ドレイン導体およびゲート導体
を形成する請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】前記コンタクトを形成する工程におい
て、 前記コンタクトは、前記ソースと前記ドレインとを前記
半導体ポリマ層に電気的に接続するように形成される請
求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】前記半導体ポリマ層に隣接する平坦な絶
縁体を形成する工程をさらに含む請求項１３に記載の方
法。 - 【請求項１８】少なくとも１つのキャリア層と、 前記キャリア層上の完全に平坦化された半導体層と、 前記半導体層上の絶縁体層と、 前記半導体層へ接続された複数の導電コンタクトとを備
える薄膜トランジスタ・デバイスであって、 前記半導体層は、前記絶縁体層によって完全に覆われる
薄膜トランジスタ・デバイス。 - 【請求項１９】前記絶縁体層は、ポリエステル材料およ
びポリイミド材料のうちの１つを含む請求項１８に記載
の薄膜トランジスタ・デバイス。 - 【請求項２０】前記絶縁体層は、ポリカーボネート材料
を含む請求項１８に記載の薄膜トランジスタ・デバイ
ス。 - 【請求項２１】前記キャリア層に接続された接着層をさ
らに備え、 前記接着層はフォトレジストおよび感光性ポリイミドの
うちの１つである請求項１８に記載の薄膜トランジスタ
・デバイス。
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