JP2007335827A - Fine particles layer structure and forming method of same, semiconductor device, and separation region - Google Patents

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JP2007335827A JP2006271643A JP2006271643A JP2007335827A JP 2007335827 A JP2007335827 A JP 2007335827A JP 2006271643 A JP2006271643 A JP 2006271643A JP 2006271643 A JP2006271643 A JP 2006271643A JP 2007335827 A JP2007335827 A JP 2007335827A
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眞一郎 近藤
Kazumasa Nomoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device with no contamination, damage, and disturbance in a fine particle layer, provided with a fine particles layer structure including a separated fine particle layer. <P>SOLUTION: A semiconductor device has (A) a wall-like two layer structure formed on a substrate 11, with a side wall of a lower layer 31 composed of a separation region 30 having an undercut shape with respect to the side wall of an upper layer 32, and (B) an active element formed on a part of the substrate 11 surrounded by the separation region 30. The active element includes fine particles 22 composed of a conductor or a semiconductor and a conductive route 21 formed of an organic semiconductor molecule bonded to the fine particles 22, and the fine particle layer 20 composed of the fine particles 22 is separated at the side wall of the separation region 30. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、微粒子層構造体及びその形成方法、半導体装置、並びに、分離領域に関する。   The present invention relates to a fine particle layer structure, a method for forming the same, a semiconductor device, and a separation region.

微粒子(ナノ粒子)を用いた各種デバイスが、近年、活発に研究されている。ナノ粒子は、その特徴的な小ささの故、たとえ同じ物質であっても、バルク状態のものとは異なる物性を示す場合が多い。例えば、ナノメートル・サイズの微粒子になると、内部にある原子数に対する表面の原子数 (surface-to-volume ratio)の割合がバルクに比べて非常に大きくなるために、その効果を利用した粒子分散型太陽電池、分子センサー、触媒、吸脱着材等の用途への開発が進められている。また、電子、磁気、光といった面でも、小ささに起因する特異的な量子効果を発現することが知られている。そして、磁気粒子による高密度メモリ、サイズに依存した色を発色する半導体ナノ粒子による発光デバイス、クーロン・ブロッケード現象を利用した単電子トランジスタ等のナノデバイスが、次世代エレクトロニクスを担うデバイスとして注目を集めている。   In recent years, various devices using fine particles (nanoparticles) have been actively studied. Nanoparticles often exhibit physical properties different from those in the bulk state because of their characteristic small size. For example, in the case of nanometer-sized fine particles, the ratio of the surface-to-volume ratio to the number of atoms in the interior is very large compared to the bulk. Development of applications such as type solar cells, molecular sensors, catalysts, and adsorption / desorption materials is underway. In addition, it is known that a specific quantum effect due to the smallness is expressed in terms of electrons, magnetism, and light. Nanodevices such as high-density memory using magnetic particles, light-emitting devices using semiconductor nanoparticles that generate color depending on size, and single-electron transistors using the Coulomb blockade phenomenon have attracted attention as devices for next-generation electronics. ing.

また、微粒子、及び、微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路を具備した半導体装置が、例えば、特開2004−088090、特開2005−210107、特開2006−080257から周知である。更には、微粒子層の形成方法が、例えば、WO2005/015792から知られている。   Further, a semiconductor device having a conductive path composed of fine particles and organic semiconductor molecules bonded to the fine particles is known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2004-088090, 2005-210107, and 2006-080257. Furthermore, a method for forming a fine particle layer is known from, for example, WO2005 / 015792.

特開2004−088090JP 2004-088090 A 特開2005−210107JP-A-2005-210107 特開2006−080257JP 2006-080257 A WO2005/015792WO2005 / 015792

ところで、微粒子(ナノ粒子)を、単層で、最密に、広い面積において、しかも、所望の領域に分離された状態で配置することは、重要な技術であるにも拘わらず、その達成は非常に困難である。前述した特開2004−088090、特開2005−210107、特開2006−080257には、このような分離技術に関しては、何ら言及されていない。   By the way, although it is an important technique to arrange fine particles (nanoparticles) in a single layer, close-packed, in a large area and in a state of being separated into a desired region, the achievement is achieved. It is very difficult. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-088090, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-210107, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-080257 do not mention any such separation technique.

WO2005/015792の例えば第24頁第14行乃至第25頁第12行、及び、図13A、図13B、図13Cには、微粒子(ナノ粒子)層の形成方法が開示されている。この方法は、具体的には、所謂リフト・オフ法である。そして、例えば、感光性レジストから構成された犠牲層304は、最終的に、溶剤を用いて除去される。然るに、溶剤を用いて犠牲層304を除去する際、MPN(molecularly protected monoparticle)340に汚染が生じる可能性があるし、溶剤によってMPN340に損傷が生じる虞もある。更には、形成された微粒子(ナノ粒子)の単層の配列が乱される可能性もある。   WO2005 / 015792 (for example, page 24, line 14 to page 25, line 12) and FIGS. 13A, 13B, and 13C disclose a method of forming a fine particle (nanoparticle) layer. Specifically, this method is a so-called lift-off method. Then, for example, the sacrificial layer 304 made of a photosensitive resist is finally removed using a solvent. However, when the sacrificial layer 304 is removed using a solvent, the MPN (molecularly protected monoparticle) 340 may be contaminated, and the MPN 340 may be damaged by the solvent. Furthermore, the arrangement of the formed monolayers of the fine particles (nanoparticles) may be disturbed.

従って、本発明の目的は、微粒子層に汚染、損傷、配列の乱れ等が生じることの無い、分離された微粒子層を含む微粒子層構造体及びその形成方法、係る微粒子層構造体を具備した半導体装置、並びに、係る分離された微粒子層を得るための一種の下地である分離領域を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fine particle layer structure including a separated fine particle layer, which does not cause contamination, damage, disorder of arrangement, etc. in the fine particle layer, a method for forming the fine particle layer, and a semiconductor including the fine particle layer structure. An object of the present invention is to provide an apparatus and a separation region as a kind of base for obtaining such a separated fine particle layer.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る微粒子層構造体は、
(A)基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された微粒子層、
から成る微粒子層構造体であって、
該微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the fine particle layer structure according to the first aspect of the present invention comprises:
(A) a separation region formed on a substrate, having a wall-like two-layer structure, in which a lower side wall is undercut, and
(B) a fine particle layer formed on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A fine particle layer structure comprising:
The fine particle layer is separated on the side wall of the separation region.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る微粒子層構造体の形成方法は、
(a)基体上に、開口部を有するレジスト層を形成した後、
(b)レジスト層上、及び、開口部内に露出した基体の部分の上に、分離領域を構成する下層及び上層を、順次、形成し、次いで、
(c)下層の側壁がアンダーカット状となるように、下層の側壁をエッチングした後、
(d)レジスト層を除去し、且つ、基体上に分離領域を残し、次いで、
(e)分離領域の側壁において分離される微粒子層を、分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成する、
工程を具備することを特徴とする。
The method for forming the fine particle layer structure according to the first aspect of the present invention for achieving the above-described object comprises:
(A) After forming a resist layer having an opening on the substrate,
(B) A lower layer and an upper layer constituting the separation region are sequentially formed on the resist layer and on the portion of the base exposed in the opening, and then
(C) After etching the lower sidewall so that the lower sidewall is undercut,
(D) removing the resist layer and leaving an isolation region on the substrate;
(E) forming a particulate layer separated on the side wall of the separation region on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
It comprises the process.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る半導体装置は、
(A)基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された能動素子、
から成る半導体装置であって、
該能動素子は、導体又は半導体から成る微粒子、及び、該微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路を具備し、
該微粒子から構成された微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes:
(A) a separation region formed on a substrate, having a wall-like two-layer structure, in which a lower side wall is undercut, and
(B) an active element formed on the portion of the substrate surrounded by the isolation region;
A semiconductor device comprising:
The active element includes a fine particle made of a conductor or a semiconductor, and a conductive path made of an organic semiconductor molecule bonded to the fine particle,
The fine particle layer composed of the fine particles is separated on the side wall of the separation region.

上記の目的を達成するための本発明の第1の態様に係る分離領域は、基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the separation region according to the first aspect of the present invention has a wall-like two-layer structure formed on a substrate, and the lower side wall is undercut. And

上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る微粒子層構造体は、
(A)基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された微粒子層、
から成る微粒子層構造体であって、
該微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする。
To achieve the above object, the fine particle layer structure according to the second aspect of the present invention comprises:
(A) a separation region having a wall-shaped single layer structure formed on a substrate and having a side wall in an undercut shape; and
(B) a fine particle layer formed on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A fine particle layer structure comprising:
The fine particle layer is separated on the side wall of the separation region.

上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る微粒子層構造体の形成方法は、
(a)基体上に光感光性の樹脂層を形成した後、樹脂層を露光、現像することで、側壁がアンダーカット状の樹脂層から成る分離領域を基体上に残し、
(b)分離領域の側壁において分離される微粒子層を、分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成する、
工程を具備することを特徴とする。
The method for forming the fine particle layer structure according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is as follows:
(A) After forming a photosensitive resin layer on the substrate, the resin layer is exposed and developed to leave a separation region on the substrate whose side wall is made of an undercut resin layer;
(B) forming a fine particle layer separated on the side wall of the separation region on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
It comprises the process.

尚、本発明の第2の態様に係る微粒子層構造体の形成方法において、樹脂層は、全体として単層であるが、樹脂層を、1種類の樹脂から構成してもよいし、2種類以上の樹脂から成る層の積層構造としてもよい。   In the method for forming a fine particle layer structure according to the second aspect of the present invention, the resin layer is a single layer as a whole, but the resin layer may be composed of one kind of resin or two kinds. It is good also as a laminated structure of the layer which consists of the above resin.

上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る半導体装置は、
(A)基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された能動素子、
から成る半導体装置であって、
該能動素子は、導体又は半導体から成る微粒子、及び、該微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路を具備し、
該微粒子から構成された微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes:
(A) a separation region having a wall-shaped single layer structure formed on a substrate and having a side wall in an undercut shape; and
(B) an active element formed on the portion of the substrate surrounded by the isolation region;
A semiconductor device comprising:
The active element includes a fine particle made of a conductor or a semiconductor, and a conductive path made of an organic semiconductor molecule bonded to the fine particle,
The fine particle layer composed of the fine particles is separated on the side wall of the separation region.

上記の目的を達成するための本発明の第2の態様に係る分離領域は、基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状であることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the separation region according to the second aspect of the present invention is characterized in that it has a wall-shaped single-layer structure formed on a substrate, and the side wall has an undercut shape. .

本発明の第1の態様、第2の態様に係る微粒子層構造体、その形成方法、あるいは、半導体装置(以下、これらを総称して、単に、本発明の微粒子層構造体等と呼ぶ場合がある)において、分離領域の頂面には、微粒子層が残されていてもよいし、場合によっては、分離領域の頂面から何らかの方法(例えば、ピール・オフ法)に基づき微粒子層が除去されていてもよい。   The fine particle layer structure according to the first aspect and the second aspect of the present invention, a method for forming the structure, or a semiconductor device (hereinafter, these may be collectively referred to simply as the fine particle layer structure of the present invention). In some cases, the fine particle layer may be left on the top surface of the separation region, and in some cases, the fine particle layer is removed from the top surface of the separation region by some method (for example, peel-off method). It may be.

上記の形態を含む本発明の第1の態様に係る微粒子層構造体、その形成方法、半導体装置、あるいは、分離領域(以下、これらを総称して、単に、本発明の第1の態様と呼ぶ場合がある)において、下層を構成する材料及び上層を構成する材料は、異なる材料であれば、本質的には如何なる材料とすることもでき、絶縁材料であってもよいし、導電性を有する材料であってもよいし、無機材料であってもよいし、有機材料(例えば、光感光性のポリイミド樹脂やパーマネント・レジストと通称されるレジスト材料)であってもよいが、好ましい(下層を構成する材料,上層を構成する材料)の組合せとして、例えば、(酸化物,窒化物)又は(窒化物,酸化物)を例示することができる。酸化物として、より具体的にはSiOXを例示することができるし、窒化物として、より具体的にはSiNYを例示することができる。但し、これらに限定するものではない。下層の側壁がアンダーカット状となるように(例えば、下層の側壁が基体から立ち上がる部分よりも下層の側壁上端が迫り出している状態となるように、あるいは又、上層の側壁の上部が下層の側壁よりも迫り出した状態となるように、あるいは又、下層の側壁よりも上層の側壁が突出した状態となるように)、例えば、下層の側壁をエッチングする。また、下層及び上層を構成する材料には、半導体装置の製造時、有機半導体分子と微粒子とを化学的に結合させる際に使用される有機半導体分子の溶液を構成する溶媒に対する耐性(耐有機溶媒性)が要求される。係る溶媒によって下層や上層が溶解したのでは、微粒子層等に汚染が発生する虞が生じる。 The fine particle layer structure according to the first aspect of the present invention including the above-described form, a method for forming the same, a semiconductor device, or a separation region (hereinafter collectively referred to as the first aspect of the present invention). The material constituting the lower layer and the material constituting the upper layer may be essentially any material as long as they are different materials, and may be an insulating material or have conductivity. It may be a material, an inorganic material, or an organic material (for example, a resist material commonly referred to as a photosensitive polyimide resin or a permanent resist). Examples of the combination of the constituent material and the constituent material of the upper layer) include (oxide, nitride) or (nitride, oxide). More specifically, SiO x can be exemplified as the oxide, and SiN Y can be exemplified as the nitride more specifically. However, it is not limited to these. The lower side wall becomes undercut (for example, the lower side wall has its upper end protruding beyond the portion where the lower side wall rises from the base, or the upper side wall has an upper portion on the lower side. For example, the lower side wall is etched so that the side wall protrudes from the side wall or the upper side wall protrudes from the lower side wall. In addition, the material constituting the lower layer and the upper layer is resistant to the solvent that constitutes the solution of the organic semiconductor molecule that is used when the organic semiconductor molecule and the fine particles are chemically bonded at the time of manufacturing the semiconductor device (organic solvent resistant Sex) is required. If the lower layer or the upper layer is dissolved by such a solvent, there is a possibility that the fine particle layer or the like is contaminated.

また、上記の形態を含む本発明の第2の態様に係る微粒子層構造体、その形成方法、半導体装置、あるいは、分離領域(以下、これらを総称して、単に、本発明の第2の態様と呼ぶ場合がある)において、分離領域を構成する材料として、有機材料(例えば、光感光性のポリイミド樹脂やパーマネント・レジストと通称されるレジスト材料)を例示することができる。   In addition, the fine particle layer structure according to the second aspect of the present invention including the above form, a method for forming the same, a semiconductor device, or a separation region (hereinafter collectively referred to simply as the second aspect of the present invention) In some cases, an organic material (for example, a photosensitive polyimide resin or a resist material commonly referred to as a permanent resist) can be exemplified as a material constituting the separation region.

以上に説明した形態、構成を含む本発明の微粒子層構造体等において、微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、(H/RAVE)≧5×101、好ましくは(H/RAVE)≧1×102を満足することが望ましい。また、壁状の分離領域の一辺の長さLは、(L/H)≧1×101、好ましくは(L/H)≧1×102を満足することが望ましい。ここで、壁状の分離領域の一辺の長さLとは、能動素子を形成すべき基体の部分と能動素子を形成すべき基体の部分との間に横たわる分離領域の長さ(幅)を意味する。尚、分離領域の高さHの値が、上記のとおり、微粒子の平均粒径RAVEの値よりも十分に大きくないと、微粒子層に所謂「段切れ」が確実に生じない虞が生じる。また、壁状の分離領域の一辺の長さLの値が、上記のとおり、分離領域の高さHの値よりも十分に大きくないと、例えば、本発明の第1の態様において下層の側壁がアンダーカット状となるように下層の側壁をエッチングしたとき、下層及び上層から構成された分離領域の積層構造を維持できなくなる虞が生じる。 In the fine particle layer structure of the present invention including the form and configuration described above, when the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is (H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1. Preferably, (H / R AVE ) ≧ 1 × 10 2 is satisfied. The length L of one side of the wall-shaped separation region satisfies (L / H) ≧ 1 × 10 1 , preferably (L / H) ≧ 1 × 10 2 . Here, the length L of one side of the wall-shaped separation region is the length (width) of the separation region lying between the portion of the substrate on which the active element is to be formed and the portion of the substrate on which the active element is to be formed. means. As described above, if the value of the height H of the separation region is not sufficiently larger than the value of the average particle diameter R AVE of the fine particles, there is a possibility that the so-called “step break” does not occur reliably in the fine particle layer. If the value of the length L of one side of the wall-shaped separation region is not sufficiently larger than the value of the height H of the separation region as described above, for example, in the first aspect of the present invention, the lower side wall When the side wall of the lower layer is etched so as to have an undercut shape, there is a possibility that the laminated structure of the separation region composed of the lower layer and the upper layer cannot be maintained.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の第1の態様あるいは第2の態様に係る半導体装置(以下、これらを総称して、単に、本発明の半導体装置と呼ぶ場合がある)にあっては、有機半導体分子が末端に有する官能基が、微粒子と化学的に結合していることが好ましく、更には、有機半導体分子が両端に有する官能基によって有機半導体分子と微粒子とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることが好ましい。微粒子と有機半導体分子との結合体の単一層によって導電路が構成されていてもよいし、微粒子と有機半導体分子との結合体の積層構造によって3次元的なネットワーク状の導電路が構成されていてもよい。このようにネットワーク状の導電路を構築することで、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に起こり、導電路には分子間の電子移動が含まれない構造となる結果、従来の有機半導体材料を用いた半導体装置における低い移動度の原因であった分子間の電子移動によって移動度が制限されることが無くなり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、今までにない高い移動度を実現することが可能となる。   The semiconductor device according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above (hereinafter, these may be collectively referred to as the semiconductor device of the present invention). Therefore, it is preferable that the functional group that the organic semiconductor molecule has at the terminal is chemically bonded to the fine particle, and further, the organic semiconductor molecule and the fine particle are chemically bonded to each other by the functional group that the organic semiconductor molecule has at both ends. It is preferable that a network-like conductive path is constructed by coupling (alternately). A conductive path may be constituted by a single layer of a conjugate of fine particles and organic semiconductor molecules, or a three-dimensional network-like conductive path is constituted by a laminated structure of a conjugate of fine particles and organic semiconductor molecules. May be. By constructing a network-like conductive path in this way, charge transfer in the conductive path occurs predominantly in the axial direction of the molecule along the main chain of the organic semiconductor molecule, and electron transfer between molecules in the conductive path As a result, the mobility is not limited by intermolecular electron movement, which was the cause of low mobility in semiconductor devices using conventional organic semiconductor materials, and the molecular movement in the axial direction. For example, since high mobility due to delocalized π electrons can be utilized to the maximum extent, it is possible to realize unprecedented high mobility.

更には、本発明の半導体装置にあっては、導電路を配線や各種電極として用いることができるし、導電路に加えられる電界によって導電路の導電性が制御される構成とすることもできる。そして、後者の場合、本発明の半導体装置における能動素子は、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路によってチャネル形成領域が構成される構造とすることができる。このような構造にあっては、共役系を有する有機半導体分子として可視部付近の光に対して光吸収性のある色素の使用により、光センサ等としても動作可能である。   Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, the conductive path can be used as a wiring or various electrodes, and the conductivity of the conductive path can be controlled by an electric field applied to the conductive path. In the latter case, the active element in the semiconductor device of the present invention includes a field effect transistor (FET) having a gate electrode, a gate insulating layer, a channel formation region, and source / drain electrodes, and forms a channel by a conductive path. It can be set as the structure where an area | region is comprised. In such a structure, it is possible to operate as an optical sensor or the like by using a dye that absorbs light near the visible region as an organic semiconductor molecule having a conjugated system.

以上に説明した好ましい形態、構成を含む本発明の微粒子層構造体等にあっては、微粒子の平均粒径RAVEの範囲は、5.0×10-10m≦RAVE、好ましくは5.0×10-10m≦RAVE≦1.0×10-6m、より好ましくは5.0×10-10m≦RAVE≦1.0×10-8mであることが望ましい。微粒子の形状として球形を挙げることができるが、これに限るものではなく、その他、例えば、三角形、四面体、立方体、直方体、円錐、円柱状(ロッド)、三角柱、ファイバー状、毛玉状のファイバー等を挙げることができる。尚、微粒子の形状が球形以外の場合の微粒子の平均粒径RAVEは、球形以外の微粒子の測定された体積と同じ体積を有する球を想定し、係る球の直径の平均値を微粒子の平均粒径RAVEとすればよい。微粒子の平均粒径RAVEは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察された微粒子の粒径を計測することで得ることができる。 In the fine particle layer structure and the like of the present invention including the preferred embodiments and configurations described above, the average particle diameter R AVE of the fine particles is 5.0 × 10 −10 m ≦ R AVE , preferably 5. It is desirable that 0 × 10 −10 m ≦ R AVE ≦ 1.0 × 10 −6 m, more preferably 5.0 × 10 −10 m ≦ R AVE ≦ 1.0 × 10 −8 m. Examples of the shape of the fine particles include, but are not limited to, a spherical shape, a triangular shape, a tetrahedron, a cube, a rectangular parallelepiped, a cone, a cylindrical shape (rod), a triangular prism, a fiber shape, a hairball shape fiber, and the like. Can be mentioned. The average particle size R AVE of the fine particles when the shape of the fine particles is other than a spherical shape is assumed to be a sphere having the same volume as the measured volume of the fine particles other than the spherical shape, and the average value of the diameters of the spheres is calculated as The particle size R AVE may be used. The average particle size R AVE of the fine particles can be obtained, for example, by measuring the particle size of the fine particles observed with a transmission electron microscope (TEM).

本発明の微粒子層構造体等において、微粒子は、導体としての金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)といった金属から成り、あるいは、これらの金属から構成された合金から成り、あるいは又、半導体としての硫化カドミウム(CdS)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、ガリウム砒素(GaAs)、酸化チタン(TiO2)、又は、シリコン(Si)から成る構成とすることができる。尚、導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-2Ω・cm)のオーダー以下である材料から成る微粒子を指す。また、半導体としての微粒子とは、体積抵抗率が10-4Ω・m(10-2Ω・cm)乃至1012Ω・m(1014Ω・cm)のオーダーを有する材料から成る微粒子を指す。 In the fine particle layer structure and the like of the present invention, the fine particles are gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), chromium (Cr) as conductors. Made of metals such as nickel (Ni) and iron (Fe), or alloys made of these metals, or cadmium sulfide (CdSe), cadmium selenide (CdSe), and cadmium telluride as semiconductors. (CdTe), gallium arsenide (GaAs), titanium oxide (TiO 2 ), or silicon (Si) can be used. The fine particles as a conductor refer to fine particles made of a material having a volume resistivity of the order of 10 −4 Ω · m (10 −2 Ω · cm) or less. The fine particles as a semiconductor refer to fine particles made of a material having a volume resistivity on the order of 10 −4 Ω · m (10 −2 Ω · cm) to 10 12 Ω · m (10 14 Ω · cm). .

以上に説明した形態、構成を含む本発明の微粒子層構造体等において、基体上における微粒子は、基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されて、微粒子層を構成している形態とすることができ、微粒子は最密充填状態にて配列されていることが好ましい。ここで、本発明の半導体装置において『微粒子が充填状態にて配列されている』とは、より具体的には、微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路が、例えば少なくともソース/ドレイン電極間に形成される程度に、微粒子が配列している状態を云う。微粒子層に、多少の空乏、欠陥等があってもよいことは云うまでもない。また、本発明の微粒子層構造体等において『微粒子が最密充填状態にて配列されている』とは、微粒子を剛体とみなしたとき、その2次元平面、あるいは、3次元空間を物理的に占め得る最大の密度で規則的に配列している状態を云う。但し、ここでは、微粒子間には有機半導体分子が必ず存在するため、微粒子同士は接触していない。隣り合う微粒子間の表面間距離は、用いる有機半導体分子の長軸方向の長さと同じかそれ以下である。また、基体上で微粒子が基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に配列されているとき、より具体的には、このような2次元的に規則配列した層が、単層であっても、3次元的な最密充填状態で多層に存在していてもよい。『2次元的に規則的に配列されている』とは、少なくとも概ね微粒子1層分の厚みの空間内に粒径の揃った微粒子が充填状態で、好ましくは最密充填状態で、配列していることを意味する。尚、『基体の表面と略平行な面内』とは、基体の製造方法等によって基体の表面に微小凹凸が存在する場合、係る微小凹凸に対して実質的に平行であることを意味する。   In the fine particle layer structure of the present invention including the form and configuration described above, the fine particles on the substrate are regularly arranged two-dimensionally and in a packed state in a plane substantially parallel to the surface of the substrate. Thus, the fine particle layer can be formed, and the fine particles are preferably arranged in a close packed state. Here, in the semiconductor device of the present invention, “fine particles are arranged in a packed state” means more specifically that a conductive path composed of organic semiconductor molecules bonded to the fine particles is at least between the source / drain electrodes, for example. The state in which fine particles are arranged to such an extent that they are formed. Needless to say, the fine particle layer may have some depletion and defects. In the fine particle layer structure of the present invention, “the fine particles are arranged in a close packed state” means that when the fine particles are regarded as a rigid body, the two-dimensional plane or three-dimensional space is physically It means a state of regular arrangement at the maximum density that can be occupied. However, here, since the organic semiconductor molecules always exist between the fine particles, the fine particles are not in contact with each other. The distance between the surfaces of adjacent fine particles is equal to or less than the length of the organic semiconductor molecule used in the major axis direction. In addition, when the fine particles are regularly arranged two-dimensionally in a plane substantially parallel to the surface of the substrate on the substrate, more specifically, such a two-dimensionally regularly arranged layer has a single layer. Even if it is a layer, it may exist in multiple layers in a three-dimensional close-packed state. “Two-dimensionally regularly arranged” means that fine particles having a uniform particle diameter are arranged in a packed space, preferably in a close packed state, in a space of at least approximately one layer of fine particles. Means that Note that “in a plane substantially parallel to the surface of the substrate” means that when there are minute irregularities on the surface of the substrate by the manufacturing method of the substrate, the surface is substantially parallel to the minute irregularities.

本発明の微粒子層構造体等において、分離領域によって分離された微粒子層は、例えば、微粒子を含む溶液から成る薄膜を基体及び分離領域上に、浸漬法やキャスト法といった塗布法に基づき形成した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることによって得ることができ、これによって、微粒子層内において微粒子を最密充填にて配列させ得る。尚、この場合、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させるときに、蒸発速度を制御しながら薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることが望ましい。あるいは又、本発明の微粒子層構造体等においては、分離された微粒子層は、例えば、LB(Langmuir-Blodgett)法に類似した方法に基づき、微粒子を含む溶液から薄膜を成膜した後、この薄膜を基体及び分離領域上に転写することによっても得ることができ、これによっても、微粒子層内において微粒子を最密充填にて配列させ得る。より具体的には、微粒子を含む溶液に基づき薄膜を水面に成膜した後、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることで形成した微粒子膜を、基体及び分離領域上に転写することによって微粒子層を得ることができ、この場合にも、薄膜に含まれる溶媒を蒸発させる工程において、蒸発速度を制御しながら薄膜に含まれる溶媒を蒸発させることが、一層好ましい。   In the fine particle layer structure of the present invention, the fine particle layer separated by the separation region is formed, for example, after a thin film made of a solution containing fine particles is formed on the substrate and the separation region based on a coating method such as a dipping method or a casting method. It can be obtained by evaporating the solvent contained in the thin film, whereby the fine particles can be arranged in a close packed manner in the fine particle layer. In this case, when evaporating the solvent contained in the thin film, it is desirable to evaporate the solvent contained in the thin film while controlling the evaporation rate. Alternatively, in the fine particle layer structure or the like of the present invention, the separated fine particle layer is formed by forming a thin film from a solution containing fine particles based on a method similar to the LB (Langmuir-Blodgett) method, for example. It can also be obtained by transferring the thin film onto the substrate and the separation region, and this can also arrange the fine particles in the fine particle layer by close packing. More specifically, after forming a thin film on the water surface based on a solution containing fine particles, the fine particle film formed by evaporating the solvent contained in the thin film is transferred onto the substrate and the separation region to form the fine particle layer. In this case as well, in the step of evaporating the solvent contained in the thin film, it is more preferable to evaporate the solvent contained in the thin film while controlling the evaporation rate.

そして、本発明の半導体装置においては、微粒子層の形成後、有機半導体分子を分離領域に接触させる工程を少なくとも1回行うことによって、微粒子と有機半導体分子とを結合させることができる。尚、微粒子層の形成及び有機半導体分子との接触を1回行うことによって結合体の単一層を形成することができるし、微粒子層の形成及び有機半導体分子との接触を2回以上繰り返すことで結合体の積層構造を形成することができる。   In the semiconductor device of the present invention, after the formation of the fine particle layer, the step of bringing the organic semiconductor molecules into contact with the separation region is performed at least once, whereby the fine particles and the organic semiconductor molecules can be combined. A single layer of the conjugate can be formed by performing the formation of the fine particle layer and the contact with the organic semiconductor molecule once, or by repeating the formation of the fine particle layer and the contact with the organic semiconductor molecule twice or more. A laminated structure of a combined body can be formed.

あるいは又、本発明の微粒子層構造体等において、分離領域によって分離された微粒子層は、導体又は半導体から成る微粒子を含む溶液と有機半導体分子とを混合することによって、微粒子と有機半導体分子とが結合(反応)して成るクラスターを得た後、これらのクラスターを含む薄膜を基体及び分離領域上に形成し、乾燥することによっても得ることができる。微粒子を含む溶液と有機半導体分子とを混合する方法は、使用する微粒子を含む溶液と使用する有機半導体分子とに基づき、適宜、決定すればよい。使用する微粒子を含む溶液及び有機半導体分子によっては、微粒子を含む溶液に粉末状の有機半導体分子を投入し、軽く混ぜ合わせるだけで、微粒子と有機半導体分子とが結合して成るクラスターを得ることができる場合もある。クラスターを含む薄膜の形成方法として、浸漬法やキャスト法といった塗布法や、LB法を例示することができる。クラスターの配置の状態は、クラスターが1次元状に配列された状態(線状に配列された状態)、クラスターが2次元状に配列された状態(面状に配列された状態)、クラスターが3次元状に配列された状態(立体的に配列された状態)のいずれであってもよく、例えば、クラスターを含む溶液の塗布状態に依存する。   Alternatively, in the fine particle layer structure or the like of the present invention, the fine particle layer separated by the separation region is mixed with a solution containing fine particles composed of a conductor or a semiconductor and an organic semiconductor molecule, whereby the fine particle and the organic semiconductor molecule are mixed. After obtaining clusters formed by bonding (reaction), a thin film containing these clusters can be formed on the substrate and the separation region and dried. The method of mixing the solution containing the fine particles with the organic semiconductor molecules may be appropriately determined based on the solution containing the fine particles to be used and the organic semiconductor molecules to be used. Depending on the solution containing fine particles and the organic semiconductor molecules to be used, it is possible to obtain a cluster consisting of fine particles and organic semiconductor molecules bonded by simply adding the powdered organic semiconductor molecules to the solution containing the fine particles and mixing them lightly. Sometimes you can. Examples of a method for forming a thin film including clusters include a coating method such as a dipping method and a casting method, and an LB method. The cluster arrangement state includes a state where the clusters are arranged one-dimensionally (a state where they are arranged linearly), a state where the clusters are arranged two-dimensionally (a state where they are arranged in a plane), and a state where the clusters are 3 It may be in any of a dimensionally arranged state (a three-dimensionally arranged state), for example, depending on the application state of a solution containing clusters.

ここで、微粒子と有機半導体分子とが結合して成るクラスターとは、より具体的には、微粒子と微粒子とが有機半導体分子を介して例えば3次元的に結合したものであり、例えば、微粒子が、有機半導体分子を介して相互に数千個から数百万個程度、集まったものであり、その大きさは、0.1μmオーダーから1μmオーダーである。ソース/ドレイン電極間やゲート絶縁層上、あるいは、基体上にクラスターを配置したとき、クラスターとクラスターとの間、あるいは、クラスターとソース/ドレイン電極との間は、クラスターの表面に存在する有機半導体分子によって、あるいは、場合によっては、それに加えて、有機半導体分子を溶解した有機半導体分子溶液をクラスターに塗布し、乾燥することによって、相互に結合される。クラスターには、多量の「微粒子−有機半導体分子」の伝導パスが存在する。仮に100nm角の立方体クラスターを仮定し、その中に、粒径5nmの微粒子が立方格子状に積まれたとすると、8千もの微粒子が立方体クラスター中に存在することになる。そして、これらの微粒子間を多数の有機半導体分子が結合、架橋している。従って、格段に伝導パスの数が多くなる結果、電流量も多くなる。   Here, the cluster formed by bonding fine particles and organic semiconductor molecules is more specifically a combination of fine particles and fine particles, for example, three-dimensionally via organic semiconductor molecules. In this case, several thousand to several millions are gathered together via organic semiconductor molecules, and the size is on the order of 0.1 μm to 1 μm. When a cluster is arranged between source / drain electrodes, on a gate insulating layer, or on a substrate, an organic semiconductor exists on the surface of the cluster between the clusters or between the clusters and the source / drain electrodes. Depending on the molecule or, in some cases, in addition thereto, the organic semiconductor molecule solution in which the organic semiconductor molecule is dissolved is applied to the cluster and dried to be bonded to each other. In the cluster, there are a large number of “fine particle-organic semiconductor molecule” conduction paths. If a cubic cluster of 100 nm square is assumed and fine particles with a particle size of 5 nm are stacked in a cubic lattice, 8,000 fine particles are present in the cubic cluster. A large number of organic semiconductor molecules are bonded and crosslinked between these fine particles. Therefore, the number of conduction paths is remarkably increased, resulting in an increase in the amount of current.

尚、薄膜に含まれる溶媒として、トルエン、クロロホルム、ヘキサン、エタノールといった無極性又は極性の低い有機溶媒を例示することができる。   Examples of the solvent contained in the thin film include nonpolar or low polarity organic solvents such as toluene, chloroform, hexane, and ethanol.

有機半導体分子と結合する前の微粒子の表面は、鎖状の絶縁性有機分子から成る保護膜によって被覆されていることが、微粒子同士の凝集を防止するといった観点から好ましい。保護膜を構成する分子は微粒子に対して結合しているが、その結合力の大小が、保護膜によって被覆されている微粒子を製造する際の集合体の最終的な粒径分布に大きく影響する。保護膜を構成する絶縁性有機分子の一端には、微粒子と化学的に反応(結合)する官能基を有することが好ましい。例えば、官能基としてチオール基(−SH)を挙げることができ、このチオール基を末端に持つ分子の1つとしてアルカンチオール[例えば、ドデカンチオール(C1225SH)]を挙げることができる。ドデカンチオールのチオール基が金等の微粒子と結合すると、水素原子が離脱してC1225S−Auとなると考えられている。あるいは又、保護膜を構成する絶縁性有機分子として、アルキルアミン分子[例えば、ドデシルアミン(C1225NH2)]を挙げることもできる。尚、微粒子と有機半導体分子とを接触させると、有機半導体分子が保護膜を構成する有機分子と置換する結果、微粒子と有機半導体分子との化学的な結合体が形成される。 The surface of the fine particles before bonding with the organic semiconductor molecules is preferably covered with a protective film made of chain-like insulating organic molecules from the viewpoint of preventing aggregation of the fine particles. Although the molecules constituting the protective film are bonded to the fine particles, the magnitude of the binding force greatly affects the final particle size distribution of the aggregate when the fine particles covered with the protective film are produced. . It is preferable that one end of the insulating organic molecule constituting the protective film has a functional group that chemically reacts (bonds) with the fine particles. For example, mention may be made of a thiol group (-SH) as a functional group, alkanethiol [e.g., dodecanethiol (C 12 H 25 SH)] as one of the molecules with the thiol group at the end can be exemplified. It is thought that when the thiol group of dodecanethiol is bonded to fine particles such as gold, the hydrogen atom is released to become C 12 H 25 S—Au. Alternatively, as an insulating organic molecule constituting the protective film, an alkylamine molecule [for example, dodecylamine (C 12 H 25 NH 2 )] can be exemplified. When the fine particles are brought into contact with the organic semiconductor molecules, the organic semiconductor molecules are replaced with the organic molecules constituting the protective film, and as a result, a chemical conjugate of the fine particles and the organic semiconductor molecules is formed.

微粒子間を、一種、架橋する役割を果たす有機半導体分子は、その両端に、微粒子と結合可能な官能基を有している。ところで、微粒子間の距離が有機半導体分子の全長よりも長く、しかも、微粒子が基体上に固定され、移動できないような状態にあっては、導電パスがそこで切れることになり、その結果、有機半導体分子と微粒子によって構成された導電路の数が減少し、半導体装置の特性の劣化につながる。優れた特性を有する半導体装置を得ようとしたとき、この半導体装置が例えば電界効果型トランジスタ(FET)から構成されている場合、一方のソース/ドレイン電極から他方のソース/ドレイン電極まで、切れ目無く導電路が繋がっている必要がある。また、導電路の数がFETの特性向上に大きく影響する。導電路の数を増加させるためには、微粒子同士が有機半導体分子の長さより近い距離で隣接しており、更には、微粒子が六方最密充填様に2次元規則配列していることが望ましい。より具体的には、有機半導体分子と結合する前の微粒子の表面は、例えば、鎖状の絶縁性有機分子から成る保護膜によって被覆されている。従って、微粒子間距離は、最も近接した場合でも、保護膜を構成する分子の長さの2倍程度(実際は分子が若干先端で重なるためそれよりは短くなる)離れている。そのようにして決められた微粒子間距離よりも、これらの微粒子を、一種、架橋する有機半導体分子の長さは長くないことが好ましい。   One kind of organic semiconductor molecule that plays a role of crosslinking between fine particles has functional groups capable of binding to the fine particles at both ends. By the way, when the distance between the fine particles is longer than the total length of the organic semiconductor molecules, and the fine particles are fixed on the substrate and cannot move, the conductive path is cut there. As a result, the organic semiconductor The number of conductive paths constituted by molecules and fine particles is reduced, leading to deterioration of the characteristics of the semiconductor device. When an attempt is made to obtain a semiconductor device having excellent characteristics, when this semiconductor device is composed of, for example, a field effect transistor (FET), there is no break from one source / drain electrode to the other source / drain electrode. The conductive path needs to be connected. In addition, the number of conductive paths greatly affects the improvement of FET characteristics. In order to increase the number of conductive paths, it is desirable that the fine particles are adjacent to each other at a distance closer than the length of the organic semiconductor molecule, and further, the fine particles are two-dimensionally arranged in a hexagonal close packed manner. More specifically, the surface of the fine particle before being bonded to the organic semiconductor molecule is covered with a protective film made of, for example, a chain-like insulating organic molecule. Therefore, the distance between the fine particles is about twice as long as the length of the molecules constituting the protective film (actually, the distance between the particles is slightly shorter because the molecules slightly overlap at the tip). It is preferable that the length of the organic semiconductor molecule that crosslinks these fine particles is not longer than the distance between the fine particles thus determined.

本発明の半導体装置において、有機半導体分子は、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端に、チオール基(−SH)、アミノ基(−NH2)、イソシアノ基(−NC)、シアノ基(−CN)、チオアセチル基(−SCOCH3)、又は、カルボキシ基(−COOH)を有することが好ましい。尚、チオール基、アミノ基、イソシアノ基、シアノ基、チオアセチル基は、Au等の導体としての微粒子に結合する官能基であり、カルボキシ基は半導体としての微粒子に結合する官能基である。また、分子の両端に位置する官能基は異なっていてもよく、両端の官能基の微粒子に対する結合性は近い方がより好ましい。尚、有機半導体分子は、π共役系分子であって、少なくとも2箇所で微粒子と化学的に結合する官能基を有していることが最も好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the organic semiconductor molecule is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and at both ends of the molecule, a thiol group (—SH), an amino group (—NH 2 ), an isocyano group (—NC), It preferably has a cyano group (—CN), a thioacetyl group (—SCOCH 3 ), or a carboxy group (—COOH). A thiol group, an amino group, an isocyano group, a cyano group, and a thioacetyl group are functional groups that bind to fine particles as a conductor such as Au, and a carboxy group is a functional group that binds to fine particles as a semiconductor. Further, the functional groups located at both ends of the molecule may be different, and it is more preferable that the functional groups at both ends are close to the fine particles. The organic semiconductor molecule is a π-conjugated molecule, and most preferably has a functional group that is chemically bonded to the fine particles in at least two places.

具体的には、有機半導体分子として、例えば、構造式(1)の4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、構造式(2)の4,4’−ジイソシアノビフェニル、構造式(3)の4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル、及び構造式(4)の2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン、構造式(5)の4,4’−ジイソシアノフェニル、構造式(6)のベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)、構造式(7)のTCNQ(テトラシアノキノジメタン)、構造式(8)のビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、構造式(9)の1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、構造式(10)の1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、あるいは、Bovine Serum Albumin、Horse Radish Peroxidase、Antibody-antigen を例示することができる。   Specifically, as the organic semiconductor molecule, for example, 4,4′-biphenyldithiol (BPDT) of the structural formula (1), 4,4′-diisocyanobiphenyl of the structural formula (2), structural formula (3) 4,4'-diisocyano-p-terphenyl, and 2,5-bis (5'-thioacetyl-2'-thiophenyl) thiophene of structural formula (4), 4,4'-di of structural formula (5) Isocyanophenyl, benzidine (biphenyl-4,4′-diamine) of structural formula (6), TCNQ (tetracyanoquinodimethane) of structural formula (7), biphenyl-4,4′- of structural formula (8) Dicarboxylic acid, 1,4-di (4-thiophenylacetylinyl) -2-ethylbenzene of structural formula (9), 1,4-di (4-isocyanophenylacetylinyl)-of structural formula (10) 2-ethylbenzene or yes It can be exemplified Bovine Serum Albumin, Horse Radish Peroxidase, the Antibody-Antigen.

構造式(1):4,4’−ビフェニルジチオール

Figure 2007335827
Structural formula (1): 4,4′-biphenyldithiol
Figure 2007335827

構造式(2):4,4’−ジイソシアノビフェニル

Figure 2007335827
Structural formula (2): 4,4′-diisocyanobiphenyl
Figure 2007335827

構造式(3):4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル

Figure 2007335827
Structural formula (3): 4,4′-diisocyano-p-terphenyl
Figure 2007335827

構造式(4):2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン

Figure 2007335827
Structural formula (4): 2,5-bis (5′-thioacetyl-2′-thiophenyl) thiophene
Figure 2007335827

構造式(5):4,4’−ジイソシアノフェニル

Figure 2007335827
Structural formula (5): 4,4′-diisocyanophenyl
Figure 2007335827

構造式(6):ベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)

Figure 2007335827
Structural formula (6): benzidine (biphenyl-4,4′-diamine)
Figure 2007335827

構造式(7):TCNQ(テトラシアノキノジメタン)

Figure 2007335827
Structural formula (7): TCNQ (tetracyanoquinodimethane)
Figure 2007335827

構造式(8):ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸

Figure 2007335827
Structural formula (8): Biphenyl-4,4′-dicarboxylic acid
Figure 2007335827

構造式(9):1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン

Figure 2007335827
Structural formula (9): 1,4-di (4-thiophenylacetylinyl) -2-ethylbenzene
Figure 2007335827

構造式(10):1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン

Figure 2007335827
Structural formula (10): 1,4-di (4-isocyanophenylacetylinyl) -2-ethylbenzene
Figure 2007335827

また、有機半導体分子として、構造式(11)で表されるデンドリマーも用いることができる。   A dendrimer represented by the structural formula (11) can also be used as the organic semiconductor molecule.

構造式(11):デンドリマー

Figure 2007335827
Structural formula (11): Dendrimer
Figure 2007335827

あるいは又、有機半導体分子として、構造式(12)で表される有機分子を用いることもできる。尚、構造式(12)中の「X」は、式(13−1)、式(13−2)、式(13−3)、式(13−4)のいずれかで表され、構造式(12)中の「Y1」、「Y2」は、式(14−1)〜式(14−9)のいずれかで表され、「Z1」、「Z2」、「Z3」、「Z4」は、式(15−1)〜式(15−11)のいずれかで表される。ここで、「n」の値は、0あるいは正の整数である。また、Xは、式(13−1)、式(13−2)、式(13−3)、式(13−4)のいずれかで表されるユニットが1回以上、繰り返し結合したものであり、異なるユニットによる繰り返しを含む。更には、側鎖Z1,Z2,Z3,Z4は、繰り返し中において異なるものへと変化してもよい。 Alternatively, an organic molecule represented by the structural formula (12) can also be used as the organic semiconductor molecule. “X” in the structural formula (12) is represented by any one of the formula (13-1), the formula (13-2), the formula (13-3), and the formula (13-4). “Y 1 ” and “Y 2 ” in (12) are represented by any one of formulas (14-1) to (14-9), and “Z 1 ”, “Z 2 ”, “Z 3 ”. , “Z 4 ” is represented by any one of formula (15-1) to formula (15-11). Here, the value of “n” is 0 or a positive integer. X is a unit in which a unit represented by any one of formula (13-1), formula (13-2), formula (13-3), and formula (13-4) is repeatedly bonded one or more times. Yes, including repetition by different units. Further, the side chains Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 may change to different ones during the repetition.

Figure 2007335827
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Figure 2007335827
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Figure 2007335827
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Figure 2007335827
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本発明の半導体装置における能動素子をボトムゲート・ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ(FET)から構成する場合、係るボトムゲート・ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成されたソース/ドレイン電極、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極の間であってゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
を備えている。
When the active element in the semiconductor device of the present invention is composed of a bottom gate / bottom contact field effect transistor (FET), the bottom gate / bottom contact field effect transistor is
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the gate electrode;
(C) source / drain electrodes formed on the gate insulating layer, and
(D) a channel formation region formed between the source / drain electrodes and on the gate insulating layer and configured by a conductive path;
It has.

あるいは又、本発明の半導体装置における能動素子をボトムゲート・トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ(FET)から構成する場合、係るボトムゲート・トップコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)支持体上に形成されたゲート電極、
(B)ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層(基体に相当する)、
(C)ゲート絶縁層上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
を備えている。
Alternatively, when the active element in the semiconductor device of the present invention is configured from a bottom gate / top contact field effect transistor (FET), the bottom gate / top contact field effect transistor is:
(A) a gate electrode formed on a support;
(B) a gate insulating layer (corresponding to a substrate) formed on the gate electrode;
(C) a channel formation region forming layer including a channel formation region formed on the gate insulating layer and configured by a conductive path; and
(D) Source / drain electrodes formed on the channel forming region constituting layer,
It has.

あるいは又、本発明の半導体装置における能動素子をトップゲート・ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタ(FET)から構成する場合、係るトップゲート・ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成されたソース/ドレイン電極、
(B)ソース/ドレイン電極の間の基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
Alternatively, when the active element in the semiconductor device of the present invention is configured from a top gate / bottom contact type field effect transistor (FET), the top gate / bottom contact type field effect transistor is:
(A) Source / drain electrodes formed on the substrate,
(B) a channel forming region formed on the substrate between the source / drain electrodes and constituted by a conductive path;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.

あるいは又、本発明の半導体装置における能動素子をトップゲート・トップコンタクト型の電界効果型トランジスタ(FET)から構成する場合、係るトップゲート・トップコンタクト型の電界効果型トランジスタは、
(A)基体上に形成され、導電路によって構成されたチャネル形成領域を含むチャネル形成領域構成層、
(B)チャネル形成領域構成層上に形成されたソース/ドレイン電極、
(C)ソース/ドレイン電極及びチャネル形成領域上に形成されたゲート絶縁層、並びに、
(D)ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極、
を備えている。
Alternatively, when the active element in the semiconductor device of the present invention is configured from a top gate / top contact field effect transistor (FET), the top gate / top contact field effect transistor is:
(A) a channel forming region constituting layer including a channel forming region formed on a substrate and configured by a conductive path;
(B) a source / drain electrode formed on the channel forming region constituting layer;
(C) a gate insulating layer formed on the source / drain electrode and the channel formation region, and
(D) a gate electrode formed on the gate insulating layer;
It has.

本発明の第1の態様あるいは本発明の第2の態様において、基体は、酸化ケイ素系材料(例えば、SiOXやスピンオンガラス(SOG));窒化ケイ素(SiNY);酸化アルミニウム(Al23);金属酸化物高誘電絶縁膜から構成することができる。基体をこれらの材料から構成する場合、基体を、以下に挙げる材料から適宜選択された支持体上に(あるいは支持体の上方に)形成すればよい。即ち、支持体として、あるいは又、上述した基体以外の基体として、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル,PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)に例示される有機ポリマー(高分子材料から構成された可撓性を有するプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板といった高分子材料の形態を有する)を挙げることができ、あるいは又、雲母を挙げることができる。このような可撓性を有する高分子材料から構成された基体を使用すれば、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への半導体装置の組込みあるいは一体化が可能となる。あるいは又、基体(あるいは支持体)として、各種ガラス基板や、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板を挙げることができる。電気絶縁性の支持体としては、以上に説明した材料から適切な材料を選択すればよい。支持体として、その他、導電性基板(金等の金属、高配向性グラファイトから成る基板)を挙げることができる。また、半導体装置の構成、構造によっては、半導体装置が支持体上に設けられているが、この支持体も上述した材料から構成することができる。 In the first aspect of the present invention or the second aspect of the present invention, the substrate is made of a silicon oxide-based material (for example, SiO x or spin-on glass (SOG)); silicon nitride (SiN Y ); aluminum oxide (Al 2 O). 3 ); It can be composed of a metal oxide high dielectric insulating film. When the base is composed of these materials, the base may be formed on a support appropriately selected from the following materials (or above the support). That is, as a support or as a substrate other than the above-described substrates, polymethyl methacrylate (polymethyl methacrylate, PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl phenol (PVP), polyethersulfone (PES), polyimide, Examples include organic polymers exemplified by polycarbonate and polyethylene terephthalate (PET) (having the form of polymer materials such as flexible plastic films, plastic sheets, and plastic substrates made of polymer materials). Or, alternatively, mica. If a substrate made of such a polymer material having flexibility is used, for example, a semiconductor device can be incorporated or integrated into a display device or electronic device having a curved shape. Alternatively, as a substrate (or support), various glass substrates, various glass substrates having an insulating layer formed on the surface, a quartz substrate, a quartz substrate having an insulating layer formed on the surface, and an insulating layer formed on the surface A silicon substrate can be mentioned. As the electrically insulating support, an appropriate material may be selected from the materials described above. Other examples of the support include a conductive substrate (a substrate made of a metal such as gold or highly oriented graphite). In addition, depending on the configuration and structure of the semiconductor device, the semiconductor device is provided on a support, but this support can also be made of the above-described materials.

半導体装置における能動素子を電界効果型トランジスタ(FET)とする場合、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、インジウム(In)、錫(Sn)等の金属、あるいは、これらの金属元素を含む合金、これらの金属から成る導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子、不純物を含有したポリシリコン等の導電性物質を挙げることができるし、これらの元素を含む層の積層構造とすることもできる。更には、ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]といった有機材料(導電性高分子)を挙げることもできる。ゲート電極やソース/ドレイン電極、各種の配線を構成する材料は、微粒子と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。   When a field effect transistor (FET) is used as an active element in a semiconductor device, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), chromium is used as a material for forming gate electrodes, source / drain electrodes, and various wirings. (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), silver (Ag), tantalum (Ta), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), indium (In), tin (Sn), etc. Metals or alloys containing these metal elements, conductive particles made of these metals, conductive particles of alloys containing these metals, conductive materials such as polysilicon containing impurities, A layered structure of layers containing these elements can also be used. Furthermore, an organic material (conductive polymer) such as poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS] is used as a material constituting the gate electrode, the source / drain electrode, and various wirings. It can also be mentioned. The material constituting the gate electrode, source / drain electrode, and various wirings may be the same material as the fine particles, or may be a different material.

ゲート電極やソース/ドレイン電極、配線の形成方法として、これらを構成する材料にも依るが、物理的気相成長法(PVD法);MOCVD法を含む各種の化学的気相成長法(CVD法);スピンコート法;スクリーン印刷法やインクジェット印刷法、オフセット印刷法、グラビア印刷法といった各種印刷法;エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、浸漬法といった各種コーティング法;スタンプ法;リフト・オフ法;シャドウマスク法;電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法;及び、スプレー法の内のいずれかと、必要に応じてパターニング技術との組合せを挙げることができる。尚、PVD法として、(a)電子ビーム加熱法、抵抗加熱法、フラッシュ蒸着等の各種真空蒸着法、(b)プラズマ蒸着法、(c)2極スパッタリング法、直流スパッタリング法、直流マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、バイアススパッタリング法等の各種スパッタリング法、(d)DC(direct current)法、RF法、多陰極法、活性化反応法、電界蒸着法、高周波イオンプレーティング法、反応性イオンプレーティング法等の各種イオンプレーティング法を挙げることができる。   Various chemical vapor deposition methods (CVD methods) including physical vapor deposition (PVD method) and MOCVD methods, depending on the materials constituting the gate electrodes, source / drain electrodes, and wiring. ); Spin coating method; various printing methods such as screen printing method, inkjet printing method, offset printing method, gravure printing method; air doctor coater method, blade coater method, rod coater method, knife coater method, squeeze coater method, reverse roll coater Various coating methods such as stamping method, lift-off method, shadow mask method; Electrolytic plating and electroless methods · The method or plating method such as those combinations; and can include any of a spraying method, a combination of a patterning technique as necessary. In addition, as the PVD method, (a) various vacuum deposition methods such as electron beam heating method, resistance heating method, flash deposition, (b) plasma deposition method, (c) bipolar sputtering method, direct current sputtering method, direct current magnetron sputtering method Various sputtering methods such as high-frequency sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam sputtering method, bias sputtering method, (d) DC (direct current) method, RF method, multi-cathode method, activation reaction method, electric field evaporation method, high-frequency method Various ion plating methods such as an ion plating method and a reactive ion plating method can be given.

更には、半導体装置における能動素子を電界効果型トランジスタ(FET)とする場合、ゲート絶縁層(基体に相当する場合がある)を構成する材料として酸化ケイ素系材料、窒化ケイ素(SiNY)、金属酸化物高誘電絶縁膜にて例示される無機系絶縁材料だけでなく、ポリメチルメタクリレート(PMMA)やポリビニルフェノール(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)にて例示される有機系絶縁材料を挙げることができるし、これらの組み合わせを用いることもできる。尚、酸化ケイ素系材料として、酸化シリコン(SiOX)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO2系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を例示することができる。 Furthermore, when an active element in a semiconductor device is a field effect transistor (FET), a silicon oxide-based material, silicon nitride (SiN Y ), metal as a material constituting a gate insulating layer (which may correspond to a base) Examples include organic insulating materials exemplified by polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl phenol (PVP), and polyvinyl alcohol (PVA) as well as inorganic insulating materials exemplified by oxide high dielectric insulating films. It is possible to use a combination of these. Silicon oxide-based materials include silicon oxide (SiO x ), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, silicon oxynitride (SiON), SOG (spin-on-glass), low dielectric constant SiO 2 -based material (for example, polyaryl) And ether, cycloperfluorocarbon polymer and benzocyclobutene, cyclic fluororesin, polytetrafluoroethylene, fluorinated aryl ether, fluorinated polyimide, amorphous carbon, and organic SOG).

また、分離領域を構成する下層及び上層、あるいは、分離領域を構成する単層構造、ゲート絶縁層の形成方法として、上述の各種PVD法;各種CVD法;スピンコート法;上述した各種印刷法;上述した各種コーティング法;浸漬法;キャスティング法;及び、スプレー法の内のいずれかを挙げることができる。あるいは又、ゲート絶縁層は、ゲート電極の表面を酸化あるいは窒化することによって形成することができるし、ゲート電極の表面に酸化膜や窒化膜を成膜することで得ることもできる。ゲート電極の表面を酸化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、O2プラズマを用いた酸化法、陽極酸化法を例示することができる。また、ゲート電極の表面を窒化する方法として、ゲート電極を構成する材料にも依るが、N2プラズマを用いた窒化法を例示することができる。あるいは又、例えば、Au電極に対しては、一端をメルカプト基で修飾された直鎖状炭化水素のように、ゲート電極と化学的に結合を形成し得る官能基を有する絶縁性分子によって、浸漬法等の方法で自己組織的にゲート電極表面を被覆することで、ゲート電極の表面にゲート絶縁層を形成することもできる。 In addition, as a method for forming a lower layer and an upper layer constituting the separation region, or a single layer structure constituting the separation region, and a gate insulating layer, various PVD methods described above; various CVD methods; spin coating methods; various printing methods described above; Any of the above-described various coating methods; immersion methods; casting methods; and spray methods can be used. Alternatively, the gate insulating layer can be formed by oxidizing or nitriding the surface of the gate electrode, or can be obtained by forming an oxide film or a nitride film on the surface of the gate electrode. As a method for oxidizing the surface of the gate electrode, although depending on the material constituting the gate electrode, an oxidation method using O 2 plasma and an anodic oxidation method can be exemplified. Further, as a method of nitriding the surface of the gate electrode, although it depends on the material constituting the gate electrode, a nitriding method using N 2 plasma can be exemplified. Alternatively, for example, for an Au electrode, it is immersed by an insulating molecule having a functional group that can form a chemical bond with the gate electrode, such as a linear hydrocarbon modified at one end with a mercapto group. A gate insulating layer can also be formed on the surface of the gate electrode by covering the surface of the gate electrode in a self-organized manner by a method such as a method.

本発明の半導体装置を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体に多数の半導体装置を集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各半導体装置を切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。また、半導体装置を樹脂にて封止してもよい。   When the semiconductor device of the present invention is applied to and used in a display device or various electronic devices, it may be a monolithic integrated circuit in which a large number of semiconductor devices are integrated on a support, or each semiconductor device is cut and individualized, and discrete It may be used as a part. Further, the semiconductor device may be sealed with resin.

本発明の第1の態様において、基体上に形成された分離領域は、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状である。また、本発明の第2の態様において、基体上に形成された分離領域は、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である(具体的には、例えば、側壁の下部が側壁の上部に対してアンダーカット状である)。尚、本発明の第1の態様における上層の側壁の形態、本発明の第2の態様における側壁の上部の形態は、如何なる形態であってもよく、要は、本発明の第1の態様における下層の側壁、本発明の第2の態様における側壁の下部が、基体に対して、少なくとも一部分において、アンダーカット状(逆テーパー状)であればよい。即ち、例えば、下層の側壁が基体から立ち上がる部分よりも下層の側壁上端が迫り出している状態となっていればよい。そして、このような構造、状態を有するが故に、分離領域の上、及び、分離領域によって囲まれた基体の部分の上に微粒子層を形成したとき、分離領域の側壁において、微粒子層に、確実に、所謂「段切れ」が生じる結果、微粒子層を確実に分離(孤立)した状態とすることができる。しかも、壁状の分離領域は除去されることが無いので、微粒子層に汚染、損傷、配列の乱れ等が生じることが無い。従って、例えば、得られた半導体装置における能動素子の特性に劣化が生じることが無い。また、微粒子層を確実に分離した状態とすることができるので、例えば、半導体装置におけるゲート電極と微粒子層との間の漏れ電流の減少を図ることができる。更には、本発明の半導体装置にあっては、微粒子と有機半導体分子とを結合させる結果、導電路内の電荷移動が、有機半導体分子の主鎖に沿った分子の軸方向で支配的に生じる構造となり、分子の軸方向の移動度、例えば非局在化したπ電子による高い移動度を最大限に利用することができるので、高い移動度を実現することが可能となる。しかも、チャネル形成領域等の形成に、高温のプロセスや真空プロセスは不要であり、所望の厚さを有する導電路を容易に形成でき、低コストで半導体装置を作製できる。   In the first aspect of the present invention, the separation region formed on the substrate has a wall-like two-layer structure, and the lower side wall has an undercut shape. In the second aspect of the present invention, the separation region formed on the substrate has a wall-shaped single layer structure, and the side wall has an undercut shape (specifically, for example, the lower part of the side wall is It is undercut with respect to the upper part of the side wall). The form of the upper side wall in the first aspect of the present invention and the form of the upper part of the side wall in the second aspect of the present invention may be any form, and the point is that in the first aspect of the present invention. The lower side wall and the lower part of the side wall in the second aspect of the present invention may be at least partially undercut (reversely tapered) with respect to the substrate. That is, for example, it is only necessary that the lower side wall upper end protrudes from the portion where the lower side wall rises from the base. And since it has such a structure and state, when the fine particle layer is formed on the separation region and the portion of the substrate surrounded by the separation region, the fine particle layer is surely formed on the side wall of the separation region. In addition, as a result of so-called “step breaks”, the fine particle layer can be reliably separated (isolated). In addition, since the wall-shaped separation region is not removed, the fine particle layer is not contaminated, damaged, or disordered. Therefore, for example, there is no deterioration in the characteristics of the active element in the obtained semiconductor device. Further, since the fine particle layer can be reliably separated, for example, a leakage current between the gate electrode and the fine particle layer in the semiconductor device can be reduced. Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, as a result of bonding the fine particles and the organic semiconductor molecules, charge transfer in the conductive path is dominantly generated in the axial direction of the molecules along the main chain of the organic semiconductor molecules. Since the structure has a structure and the mobility in the axial direction of the molecule, for example, the high mobility due to delocalized π electrons can be utilized to the maximum, it is possible to realize high mobility. In addition, a high-temperature process or a vacuum process is not necessary for forming a channel formation region or the like, a conductive path having a desired thickness can be easily formed, and a semiconductor device can be manufactured at low cost.

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.

実施例1は、本発明の第1の態様に係る微粒子層構造体及びその形成方法、半導体装置、並びに、分離領域に関する。実施例1の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図を図1の(A)に示し、導電路21等の概念図を図2の(A)及び(B)に示す。   Example 1 relates to a fine particle layer structure according to a first aspect of the present invention, a method for forming the same, a semiconductor device, and an isolation region. FIG. 1A shows a schematic partial end view of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 1, and FIGS. 2A and 2B show conceptual diagrams of the conductive path 21 and the like. Shown in

実施例1の微粒子層構造体は、
(A)基体11上に形成された、壁状(突起状)の2層構造を有し、下層31の側壁がアンダーカット状である分離領域30(具体的には、上層32の側壁が下層31の側壁よりも突出した状態にある分離領域30)、及び、
(B)分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成された微粒子層20、
から成る。そして、この微粒子層20は、突出部たる分離領域30の側壁において分離されている。尚、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の平面形状は、例えば、概ね矩形である。以下においても同様とすることができる。
The fine particle layer structure of Example 1 is
(A) A separation region 30 formed on the substrate 11 and having a wall-like (projection-like) two-layer structure in which the side wall of the lower layer 31 is undercut (specifically, the side wall of the upper layer 32 is the lower layer) Separation region 30) protruding from the side wall of 31, and
(B) the fine particle layer 20 formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30;
Consists of. And this fine particle layer 20 is isolate | separated in the side wall of the isolation | separation area | region 30 which is a protrusion part. In addition, the planar shape of the part of the base | substrate 11 enclosed by the isolation | separation area | region 30 is substantially rectangular, for example. The same applies to the following.

また、実施例1の半導体装置は、
(A)基体11上に形成された、壁状(突起状)の2層構造を有し、下層31の側壁がアンダーカット状である分離領域30(具体的には、上層32の側壁が下層31の側壁よりも突出した状態にある分離領域30)、及び、
(B)分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成された能動素子、
から成る。そして、この該能動素子は、導体又は半導体(実施例1にあっては導体)から成る微粒子22、及び、微粒子22と結合した有機半導体分子23から成る導電路21を具備している。また、微粒子22から構成された微粒子層20は、分離領域30の側壁において分離されている。即ち、突出部たる分離領域30は、通常の半導体装置における所謂素子分離領域に相当している。
The semiconductor device of Example 1 is
(A) A separation region 30 formed on the substrate 11 and having a wall-like (projection-like) two-layer structure in which the side wall of the lower layer 31 is undercut (specifically, the side wall of the upper layer 32 is the lower layer) Separation region 30) protruding from the side wall of 31, and
(B) an active element formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the isolation region 30;
Consists of. The active element includes fine particles 22 made of a conductor or a semiconductor (in the first embodiment, a conductor) and conductive paths 21 made of organic semiconductor molecules 23 bonded to the fine particles 22. Further, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 22 is separated on the side wall of the separation region 30. In other words, the isolation region 30 as the protrusion corresponds to a so-called element isolation region in a normal semiconductor device.

また、突出部たる実施例1の分離領域30は、基体11上に形成された、壁状(突起状)の2層構造を有し、下層31の壁面がアンダーカット状である。具体的には、上層32の壁面は、下層31の壁面よりも突出し、あるいは、下層31の壁面から迫り出した状態にある。   Further, the separation region 30 of the first embodiment serving as the protrusion has a wall-like (projection-like) two-layer structure formed on the base 11, and the wall surface of the lower layer 31 is undercut. Specifically, the wall surface of the upper layer 32 protrudes from the wall surface of the lower layer 31 or is in a state of protruding from the wall surface of the lower layer 31.

ここで、実施例1の半導体装置における能動素子は、ゲート電極12、ゲート絶縁層13(基体11に相当する)、チャネル形成領域15、及び、ソース/ドレイン電極14を有する電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路21によってチャネル形成領域15が構成される。そして、微粒子22は、基体11(ゲート絶縁層13)の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されて、微粒子層20を構成している。具体的には、実施例1の半導体装置における能動素子は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型のFET(より具体的には、TFT)であり、導電路21に加えられる電界によって導電路21の導電性が制御される。尚、電荷移動の概念図を図2の(A)及び(B)に矢印で示す。   Here, the active element in the semiconductor device of Example 1 is a field effect transistor (FET) having a gate electrode 12, a gate insulating layer 13 (corresponding to the base 11), a channel formation region 15, and a source / drain electrode 14. The channel formation region 15 is constituted by the conductive path 21. The fine particles 22 are arranged two-dimensionally regularly and in a filled state in a plane substantially parallel to the surface of the substrate 11 (gate insulating layer 13) to constitute the fine particle layer 20. Specifically, the active element in the semiconductor device of the first embodiment is a bottom gate / bottom contact type FET (more specifically, a TFT), and the conductivity of the conductive path 21 by an electric field applied to the conductive path 21. Is controlled. A conceptual diagram of charge transfer is shown by arrows in FIGS.

実施例1の半導体装置における能動素子は、より具体的には、図1の(A)に模式的な一部端面図を示すように、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極12、
(B)支持体10及びゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体11に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成されたソース/ドレイン電極14、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極14の間であってゲート絶縁層13上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15、
から構成されている。
More specifically, the active element in the semiconductor device of Example 1 is shown in a schematic partial end view in FIG.
(A) a gate electrode 12 formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to the substrate 11) formed on the support 10 and the gate electrode 12;
(C) a source / drain electrode 14 formed on the gate insulating layer 13, and
(D) a channel forming region 15 formed between the source / drain electrodes 14 and on the gate insulating layer 13 and configured by the conductive path 21;
It is composed of

実施例1においては、導体から成る微粒子22として、平均粒径RAVE=5nmの金微粒子(金ナノ粒子)を使用し、有機半導体分子23として、共役結合を有する有機半導体分子であって、分子の両端にチオール基(−SH)を有する4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)を用いる。また、支持体10は、ガラス基板10A、及び、その表面に形成されたSiO2から成る絶縁層10Bから構成されており、基体11はゲート絶縁層13(具体的にはSiO2)から成る。尚、基板10Aとして、シリコン半導体基板を用いることもできる。 In Example 1, gold fine particles (gold nanoparticles) having an average particle size R AVE = 5 nm are used as the fine particles 22 made of a conductor, and the organic semiconductor molecules 23 are organic semiconductor molecules having a conjugated bond. 4,4′-biphenyldithiol (BPDT) having thiol groups (—SH) at both ends thereof is used. The support 10 is composed of a glass substrate 10A and an insulating layer 10B made of SiO 2 formed on the surface thereof, and the base 11 is made of a gate insulating layer 13 (specifically SiO 2 ). A silicon semiconductor substrate can also be used as the substrate 10A.

以下、基体等の模式的な一部端面図である図3の(A)〜(C)、図4の(A)、(B)、及び、図5の(A)、(B)を参照して、実施例1の微粒子層構造体の形成方法、更には、半導体装置の製造方法の概要を説明する。尚、図4の(A)、(B)及び図5の(A)、(B)は、分離領域に相当する領域、及び、この分離領域で囲まれた基体の2つの部分の一部分の領域を示している。   Hereinafter, see FIGS. 3A to 3C, FIGS. 4A and 4B, and FIGS. 5A and 5B which are schematic partial end views of the substrate and the like. The outline of the method for forming the fine particle layer structure of Example 1 and the method for manufacturing the semiconductor device will be described. 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B are a region corresponding to the separation region and a region of a part of two parts of the substrate surrounded by the separation region. Is shown.

[工程−100]
先ず、支持体10上にゲート電極12を形成する。具体的には、ガラス基板10Aの表面に形成されたSiO2から成る絶縁層10B上に、ゲート電極12を形成すべき部分が除去されたレジスト層(図示せず)を、リソグラフィ技術に基づき形成する。その後、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法にて全面に成膜し、その後、レジスト層を除去する。こうして、所謂リフト・オフ法に基づき、ゲート電極12を得ることができる(図3の(A)参照)。
[Step-100]
First, the gate electrode 12 is formed on the support 10. Specifically, a resist layer (not shown) from which a portion for forming the gate electrode 12 is removed is formed on the insulating layer 10B made of SiO 2 formed on the surface of the glass substrate 10A based on the lithography technique. To do. Thereafter, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a gate electrode 12 are sequentially formed on the entire surface by vacuum deposition, and then the resist layer is removed. To do. Thus, the gate electrode 12 can be obtained based on the so-called lift-off method (see FIG. 3A).

[工程−110]
次に、ゲート電極12を含む支持体10(より具体的には、ガラス基板10Aの表面に形成された絶縁層10B)上に、基体11に相当するゲート絶縁層13を形成する(図3の(B)参照)。具体的には、SiO2から成るゲート絶縁層13を、スパッタリング法に基づきゲート電極12及び絶縁層10B上に形成する。ゲート絶縁層13の成膜を行い、次いで、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきゲート絶縁層13のパターニングを行ってもよいし、ゲート絶縁層13の成膜を行う際、ゲート電極12の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12の取出部(図示せず)をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成してもよい。
[Step-110]
Next, the gate insulating layer 13 corresponding to the base 11 is formed on the support 10 including the gate electrode 12 (more specifically, the insulating layer 10B formed on the surface of the glass substrate 10A) (FIG. 3). (See (B)). Specifically, the gate insulating layer 13 made of SiO 2 is formed on the gate electrode 12 and the insulating layer 10B based on the sputtering method. The gate insulating layer 13 may be formed, and then the gate insulating layer 13 may be patterned based on a photolithography process. When the gate insulating layer 13 is formed, a part of the gate electrode 12 is hardened. By covering with a mask, an extraction portion (not shown) of the gate electrode 12 may be formed without a photolithography process.

[工程−120]
その後、ゲート絶縁層13の上に、金(Au)層から成るソース/ドレイン電極14を形成する(図3の(C)参照)。具体的には、密着層としての厚さ約0.5nmのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14として厚さ約25nmの金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。これらの層の成膜を行う際、ゲート絶縁層13の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、密着層及び金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成した後、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきパターニングを行い、ソース/ドレイン電極14を形成してもよい。
[Step-120]
Thereafter, a source / drain electrode 14 made of a gold (Au) layer is formed on the gate insulating layer 13 (see FIG. 3C). Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) having a thickness of about 0.5 nm as the adhesion layer and a gold (Au) layer having a thickness of about 25 nm as the source / drain electrodes 14 are sequentially vacuumed. It forms based on a vapor deposition method. When these layers are formed, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer 13 with a hard mask. Alternatively, the source / drain electrode 14 may be formed by sequentially forming an adhesion layer and a gold (Au) layer based on a vacuum deposition method and then patterning based on a photolithography process.

[工程−130]
その後、基体11(ゲート絶縁層13)上に、開口部42を有するレジスト層41を形成する。具体的には、ネガ型レジスト材料から成り、厚さ1.7μmのレジスト層41を、スピンコーティング法にて基体11に相当するゲート絶縁層13上に塗布した後、ベーキングを施す。次いで、フォトリソグラフィ技術に基づき、分離領域30を形成すべき基体11の部分が露出し、能動素子を形成すべき基体11の部分が覆われるように、レジスト層41の露光、現像を行う。こうして、図4の(A)に示す構造を得ることができる。
[Step-130]
Thereafter, a resist layer 41 having an opening 42 is formed on the substrate 11 (gate insulating layer 13). Specifically, a resist layer 41 made of a negative resist material and having a thickness of 1.7 μm is applied on the gate insulating layer 13 corresponding to the substrate 11 by spin coating, and then baked. Next, based on the photolithography technique, the resist layer 41 is exposed and developed so that the portion of the substrate 11 where the isolation region 30 is to be formed is exposed and the portion of the substrate 11 where the active element is to be formed is covered. Thus, the structure shown in FIG. 4A can be obtained.

[工程−140]
次に、レジスト層41上、及び、開口部42内に露出した基体11の部分の上に、分離領域30を構成する下層31及び上層32を、順次、スパッタリング法にて形成する。実施例1において、下層31は厚さ0.7μmのSiOXから成り、上層32は厚さ0.1μmのSiNYから成る。分離領域30の高さHは0.8μmである。こうして、図4の(B)に示す構造を得ることができる。
[Step-140]
Next, the lower layer 31 and the upper layer 32 constituting the separation region 30 are sequentially formed on the resist layer 41 and the portion of the base 11 exposed in the opening 42 by a sputtering method. In the first embodiment, the lower layer 31 is made of SiO X having a thickness of 0.7 μm, and the upper layer 32 is made of SiN Y having a thickness of 0.1 μm. The height H of the separation region 30 is 0.8 μm. In this way, the structure shown in FIG. 4B can be obtained.

[工程−150]
その後、下層31の側壁がアンダーカット状となるように(具体的には、上層32の側壁が下層31の側壁よりも突出し、あるいは、迫り出した状態となるように、あるいは又、下層31の側壁が基体11から立ち上がる部分よりも下層31の側壁上端が迫り出している状態となるように)、下層31の側壁をエッチングする(図5の(A)参照)。具体的には、フッ酸をベースとした混酸(フッ化水素アンモニウム NH4F・HFとフッ化アンモニウム NH4Fから成る)を用いて、SiOXから成る下層31を選択的に、等方的にエッチングする。下層31の頂面には、SiNYから成る上層32が形成されているので、下層31の側壁のみ(及び、基体11の一部分)がエッチングされる。
[Step-150]
Thereafter, the side wall of the lower layer 31 is undercut (specifically, the side wall of the upper layer 32 protrudes from or protrudes from the side wall of the lower layer 31, or The side wall of the lower layer 31 is etched (see FIG. 5A) so that the upper end of the side wall of the lower layer 31 protrudes from the portion where the side wall rises from the base 11. Specifically, the lower layer 31 made of SiO x is selectively isotropic using a mixed acid based on hydrofluoric acid (made of ammonium hydrogen fluoride NH 4 F · HF and ammonium fluoride NH 4 F). Etch into. Since the upper layer 32 made of SiN Y is formed on the top surface of the lower layer 31, only the side wall of the lower layer 31 (and a part of the substrate 11) is etched.

[工程−160]
次いで、有機溶媒を用いてレジスト層41を除去し、基体11上に分離領域30を残すことで、分離領域30を完成させることができる(図5の(B)参照)。尚、壁状の分離領域30の一辺の長さL[能動素子を形成すべき基体11の部分と能動素子を形成すべき基体11の部分との間に横たわる分離領域30の長さ(幅)]を、100μmとした。
[Step-160]
Next, the resist layer 41 is removed using an organic solvent, and the separation region 30 is left on the substrate 11, whereby the separation region 30 can be completed (see FIG. 5B). Note that the length L of one side of the wall-shaped isolation region 30 [the length (width) of the isolation region 30 lying between the portion of the base 11 where the active element is to be formed and the portion of the base 11 where the active element is to be formed. ] Was set to 100 μm.

[工程−170]
その後、分離領域30の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成する。
[Step-170]
Thereafter, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 30 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30.

[工程−180]
次いで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-180]
Next, a channel formation region constituting layer 15 </ b> A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−190]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図1の(A)に示したボトムゲート・ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)を得ることができる。
[Step-190]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the bottom gate / bottom contact type FET (specifically, TFT) shown in FIG. 1A can be obtained.

分離領域30の特徴的なアンダーカット構造(逆テーパー構造)によって、微粒子層20が物理的に断裁されることで、アイソレーションが実現される。尚、これまでの実験から、ソース/ドレイン電極14の厚さが微粒子22の平均粒径の5倍程度では、ソース/ドレイン電極14の端部において、微粒子層20が断裁されないことが分かっている。実施例1においては、分離領域30の高さHと、微粒子22の平均粒径RAVEとの関係は、(H/RAVE)=(800/5)であるので、微粒子層20は、分離領域30において、確実に、物理的に断裁される。 Isolation is realized by physically cutting the particulate layer 20 by the characteristic undercut structure (reverse taper structure) of the separation region 30. From the experiments so far, it is known that the fine particle layer 20 is not cut at the end of the source / drain electrode 14 when the thickness of the source / drain electrode 14 is about five times the average particle diameter of the fine particles 22. . In Example 1, since the relationship between the height H of the separation region 30 and the average particle size R AVE of the fine particles 22 is (H / R AVE ) = (800/5), the fine particle layer 20 is separated. In region 30, it is surely physically cut.

ここで、[工程−170]においては、微粒子22自身による自己組織化現象を積極的に利用して、2次元規則配列化を達成させる。具体的には、微粒子層20は、微粒子22を含む溶液(例えば、微粒子コロイド溶液)に基づき、例えば、親水性溶媒(例えば水)上に疎水性表面を有する金ナノ粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、あるいは、これとは逆に、疎水性溶媒上に親水性表面を有する金ナノ粒子を単層で2次元規則配列を有するように浮かべ、それをLB法のように基体11及び分離領域30上に転写する。但し、微粒子層20の形成方法は、このような方法に限定するものではなく、例えば、キャスト法に基づき微粒子層20を形成することもできる。   Here, in [Step-170], the self-organization phenomenon caused by the fine particles 22 is actively used to achieve the two-dimensional regular arrangement. Specifically, the fine particle layer 20 is based on a solution containing fine particles 22 (for example, a fine particle colloid solution), and for example, a gold nanoparticle having a hydrophobic surface on a hydrophilic solvent (for example, water) is two-dimensionally formed as a single layer. Floating so as to have a regular arrangement, or conversely, floating a gold nanoparticle having a hydrophilic surface on a hydrophobic solvent so as to have a two-dimensional regular arrangement in a single layer, as in the LB method The image is transferred onto the substrate 11 and the separation region 30. However, the method for forming the fine particle layer 20 is not limited to such a method, and for example, the fine particle layer 20 can be formed based on a casting method.

そして、[工程−180]において、有機半導体分子23が末端に有する官能基を微粒子22と化学的に結合させる。より具体的には、有機半導体分子23が両端に有する官能基(実施例1においては、共役結合を有する有機半導体分子であって、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)の両端に有するチオール基[−SH])によって有機半導体分子23と微粒子22とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路21が構築される。ここで、微粒子22と有機半導体分子23との結合体の単一層によって導電路21が構成され、あるいは又、微粒子22と有機半導体分子23との結合体の積層構造によって導電路21が構成されている。即ち、微粒子22を、基体の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させた後、有機半導体分子23を接触させる工程を1回行うことによって、微粒子22と有機半導体分子23との結合体の単一層を形成することができ、2回以上行うことによって、微粒子22と有機半導体分子23との結合体から成る層が積層され、結合体の積層構造を得ることができる。あるいは又、微粒子層20の形成工程を複数回、繰り返すことによって、微粒子22を、3次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列させた後、有機半導体分子23を接触させる工程を少なくとも1回行うことによって、微粒子22と有機半導体分子23との結合体から成る層が積層された結合体の積層構造を得ることができる。尚、微粒子層20と有機半導体分子23との接触に際しては、有機半導体分子の溶液を用いるが、この溶液には溶媒としてエタノールが含まれている。分離領域30はSiOX及びSiNYから構成されているので、微粒子層20と有機半導体分子23との接触に際して、係る溶媒によって分離領域30が溶解することは無く、従って、微粒子層20や形成される導電路21への悪影響の発生を確実に回避することができる。 Then, in [Step-180], the functional group which the organic semiconductor molecule 23 has at the terminal is chemically bonded to the fine particles 22. More specifically, the functional group which the organic semiconductor molecule 23 has at both ends (in Example 1, it is an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, which is a thiol group having both ends of 4,4′-biphenyldithiol (BPDT). The organic semiconductor molecules 23 and the fine particles 22 are chemically (alternatively) bonded to each other by [—SH]), whereby the network-like conductive path 21 is constructed. Here, the conductive path 21 is constituted by a single layer of a conjugate of the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23, or the conductive path 21 is constituted by a laminated structure of the conjugate of the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23. Yes. That is, by arranging the fine particles 22 regularly two-dimensionally in a plane substantially parallel to the surface of the substrate in a packed state, and then bringing the organic semiconductor molecules 23 into contact with each other once, A single layer of a conjugate of the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23 can be formed, and a layer composed of a conjugate of the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23 is laminated by performing two or more times. A structure can be obtained. Alternatively, the step of forming the fine particle layer 20 is repeated a plurality of times to arrange the fine particles 22 regularly in a three-dimensional manner and in a filled state, and then contact the organic semiconductor molecules 23 at least. By performing the process once, it is possible to obtain a stacked structure of a combined body in which layers composed of a combined body of the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23 are stacked. Incidentally, when the fine particle layer 20 and the organic semiconductor molecule 23 are brought into contact with each other, a solution of the organic semiconductor molecule is used, and this solution contains ethanol as a solvent. Since the separation region 30 is composed of SiO x and SiN y , the separation region 30 is not dissolved by the solvent upon contact between the fine particle layer 20 and the organic semiconductor molecule 23, and therefore the fine particle layer 20 is formed. The occurrence of adverse effects on the conductive path 21 can be reliably avoided.

このように、微粒子層20の1層ずつの形成によってチャネル形成領域15を形成することができるので、この工程を何回繰り返すかで、所望の厚さを有するチャネル形成領域15を形成することができる。そして、こうして得られたチャネル形成領域15は、微粒子22と有機半導体分子23とがネットワーク状に結合された結合体から構成され、ゲート電極12に印加されるゲート電圧によってキャリア移動が制御される。具体的には、例えば、ゲート電極12に印加するゲート電圧を0ボルトとした場合、ソース/ドレイン電極14の間にソース/ドレイン電流が流れる。更には、ゲート電極12に印加するゲート電圧の向き(プラス又はマイナス)及び値を制御することで、ソース/ドレイン電極14の間に流れるソース/ドレイン電流を制御することができる。以下の実施例2〜実施例4において得られる半導体装置においても同様である。微粒子層20の1層ずつの形成において、微粒子層20は分離領域30の側壁において確実に分離される。   Thus, since the channel formation region 15 can be formed by forming the fine particle layer 20 one by one, the channel formation region 15 having a desired thickness can be formed by repeating this process. it can. The channel formation region 15 obtained in this way is composed of a combined body in which the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23 are bonded in a network shape, and carrier movement is controlled by the gate voltage applied to the gate electrode 12. Specifically, for example, when the gate voltage applied to the gate electrode 12 is 0 volt, a source / drain current flows between the source / drain electrodes 14. Furthermore, the source / drain current flowing between the source / drain electrodes 14 can be controlled by controlling the direction (plus or minus) and the value of the gate voltage applied to the gate electrode 12. The same applies to the semiconductor devices obtained in Examples 2 to 4 below. In forming the fine particle layer 20 one by one, the fine particle layer 20 is reliably separated on the side wall of the separation region 30.

尚、チャネル形成領域15においては、微粒子22が有機半導体分子23によって2次元的あるいは3次元的に結びつけられ、微粒子22内の導電路と有機半導体分子23内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク状の導電路21が形成されている。そして、図2の(B)の概念図に示すように、この導電路21には、従来の有機半導体から成るチャネル形成領域における低い移動度の原因であった分子間の電子移動が含まれず、しかも、分子内の電子移動は分子骨格に沿って形成された共役系を通じて行われるので、高い移動度が期待される。チャネル形成領域15における電子伝導は、図2の(A)の矢印に示すように、ネットワーク状の導電路21を通って行われ、チャネル形成領域15の導電性はゲート電極12に印加されるゲート電圧によって制御される。   In the channel forming region 15, the fine particles 22 are two-dimensionally or three-dimensionally connected by the organic semiconductor molecules 23, and a conductive path in the fine particles 22 and a conductive path along the molecular skeleton in the organic semiconductor molecules 23 are formed. A connected network-like conductive path 21 is formed. Then, as shown in the conceptual diagram of FIG. 2B, the conductive path 21 does not include intermolecular electron transfer that is a cause of low mobility in a channel formation region made of a conventional organic semiconductor, In addition, since the electron movement in the molecule is performed through a conjugated system formed along the molecular skeleton, high mobility is expected. Electron conduction in the channel formation region 15 is performed through a network-like conductive path 21 as indicated by an arrow in FIG. 2A, and the conductivity of the channel formation region 15 is applied to the gate electrode 12. Controlled by voltage.

あるいは又、[工程−180]においては、金微粒子(金ナノ粒子)を30重量%含むトルエン溶液原液をトルエンで200倍に希釈したトルエン溶液10ミリリットルに、粉末状のBPDT200ミリグラムを投入して、混合することによって、短時間のうちに金微粒子とBPDTとが反応し、微粒子と有機半導体分子とが結合して成る、3次元的にネットワーク化されたクラスターが形成され、溶液下部に沈殿物として析出する。即ち、有機半導体分子23が末端に有する官能基(共役結合を有する有機半導体分子であって、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)の両端に有するチオール基[−SH])が微粒子22と化学的に結合し、より具体的には、有機半導体分子23が両端に有する官能基(チオール基)によって有機半導体分子23と微粒子22とが化学的に(交互に)結合することで、微粒子22と有機半導体分子23とが3次元的なネットワーク状に結合し、クラスターが形成される。そして、こうして得られたクラスターを全面に塗布し、自然乾燥させる。これによっても、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成され、分離領域30の側壁において分離された微粒子層20を得ることができる。分離領域30はSiOX及びSiNYから構成されているので、微粒子層20と有機半導体分子23との接触に際して、トルエンによって分離領域30が溶解することは無く、従って、微粒子層20や形成される導電路21への悪影響の発生を確実に回避することができる。 Alternatively, in [Step-180], 200 milligrams of powdery BPDT is added to 10 milliliters of a toluene solution obtained by diluting a toluene solution stock solution containing 30% by weight of gold fine particles (gold nanoparticles) 200 times with toluene, By mixing, gold microparticles and BPDT react in a short time to form a three-dimensional networked cluster consisting of microparticles and organic semiconductor molecules bonded together, and as a precipitate at the bottom of the solution Precipitate. That is, the functional group that the organic semiconductor molecule 23 has at the terminal (the organic semiconductor molecule having a conjugated bond, and the thiol group [—SH] at both ends of 4,4′-biphenyldithiol (BPDT)) is chemically bonded to the fine particles 22. More specifically, the organic semiconductor molecules 23 and the fine particles 22 are chemically (alternately) bonded to each other by the functional groups (thiol groups) of the organic semiconductor molecules 23 at both ends. Organic semiconductor molecules 23 are combined in a three-dimensional network to form a cluster. And the cluster obtained in this way is apply | coated to the whole surface, and is naturally dried. Also by this, the fine particle layer 20 formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30 and separated on the side wall of the separation region 30 can be obtained. Since the separation region 30 is composed of SiO x and SiN y , the separation region 30 is not dissolved by toluene when the fine particle layer 20 and the organic semiconductor molecule 23 are in contact with each other. Generation of adverse effects on the conductive path 21 can be reliably avoided.

図1の(A)に示した構造を有する半導体装置の代わりに、以下の半導体基板を実施例1の試作品として試作した。即ち、支持体10として、不純物が高濃度にドープされたシリコン半導体基板を使用し、ゲート電極12の形成を省略して、このシリコン半導体基板それ自体をゲート電極として用い、ゲート絶縁層13(基体11)を、シリコン半導体基板の表面を熱酸化することによって形成されたSiO2から構成した。そして、シリコン半導体基板及びソース電極にプローブを接触させて、プローブ間に電圧Vgを印加したときに、プローブ間を流れる電流Ig(ゲート電極−ソース電極間の漏れ電流Ig)を測定した。測定結果を図10に示すが、1ボルトの電圧印加時、漏れ電流Igは10-12アンペア以下であった。一方、壁状の分離領域が、実施例1の試作品における壁状の分離領域の面積の約10倍である比較用の半導体装置を試作した。この比較用の半導体装置は、実施例1の試作品の半導体装置における能動素子と比較して、分離領域の面積が非常に大きい点を除き、同じ構造を有し、この能動素子が、非常に大きな面積を有する微粒子層で覆われている。このような比較用の半導体装置において、同様に、漏れ電流Igを測定したところ、1ボルトの電圧印加時、20×10-12アンペア〜30×10-12アンペアであった。 Instead of the semiconductor device having the structure shown in FIG. 1A, the following semiconductor substrate was prototyped as a prototype of Example 1. That is, a silicon semiconductor substrate doped with impurities at a high concentration is used as the support 10, the formation of the gate electrode 12 is omitted, the silicon semiconductor substrate itself is used as the gate electrode, and the gate insulating layer 13 (substrate 11) was composed of SiO 2 formed by thermally oxidizing the surface of the silicon semiconductor substrate. Then, by bringing probes into contact with the silicon semiconductor substrate and the source electrode, when a voltage is applied to V g between the probes, the current flowing between the probe I g - was measured (gate electrode leakage current I g between the source electrode) . The measurement results are shown in FIG. 10, and the leakage current Ig was 10 −12 amperes or less when a voltage of 1 volt was applied. On the other hand, a comparative semiconductor device in which the wall-shaped isolation region is about 10 times the area of the wall-shaped isolation region in the prototype of Example 1 was manufactured. This comparative semiconductor device has the same structure except that the area of the isolation region is very large compared to the active element in the prototype semiconductor device of Example 1, and this active element is very It is covered with a fine particle layer having a large area. In such a comparative semiconductor device, when the leakage current Ig was measured in the same manner, it was 20 × 10 −12 amperes to 30 × 10 −12 amperes when a voltage of 1 volt was applied.

実施例2は、実施例1の変形である。図1の(B)に模式的な一部端面図を示す実施例2の半導体装置における能動素子は、ボトムゲート・トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極12、
(B)ゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体11に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
を備えている。
The second embodiment is a modification of the first embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 2 whose schematic partial end view is shown in FIG. 1B is a bottom gate / top contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is
(A) a gate electrode 12 formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to the substrate 11) formed on the gate electrode 12,
(C) a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 formed on the gate insulating layer 13 and constituted by the conductive path 21, and
(D) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
It has.

以下、実施例2の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method for manufacturing the semiconductor device of Example 2 will be described below.

[工程−200]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、支持体10上にゲート電極12を形成した後、実施例1の[工程−110]と同様にして、ゲート電極12を含む支持体(より具体的には絶縁層10B)上に、基体11に相当するゲート絶縁層13を形成する。
[Step-200]
First, after forming the gate electrode 12 on the support 10 in the same manner as [Step-100] in Example 1, the support including the gate electrode 12 in the same manner as [Step-110] in Example 1. A gate insulating layer 13 corresponding to the base 11 is formed on (more specifically, the insulating layer 10B).

[工程−210]
次に、実施例1の[工程−130]〜[工程−160]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域30を完成させた後、実施例1の[工程−170]と同様の工程を実行することで、分離領域30の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例1の[工程−180]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-210]
Next, steps similar to [Step-130] to [Step-160] in Example 1 are performed to complete the separation region 30 on the substrate 11, and then [Step-170] in Example 1. The fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 30 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30 by performing the same process as in Step 1. -180], the channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−220]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、実施例1の[工程−120]と同様にして、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、真空蒸着法に基づき形成する。この層の成膜を行う際、チャネル形成領域構成層15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、金(Au)層を、真空蒸着法に基づき形成した後、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきパターニングを行い、ソース/ドレイン電極14を形成してもよい。
[Step-220]
Thereafter, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A so as to sandwich the channel formation region 15. Specifically, a gold (Au) layer as the source / drain electrode 14 is formed based on the vacuum deposition method in the same manner as in [Step-120] of Example 1. When forming this layer, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the channel formation region constituting layer 15A with a hard mask. The source / drain electrode 14 may be formed by forming a gold (Au) layer based on a vacuum deposition method and then patterning based on a photolithography process.

[工程−230]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図1の(B)に示す実施例2の半導体装置を完成させることができる。
[Step-230]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 2 shown in FIG. 1B can be completed.

実施例3も、実施例1の変形である。図6の(A)に模式的な一部端面図を示す実施例2の半導体装置における能動素子は、トップゲート・ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、
(A)基体11上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(B)ソース/ドレイン電極14の間の基体11上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The third embodiment is also a modification of the first embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 2 whose schematic partial end view is shown in FIG. 6A is a top gate / bottom contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is
(A) source / drain electrodes 14 formed on the substrate 11;
(B) a channel forming region 15 formed on the substrate 11 between the source / drain electrodes 14 and configured by the conductive path 21;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

以下、実施例3の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method for manufacturing the semiconductor device of Example 3 will be described below.

[工程−300]
先ず、ガラス基板から成る支持体10の表面に例えばCVD法にてSiO2から成る基体11を形成しておく。そして、基体11の上に、実施例1の[工程−120]と同様にして、ソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。これらの層の成膜を行う際、基体11の一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、密着層及び金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成した後、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきパターニングを行い、ソース/ドレイン電極14を形成してもよい。
[Step-300]
First, a base 11 made of SiO 2 is formed on the surface of a support 10 made of a glass substrate by, for example, a CVD method. Then, the source / drain electrode 14 is formed on the substrate 11 in the same manner as in [Step-120] of the first embodiment. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a source / drain electrode 14 are sequentially formed based on a vacuum deposition method. When these layers are formed, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the substrate 11 with a hard mask. Alternatively, the source / drain electrode 14 may be formed by sequentially forming an adhesion layer and a gold (Au) layer based on a vacuum deposition method and then patterning based on a photolithography process.

[工程−310]
次に、実施例1の[工程−130]〜[工程−160]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域30を完成させた後、実施例1の[工程−170]と同様の工程を実行することで、分離領域30の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例1の[工程−180]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-310]
Next, steps similar to [Step-130] to [Step-160] in Example 1 are performed to complete the separation region 30 on the substrate 11, and then [Step-170] in Example 1. The fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 30 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30 by performing the same process as in Step 1. -180], the channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−320]
その後、実施例1の[工程−110]と同様にして、全面にゲート絶縁層13を形成した後、チャネル形成領域15の上に位置するゲート絶縁層13の部分の上にゲート電極12を形成する。具体的には、密着層としてのチタン(Ti)層(図示せず)、及び、ゲート電極12としての金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成する。これらの層の成膜を行う際、ゲート絶縁層13の一部をハードマスクで覆うことによって、ゲート電極12をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、密着層及び金(Au)層を、順次、真空蒸着法に基づき形成した後、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきパターニングを行い、ゲート電極12を形成してもよい。
[Step-320]
Thereafter, in the same manner as in [Step-110] in Example 1, the gate insulating layer 13 is formed on the entire surface, and then the gate electrode 12 is formed on the portion of the gate insulating layer 13 located on the channel formation region 15. To do. Specifically, a titanium (Ti) layer (not shown) as an adhesion layer and a gold (Au) layer as a gate electrode 12 are sequentially formed based on a vacuum deposition method. When these layers are formed, the gate electrode 12 can be formed without a photolithography process by covering a part of the gate insulating layer 13 with a hard mask. Note that the adhesion layer and the gold (Au) layer may be sequentially formed based on a vacuum deposition method, and then patterned based on a photolithography process to form the gate electrode 12.

[工程−330]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図6の(A)に示す実施例3の半導体装置を完成させることができる。
[Step-330]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 3 shown in FIG. 6A can be completed.

実施例4も、実施例1の変形である。図6の(B)に模式的な一部端面図を示す実施例2の半導体装置における能動素子は、トップゲート・トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、
(A)基体11上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、
(B)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The fourth embodiment is also a modification of the first embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 2 whose schematic partial end view is shown in FIG. 6B is a top gate / top contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is
(A) a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 formed on the base 11 and constituted by the conductive path 21;
(B) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

以下、実施例4の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method of manufacturing the semiconductor device of Example 4 will be described below.

[工程−400]
先ず、ガラス基板から成る支持体10の表面に例えばCVD法にてSiO2から成る基体11を形成しておく。そして、実施例1の[工程−130]〜[工程−160]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域30を完成させた後、実施例1の[工程−170]と同様の工程を実行することで、分離領域30の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域30によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例1の[工程−180]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-400]
First, a base 11 made of SiO 2 is formed on the surface of a support 10 made of a glass substrate by, for example, a CVD method. Then, by performing the same steps as [Step-130] to [Step-160] in Example 1, the separation region 30 is completed on the substrate 11, and then [Step-170] in Example 1 is set. By performing the same process, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 30 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 30, and further, [Step- 180], the channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−410]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、実施例1の[工程−120]と同様にして、ソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、真空蒸着法に基づき形成する。この層の成膜を行う際、チャネル形成領域構成層15Aの一部をハードマスクで覆うことによって、ソース/ドレイン電極14をフォトリソグラフィ・プロセス無しで形成することができる。尚、金(Au)層を、真空蒸着法に基づき形成した後、フォトリソグラフィ・プロセスに基づきパターニングを行い、ソース/ドレイン電極14を形成してもよい。
[Step-410]
Thereafter, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A in the same manner as in [Step-120] of the first embodiment. Specifically, a gold (Au) layer as the source / drain electrode 14 is formed based on a vacuum deposition method. When forming this layer, the source / drain electrode 14 can be formed without a photolithography process by covering a part of the channel formation region constituting layer 15A with a hard mask. The source / drain electrode 14 may be formed by forming a gold (Au) layer based on a vacuum deposition method and then patterning based on a photolithography process.

[工程−420]
その後、実施例3の[工程−320]と同様にして、全面にゲート絶縁層13を形成した後、チャネル形成領域15の上に位置するゲート絶縁層13の部分の上にゲート電極12を形成する。
[Step-420]
Thereafter, in the same manner as in [Step-320] in Example 3, the gate insulating layer 13 is formed on the entire surface, and then the gate electrode 12 is formed on the portion of the gate insulating layer 13 located on the channel formation region 15. To do.

[工程−430]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図6の(B)に示す実施例4の半導体装置を完成させることができる。
[Step-430]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 4 shown in FIG. 6B can be completed.

実施例5は、本発明の第2の態様に係る微粒子層構造体及びその形成方法、半導体装置、並びに、分離領域に関する。実施例5の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図を図7の(A)に示す。尚、導電路21等の概念図は、図2の(A)及び(B)に示したとおりである。   Example 5 relates to the fine particle layer structure according to the second aspect of the present invention, a method for forming the same, a semiconductor device, and an isolation region. A schematic partial end view of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 5 is shown in FIG. The conceptual diagram of the conductive path 21 and the like is as shown in FIGS.

実施例5の微粒子層構造体は、
(A)基体11上に形成された、壁状(突起状)の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域130、及び、
(B)分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成された微粒子層20、
から成る。そして、この微粒子層20は、突出部たる分離領域130の側壁において分離されている。尚、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の平面形状は、例えば、概ね矩形である。以下においても同様とすることができる。
The fine particle layer structure of Example 5 is
(A) A separation region 130 having a wall-like (projection-like) single-layer structure formed on the substrate 11 and having a side wall with an undercut shape; and
(B) the fine particle layer 20 formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 130;
Consists of. And this fine particle layer 20 is isolate | separated in the side wall of the isolation | separation area | region 130 which is a protrusion part. In addition, the planar shape of the part of the base | substrate 11 enclosed by the isolation | separation area | region 130 is a substantially rectangular shape, for example. The same applies to the following.

また、実施例5の半導体装置は、
(A)基体11上に形成された、壁状(突起状)の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域130、及び、
(B)分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成された能動素子、
から成る。そして、能動素子は、導体又は半導体(実施例5にあっては導体)から成る微粒子22、及び、微粒子22と結合した有機半導体分子23から成る導電路21を具備している。また、微粒子22から構成された微粒子層20は、分離領域130の側壁において分離されている。即ち、突出部たる分離領域130は、通常の半導体装置における所謂素子分離領域に相当している。
The semiconductor device of Example 5 is
(A) A separation region 130 having a wall-like (projection-like) single-layer structure formed on the substrate 11 and having a side wall with an undercut shape; and
(B) an active element formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the isolation region 130;
Consists of. The active element includes fine particles 22 made of a conductor or a semiconductor (a conductor in the fifth embodiment) and conductive paths 21 made of organic semiconductor molecules 23 bonded to the fine particles 22. Further, the fine particle layer 20 composed of the fine particles 22 is separated at the side wall of the separation region 130. That is, the isolation region 130 which is a protrusion corresponds to a so-called element isolation region in a normal semiconductor device.

また、突出部たる実施例5の分離領域130は、基体11上に形成された、壁状(突起状)の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である。尚、分離領域130は、より具体的には、側壁の上部が側壁の下部よりも突出し、あるいは、迫り出した状態にあり、側壁は基体11に対してアンダーカット状である。即ち、側壁上端は、側壁が基体11から立ち上がる部分よりも迫り出している。   In addition, the separation region 130 of Example 5 serving as a protrusion has a wall-like (projection-like) single-layer structure formed on the base 11, and the side wall has an undercut shape. More specifically, in the separation region 130, the upper part of the side wall protrudes or protrudes from the lower part of the side wall, and the side wall is undercut with respect to the base 11. That is, the upper end of the side wall protrudes from the portion where the side wall rises from the base 11.

ここで、実施例5の半導体装置における能動素子は、実施例1と同様に、ゲート電極12、ゲート絶縁層13(基体11に相当する)、チャネル形成領域15、及び、ソース/ドレイン電極14を有する電界効果型トランジスタ(FET)から成り、導電路21によってチャネル形成領域15が構成される。そして、微粒子22は、基体11(ゲート絶縁層13)の表面と略平行な面内において2次元的に規則的に、且つ、充填状態にて配列されて、微粒子層20を構成している。具体的には、実施例5の半導体装置における能動素子は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型のFET(より具体的には、TFT)であり、導電路21に加えられる電界によって導電路21の導電性が制御される。尚、電荷移動の概念図は、図2の(A)及び(B)に矢印で示したと同様である。   Here, the active element in the semiconductor device of Example 5 includes the gate electrode 12, the gate insulating layer 13 (corresponding to the base 11), the channel formation region 15, and the source / drain electrode 14 as in Example 1. The channel formation region 15 is configured by the conductive path 21. The fine particles 22 are arranged two-dimensionally regularly and in a filled state in a plane substantially parallel to the surface of the substrate 11 (gate insulating layer 13) to constitute the fine particle layer 20. Specifically, the active element in the semiconductor device of Example 5 is a bottom gate / bottom contact type FET (more specifically, a TFT), and the conductivity of the conductive path 21 by an electric field applied to the conductive path 21. Is controlled. The conceptual diagram of charge transfer is the same as that indicated by the arrows in FIGS.

実施例5の半導体装置における能動素子は、より具体的には、図7の(A)に模式的な一部端面図を示すように、実施例1と同様に、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極12、
(B)支持体10及びゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体11に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成されたソース/ドレイン電極14、並びに、
(D)ソース/ドレイン電極14の間であってゲート絶縁層13上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15、
から構成されている。
More specifically, the active element in the semiconductor device of the fifth embodiment is similar to the first embodiment as shown in the schematic partial end view of FIG.
(A) a gate electrode 12 formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to the substrate 11) formed on the support 10 and the gate electrode 12;
(C) a source / drain electrode 14 formed on the gate insulating layer 13, and
(D) a channel forming region 15 formed between the source / drain electrodes 14 and on the gate insulating layer 13 and configured by the conductive path 21;
It is composed of

実施例5においては、導体から成る微粒子22、有機半導体分子23、支持体10、その表面に形成された絶縁層10B、ゲート電極12、ソース/ドレイン電極14、チャネル形成領域15、及び、チャネル形成領域構成層15Aは、実施例1と同様の微粒子22、有機半導体分子23、支持体10、及び、その表面に形成された絶縁層10B、ゲート電極12、ソース/ドレイン電極14、チャネル形成領域15、及び、チャネル形成領域構成層15Aから構成されている。また、基体11も、実施例1と同様に、ゲート絶縁層13(具体的にはSiO2)から成る。尚、基板10Aとして、シリコン半導体基板を用いることもできる。 In Example 5, the fine particles 22 made of a conductor, the organic semiconductor molecules 23, the support 10, the insulating layer 10B formed on the surface, the gate electrode 12, the source / drain electrodes 14, the channel formation region 15, and the channel formation The region constituting layer 15A includes the same fine particles 22, organic semiconductor molecules 23, support 10 as in Example 1, and the insulating layer 10B, gate electrode 12, source / drain electrodes 14, and channel formation region 15 formed on the surface thereof. , And a channel formation region constituting layer 15A. The substrate 11 is also made of a gate insulating layer 13 (specifically, SiO 2 ) as in the first embodiment. A silicon semiconductor substrate can also be used as the substrate 10A.

以下、基体等の模式的な一部端面図である図3の(A)〜(C)、及び、図8参照して、実施例5の微粒子層構造体の形成方法、更には、半導体装置の製造方法の概要を説明する。   3 (A) to 3 (C), which are schematic partial end views of the substrate and the like, and FIG. 8, a method for forming the fine particle layer structure of Example 5, and further, a semiconductor device An outline of the manufacturing method will be described.

[工程−500]
先ず、実施例1の[工程−100]と同様にして、支持体10上にゲート電極12を形成する(図3の(A)参照)。
[Step-500]
First, the gate electrode 12 is formed on the support 10 in the same manner as in [Step-100] of Example 1 (see FIG. 3A).

[工程−510]
次に、実施例1の[工程−110]と同様にして、ゲート電極12を含む支持体10上に、基体11に相当するゲート絶縁層13を形成する(図3の(B)参照)。
[Step-510]
Next, in the same manner as in [Step-110] in Example 1, a gate insulating layer 13 corresponding to the base 11 is formed on the support 10 including the gate electrode 12 (see FIG. 3B).

[工程−520]
その後、実施例1の[工程−120]と同様にして、ゲート絶縁層13の上に、金(Au)層から成るソース/ドレイン電極14を形成する(図3の(C)参照)。
[Step-520]
Thereafter, in the same manner as in [Step-120] of Example 1, a source / drain electrode 14 made of a gold (Au) layer is formed on the gate insulating layer 13 (see FIG. 3C).

[工程−530]
次いで、基体11(ゲート絶縁層13)上に、光感光性の樹脂層131を形成した後、樹脂層131を露光、現像することで、側壁がアンダーカット状の樹脂層131から成る分離領域130を基体11上に残す(図8参照)。
[Step-530]
Next, after forming a photosensitive resin layer 131 on the substrate 11 (gate insulating layer 13), the resin layer 131 is exposed and developed, so that the separation region 130 is formed of the resin layer 131 whose side walls are undercut. Is left on the substrate 11 (see FIG. 8).

具体的には、ネガ型のパーマネント・レジスト材料(東京応化工業株式会社製:TELR−N101PM)から成る樹脂層131を、スピンコーティング法にて基体11に相当するゲート絶縁層13上に塗布し、次いで、ホットプレート上での100゜C×1分間のプレ・ベーキングを施した後、露光量50mJ/cm2の条件のフォトリソグラフィ技術、ホットプレート上での120゜C×1.5分間のポスト・エクスポージャー・ベーキング、現像、リンス、ホットプレート上での180゜C〜200゜C×約20分間のポスト・ベーキングを行うことで、分離領域130を形成すべき基体11の部分に樹脂層131が残された構造を得ることができる。尚、このパーマネント・レジスト材料は、例えば、有機ELディスプレイのカソードセパレーター(隔壁用途)用として用いられている。こうして得られた突出部たる分離領域130は、アンダーカット状(アンダーカット構造,逆テーパー構造)、即ち、分離領域130を構成する側壁の下部よりも側壁の上部が突出した形状であり、このような形状は、ネガ型のパーマネント・レジスト材料を用いることで達成することができる。分離領域130の高さHは約1.4μmである。また、壁状の分離領域130の一辺の長さL[能動素子を形成すべき基体11の部分と能動素子を形成すべき基体11の部分との間に横たわる分離領域130の長さ(幅)]を、例えば100μmとした。 Specifically, a resin layer 131 made of a negative permanent resist material (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd .: TELR-N101PM) is applied on the gate insulating layer 13 corresponding to the substrate 11 by spin coating, Next, after pre-baking at 100 ° C. for 1 minute on a hot plate, a photolithography technique with an exposure amount of 50 mJ / cm 2 , a post at 120 ° C. for 1.5 minutes on the hot plate -Exposure baking, development, rinsing, and post-baking on a hot plate at 180 ° C to 200 ° C for about 20 minutes to form a resin layer 131 on the portion of the substrate 11 where the separation region 130 is to be formed The remaining structure can be obtained. This permanent resist material is used, for example, for a cathode separator (for partition walls) of an organic EL display. The separation region 130 as the protruding portion thus obtained has an undercut shape (undercut structure, reverse taper structure), that is, a shape in which the upper portion of the side wall protrudes from the lower portion of the side wall constituting the separation region 130. Such a shape can be achieved by using a negative permanent resist material. The height H of the separation region 130 is about 1.4 μm. Also, the length L of one side of the wall-shaped isolation region 130 [the length (width) of the isolation region 130 lying between the portion of the base 11 where the active element is to be formed and the portion of the base 11 where the active element is to be formed. ] Was set to 100 μm, for example.

また、こうして得られた樹脂層131の光硬化物から成る分離領域130は、種々の熱処理(ポスト・ベーキング等)が施されているので、有機溶媒に対して高い耐性を有している。その結果、後の工程で用いられる有機溶媒によって溶解されることが無く、また、分離領域を形成後に露出している基板の表面等を有機溶媒や超音波を用いて洗浄することが可能となる。尚、分離領域を構成する材料によっては、物理的処理、あるいは、化学的処理、あるいは、熱的処理を施すことによって、有機溶媒に対して高い耐性を付与することができるし、分離領域を形成後に露出している基板の表面等を有機溶媒や超音波を用いて洗浄することが可能となる。   In addition, the separation region 130 made of the photocured product of the resin layer 131 thus obtained is subjected to various heat treatments (post baking, etc.), and thus has high resistance to an organic solvent. As a result, it is not dissolved by the organic solvent used in the subsequent process, and the surface of the substrate exposed after forming the separation region can be cleaned using an organic solvent or ultrasonic waves. . Depending on the material constituting the separation region, physical treatment, chemical treatment, or thermal treatment can be applied to impart high resistance to the organic solvent, and the separation region is formed. It becomes possible to clean the surface of the substrate exposed later using an organic solvent or ultrasonic waves.

[工程−540]
その後、実施例1の[工程−170]と同様にして、分離領域130の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成する。
[Step-540]
Thereafter, in the same manner as in [Step-170] of Example 1, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 130 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 130.

[工程−550]
次いで、実施例1の[工程−180]と同様にして、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-550]
Next, in the same manner as in [Step-180] of Example 1, a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−560]
最後に、実施例1の[工程−190]と同様にして、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図7の(A)に示したボトムゲート・ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)を得ることができる。
[Step-560]
Finally, a passivation film (not shown) is formed on the entire surface in the same manner as in [Step-190] of the first embodiment, so that the bottom gate / bottom contact FET (shown in FIG. Specifically, a TFT) can be obtained.

分離領域130の特徴的なアンダーカット構造(逆テーパー構造)によって、微粒子層20が物理的に断裁されることで、アイソレーションが実現される。実施例5においては、分離領域130の高さHと、微粒子22の平均粒径RAVEとの関係は、(H/RAVE)=(1400/5)であるので、微粒子層20は、分離領域130において、確実に、物理的に断裁される。 Isolation is realized by physically cutting the particulate layer 20 by the characteristic undercut structure (reverse taper structure) of the separation region 130. In Example 5, since the relationship between the height H of the separation region 130 and the average particle size R AVE of the fine particles 22 is (H / R AVE ) = (1400/5), the fine particle layer 20 is separated. In the area 130, the cut is surely physically performed.

ここで、[工程−540]においては、実施例1の[工程−170]と同様に、微粒子22自身による自己組織化現象を積極的に利用して、2次元規則配列化を達成させる。また、実施例1の[工程−180]と同様にして、[工程−550]において、有機半導体分子23が末端に有する官能基を微粒子22と化学的に結合させる。より具体的には、有機半導体分子23が両端に有する官能基(実施例5においては、共役結合を有する有機半導体分子であって、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)の両端に有するチオール基[−SH])によって有機半導体分子23と微粒子22とが化学的に(交互に)結合することで、ネットワーク状の導電路21が構築される。そして、微粒子層20の1層ずつの形成によってチャネル形成領域15を形成することができるので、この工程を何回繰り返すかで、所望の厚さを有するチャネル形成領域15を形成することができる。こうして得られたチャネル形成領域15は、微粒子22と有機半導体分子23とがネットワーク状に結合された結合体から構成され、ゲート電極12に印加されるゲート電圧によってキャリア移動が制御される。具体的には、例えば、ゲート電極12に印加するゲート電圧を0ボルトとした場合、ソース/ドレイン電極14の間にソース/ドレイン電流が流れる。更には、ゲート電極12に印加するゲート電圧の向き(プラス又はマイナス)及び値を制御することで、ソース/ドレイン電極14の間に流れるソース/ドレイン電流を制御することができる。以下の実施例6〜実施例8において得られる半導体装置においても同様である。微粒子層20の1層ずつの形成において、微粒子層20は分離領域130の側壁において確実に分離される。   Here, in [Step-540], as in [Step-170] of Example 1, the self-organization phenomenon by the fine particles 22 itself is actively used to achieve the two-dimensional regular arrangement. Further, in the same manner as [Step-180] in Example 1, in [Step-550], the functional group at the terminal of the organic semiconductor molecule 23 is chemically bonded to the fine particles 22. More specifically, the functional group which the organic semiconductor molecule 23 has at both ends (in Example 5, an organic semiconductor molecule having a conjugated bond, which is a thiol group having both ends of 4,4′-biphenyldithiol (BPDT). The organic semiconductor molecules 23 and the fine particles 22 are chemically (alternatively) bonded to each other by [—SH]), whereby the network-like conductive path 21 is constructed. Since the channel forming region 15 can be formed by forming the fine particle layer 20 one by one, the channel forming region 15 having a desired thickness can be formed by repeating this process. The channel forming region 15 obtained in this way is composed of a combined body in which the fine particles 22 and the organic semiconductor molecules 23 are bonded in a network shape, and carrier movement is controlled by the gate voltage applied to the gate electrode 12. Specifically, for example, when the gate voltage applied to the gate electrode 12 is 0 volt, a source / drain current flows between the source / drain electrodes 14. Furthermore, the source / drain current flowing between the source / drain electrodes 14 can be controlled by controlling the direction (plus or minus) and the value of the gate voltage applied to the gate electrode 12. The same applies to the semiconductor devices obtained in Examples 6 to 8 below. In forming the fine particle layer 20 one by one, the fine particle layer 20 is reliably separated on the side wall of the separation region 130.

尚、実施例5においても、チャネル形成領域15においては、微粒子22が有機半導体分子23によって2次元的あるいは3次元的に結びつけられ、微粒子22内の導電路と有機半導体分子23内の分子骨格に沿った導電路とが連結したネットワーク状の導電路21が形成されている。そして、図2の(B)の概念図に示すように、この導電路21には、従来の有機半導体から成るチャネル形成領域における低い移動度の原因であった分子間の電子移動が含まれず、しかも、分子内の電子移動は分子骨格に沿って形成された共役系を通じて行われるので、高い移動度が期待される。チャネル形成領域15における電子伝導は、図2の(A)の矢印に示すように、ネットワーク状の導電路21を通って行われ、チャネル形成領域15の導電性はゲート電極12に印加されるゲート電圧によって制御される。   Also in Example 5, in the channel forming region 15, the fine particles 22 are two-dimensionally or three-dimensionally connected by the organic semiconductor molecules 23, and the conductive path in the fine particles 22 and the molecular skeleton in the organic semiconductor molecules 23 are connected. A network-like conductive path 21 is formed in which the conductive paths along the path are connected. Then, as shown in the conceptual diagram of FIG. 2B, the conductive path 21 does not include intermolecular electron transfer that is a cause of low mobility in a channel formation region made of a conventional organic semiconductor, In addition, since the electron movement in the molecule is performed through a conjugated system formed along the molecular skeleton, high mobility is expected. Electron conduction in the channel formation region 15 is performed through a network-like conductive path 21 as indicated by an arrow in FIG. 2A, and the conductivity of the channel formation region 15 is applied to the gate electrode 12. Controlled by voltage.

あるいは又、[工程−550]においては、実施例1にて説明したと同様に、微粒子と有機半導体分子とが結合して成る、3次元的にネットワーク化されたクラスターを全面に塗布し、自然乾燥させることによっても、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成され、分離領域130の側壁において分離された微粒子層20を得ることもできる。   Alternatively, in [Step-550], as described in Example 1, a three-dimensionally networked cluster formed by combining fine particles and organic semiconductor molecules is applied to the entire surface, and natural The fine particle layer 20 formed on the portion of the base 11 surrounded by the separation region 130 and separated on the side wall of the separation region 130 can also be obtained by drying.

図7の(A)に示した構造を有する半導体装置の代わりに、実施例1において説明したと同様の試作品を試作した。そして、シリコン半導体基板及びソース電極にプローブを接触させて、プローブ間に電圧Vgを印加したときに、プローブ間を流れる電流Ig(ゲート電極−ソース電極間の漏れ電流Ig)を測定した。その結果、プローブ間に−1ボルトから+1ボルトまでの電圧Vgを印加したとき、プローブ間を流れる電流Igの最大値は3ピコアンペアであり、非常に小さい漏れ電流値が得られた。因みに、ゲート電極に1ボルトを印加したとき、ソース電極とドレイン電極との間には、1ミリアンペアに近い大きな電流が流れた。 A prototype similar to that described in Example 1 was prototyped instead of the semiconductor device having the structure shown in FIG. Then, by bringing probes into contact with the silicon semiconductor substrate and the source electrode, when a voltage is applied to V g between the probes, the current flowing between the probe I g - was measured (gate electrode leakage current I g between the source electrode) . As a result, when a voltage V g from −1 volt to +1 volt was applied between the probes, the maximum value of the current I g flowing between the probes was 3 picoamperes, and a very small leakage current value was obtained. Incidentally, when 1 volt was applied to the gate electrode, a large current close to 1 milliampere flowed between the source electrode and the drain electrode.

実施例6は、実施例5の変形である。図7の(B)に模式的な一部端面図を示す実施例6の半導体装置における能動素子は、ボトムゲート・トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、実施例2と同様に、
(A)支持体10上に形成されたゲート電極12、
(B)ゲート電極12上に形成されたゲート絶縁層13(基体11に相当する)、
(C)ゲート絶縁層13上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、並びに、
(D)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
を備えている。
The sixth embodiment is a modification of the fifth embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 6 whose schematic partial end view is shown in FIG. 7B is a bottom gate / top contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is similar to the second embodiment,
(A) a gate electrode 12 formed on the support 10;
(B) a gate insulating layer 13 (corresponding to the substrate 11) formed on the gate electrode 12,
(C) a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 formed on the gate insulating layer 13 and constituted by the conductive path 21, and
(D) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
It has.

以下、実施例6の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method for manufacturing the semiconductor device of Example 6 will be described below.

[工程−600]
先ず、実施例5の[工程−500]と同様にして、支持体10上にゲート電極12を形成した後、実施例5の[工程−510]と同様にして、ゲート電極12を含む支持体(より具体的には絶縁層10B)上に、基体11に相当するゲート絶縁層13を形成する。
[Step-600]
First, after forming the gate electrode 12 on the support 10 in the same manner as in [Step-500] in Example 5, the support including the gate electrode 12 in the same manner as in [Step-510] in Example 5. A gate insulating layer 13 corresponding to the base 11 is formed on (more specifically, the insulating layer 10B).

[工程−610]
次に、実施例5の[工程−530]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域130を完成させた後、実施例5の[工程−540]と同様の工程を実行することで、分離領域130の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例5の[工程−550]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-610]
Next, the same process as [Step-530] in Example 5 is performed to complete the separation region 130 on the substrate 11, and then the same process as [Step-540] in Example 5 is performed. As a result, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 130 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 130, and further, the same as [Step-550] of the fifth embodiment. By executing the process, the channel formation region constituting layer 15 </ b> A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−620]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、チャネル形成領域15を挟むようにソース/ドレイン電極14を形成する。具体的には、実施例2の[工程−220]と同様にして、ソース/ドレイン電極14としての金(Au)層を、真空蒸着法に基づき形成する。
[Step-620]
Thereafter, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A so as to sandwich the channel formation region 15. Specifically, a gold (Au) layer as the source / drain electrode 14 is formed based on the vacuum deposition method in the same manner as in [Step-220] of the second embodiment.

[工程−630]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図7の(B)に示す実施例6の半導体装置を完成させることができる。
[Step-630]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 6 shown in FIG. 7B can be completed.

実施例7も、実施例5の変形である。図9の(A)に模式的な一部端面図を示す実施例6の半導体装置における能動素子は、トップゲート・ボトムコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、実施例3と同様に、
(A)基体11上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(B)ソース/ドレイン電極14の間の基体11上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The seventh embodiment is also a modification of the fifth embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 6 whose schematic partial end view is shown in FIG. 9A is a top gate / bottom contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is the same as in Example 3,
(A) source / drain electrodes 14 formed on the substrate 11;
(B) a channel forming region 15 formed on the substrate 11 between the source / drain electrodes 14 and configured by the conductive path 21;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

以下、実施例7の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method for manufacturing the semiconductor device of Example 7 will be described below.

[工程−700]
先ず、ガラス基板から成る支持体10の表面に例えばCVD法にてSiO2から成る基体11を形成しておく。そして、基体11の上に、実施例3の[工程−300]と同様にして、ソース/ドレイン電極14を形成する。
[Step-700]
First, a base 11 made of SiO 2 is formed on the surface of a support 10 made of a glass substrate by, for example, a CVD method. Then, the source / drain electrodes 14 are formed on the substrate 11 in the same manner as in [Step-300] of the third embodiment.

[工程−710]
次に、実施例5の[工程−530]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域130を完成させた後、実施例5の[工程−540]と同様の工程を実行することで、分離領域130の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例5の[工程−550]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-710]
Next, the same process as [Step-530] in Example 5 is performed to complete the separation region 130 on the substrate 11, and then the same process as [Step-540] in Example 5 is performed. As a result, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 130 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 130, and further, the same as [Step-550] of the fifth embodiment. By executing the process, the channel formation region constituting layer 15 </ b> A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−720]
その後、実施例3の[工程−320]と同様にして、全面にゲート絶縁層13を形成した後、チャネル形成領域15の上に位置するゲート絶縁層13の部分の上にゲート電極12を形成する。
[Step-720]
Thereafter, in the same manner as in [Step-320] in Example 3, the gate insulating layer 13 is formed on the entire surface, and then the gate electrode 12 is formed on the portion of the gate insulating layer 13 located on the channel formation region 15. To do.

[工程−730]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図9の(A)に示す実施例7の半導体装置を完成させることができる。
[Step-730]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 7 shown in FIG. 9A can be completed.

実施例8も、実施例5の変形である。図9の(B)に模式的な一部端面図を示す実施例6の半導体装置における能動素子は、トップゲート・トップコンタクト型のFET(具体的には、TFT)である。即ち、この能動素子は、実施例4と同様に、
(A)基体11上に形成され、導電路21によって構成されたチャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15A、
(B)チャネル形成領域構成層15A上に形成されたソース/ドレイン電極14、
(C)ソース/ドレイン電極14及びチャネル形成領域15上に形成されたゲート絶縁層13、並びに、
(D)ゲート絶縁層13上に形成されたゲート電極12、
を備えている。
The eighth embodiment is also a modification of the fifth embodiment. The active element in the semiconductor device of Example 6 whose schematic partial end view is shown in FIG. 9B is a top gate / top contact type FET (specifically, TFT). That is, this active element is similar to the fourth embodiment,
(A) a channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 formed on the base 11 and constituted by the conductive path 21;
(B) source / drain electrodes 14 formed on the channel formation region constituting layer 15A;
(C) a gate insulating layer 13 formed on the source / drain electrode 14 and the channel formation region 15, and
(D) a gate electrode 12 formed on the gate insulating layer 13;
It has.

以下、実施例8の半導体装置の製造方法の概要を説明する。   The outline of the method for manufacturing the semiconductor device of Example 8 will be described below.

[工程−800]
先ず、ガラス基板から成る支持体10の表面に例えばCVD法にてSiO2から成る基体11を形成しておく。そして、実施例5の[工程−530]と同様の工程を実行することで、基体11上に分離領域130を完成させた後、実施例5の[工程−540]と同様の工程を実行することで、分離領域130の側壁において分離される微粒子層20を、分離領域130によって囲まれた基体11の部分の上に形成し、更には、実施例5の[工程−550]と同様の工程を実行することで、微粒子層20に基づき、チャネル形成領域15を含むチャネル形成領域構成層15Aを形成する。
[Step-800]
First, a base 11 made of SiO 2 is formed on the surface of a support 10 made of a glass substrate by, for example, a CVD method. Then, the same process as [Step-530] in Example 5 is performed to complete the separation region 130 on the substrate 11, and then the same process as [Step-540] in Example 5 is performed. Thus, the fine particle layer 20 separated on the side wall of the separation region 130 is formed on the portion of the substrate 11 surrounded by the separation region 130, and further, the same process as [Step-550] of the fifth embodiment. As a result, the channel formation region constituting layer 15A including the channel formation region 15 is formed based on the fine particle layer 20.

[工程−810]
その後、チャネル形成領域構成層15Aの上に、実施例4の[工程−410]と同様にして、ソース/ドレイン電極14を形成する。
[Step-810]
Thereafter, the source / drain electrodes 14 are formed on the channel formation region constituting layer 15A in the same manner as in [Step-410] of the fourth embodiment.

[工程−820]
その後、実施例7の[工程−720]と同様にして、全面にゲート絶縁層13を形成した後、チャネル形成領域15の上に位置するゲート絶縁層13の部分の上にゲート電極12を形成する。
[Step-820]
Thereafter, in the same manner as in [Step-720] in Example 7, the gate insulating layer 13 is formed on the entire surface, and then the gate electrode 12 is formed on the portion of the gate insulating layer 13 located on the channel formation region 15. To do.

[工程−830]
最後に、全面にパッシベーション膜(図示せず)を形成することで、図9の(B)に示す実施例8の半導体装置を完成させることができる。
[Step-830]
Finally, by forming a passivation film (not shown) on the entire surface, the semiconductor device of Example 8 shown in FIG. 9B can be completed.

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。分離領域、微粒子層構造体、半導体装置の構造や構成、形成条件、製造条件は例示であり、適宜変更することができる。本発明によって得られた電界効果型トランジスタ(FET)を、ディスプレイ装置や各種の電子機器に適用、使用する場合、支持体や支持部材に多数のFETを集積したモノリシック集積回路としてもよいし、各FETを切断して個別化し、ディスクリート部品として使用してもよい。微粒子は、金(Au)に限定するものではなく、他の金属(例えば、銀や白金等)、あるいは、半導体としての硫化カドミウム、セレン化カドミウム、シリコン等だけでなく、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸[PEDOT/PSS]、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性有機材料から構成することもできる。また、有機半導体分子も4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)に限定するものではない。更には、実施例1〜実施例4において、分離領域30を構成する下層31を、例えばSiNYから構成し、上層32を、例えばSiOXから構成する形態とすることもできる。更には、実施例においては、本発明の分離領域、微粒子層構造体及びその形成方法を、半導体装置における素子分離領域に適用したが、その他、分離された微粒子層を形成することが要求される如何なる分野、領域にも適用することができる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples. The structure and configuration of the separation region, the fine particle layer structure, and the semiconductor device, the formation conditions, and the manufacturing conditions are examples, and can be changed as appropriate. When the field effect transistor (FET) obtained by the present invention is applied to and used in a display device and various electronic devices, a monolithic integrated circuit in which a large number of FETs are integrated on a support or a support member may be used. The FET may be cut and individualized and used as a discrete component. The fine particles are not limited to gold (Au), but are not limited to other metals (for example, silver and platinum), cadmium sulfide, cadmium selenide, silicon and the like as semiconductors, but also poly (3,4- It can also be composed of a conductive organic material such as ethylenedioxythiophene) / polystyrene sulfonic acid [PEDOT / PSS], polythiophene, polyaniline. Further, the organic semiconductor molecule is not limited to 4,4′-biphenyldithiol (BPDT). Furthermore, in the first to fourth embodiments, the lower layer 31 constituting the separation region 30 may be made of, for example, SiN Y , and the upper layer 32 may be made of, for example, SiO x . Furthermore, in the embodiments, the isolation region, the fine particle layer structure and the method for forming the same according to the present invention are applied to the element isolation region in the semiconductor device, but it is also required to form a separate fine particle layer. It can be applied to any field and area.

図1の(A)及び(B)は、実施例1及び実施例2の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図である。FIGS. 1A and 1B are schematic partial end views of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 1 and Example 2. FIG. 図2の(A)は、実施例1の半導体装置の一部分の概念図であり、図2の(B)は、微粒子と有機半導体分子とによって構成されている導電路の概念図である。2A is a conceptual diagram of a part of the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 2B is a conceptual diagram of a conductive path constituted by fine particles and organic semiconductor molecules. 図3の(A)〜(C)は、実施例1の微粒子層構造体の形成方法を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。3A to 3C are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the method for forming the fine particle layer structure of Example 1. FIG. 図4の(A)及び(B)は、図3の(C)に引き続き、実施例1の微粒子層構造体の形成方法を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。4 (A) and 4 (B) are schematic partial end views of the substrate and the like for explaining the method for forming the fine particle layer structure of Example 1 following FIG. 3 (C). 図5の(A)及び(B)は、図4の(B)に引き続き、実施例1の微粒子層構造体の形成方法を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。FIGS. 5A and 5B are schematic partial end views of a substrate and the like for explaining the method of forming the fine particle layer structure of Example 1 following FIG. 4B. 図6の(A)及び(B)は、実施例3及び実施例4の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図である。6A and 6B are schematic partial end views of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 3 and Example 4. FIG. 図7の(A)及び(B)は、実施例5及び実施例6の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図である。7A and 7B are schematic partial end views of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 5 and Example 6. FIG. 図8は、図3の(C)に引き続き、実施例5の微粒子層構造体の形成方法を説明するための基体等の模式的な一部端面図である。FIG. 8 is a schematic partial end view of a substrate and the like for explaining the method for forming the fine particle layer structure of Example 5 following FIG. 図9の(A)及び(B)は、実施例7及び実施例8の微粒子層構造体、半導体装置、分離領域の模式的な一部端面図である。9A and 9B are schematic partial end views of the fine particle layer structure, the semiconductor device, and the separation region of Example 7 and Example 8. FIG. 図10は、実施例1の半導体装置の試作品における漏れ電流の測定結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the measurement result of the leakage current in the prototype of the semiconductor device of Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・支持体、10A・・・ガラス基板、10B・・・絶縁層、11・・・基体、12・・・ゲート電極、13・・・ゲート絶縁層、14・・・ソース/ドレイン電極、15・・・チャネル形成領域、15A・・・チャネル形成領域構成層、20・・・微粒子層、21・・・導電路、22・・・微粒子、23・・・有機半導体分子、30,130・・・分離領域、31・・・下層、32・・・上層、41・・・レジスト層、42・・・開口部、131・・・光感光性の樹脂層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Support body, 10A ... Glass substrate, 10B ... Insulating layer, 11 ... Base | substrate, 12 ... Gate electrode, 13 ... Gate insulating layer, 14 ... Source / drain electrode 15 ... channel forming region, 15A ... channel forming region constituting layer, 20 ... fine particle layer, 21 ... conductive path, 22 ... fine particle, 23 ... organic semiconductor molecule, 30, 130 ... Separation region, 31 ... lower layer, 32 ... upper layer, 41 ... resist layer, 42 ... opening, 131 ... photosensitive resin layer

Claims (25)

(A)基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された微粒子層、
から成る微粒子層構造体であって、
該微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする微粒子層構造体。
(A) a separation region formed on a substrate, having a wall-like two-layer structure, in which a lower side wall is undercut, and
(B) a fine particle layer formed on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A fine particle layer structure comprising:
The fine particle layer structure, wherein the fine particle layer is separated on a side wall of the separation region.
(下層を構成する材料,上層を構成する材料)の組合せは、(酸化物,窒化物)又は(窒化物,酸化物)であることを特徴とする請求項1に記載の微粒子層構造体。   2. The fine particle layer structure according to claim 1, wherein a combination of (material constituting the lower layer and material constituting the upper layer) is (oxide, nitride) or (nitride, oxide). 微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項1に記載の微粒子層構造体。
When the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The fine particle layer structure according to claim 1, wherein:
(a)基体上に、開口部を有するレジスト層を形成した後、
(b)レジスト層上、及び、開口部内に露出した基体の部分の上に、分離領域を構成する下層及び上層を、順次、形成し、次いで、
(c)下層の側壁がアンダーカット状となるように、下層の側壁をエッチングした後、
(d)レジスト層を除去し、且つ、基体上に分離領域を残し、次いで、
(e)分離領域の側壁において分離される微粒子層を、分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成する、
工程を具備することを特徴とする微粒子層構造体の形成方法。
(A) After forming a resist layer having an opening on the substrate,
(B) A lower layer and an upper layer constituting the separation region are sequentially formed on the resist layer and on the portion of the base exposed in the opening, and then
(C) After etching the lower sidewall so that the lower sidewall is undercut,
(D) removing the resist layer and leaving an isolation region on the substrate;
(E) forming a particulate layer separated on the side wall of the separation region on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A method of forming a fine particle layer structure comprising the steps.
(下層を構成する材料,上層を構成する材料)の組合せは、(酸化物,窒化物)又は(窒化物,酸化物)であることを特徴とする請求項4に記載の微粒子層構造体の形成方法。   The combination of (material constituting the lower layer, material constituting the upper layer) is (oxide, nitride) or (nitride, oxide). Forming method. 微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項4に記載の微粒子層構造体の形成方法。
When the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The method for forming a fine particle layer structure according to claim 4, wherein:
(A)基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された能動素子、
から成る半導体装置であって、
該能動素子は、導体又は半導体から成る微粒子、及び、該微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路を具備し、
該微粒子から構成された微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする半導体装置。
(A) a separation region formed on a substrate, having a wall-like two-layer structure, in which a lower side wall is undercut, and
(B) an active element formed on the portion of the substrate surrounded by the isolation region;
A semiconductor device comprising:
The active element includes a fine particle made of a conductor or a semiconductor, and a conductive path made of an organic semiconductor molecule bonded to the fine particle,
A semiconductor device, wherein the fine particle layer composed of the fine particles is separated on a side wall of the separation region.
有機半導体分子が末端に有する官能基が、微粒子と化学的に結合していることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the functional group at the terminal of the organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particles. 有機半導体分子が両端に有する官能基によって有機半導体分子と微粒子とが化学的に結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein a network-like conductive path is constructed by chemically bonding the organic semiconductor molecule and the fine particles by the functional groups possessed by the organic semiconductor molecule at both ends. 導電路の導電性は、導電路に加えられる電界によって制御されることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the conductivity of the conductive path is controlled by an electric field applied to the conductive path. 能動素子は、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタから成り、
導電路によってチャネル形成領域が構成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
The active element comprises a field effect transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a channel formation region, and a source / drain electrode,
The semiconductor device according to claim 10, wherein a channel formation region is formed by the conductive path.
(下層を構成する材料,上層を構成する材料)の組合せは、(酸化物,窒化物)又は(窒化物,酸化物)であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the combination of (material constituting the lower layer and material constituting the upper layer) is (oxide, nitride) or (nitride, oxide). 微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
When the average particle size of the fine particles was R AVE, the height H of the separation region,
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The semiconductor device according to claim 7, wherein:
基体上に形成された、壁状の2層構造を有し、下層の壁面がアンダーカット状であることを特徴とする分離領域。   A separation region having a wall-like two-layer structure formed on a substrate, wherein a lower wall surface has an undercut shape. (A)基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された微粒子層、
から成る微粒子層構造体であって、
該微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする微粒子層構造体。
(A) a separation region having a wall-shaped single layer structure formed on a substrate and having a side wall in an undercut shape; and
(B) a fine particle layer formed on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A fine particle layer structure comprising:
The fine particle layer structure, wherein the fine particle layer is separated on a side wall of the separation region.
微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項15に記載の微粒子層構造体。
When the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The fine particle layered structure according to claim 15, wherein:
(a)基体上に光感光性の樹脂層を形成した後、樹脂層を露光、現像することで、側壁がアンダーカット状の樹脂層から成る分離領域を基体上に残し、
(b)分離領域の側壁において分離される微粒子層を、分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成する、
工程を具備することを特徴とする微粒子層構造体の形成方法。
(A) After forming a photosensitive resin layer on the substrate, the resin layer is exposed and developed to leave a separation region on the substrate whose side wall is made of an undercut resin layer;
(B) forming a fine particle layer separated on the side wall of the separation region on the portion of the substrate surrounded by the separation region;
A method of forming a fine particle layer structure comprising the steps.
微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項17に記載の微粒子層構造体の形成方法。
When the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The method for forming a fine particle layer structure according to claim 17, wherein:
(A)基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状である分離領域、及び、
(B)分離領域によって囲まれた基体の部分の上に形成された能動素子、
から成る半導体装置であって、
該能動素子は、導体又は半導体から成る微粒子、及び、該微粒子と結合した有機半導体分子から成る導電路を具備し、
該微粒子から構成された微粒子層は、分離領域の側壁において分離されていることを特徴とする半導体装置。
(A) a separation region having a wall-shaped single layer structure formed on a substrate and having a side wall in an undercut shape; and
(B) an active element formed on the portion of the substrate surrounded by the isolation region;
A semiconductor device comprising:
The active element includes a fine particle made of a conductor or a semiconductor, and a conductive path made of an organic semiconductor molecule bonded to the fine particle,
A semiconductor device, wherein the fine particle layer composed of the fine particles is separated on a side wall of the separation region.
有機半導体分子が末端に有する官能基が、微粒子と化学的に結合していることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。   20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the functional group at the terminal of the organic semiconductor molecule is chemically bonded to the fine particles. 有機半導体分子が両端に有する官能基によって有機半導体分子と微粒子とが化学的に結合することで、ネットワーク状の導電路が構築されていることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。   21. The semiconductor device according to claim 20, wherein a network-like conductive path is constructed by chemically bonding the organic semiconductor molecules and the fine particles by the functional groups possessed by the organic semiconductor molecules at both ends. 導電路の導電性は、導電路に加えられる電界によって制御されることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 19, wherein conductivity of the conductive path is controlled by an electric field applied to the conductive path. 能動素子は、ゲート電極、ゲート絶縁層、チャネル形成領域、及び、ソース/ドレイン電極を有する電界効果型トランジスタから成り、
導電路によってチャネル形成領域が構成されることを特徴とする請求項22に記載の半導体装置。
The active element comprises a field effect transistor having a gate electrode, a gate insulating layer, a channel formation region, and a source / drain electrode,
23. The semiconductor device according to claim 22, wherein a channel formation region is formed by the conductive path.
微粒子の平均粒径をRAVEとしたとき、分離領域の高さHは、
(H/RAVE)≧5×101
を満足することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。
When the average particle size of the fine particles is R AVE , the height H of the separation region is
(H / R AVE ) ≧ 5 × 10 1
The semiconductor device according to claim 19, wherein:
基体上に形成された、壁状の単層構造を有し、側壁がアンダーカット状であることを特徴とする分離領域。   A separation region having a wall-like single layer structure formed on a substrate and having a side wall having an undercut shape.
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