JP2008130703A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Hiroteru Ishioka
裕輝 石岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which can have a semiconductor layer consisting of a good quality fine particle layer having no air gap and no projection by accurately controlling spacings between fine particles of bonded organic molecules. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device having a fine particle layer 3 of fine particles s as bonded organic molecules arranged therein has first and second steps. In the first step, dendrimer molecules m as organic molecules are bonded to disperse the fine particles s covered with protective films of the dendrimer molecules m into a solvent to obtaine a dispersion solution, and the dispersion solution is coated on a substrate 1. In the second step, the solvent in the dispersion solution is removed to form a fine particle layer 3 of the fine particles s of bonded dendrimer molecules m arranged in the closest packed state. The fine particle layer 3 itself may be used as a semiconductor layer or may be used as a semiconductor layer with the dendrimer molecules m substituted with other organic molecules. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機分子を結合させた微粒子を配列してなる半導体層を備えた半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a semiconductor layer in which fine particles combined with organic molecules are arranged.

有機半導体を利用した薄膜トランジスタ型の半導体装置は、チャネル層となる半導体薄膜を低温で塗布成膜することが可能である。このため、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition;CVD)などの真空処理室を必要とする方法で成膜されるシリコン薄膜を半導体層として用いるSi系無機半導体トランジスタと比較して、低コスト化に有利であると共に、プラスチック等の耐熱性はないがフレキシブルな基板上への形成も可能である。   A thin film transistor semiconductor device using an organic semiconductor can form a semiconductor thin film serving as a channel layer by coating at a low temperature. For this reason, the cost is lower than Si-based inorganic semiconductor transistors that use a silicon thin film formed as a semiconductor layer by a method that requires a vacuum processing chamber such as chemical vapor deposition (CVD). In addition, it can be formed on a flexible substrate without heat resistance such as plastic.

このような中、同様に塗布成膜を用いた製造が可能な半導体装置として、導体または半導体からなる微粒子と、この微粒子と結合した有機半導体分子とによってネットワーク型の導電路を形成し、この導電路の導電性を電界によって制御される半導体層として用いた半導体装置およびその製造方法が提案されている。このような半導体装置においては、有機半導体分子の両端の官能基が微粒子と結合し、これによって微粒子と有機半導体分子とが互いに連結されたネットワーク型の導電路が形成される。   Under such circumstances, as a semiconductor device that can be similarly manufactured using coating film formation, a network type conductive path is formed by fine particles made of a conductor or a semiconductor and organic semiconductor molecules bonded to the fine particles, and this conductive A semiconductor device using a path conductivity as a semiconductor layer controlled by an electric field and a manufacturing method thereof have been proposed. In such a semiconductor device, the functional groups at both ends of the organic semiconductor molecule are bonded to the fine particles, thereby forming a network-type conductive path in which the fine particles and the organic semiconductor molecules are connected to each other.

このような導電路(半導体層)を形成するには、先ず微粒子を溶媒に分散させた分散液を調製する。この際、微粒子同士が凝集して沈殿するのを防止するために保護膜分子を微粒子に結合させることにより、微粒子を保護膜で被覆した状態にしておくことが重要である。この保護膜分子としては、鎖状の絶縁性有機分子が用いられる。そして、この分散液に基板を浸漬し取り出した後、溶媒を蒸発させることにより、基板上に微粒子1層分の微粒子層を形成する。   In order to form such a conductive path (semiconductor layer), first, a dispersion in which fine particles are dispersed in a solvent is prepared. At this time, in order to prevent the fine particles from aggregating and precipitating, it is important to keep the fine particles covered with the protective film by binding the protective film molecules to the fine particles. As this protective film molecule, a chain-like insulating organic molecule is used. And after immersing a board | substrate in this dispersion liquid and taking out, a fine particle layer for one fine particle layer is formed on a board | substrate by evaporating a solvent.

続いて、微粒子と結合する官能基を両端に備えた有機半導体分子(リンカー分子)を溶媒に溶解させ、この溶液に基板を浸漬し取り出した後、溶媒を蒸発させる。これにより、有機半導体分子が保護膜分子を置換して微粒子の表面に結合する。この際、有機半導体分子の両端の官能基が、それぞれ異なる微粒子に結合し、有機半導体分子によって微粒子がネットワーク状に連結された1層目の半導体層が形成される。   Subsequently, organic semiconductor molecules (linker molecules) having functional groups bonded to the fine particles at both ends are dissolved in a solvent, the substrate is immersed in this solution, and then the solvent is evaporated. As a result, the organic semiconductor molecules displace the protective film molecules and bind to the surface of the fine particles. At this time, the functional groups at both ends of the organic semiconductor molecule are bonded to different fine particles, and a first semiconductor layer in which the fine particles are connected in a network by the organic semiconductor molecules is formed.

以上の後は、微粒子層の形成と、有機半導体分子による保護膜分子の置換とを繰り返し行うことにより、2層目以降の半導体層を形成する(以上、下記特許文献1参照)。   After the above, the formation of the fine particle layer and the replacement of the protective film molecules with organic semiconductor molecules are repeated to form the second and subsequent semiconductor layers (see Patent Document 1 below).

WO2004/006337号公報(第23頁〜24頁、第25頁19行〜25行)WO 2004/006337 (pages 23 to 24, page 25, lines 19 to 25) 特開2005−210207号公報JP-A-2005-210207

ところで、上述した構成の半導体層の形成においては、微粒子の保護膜分子と有機半導体分子(リンカー分子)との置換が必要となるが、その際に粒子間距離とリンカー分子の長さが大きく異なると半導体層の形状に悪影響を与えることがある。例えば、粒子間距離に対してリンカー分子が短いと、形成された半導体層中に空隙が生じ、所望の導電性が得られなくなる。逆に粒子間距離に対してリンカー分子が長いと、微粒子が半導体層から押し出されてしまい、また有機半導体分子によって微粒子をネットワーク状に連結することが困難になる。   By the way, in the formation of the semiconductor layer having the above-described configuration, it is necessary to replace the protective film molecules of the fine particles with the organic semiconductor molecules (linker molecules). At this time, the distance between the particles and the length of the linker molecules are greatly different. And may adversely affect the shape of the semiconductor layer. For example, if the linker molecule is short relative to the interparticle distance, voids are generated in the formed semiconductor layer, and desired conductivity cannot be obtained. Conversely, when the linker molecule is long with respect to the interparticle distance, the fine particles are pushed out from the semiconductor layer, and it becomes difficult to connect the fine particles in a network form by the organic semiconductor molecules.

このため、半導体分子で置換する前の微粒子同士の間隔を、少なくとも有機半導体分子の最大長以下とし、望ましくは有機半導体分子によって連結され易い長さ、例えば有機半導体分子の自然長程度の長さに調整しておく必要がある。   For this reason, the interval between the fine particles before substitution with the semiconductor molecules is set to at least the maximum length of the organic semiconductor molecules, preferably a length that is easily linked by the organic semiconductor molecules, for example, a length that is about the natural length of the organic semiconductor molecules. It needs to be adjusted.

しかしながら、保護膜分子として鎖状の絶縁性有機分子を用いた場合、図11(1)に示すように、微粒子aに結合させた保護膜分子b同士が相互に入り込んで重なり合い、また図11(2)に示すように、微粒子aに結合させた保護膜分子bが様々な方向に倒れる。特に、鎖状の絶縁性分子が2nm以上になると、これら現象によって微粒子a−a間の間隔Lを正確に制御することが非常に困難となる。   However, when chain-like insulating organic molecules are used as the protective film molecules, as shown in FIG. 11 (1), the protective film molecules b bonded to the fine particles a enter and overlap each other, and FIG. As shown in 2), the protective film molecules b bonded to the fine particles a fall down in various directions. In particular, when the chain-like insulating molecules are 2 nm or more, it becomes very difficult to accurately control the distance L between the fine particles aa due to these phenomena.

そこで本発明は、有機分子を結合させた微粒子の間隔を高精度に制御でき、これにより空隙や突出部のない膜質の良好な微粒子層からなる半導体層を得ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device that can control the interval between fine particles combined with organic molecules with high accuracy, and thereby obtain a semiconductor layer composed of fine particle layers having no voids and protrusions and having good film quality. The purpose is to provide.

このような目的を達成するための本発明は、有機分子を結合させた微粒子を配列してなる微粒子層を備えた半導体装置の製造方法であり、第1工程では有機分子としてデンドリマー分子を結合させることで当該デンドリマー分子からなる保護膜で覆われた微粒子を溶媒中に分散させ、この分散溶液を基板上に塗布する。次の第2工程では、分散溶液中の溶媒を除去することによりデンドリマー分子を結合させた微粒子を最密状態で配列してなる微粒子層を形成する。この微粒子層は、これ自体を半導体層として用いても良いし、デンドリマー分子を他の有機分子で置換して半導体層として用いても良い。   The present invention for achieving such an object is a method of manufacturing a semiconductor device having a fine particle layer in which fine particles to which organic molecules are bonded are arranged. In the first step, dendrimer molecules are bonded as organic molecules. Thus, the fine particles covered with the protective film made of the dendrimer molecules are dispersed in a solvent, and this dispersion solution is applied onto the substrate. In the next second step, the solvent in the dispersion solution is removed to form a fine particle layer in which fine particles combined with dendrimer molecules are arranged in a close-packed state. The fine particle layer itself may be used as a semiconductor layer, or may be used as a semiconductor layer by replacing dendrimer molecules with other organic molecules.

このような製造方法では、微粒子に結合させる有機分子として規則的な多重分岐構造を有するデンドリマー分子を用いている。このため、このようなデンドリマー分子を結合させた微粒子を最密状態で配列させた場合、隣接する微粒子に結合しているデンドリマー分子同士が相互に入り込んで重なり合うことはない。また多重分岐構造を有するデンドリマー分子は、微粒子に対する結合部からの距離が離れるほどかさ高くなる。このため、微粒子に複数のデンドリマー分子が結合された状態では、これらのデンドリマー分子が微粒子に対して一方向または多数方向に倒れることはない。また、デンドリマー分子は、分子量分布のない単一分子量であり、分子量が高精度に制御された精密高分子である。このため、デンドリマー分子を結合させてなる保護膜の膜厚、すなわち微粒子間の間隔は、デンドリマー分子の世代によって高精度かつ容易に制御される。   In such a production method, a dendrimer molecule having a regular multi-branched structure is used as an organic molecule to be bonded to fine particles. For this reason, when the fine particles to which such dendrimer molecules are bonded are arranged in a close-packed state, dendrimer molecules bonded to adjacent fine particles do not enter each other and overlap each other. In addition, the dendrimer molecule having a multi-branched structure becomes bulky as the distance from the bonding portion to the fine particle increases. Therefore, in a state where a plurality of dendrimer molecules are bonded to the fine particles, these dendrimer molecules do not fall in one direction or many directions with respect to the fine particles. Dendrimer molecules have a single molecular weight with no molecular weight distribution and are precision polymers whose molecular weight is controlled with high accuracy. For this reason, the film thickness of the protective film formed by bonding the dendrimer molecules, that is, the interval between the fine particles is controlled with high accuracy and easily by the generation of the dendrimer molecules.

以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法によれば、有機分子を結合させた微粒子の間隔を高精度に制御することができ、これにより空隙や突出部のない膜質の良好な微粒子層からなる半導体層を得ることが可能になる。   As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the interval between fine particles combined with organic molecules can be controlled with high accuracy, and thereby a fine particle layer having good film quality without voids and protrusions. It is possible to obtain a semiconductor layer made of

以下、本発明の半導体装置の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。本発明は、有機薄膜トランジスタのような有機材料を用いた半導体層を有する半導体装置の製造に適用される。以下の各実施形態においては、このような半導体装置の製造において、チャネル部を構成する半導体層の作製手順を説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is applied to the manufacture of a semiconductor device having a semiconductor layer using an organic material such as an organic thin film transistor. In each of the following embodiments, a manufacturing procedure of a semiconductor layer constituting a channel portion will be described in manufacturing such a semiconductor device.

<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態を説明する図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.

先ず図1に示すように、先ず、微粒子sに有機分子としてデンドリマー分子mを結合させることにより、複数のデンドリマー分子mからなる保護膜で外周が覆われた微粒子sを用意する。   First, as shown in FIG. 1, first, a fine particle s whose outer periphery is covered with a protective film composed of a plurality of dendrimer molecules m is prepared by binding dendrimer molecules m as organic molecules to the fine particles s.

これらの微粒子sとデンドリマー分子mとは、デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密に配列した微粒子膜が半導体層としての性状を示す組み合わせが選択されれば、それぞれが導電性材料、半導体材料、絶縁性材料の何れであっても良い。ここで言う半導体層とは、電界によって導電性のオン/オフが制御される層であることとし、ここで製造する半導体装置において半導体層に印加される電界によって適切な導電性を有していれば良い。   If the fine particles s and the dendrimer molecules m are selected as a combination in which a fine particle film in which the fine particles s having the dendrimer molecules m bonded are closely packed has properties as a semiconductor layer, a conductive material and a semiconductor, respectively. Either a material or an insulating material may be used. The semiconductor layer referred to here is a layer whose conductivity is turned on / off by an electric field. In the semiconductor device manufactured here, the semiconductor layer has appropriate conductivity by the electric field applied to the semiconductor layer. It ’s fine.

特に本第1実施形態では、デンドリマー分子mがそのまま半導体層の構成要素として残る。このため、上述した材料の中から、微粒子sを構成する材料に対して結合力がある程度強いデンドリマー分子mを選択して用いることが好ましい。以下、微粒子sとデンドリマー分子mとの具体例を示す。   In particular, in the first embodiment, the dendrimer molecule m remains as a constituent element of the semiconductor layer. For this reason, it is preferable to select and use the dendrimer molecule m that has a certain degree of binding force with respect to the material constituting the fine particles s from the materials described above. Hereinafter, specific examples of the fine particles s and the dendrimer molecules m will be shown.

微粒子sを構成する導電性材料としては、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、あるいはこれらの金属から構成された合金等が用いられる。   As the conductive material constituting the fine particles s, gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), titanium (Ti), chromium (Cr) , Manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), tungsten (W), osmium (Os), iridium (Ir) Alternatively, alloys composed of these metals are used.

また、微粒子sを構成する半導体材料としては、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)、ガリウムリン(GaP)、窒化ガリウム(GaN)、硫化鉛(PbS)、セレン化鉛(PbSe)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In23)、インジウムリン(InP)、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルル化亜鉛(ZnTe)、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、あるいはシリコン(Si)などの材料や、ITO(スズドープ酸化インジウム)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、AZO(アルミニウムドープ酸化亜鉛)などのドープ材料、あるいはこれらの半導体から構成されたコアシェル構造を有する粒子が用いられる。 As the semiconductor material constituting the fine particles s, cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), gallium nitride (GaN), Lead sulfide (PbS), lead selenide (PbSe), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), indium phosphide (InP), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), zinc selenide (ZnSe), zinc telluride (ZnTe), silicon carbide (SiC), germanium (Ge), or silicon (Si), ITO (tin doped indium oxide), FTO (fluorine doped) Tin oxide), ATO (antimony-doped tin oxide), AZO (aluminum-doped zinc oxide) Which doped material, or particles having a core-shell structure composed of these semiconductor used.

さらに、微粒子sを構成する絶縁性材料としては、シリカ(SiO2)、酸化鉄(Fe23,Fe34等)、酸化コバルト(Co34)、酸化ニッケル(NiO)、酸化アルミニウム(Al23)、チタン酸バリウム(BaTiO3)等が用いられる。 Further, as the insulating material constituting the fine particles s, silica (SiO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 etc.), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), nickel oxide (NiO), oxidation Aluminum (Al 2 O 3 ), barium titanate (BaTiO 3 ) or the like is used.

デンドリマー分子mは、様々なものを用いることが可能であるが、上記の中から選択された材料で構成された微粒子sに対して結合可能な官能基を1つ以上有していることとする。   Various dendrimer molecules m can be used, but the dendrimer molecule m has one or more functional groups capable of binding to the fine particles s made of the material selected from the above. .

デンドリマー分子mは、図2(1)に示すσ系分子であってもよいし、図2(2)に示すようにπ共役系が含まれている分子であってもよい。また、分子内部にSiやP,GeBiなどのヘテロ元素を有していても良い。   The dendrimer molecule m may be a σ-based molecule shown in FIG. 2 (1), or may be a molecule containing a π-conjugated system as shown in FIG. 2 (2). Moreover, you may have hetero elements, such as Si, P, and GeBi, in the inside of a molecule | numerator.

そして、図1に示したように、デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを作製する第1の方法は、図3(1)に示すように、微粒子sをコアとし、その表面にデンドロンを結合させ、結合させたデンドロンに対して順次デンドロンを結合させてデンドリマー分子mを所定の長さになるまで成長させる方法が例示される。このような方法は、下記の参考文献1に記載されている方法が適用される。この場合、微粒子sの周囲に成長させる各デンドリマー分子mの形状が円錐形となることが好ましい。だだし、微粒子sに複数のデンドリマー分子mを結合させた複合体一つあたりに、一個だけの微粒子sを含むものとする。   As shown in FIG. 1, the first method for producing the fine particles s having the dendrimer molecules m bonded thereto is as shown in FIG. 3 (1), in which the fine particles s are used as a core and dendron is bonded to the surface thereof. A method of growing dendrimer molecules m to a predetermined length by sequentially binding dendrons to the bound dendrons is exemplified. The method described in the following reference 1 is applied to such a method. In this case, it is preferable that the shape of each dendrimer molecule m grown around the fine particle s is a conical shape. However, it is assumed that only one fine particle s is included per one complex in which a plurality of dendrimer molecules m are bonded to the fine particle s.

参考文献1:R. Abu-Reziq et al., 「J. Am. Chem. Soc.」,2006年, 128, p 5279. (Fe3O4/SiO2) Reference 1: R. Abu-Reziq et al., “J. Am. Chem. Soc.”, 2006, 128, p 5279. (Fe 3 O 4 / SiO 2 )

またデンドリマーmを結合させた微粒子sを作製する第2の方法としては、図3(2)に示すように、デンドリマー分子mを所望の長さまで成長させてから微粒子sに結合させる方法が例示される。この場合であっても、微粒子sに結合させる各デンドリマー分子mの形状は円錐形であることが好ましい。だだし、微粒子sに複数のデンドリマー分子mを結合させた複合体一つあたりに、一個だけの微粒子sを含むものとする。このような方法は、下記の参考文献2〜5に記載されている方法が適用される。   As a second method for producing the fine particles s to which the dendrimer m is bonded, as shown in FIG. 3 (2), a method in which the dendrimer molecules m are grown to a desired length and then bonded to the fine particles s is exemplified. The Even in this case, the shape of each dendrimer molecule m to be bonded to the fine particles s is preferably a conical shape. However, it is assumed that only one fine particle s is included per one complex in which a plurality of dendrimer molecules m are bonded to the fine particle s. The method described in the following references 2 to 5 is applied to such a method.

参考文献2:M. Daniel et al.,「J. Am. Chem. Soc.」2003年, 125, p.2617. (Au)、
参考文献3:K. R. Gopidas et al.,「J. Am. Chem. Soc.」,2003年, 125, p.14180. (Au)、
参考文献4:K. R. Gopidas et al.,「Nano Lett.」,2003年, 3, p.1757. (Pd)、
参考文献5:J. Locklin et al., 「Chem. Mat.」,2004年, 16, p.5187. (CdSe))、
Reference 2: M. Daniel et al., “J. Am. Chem. Soc.” 2003, 125, p.2617. (Au),
Reference 3: KR Gopidas et al., “J. Am. Chem. Soc.”, 2003, 125, p.14180. (Au),
Reference 4: KR Gopidas et al., “Nano Lett.”, 2003, 3, p.1757. (Pd),
Reference 5: J. Locklin et al., “Chem. Mat.”, 2004, 16, p.5187. (CdSe)),

尚、各参考文献1〜5には、微粒子sが末尾のカッコ内の材料からなる場合の方法が示されている。   Each of the references 1 to 5 shows a method in which the fine particles s are made of a material in parentheses at the end.

以上のような第1の方法および第2の方法では、微粒子sに結合される複数のデンドリマー分子mの長さが、デンドロンの結合数(世代数)により高精度に制御される。このため、デンドリマー分子mからなる保護膜の中心に微粒子sを配置することができ、本発明への適用に好ましい製造方法である。   In the first method and the second method as described above, the lengths of the plurality of dendrimer molecules m bound to the fine particles s are controlled with high precision by the number of dendron bonds (number of generations). For this reason, the fine particles s can be arranged at the center of the protective film composed of the dendrimer molecule m, which is a preferable production method for application to the present invention.

またデンドリマーmを結合させた微粒子sを作製する第3の方法としては、図3(3)に示すように、デンドリマー分子mを予め形成しておき、その内部に微粒子sを取り込む方法が例示される。このような方法は、下記参考文献6に記載されている方法が適用される。この場合、予め形成されるデンドリマー分子mは、球型であることが好ましい。だだし、デンドリマー分子mに微粒子sを取り込んだ複合体一つあたりに、一個だけの微粒子sを含むものとする。   Further, as a third method for producing the fine particles s to which the dendrimer m is bonded, as shown in FIG. 3 (3), a method in which the dendrimer molecules m are formed in advance and the fine particles s are taken into the interior is exemplified. The The method described in the following reference 6 is applied to such a method. In this case, the previously formed dendrimer molecule m is preferably spherical. However, it is assumed that only one fine particle s is included in each complex in which the fine particle s is incorporated into the dendrimer molecule m.

参考文献6:M. Zhao and R. M. Crooks, 「Adv. Mat.」, 1999年, 11, p.217. Reference 6: M. Zhao and R. M. Crooks, "Adv. Mat.", 1999, 11, p.217.

また、デンドリマー分子mの合成には一般的に、下記参考文献7に示されているような、図4(1)の分岐型アプローチと図4(2)の収束型アプローチとの二つの手法がある。   In general, there are two methods for synthesizing a dendrimer molecule m: a branched approach shown in FIG. 4 (1) and a convergent approach shown in FIG. is there.

参考文献7:S. M. Grayson and J. M. J. Frechet, 「Chem. Rev.」, 2001年, 101, p. 3819-3867   Reference 7: S. M. Grayson and J. M. J. Frechet, “Chem. Rev.”, 2001, 101, p. 3819-3867

図4(1)に示す分岐型アプローチはデンドリマーのコアもしくは最も中心に来るデンドロンに対してデンドロンを順次反応させて外側に拡げていく手法である。このため、分岐型アプローチは、世代が大きくなるにつれて反応サイトが指数関数的に増えていく。したがって、デンドロンを大過剰に用いる必要があり、また反応が不完全なサイトの数や副反応の確率が高くなってしまう。尚、図3(1)で説明した第1の方法は、微粒子sに順次デンドロンを結合させていく方法であるため、この分岐型アプローチが用いられる。また、図3(2)で説明した第2の方法、または図3(3)で説明した第3の方法にも、この分岐型アプローチが用いられる。   The branched approach shown in FIG. 4 (1) is a technique in which dendrons are sequentially reacted to the dendrimer core or the dendron that is at the center, and spread outward. For this reason, in the branched approach, the number of reaction sites increases exponentially as the generation grows. Therefore, it is necessary to use dendron in a large excess, and the number of sites with incomplete reactions and the probability of side reactions increase. In addition, since the 1st method demonstrated in FIG. 3 (1) is a method which couple | bonds a dendron to the fine particle s sequentially, this branched type approach is used. This branching approach is also used for the second method described in FIG. 3 (2) or the third method described in FIG. 3 (3).

一方、図4(2)に示す収束型アプローチは、最も外側のデンドロンを繋げていき、最後にコアと結合させる手法である。このため、反応サイトは常に一カ所であるため収率は高くなり、近年の研究では収束型アプローチを用いていることが多い。このような収束型アプローチは、図3(2)で説明した第2の方法、または図3(3)で説明した第3の方法に適用される。   On the other hand, the convergent approach shown in FIG. 4 (2) is a technique in which the outermost dendrons are connected and finally coupled to the core. For this reason, since there is always one reaction site, the yield is high, and in recent studies, a convergent approach is often used. Such a convergent approach is applied to the second method described in FIG. 3 (2) or the third method described in FIG. 3 (3).

ここで特に図3(1)で示す第1の方法を用いる場合において、デンドリマーの成長を制御性良く進行させるためには図5(1)に示すように、微粒子sに結合させたデンドロンm’の末端を保護基Rで保護しておき、次のデンドロンを反応させるときに保護基Rを脱離させる脱保護を行う方法が有効である。この他にも図5(2)に示すように、デンドロンmaにはデンドロンmb、デンドロンmbにはデンドロンmaしか結合できないように2種類のデンドロンma,mbを用い、微粒子sに対してこれらのデンドロンma,mbを交互に成長させていく方法も有効である。   In particular, when the first method shown in FIG. 3 (1) is used, in order to advance the growth of the dendrimer with good controllability, as shown in FIG. 5 (1), the dendron m ′ bonded to the fine particles s is used. It is effective to carry out deprotection in which the end of is protected with a protecting group R and the protecting group R is eliminated when the next dendron is reacted. In addition, as shown in FIG. 5 (2), two types of dendrons ma and mb are used so that only dendron mb can be coupled to dendron ma and only dendron ma can be coupled to dendron mb. A method of alternately growing ma and mb is also effective.

図5(1)の保護基を用いる具体例としては、下記参考文献8に記載されているように、図6に示すような反応を例示することができる。ここでは、デンドリマー分子mとして4:[G2]-(Ac)9を合成する場合について述べる。 As a specific example using the protecting group in FIG. 5 (1), a reaction as shown in FIG. 6 can be exemplified as described in Reference Document 8 below. Here, a case where 4: [G 2 ]-(Ac) 9 is synthesized as the dendrimer molecule m will be described.

参考文献8:G. R. Newkome et al., 「J. Org. Chem」, 1991年, 56, p. 7167.   Reference 8: G. R. Newkome et al., “J. Org. Chem”, 1991, 56, p. 7167.

(A)1:[G0] (1 g, 5 mmol)と2:デンドロンm’(1.98 g, 5 mmol) 、トリエチルアミン (Et3N; 600 mg, 6 mmol) を脱水ベンゼン (25 mL) に溶解させ、25℃で 20 時間撹拌する。反応混合物を炭酸水素ナトリウム (NaHCO3) 水溶液 (10%)、水、冷塩酸 (10%)、食塩水の順に洗浄する。有機層を硫酸ナトリウム (Na2SO4) で乾燥し、溶媒留去することで3:[G1]-(Ac)3を得る。 (A) 1: [G 0 ] (1 g, 5 mmol) and 2: Dendron m ′ (1.98 g, 5 mmol) and triethylamine (Et 3 N; 600 mg, 6 mmol) are dissolved in dehydrated benzene (25 mL) and stirred at 25 ° C. for 20 hours. To do. The reaction mixture is washed successively with aqueous sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) (10%), water, cold hydrochloric acid (10%), and brine. The organic layer is dried over sodium sulfate (Na 2 SO 4 ) and evaporated to give 3: [G 1 ]-(Ac) 3 .

(B)無水エタノール (25 mL) にデンドリマー分子3:[G1]-(Ac)3(1.5 g, 3 mmol) と無水炭酸カリウム(K2CO3; 125 mg, 0.9 mmol) を溶解させ、25℃で 15 時間撹拌する。反応後、ろ過し、溶媒を留去する。ろ過した物質をアセトン:水(1:1)の混合溶媒(40 mL) に溶解させ、過ヨウ素酸ナトリウム (NaIO4; 4.5 g, 21 mmol)と酸化ルテニウム(IV) (RuO2; 65 mg, 486mmol) を加え、25℃で 5 時間、激しく撹拌する。ろ過した後、アセトン (50 mL) で洗浄し、溶媒留去する。その固体を水酸化ナトリウム (NaOH) 水溶液 (10%) に溶解させて濃塩酸で酸性にすることで白色固体を得る。上記白色固体 (400 mg, 1 mmol) および2:デンドロンm’ (1.16g, 3.5 mmol) 、dicyclohexylcarbodiimide (DCC; 620 mg, 3 mmol)、1-hydroxybenzotrizole (HOBt; 400 mg, 3 mmol) を脱水 DMF に溶解し、25℃で 24 時間撹拌する。反応後ろ過し、溶媒留去する。ジクロロメタン (50 mL) に溶解させ、塩酸 (10%)、水、炭酸水素ナトリウム (NaHCO3) 水溶液、食塩水の順に洗浄し、溶媒を留去することでデンドリマー分子4を得る。 (B) Dendrimer molecule 3: [G 1 ]-(Ac) 3 (1.5 g, 3 mmol) and anhydrous potassium carbonate (K 2 CO 3 ; 125 mg, 0.9 mmol) are dissolved in absolute ethanol (25 mL), Stir at 25 ° C for 15 hours. After the reaction, it is filtered and the solvent is distilled off. The filtered material was dissolved in a mixed solvent (40 mL) of acetone: water (1: 1), sodium periodate (NaIO 4 ; 4.5 g, 21 mmol) and ruthenium (IV) oxide (RuO 2 ; 65 mg, 486mmol) and stir vigorously at 25 ° C for 5 hours. After filtration, wash with acetone (50 mL) and evaporate. The solid is dissolved in aqueous sodium hydroxide (NaOH) (10%) and acidified with concentrated hydrochloric acid to give a white solid. Dehydrated white solid (400 mg, 1 mmol) and 2: Dendron m '(1.16 g, 3.5 mmol), dicyclohexylcarbodiimide (DCC; 620 mg, 3 mmol), 1-hydroxybenzotrizole (HOBt; 400 mg, 3 mmol) DMF And stir at 25 ° C for 24 hours. After the reaction, it is filtered and the solvent is distilled off. Dissolve in dichloromethane (50 mL), wash with hydrochloric acid (10%), water, aqueous sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and brine in that order, and remove the solvent to obtain dendrimer molecule 4.

その後は、(B)の操作を繰り返し行うことにより、デンドリマー分子mを成長させる。だたし、成長が進むほど、デンドロンの結合部分が増えるため、室温での攪拌時間を適宜延長させることとする。   Thereafter, the dendrimer molecule m is grown by repeating the operation (B). However, as the growth progresses, the binding portion of dendron increases, so the stirring time at room temperature is appropriately extended.

また、図5(2)の2種類のデンドロンを用いる具体例としては、下記参考文献9に記載されているように、図7に示すような反応を例示することができる。   Moreover, as a specific example using two types of dendrons of FIG. 5 (2), reaction as shown in FIG. 7 can be illustrated as described in the following reference 9.

参考文献9:R. Abu-Reziq et al., 「J. Am. Chem. Soc.」, 2006年, 128, p.5279.参照 Reference 9: R. Abu-Reziq et al., “J. Am. Chem. Soc.”, 2006, 128, p.5279.

先ず、8 g のシランカップリング処理をした粒子 [G0] を 120 mL の脱水メタノールに分散させ、35分間超音波をかけて完全に分散させる。その溶液にアクリル酸メチル 10mL (111 mmol) を加え、その混合物を 50℃で 5 日間加熱する。室温に戻した後、粒子を取り出し、脱水メタノールで 3 回洗浄し、24 時間減圧乾燥することで [G0.5] を得る。乾燥した [G0.5] を再び 120ml のメタノールに分散させ、35 分間超音波をかける。次に 17.2 ml (257 mmol) のエチレンジアミンを室温で滴下し、その溶液を 50℃で 5 日間加熱する。粒子を取り出し、脱水メタノールで 3 回洗浄した後に減圧乾燥することで、[G1] のデンドリマー分子が得られる。その後は、以上の反応を繰り返し行うことにより、デンドリマー分子mを成長させる。ただし、成長が進むほど、デンドロンの結合部分が増えるため、室温での攪拌時間を適宜延長させることとする。 First, 8 g of the silane-coupled particles [G 0 ] are dispersed in 120 mL of dehydrated methanol and completely dispersed by applying ultrasonic waves for 35 minutes. To the solution is added 10 mL (111 mmol) of methyl acrylate and the mixture is heated at 50 ° C. for 5 days. After returning to room temperature, the particles are taken out, washed 3 times with dehydrated methanol, and dried under reduced pressure for 24 hours to obtain [G 0.5 ]. Disperse the dried [G 0.5 ] in 120 ml methanol again and sonicate for 35 minutes. Then 17.2 ml (257 mmol) of ethylenediamine is added dropwise at room temperature and the solution is heated at 50 ° C. for 5 days. The particles are taken out, washed with dehydrated methanol three times, and then dried under reduced pressure to obtain [G 1 ] dendrimer molecules. Thereafter, the above reaction is repeated to grow the dendrimer molecule m. However, as the growth progresses, the bond portion of dendron increases, so the stirring time at room temperature is appropriately extended.

次に、以上のようなデンドリマー分子mからなる保護膜で覆った微粒子sを溶媒中に分散させて分散溶液を調整する。そして、この分散溶液を基板上に塗布する。分散溶液の基板上への塗布は、例えば浸漬法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、スクリーン印刷法、ラングミュア・ブロジェット法、スタンプ法によって行われることする。   Next, fine particles s covered with a protective film made of dendrimer molecules m as described above are dispersed in a solvent to prepare a dispersion solution. And this dispersion solution is apply | coated on a board | substrate. The dispersion solution is applied onto the substrate by, for example, a dipping method, a spin coating method, a casting method, an ink jet method, a screen printing method, a Langmuir-Blodget method, or a stamp method.

以上の後、基板上に塗布された分散溶液中の溶媒を除去する。これにより、図8に示すように、基板1上にデンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密状態で配列してなる微粒子層3を形成する。この際、微粒子sとデンドリマー分子mの結合状態を維持することが重要であり、分散溶液中の溶媒を単に除去すれば良いのである。   After the above, the solvent in the dispersion solution applied on the substrate is removed. As a result, as shown in FIG. 8, a fine particle layer 3 in which fine particles s bonded with dendrimer molecules m are arranged in a close-packed state on the substrate 1 is formed. At this time, it is important to maintain the bonding state between the fine particles s and the dendrimer molecules m, and the solvent in the dispersion solution may be simply removed.

この時、溶媒の蒸発速度が速すぎると微粒子sの自己組織化の速度を溶媒の蒸発速度が上回ってしまうため、微粒子sがその場に取り残されてしまい、結果として微粒子sの分布にムラが出来てしまう。そこで、分散溶液に蒸気圧の低い有機物を混合する、溶媒の蒸気を満たした閉空間内で蒸発を行うなどの手法を取ることで溶媒の蒸発速度を制御する(遅くする)ことが可能となる。   At this time, if the evaporation rate of the solvent is too high, the evaporation rate of the solvent exceeds the self-organization rate of the fine particles s, so that the fine particles s are left on the spot, resulting in uneven distribution of the fine particles s. I can do it. Therefore, it is possible to control (slow down) the evaporation rate of the solvent by mixing the dispersion solution with an organic substance having a low vapor pressure, or by performing evaporation in a closed space filled with the solvent vapor. .

また、分散溶液の塗布を、いわゆるラングミュア・ブロジェット法に類似した方法で行う場合、親水性溶媒(例えば水)上に疎水性表面を有する微粒子を単層で密に配列するように浮かべ、あるいは、これと逆に、疎水性溶媒上に親水性表面を有する微粒子を密に配列するように浮かべ、それを基板上に転写する。   In addition, when the dispersion solution is applied by a method similar to the so-called Langmuir-Blodgett method, fine particles having a hydrophobic surface are floated on a hydrophilic solvent (for example, water) so as to be densely arranged in a single layer, or On the contrary, fine particles having a hydrophilic surface are floated on a hydrophobic solvent so as to be closely arranged, and transferred onto a substrate.

また、微粒子層3の膜厚を所定膜厚にまで厚膜化するためには、上述した分散溶液の塗布工程と、分散溶液中の溶媒の除去工程とを繰り返し行うこととする。これにより、図9に示すように、微粒子層3を多層化する。   Further, in order to increase the film thickness of the fine particle layer 3 to a predetermined film thickness, the above-described dispersion solution coating step and the solvent removal step in the dispersion solution are repeated. Thereby, as shown in FIG. 9, the fine particle layer 3 is multilayered.

以上により、デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密状態で配列してなる微粒子層3が、半導体層として形成される。   As described above, the fine particle layer 3 in which the fine particles s bonded with the dendrimer molecules m are arranged in a close-packed state is formed as a semiconductor layer.

尚、上記半導体層(微粒子層3)が形成される基板が、予めゲート電極、ゲート絶縁膜、およびソース・ドレイン電極が形成された構成であれば、上記半導体層の形成によりボトムゲートボトムコンタクト型の半導体装置が完成する。   If the substrate on which the semiconductor layer (fine particle layer 3) is formed has a structure in which a gate electrode, a gate insulating film, and source / drain electrodes are formed in advance, a bottom gate bottom contact type can be formed by forming the semiconductor layer. This completes the semiconductor device.

以上説明した第1実施形態の製造方法では、半導体層となる微粒子層3の形成において、微粒子sに結合させる有機分子として規則的な多重分岐構造を有するデンドリマー分子mを用いている。このため、このようなデンドリマー分子mからなる保護膜で覆われた微粒子sを最密状態で配列させた場合、隣接する微粒子sに結合したデンドリマー分子m同士が相互に入り込んで重なり合うことはない。また多重分岐構造を有するデンドリマー分子mは、微粒子sに対する結合部からの距離が離れるほどかさ高くなる。このため、微粒子sに複数のデンドリマー分子mが結合された状態では、これらのデンドリマー分子mが微粒子sに対して一方向または多数方向に倒れることはない。そして、デンドリマー分子mは、分子量や分子量分布のない単一分子量の精密高分子である。このため、デンドリマー分子を結合させてなる保護膜の膜厚、すなわち微粒子s間の間隔Lはほぼデンドリマー分子mの分子長の2倍となるため、デンドリマー分子mの世代を調整することによって微粒子間距離Lを高精度に制御することが可能になる。   In the manufacturing method according to the first embodiment described above, dendrimer molecules m having a regular multi-branched structure are used as organic molecules to be bonded to the fine particles s in the formation of the fine particle layer 3 serving as a semiconductor layer. For this reason, when the fine particles s covered with the protective film composed of such dendrimer molecules m are arranged in the close-packed state, the dendrimer molecules m bonded to the adjacent fine particles s do not enter each other and overlap each other. Further, the dendrimer molecule m having a multi-branched structure becomes bulky as the distance from the bonding portion to the fine particle s increases. For this reason, in a state where a plurality of dendrimer molecules m are bonded to the fine particles s, these dendrimer molecules m do not fall in one direction or many directions with respect to the fine particles s. The dendrimer molecule m is a single molecular weight precision polymer having no molecular weight or molecular weight distribution. For this reason, since the film thickness of the protective film formed by bonding dendrimer molecules, that is, the distance L between the fine particles s is almost twice the molecular length of the dendrimer molecules m, the generation of the dendrimer molecules m can be adjusted by adjusting the generation of the dendrimer molecules m. The distance L can be controlled with high accuracy.

特に、微粒子s間の間隔Lが2nmを越える場合、その制御が困難であったが、L>2nmであっても制御性良好にこれを制御することが可能になる。   In particular, when the distance L between the fine particles s exceeds 2 nm, the control is difficult. However, even when L> 2 nm, it is possible to control this with good controllability.

以上より、空隙や突出部のない膜質の良好な微粒子層3からなる半導体層を得ることが可能になり、半導体層のキャリア移動度が確保される。この結果、この半導体層を用いた半導体装置における特性の向上を図ることが可能になる。   As described above, it is possible to obtain a semiconductor layer composed of the fine particle layer 3 having good film quality without voids and protrusions, and the carrier mobility of the semiconductor layer is ensured. As a result, it is possible to improve the characteristics of a semiconductor device using this semiconductor layer.

<第2実施形態>
先ず、第1実施形態と同様にして図1に示すように、微粒子sに有機分子としてデンドリマー分子mを結合させることにより、微粒子sを複数のデンドリマー分子mからなる保護膜で覆う。
<Second Embodiment>
First, as in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the fine particles s are covered with a protective film composed of a plurality of dendrimer molecules m by binding the fine particles s with dendrimer molecules m as organic molecules.

ただし、本第2実施形態では、後の工程においてデンドリマー分子mを他の有機分子(リンカー分子)と置換させる。このため、デンドリマー分子mの有する官能基は、リンカー分子の有する官能基よりも微粒子sに対する結合力が弱いものを用いることとする。また、デンドリマー分子mは弱い結合力で微粒子sと結合させなければならない点に加え、かさ高いデンドリマー分子mを微粒子sに固定しなければならない点から、一分子あたり二カ所以上で微粒子sと結合させることが好ましい。   However, in the second embodiment, the dendrimer molecule m is replaced with another organic molecule (linker molecule) in a later step. For this reason, the functional group possessed by the dendrimer molecule m has a weaker binding force to the fine particles s than the functional group possessed by the linker molecule. In addition to the fact that the dendrimer molecule m must be bonded to the fine particle s with a weak binding force, the bulk of the dendrimer molecule m must be fixed to the fine particle s. It is preferable to make it.

尚、微粒子sとデンドリマー分子mとの組み合わせは、デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密に配列した微粒子膜が半導体層としての性状を示す必要はなく、上述した結合力の観点から選択すれば良い。   The combination of the fine particles s and the dendrimer molecules m is selected from the viewpoint of the above-mentioned bonding force, because the fine particle film in which the fine particles s to which the dendrimer molecules m are bonded is most closely arranged does not need to exhibit properties as a semiconductor layer. Just do it.

その後は、さらに第1実施形態と同様に、デンドリマー分子mからなる保護膜で覆った微粒子sを溶媒中に分散させてなる分散溶液を調整し、次いでこの分散溶液を基板上に塗布した後、分散溶液中の溶媒を除去する。これにより、図10(1)に示すように、基板1上にデンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密状態で配列してなる微粒子層3を形成するまでを行う。   Thereafter, similarly to the first embodiment, after preparing a dispersion solution in which fine particles s covered with a protective film made of dendrimer molecules m are dispersed in a solvent, and then applying this dispersion solution on a substrate, Remove the solvent in the dispersion. As a result, as shown in FIG. 10A, the process is performed until the fine particle layer 3 formed by arranging the fine particles s having the dendrimer molecules m bonded on the substrate 1 in the close-packed state is formed.

次に、微粒子sとの結合力が強い官能基を1つ以上有する有機分子(リンカー分子)Mを溶解させた溶液に微粒子層3を晒す。これにより、図10(2)に示すように、デンドリマー分子(m)を有機分子(リンカー分子)Mで置換し、高精度に間隔が制御された状態で配列された微粒子sに有機分子(リンカー分子)Mを結合させた微粒子層5を形成する。   Next, the fine particle layer 3 is exposed to a solution in which an organic molecule (linker molecule) M having one or more functional groups having a strong binding force to the fine particles s is dissolved. As a result, as shown in FIG. 10 (2), the dendrimer molecule (m) is replaced with an organic molecule (linker molecule) M, and the organic molecules (linker) are arranged on the fine particles s arranged in a state where the interval is controlled with high accuracy. The fine particle layer 5 to which (molecule) M is bonded is formed.

ここで用いる有機分子(リンカー分子)Mは、微粒子sとの結合力が強い官能基を1つ以上有する有機分子(リンカー分子)Mの中から、有機分子(リンカー分子)Mが有する官能基と微粒子sとの結合の容易さ、および微粒子aと有機分子(リンカー分子)Mとで構成される微粒子層5に必要とされる導電性とによって適切な組み合わせが選択される。   The organic molecule (linker molecule) M used here is a functional group possessed by the organic molecule (linker molecule) M among the organic molecules (linker molecule) M having one or more functional groups having a strong binding force to the fine particles s. An appropriate combination is selected depending on the ease of bonding with the fine particles s and the conductivity required for the fine particle layer 5 composed of the fine particles a and the organic molecules (linker molecules) M.

そして特に、官能基を2つ以上有する有機分子(リンカー分子)Mであって、これらの官能基を隣接する異なる微粒子sにそれぞれ結合させて有機分子(リンカー分子)Mと微粒子sとを交互に結合させたネットワークを形成する場合には、官能基の間の長さが微粒子sの間隔Lと同程度となる、すなわち分子長が官能基の間の長さの半分となるようなデンドリマーを有した微粒子を用いることが好ましい。また、ネットワークを形成する必要がない場合は微粒子sとの結合力が強い官能基を1つのみ有する有機分子(リンカー分子)Mを用いるが、この有機分子(リンカー分子)Mの長さが微粒子s間の間隔Lの1/2、すなわちデンドリマーの分子長と同程度になるようデンドリマーを選択することが好ましい。   In particular, the organic molecule (linker molecule) M has two or more functional groups, and these organic functional groups (linker molecules) M and the fine particles s are alternately connected to the adjacent fine particles s. In the case of forming a bonded network, a dendrimer having a length between functional groups equal to the interval L between the fine particles s, that is, a molecular length half of the length between the functional groups is provided. It is preferable to use the fine particles. In addition, when it is not necessary to form a network, an organic molecule (linker molecule) M having only one functional group having a strong binding force to the fine particles s is used. It is preferable to select the dendrimer so that it is ½ of the interval L between s, that is, approximately the same as the molecular length of the dendrimer.

また、この置換には、浸漬法、キャスト法などを用いることが出来る。この際、微粒子sから遊離したデンドリマー分子mを取り除くため、有機分子(リンカー分子)Mを溶解させた溶液としては、デンドリマー分子mも溶解可能な溶媒を選択することがプロセス上好ましい。尚、遊離したデンドリマー分子mは、後にリンス工程を行うことによって除去しても良い。   For this substitution, an immersion method, a casting method, or the like can be used. At this time, in order to remove the dendrimer molecule m released from the fine particles s, it is preferable in terms of the process to select a solvent that can also dissolve the dendrimer molecule m as the solution in which the organic molecule (linker molecule) M is dissolved. The free dendrimer molecule m may be removed later by performing a rinsing step.

具体的には、デンドリマー分子mが結合された微粒子s(例えば金ナノ粒子)で形成された微粒子膜3を、有機分子(リンカー分子)Mであるビフェニルジチオールの1mMエタノール溶液に24時間浸漬し、エタノールで数回すすいだのち、乾燥させれば良い。   Specifically, a fine particle film 3 formed of fine particles s (for example, gold nanoparticles) to which dendrimer molecules m are bonded is immersed in a 1 mM ethanol solution of biphenyldithiol that is an organic molecule (linker molecule) M for 24 hours. Rinse with ethanol several times and then dry.

また、微粒子sに有機分子(リンカー分子)Mを結合させた微粒子層5を所定膜厚にまで厚膜化するためには、上述した分散溶液の塗布工程と、分散溶液中の溶媒の除去工程と、デンドリマー分子mと有機分子(リンカー分子)Mとの置換工程とを繰り返し行うこととする。これにより、微粒子層5を多層化する。   Further, in order to increase the thickness of the fine particle layer 5 in which the organic molecules (linker molecules) M are bonded to the fine particles s to a predetermined thickness, the above-described dispersion solution coating step and the solvent removal step in the dispersion solution are performed. And the replacement step of the dendrimer molecule m and the organic molecule (linker molecule) M is repeated. Thereby, the fine particle layer 5 is multilayered.

以上により、有機分子(リンカー分子)Mを結合させた微粒子sを配列してなる微粒子層5が、半導体層として形成される。   As described above, the fine particle layer 5 formed by arranging the fine particles s combined with the organic molecules (linker molecules) M is formed as a semiconductor layer.

尚、上記半導体層(微粒子層5)が形成される基板が、予めゲート電極、ゲート絶縁膜、およびソース・ドレイン電極が形成された構成であれば、上記半導体層の形成によりボトムゲートボトムコンタクト型の半導体装置が完成する。   If the substrate on which the semiconductor layer (fine particle layer 5) is formed has a structure in which a gate electrode, a gate insulating film, and source / drain electrodes are formed in advance, a bottom gate bottom contact type can be formed by forming the semiconductor layer. This completes the semiconductor device.

以上説明した第2実施形態の製造方法では、半導体層となる微粒子層5の形成において、先ず第1実施形態と同様に、デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを最密状態で配列させる工程を行うため、デンドリマー分子mの世代を調整することによって微粒子s間の間隔が高精度に制御される。この状態でデンドリマー分子mを他の有機分子(リンカー分子)Mと置換するため、高精度に制御された間隔Lで配列された微粒子に有機分子(リンカー分子)Mを結合させた微粒子層5を得ることが可能になる。   In the manufacturing method of the second embodiment described above, in the formation of the fine particle layer 5 serving as the semiconductor layer, first, as in the first embodiment, the step of arranging the fine particles s to which the dendrimer molecules m are bonded in a close-packed state. Therefore, the interval between the fine particles s is controlled with high accuracy by adjusting the generation of the dendrimer molecule m. In this state, in order to replace the dendrimer molecule m with another organic molecule (linker molecule) M, the fine particle layer 5 in which the organic molecule (linker molecule) M is bonded to the fine particles arranged at a precisely controlled interval L is formed. It becomes possible to obtain.

以上より、膜質の良好な微粒子層5からなる半導体層を得ることが可能になり、半導体層のキャリア移動度が確保される。この結果、この半導体層を用いた半導体装置における特性の向上を図ることが可能になる。   As described above, a semiconductor layer composed of the fine particle layer 5 with good film quality can be obtained, and carrier mobility of the semiconductor layer is ensured. As a result, it is possible to improve the characteristics of a semiconductor device using this semiconductor layer.

尚、上述した各実施形態においては、ボトムゲートボトムコンタクト型の半導体装置におけるチャネル部の半導体層の形成に本発明を適用した構成を説明した。しかしながら、本発明は、薄膜状の半導体層を備えた半導体装置であれば同様に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。   In each of the above-described embodiments, the configuration in which the present invention is applied to the formation of the semiconductor layer of the channel portion in the bottom gate bottom contact type semiconductor device has been described. However, the present invention can be similarly applied to any semiconductor device provided with a thin semiconductor layer, and the same effect can be obtained.

第1実施形態において作製するデンドリマー分子を結合させた微粒子の図である。It is a figure of the fine particle which combined the dendrimer molecule produced in 1st Embodiment. 第1実施形態で用いられるデンドリマー分子の一例を示す構造図である。It is a structural diagram showing an example of a dendrimer molecule used in the first embodiment. デンドリマー分子mを結合させた微粒子sを作製する方法の3例を示す図である。It is a figure which shows three examples of the method of producing the microparticles | fine-particles conjugated with the dendrimer molecule m. デンドリマー分子mの合成手法を示す図である。It is a figure which shows the synthetic | combination method of the dendrimer molecule m. 精密にデンドリマー分子mの形状を制御するための合成方法を示す図である。It is a figure which shows the synthetic | combination method for controlling the shape of the dendrimer molecule m precisely. デンドリマー分子合成の第1の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 1st specific example of a dendrimer molecule synthesis. デンドリマー分子合成の第2の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd specific example of a dendrimer molecule synthesis. 第1実施形態を説明するための工程図(その1)である。It is process drawing (the 1) for demonstrating 1st Embodiment. 第1実施形態を説明するための工程図(その2)である。It is process drawing (the 2) for demonstrating 1st Embodiment. 第2実施形態を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating 2nd Embodiment. 従来の製造方法の課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the conventional manufacturing method.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、3,5…微粒子層、m…デンドリマー分子、M…有機分子(リンカー分子)、s…微粒子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 3, 5 ... Fine particle layer, m ... Dendrimer molecule, M ... Organic molecule (linker molecule), s ... Fine particle

Claims (8)

有機分子を結合させた微粒子を配列してなる微粒子層を備えた半導体装置の製造方法であって、
有機分子としてデンドリマー分子を結合させることで当該デンドリマー分子からなる保護膜で覆われた微粒子を溶媒中に分散させ、この分散溶液を基板上に塗布する第1工程と、
前記基板上に塗布された前記分散溶液中の溶媒を除去することにより前記保護膜で覆われた微粒子を最密状態で配列してなる微粒子層を形成する第2工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a fine particle layer in which fine particles combined with organic molecules are arranged,
A first step of dispersing fine particles covered with a protective film composed of the dendrimer molecules in a solvent by binding the dendrimer molecules as organic molecules, and applying the dispersion solution on the substrate;
Performing a second step of forming a fine particle layer in which fine particles covered with the protective film are arranged in a close-packed state by removing a solvent in the dispersion solution applied on the substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記微粒子層は半導体層として用いられる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The fine particle layer is used as a semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1工程と前記第2工程とを繰り返し行うことにより、前記微粒子層を多層化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the fine particle layer is multilayered by repeatedly performing the first step and the second step.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2工程の後、
前記微粒子と結合可能な官能基を有する有機分子を溶解させた溶液に前記微粒子層を晒すことにより前記デンドリマー分子を当該有機分子で置換する第3工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
After the second step,
A third step of replacing the dendrimer molecule with the organic molecule by exposing the fine particle layer to a solution in which an organic molecule having a functional group capable of binding to the fine particle is dissolved is performed. .
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記微粒子層は半導体層として用いられる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The fine particle layer is used as a semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein:
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1工程〜前記第3工程までを繰り返し行うことにより、前記微粒子層を多層化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the fine particle layer is multilayered by repeatedly performing the first to third steps.
請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
前記第3工程では、前記有機分子を2つの微粒子に対して結合させることにより、当該有機分子と微粒子とを交互に結合させたネットワークを形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the third step, the organic molecule is bonded to two fine particles, thereby forming a network in which the organic molecules and the fine particles are alternately bonded.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1工程の前に、
前記微粒子に対してデンドリマコアを結合させ、当該デンドリマコアに必要とする世代数のデンドロンを順次結合させてデンドリマー分子を成長させることにより、当該デンドリマー分子を結合させた微粒子を合成する工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Before the first step,
A step of synthesizing the fine particles to which the dendrimer molecules are bonded is performed by bonding a dendrimer core to the fine particles, and sequentially growing the number of generation dendrons required for the dendrimer core to grow dendrimer molecules. A method for manufacturing a semiconductor device.
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