JP2010027663A - Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device - Google Patents

Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device Download PDF

Info

Publication number
JP2010027663A
JP2010027663A JP2008183779A JP2008183779A JP2010027663A JP 2010027663 A JP2010027663 A JP 2010027663A JP 2008183779 A JP2008183779 A JP 2008183779A JP 2008183779 A JP2008183779 A JP 2008183779A JP 2010027663 A JP2010027663 A JP 2010027663A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
organic
organic thin
semiconductor device
reaction chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008183779A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuichi Komura
勝一 香村
Shigeru Aomori
繁 青森
Yasutaka Kuzumoto
恭崇 葛本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2008183779A priority Critical patent/JP2010027663A/en
Publication of JP2010027663A publication Critical patent/JP2010027663A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for manufacturing an organic thin film for a semiconductor device that efficiently obtains the organic thin film of high quality, and a method for manufacturing the organic thin film for the semiconductor device using the apparatus. <P>SOLUTION: The apparatus for manufacturing the organic thin film for the semiconductor device forms the organic thin film by laminating at least one monomolecular layer formed of an organic molecule on a surface of a substrate 30 to be filmed through a chemical bonding. The apparatus includes a substrate stage 311 for holding the substrate 30 to be filmed, a means 33 of introducing a fluid containing the organic molecule into the apparatus, a means 322 of removing by-products produced when the chemical bond is formed from the apparatus, and a means 34 of discharging the fluid from the apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、発光素子、太陽電池といった半導体デバイスに好適な有機薄膜を、化学反応により形成する半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびこの装置を用いる半導体デバイス用有機薄膜の作製方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device that forms an organic thin film suitable for a semiconductor device such as a thin film transistor, a light emitting element, and a solar cell by a chemical reaction, and a method for producing an organic thin film for a semiconductor device using the apparatus.

近年、有機薄膜を電子デバイスの構成要素に用いた、いわゆる有機デバイスは、従来のシリコンを中心とする無機半導体デバイスに代わる新たな半導体デバイスとして注目されている。
これは、無機半導体デバイスの作製には、用いることが難しいインクジェットなどの印刷法やスピンコート法、キャスト法などの溶液プロセスを、有機デバイスの作製に用いることができるからである。そこで、大面積基板上に素子作製を行う試みや、フレキシブルな基板上に素子作製を行う試みがなされている。
2. Description of the Related Art In recent years, so-called organic devices using organic thin films as components of electronic devices have attracted attention as new semiconductor devices that replace conventional inorganic semiconductor devices centered on silicon.
This is because a printing process such as ink jet, which is difficult to use for manufacturing an inorganic semiconductor device, and a solution process such as a spin coating method and a casting method can be used for manufacturing an organic device. Therefore, attempts have been made to fabricate elements on a large area substrate or to fabricate elements on a flexible substrate.

しかしながら、有機デバイスの開発が進む一方で、未だ寿命やキャリア移動度などの特性が解決されていない。それは、有機薄膜を作製する際に、従来用いられてきた真空蒸着法や前記の溶液プロセスでは、有機薄膜における分子の配向を揃えることが難しく、有機薄膜内の分子がランダムに配向しているためであると考えられている。   However, while the development of organic devices has progressed, characteristics such as lifetime and carrier mobility have not yet been solved. This is because it is difficult to align the molecules in the organic thin film in the conventional vacuum deposition method or the above-described solution process, and the molecules in the organic thin film are randomly oriented. It is considered to be.

このような膜は、アモルファス状もしくは多結晶状態であり、有機分子が規則正しく配向した単結晶状態の膜よりもその特性が劣ることが知られている。
例えば、有機半導体材料で知られるペンタセンは単結晶状態では1.4cm2/V・sと高い移動度を示すが(非特許文献1)、塗布法により作製したアモルファス状のものは0.45cm2/V・s(非特許文献2)と単結晶状態に比べ低い値を示す。
It is known that such a film is in an amorphous state or a polycrystalline state, and its characteristics are inferior to those of a single crystal state film in which organic molecules are regularly aligned.
For example, pentacene, which is known as an organic semiconductor material, exhibits a high mobility of 1.4 cm 2 / V · s in a single crystal state (Non-patent Document 1), but an amorphous material produced by a coating method has a thickness of 0.45 cm 2. / V · s (Non-Patent Document 2), which is lower than the single crystal state.

また、寿命が短い原因としては、有機デバイスに一般に用いられる基板や電極の材料は無機材料であり、無機材料と有機分子との相互作用が一般に低いため、密着性が弱く、電界や光およびそれらによって生じた熱で、有機分子のマイグレーションが起こり、劣化を引き起こすことに起因すると考えられている。   In addition, the reason for the short lifetime is that the materials of substrates and electrodes generally used in organic devices are inorganic materials, and the interaction between inorganic materials and organic molecules is generally low. It is thought that this is caused by the migration of organic molecules caused by the heat generated by, causing degradation.

これらの課題に対し、特許文献1では、基板または電極表面から基板に対し垂直方向に、有機分子の層(有機分子層)が一層ごと共有結合で結合された有機分子の多層構造の有機薄膜が提案されている。そこには、基板や電極表面と有機分子層が共有結合され、さらに、有機分子層同士も共有結合されているため、耐久性が高く、また、有機薄膜内の有機分子が垂直方向に配向しているためキャリア移動度が高く、発光性が高い有機デバイスが考案されている。   In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses an organic thin film having a multilayer structure of organic molecules in which organic molecule layers (organic molecular layers) are bonded by a covalent bond in a direction perpendicular to the substrate from the surface of the substrate or electrode. Proposed. There, the substrate and electrode surface are covalently bonded to the organic molecular layer, and the organic molecular layers are also covalently bonded to each other. Therefore, the durability is high, and the organic molecules in the organic thin film are oriented in the vertical direction. Therefore, organic devices with high carrier mobility and high light emission have been devised.

また、特許文献1で記載されている有機分子の多層構造を形成する方法としては、基板表面と有機分子を化学反応により共有結合を形成し、有機分子層を積層し、さらに、有機分子層表面と有機分子を化学反応により共有結合を形成させている。つまり、基板上から有機分子を化学反応により逐次的に積層し、前述のような多層構造を形成している。
しかしながら、特許文献1には一般的な作製方法の記載に留まり、産業化にあたっての製造装置についての具体的な記載はなされていない。
In addition, as a method for forming a multilayer structure of organic molecules described in Patent Document 1, a covalent bond is formed between a substrate surface and an organic molecule by a chemical reaction, an organic molecular layer is stacked, and the surface of the organic molecular layer is further formed. And organic molecules are formed into covalent bonds by chemical reaction. That is, organic molecules are sequentially stacked from the substrate by a chemical reaction to form a multilayer structure as described above.
However, Patent Document 1 only describes a general manufacturing method, and does not specifically describe a manufacturing apparatus for industrialization.

一方で、上記のような、有機分子を逐次的に積層する有機薄膜を作製装置としては、特許文献2で考案されている。特許文献2では基板をカチオンに帯電したポリマーの溶液と、アニオンに帯電したポリマーの溶液に、交互に浸漬することで、逐次的に有機分子を積層する有機薄膜の作製装置が開示されている。   On the other hand, Patent Document 2 devises an apparatus for producing an organic thin film in which organic molecules are sequentially stacked as described above. Patent Document 2 discloses an apparatus for producing an organic thin film in which organic molecules are sequentially laminated by alternately immersing a substrate in a polymer solution charged with a cation and a polymer solution charged with an anion.

特開2004‐103547号公報JP 2004-103547 A 特開2001‐62286号公報JP 2001-62286 A Applied Physics Letter 90、(2007) 092104 W. L. KalbらApplied Physics Letter 90, (2007) 092104 W. L. Kalb et al. Synthetic Metals 153、(2005) 1、T. MinakataらSynthetic Metals 153, (2005) 1, T. Minakata et al.

しかしながら、特許文献1および特許文献2のような作製方法および作製装置では、有機分子を逐次的に積層する際の化学反応の反応収率が低く、高品質な有機薄膜を作製することが難しい。
詳しく説明すると、一般に、原料系から生成系へ化学反応が進行する際、中間体の生成を含めて、多くの場合に化学平衡を伴い、副生成物を生じることが知られている。
特許文献1のように基板から有機分子を化学反応により積層する時、化学反応を行う容器内の副生成物濃度が上昇すると、化学平衡により、生成系へ進行する反応が抑制され(ルシャトリエの原理)、高い反応収率で有機薄膜を得ることができない。
However, in the production methods and production apparatuses such as Patent Document 1 and Patent Document 2, the reaction yield of a chemical reaction when organic molecules are sequentially stacked is low, and it is difficult to produce a high-quality organic thin film.
More specifically, it is generally known that when a chemical reaction proceeds from a raw material system to a production system, a by-product is generated with chemical equilibrium in many cases including the production of an intermediate.
When organic molecules are stacked from a substrate by a chemical reaction as in Patent Document 1, if the concentration of by-products in the container that performs the chemical reaction increases, the reaction that proceeds to the generation system is suppressed due to chemical equilibrium (Lechatrier's principle) ), An organic thin film cannot be obtained with a high reaction yield.

したがって、低い反応収率の化学反応を用いて積層した場合、高品質な有機薄膜を得ることは困難である。
また、産業化にあたり、特許文献2に開示された製造装置を利用した場合、副生成物が反応槽中に滞留する構造になっているため同様に、反応収率が低く、高品質な有機薄膜を得ることが困難である。
一般に、積層数が増加するに従い、一層積層するときの積層収率が低い場合には、作製した積層有機薄膜全体の収率は大きく低下する。
Therefore, it is difficult to obtain a high-quality organic thin film when stacked using a chemical reaction with a low reaction yield.
In addition, when the production apparatus disclosed in Patent Document 2 is used for industrialization, a high-quality organic thin film with a low reaction yield is obtained because the by-product is structured to stay in the reaction tank. Is difficult to get.
In general, as the number of stacked layers increases, the yield of the entire stacked organic thin film is greatly reduced when the stacking yield when stacking one layer is low.

詳しく説明すると、積層数をn(n≧1)、一層積層するときの積層収率をx(0≦x<1)としたとき、有機薄膜全体の収率はy=xnで表すことができる。
すなわち、積層有機薄膜全体の収率は、有機薄膜を一層積層するときの積層収率xのn乗となり、有機薄膜全体の収率に影響を与えるため、一層積層するときの積層収率が低い方法で多層有機薄膜構造を形成すると、積層有機薄膜全体の収率は大きく低下し、生産効率が低くなるだけではなく、被製膜基板表面に有機分子層を均一に形成することができずに、膜質に重大な欠損を与えてしまう。
よって、本発明は、高品質の有機薄膜を、効率よく得ることを課題とする。
More specifically, when the number of stacks is n (n ≧ 1) and the stacking yield when stacking one layer is x (0 ≦ x <1), the yield of the whole organic thin film can be expressed as y = xn. it can.
That is, the overall yield of the laminated organic thin film is the nth power of the laminated yield x when the organic thin film is laminated, and the yield of the whole organic thin film is affected. When the multilayer organic thin film structure is formed by this method, the overall yield of the laminated organic thin film is greatly reduced, and not only the production efficiency is lowered, but also the organic molecular layer cannot be uniformly formed on the surface of the substrate to be deposited. This can cause serious defects in the membrane quality.
Therefore, an object of the present invention is to efficiently obtain a high-quality organic thin film.

本発明者らは、鋭意努力研究を重ねた結果、高品質の半導体デバイス用有機薄膜を効率よく作製することができる、半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびそれを用いる半導体デバイス用有機薄膜の作製方法を開発し、本発明を完成した。   As a result of diligent research, the inventors of the present invention can efficiently produce a high-quality organic thin film for a semiconductor device, and an organic thin film for a semiconductor device using the same. A method was developed to complete the present invention.

しかるに、本発明によれば、被製膜基板表面に、有機分子からなる単分子層を、化学結合を介して少なくとも1層積層し、有機薄膜を形成させるために少なくとも気密性反応室を備える半導体デバイス用有機薄膜の作製装置であって、
前記反応室は、
反応室に、前記有機分子を含有するガス状または溶液状の流体を導入する導入部と、
前記被製膜基板を保持するための基板ステージと、
反応室から前記流体を排出する排出部と、
を備え、
更に、少なくとも前記反応室内か、または前記反応室と連結され、かつ前記反応室とは別に設けられた副生成物除去室内に、化学結合を形成させる際に生じる副生成物を除去する手段を備えていることを特徴とする半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。
However, according to the present invention, a semiconductor having at least an airtight reaction chamber for forming an organic thin film by laminating at least one monomolecular layer composed of organic molecules via a chemical bond on the surface of a substrate to be deposited. An apparatus for producing an organic thin film for a device,
The reaction chamber is
An introduction part for introducing a gaseous or solution-like fluid containing the organic molecules into the reaction chamber;
A substrate stage for holding the deposition substrate;
A discharge part for discharging the fluid from the reaction chamber;
With
Furthermore, a means for removing a by-product generated when a chemical bond is formed is provided at least in the reaction chamber or in a by-product removal chamber connected to the reaction chamber and provided separately from the reaction chamber. An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device is provided.

より具体的には、本発明によれば、前記装置が、
前記気密性反応室と、前記副生成物除去室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記副生成物除去室内に備えられている前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。
More specifically, according to the present invention, the device is
Comprising the gas tight reaction chamber and the byproduct removal chamber,
An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device is provided in which means for removing the byproduct is provided in the byproduct removal chamber.

また、本発明によれば、前記装置が、
前記気密性反応室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記反応室内に備えられている前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。
Also according to the invention, the device comprises:
Comprising the airtight reaction chamber,
An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device is provided in which means for removing the by-product is provided in the reaction chamber.

また、本発明によれば、前記装置が、
前記気密性反応室と、前記副生成物除去室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記反応室内および前記副生成物除去室内に備えられている前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。
Also according to the invention, the device comprises:
Comprising the gas tight reaction chamber and the byproduct removal chamber,
An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device is provided in which means for removing the byproduct is provided in the reaction chamber and the byproduct removal chamber.

また、本発明によれば、前記反応室内に有機薄膜の製膜状態を検知するためのセンサーを備える前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。   Moreover, according to this invention, the preparation apparatus of the said organic thin film for semiconductor devices provided with the sensor for detecting the film-forming state of an organic thin film in the said reaction chamber is provided.

また、本発明によれば、少なくとも、前記反応室、前記反応室に導入する流体、または前記基板ステージが、更に加熱手段を備える前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。   In addition, according to the present invention, there is provided an apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device, wherein at least the reaction chamber, the fluid introduced into the reaction chamber, or the substrate stage further includes a heating unit.

また、本発明によれば、前記副生成物を除去する手段が、充填したモレキュラーシーブまたはイオン交換樹脂による副生成物の吸着である前記半導体デバイス用有機薄膜の作製装置が提供される。   Further, according to the present invention, there is provided an apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device, wherein the means for removing the by-product is adsorption of a by-product by a packed molecular sieve or an ion exchange resin.

さらに、本発明によれば、前記のいずれかの装置を用い、
被製膜基板表面の結合部位と、一つ以上の結合部位を有する第一の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて第一の有機分子層を形成する第一の工程が、該第一の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含むことを特徴とする半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。
Furthermore, according to the present invention, any one of the above devices is used,
A first step of forming a first organic molecule layer by forming a chemical bond between a binding site on the surface of the substrate to be deposited and a binding site of a first organic molecule having one or more binding sites; There is provided a method for producing an organic thin film for a semiconductor device, comprising a step of removing a by-product generated in the first step.

より具体的には、本発明によれば、前記第一の有機分子が2以上の結合部位を有する場合に、前記第一の工程後、前記第一の有機分子層を形成する前記第一の有機分子が有する、前記被製膜基板と反対側の未反応結合部位と、一つ以上の結合部位を有する第二の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて、さらに第二の有機分子層を形成する第二の工程が、該第二の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含む前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   More specifically, according to the present invention, when the first organic molecule has two or more binding sites, the first organic molecule layer is formed after the first step. A chemical bond is formed between an unreacted binding site on the opposite side of the substrate to be deposited, which the organic molecule has, and a binding site of a second organic molecule having one or more binding sites, and further a second There is provided a method for producing an organic thin film for a semiconductor device, wherein the second step of forming the organic molecular layer includes a step of removing a by-product generated in the second step.

また、本発明によれば、前記第二の有機分子が2以上の結合部位を有する場合に、前記第二の工程後、前記第二の有機分子層を形成する前記第二の有機分子が有する、前記被製膜基板側と反対側の未反応結合部位と、さらに二つ以上の結合部位を有する前記第三の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて、第三の有機分子層を積層する第三の工程が、該第三の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含む前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   According to the invention, when the second organic molecule has two or more binding sites, the second organic molecule forming the second organic molecule layer after the second step has. A chemical bond is formed between an unreacted binding site on the opposite side of the film-forming substrate side and a binding site of the third organic molecule having two or more binding sites to form a third organic There is provided a method for producing an organic thin film for a semiconductor device, wherein a third step of laminating a molecular layer includes a step of removing a by-product generated in the third step.

また、本発明によれば、前記第三の工程後、前記第三の有機分子層を形成する前記第三の有機分子が有する、前記被製膜基板と反対側の未反応結合部位に、さらに第二の有機分子層と第三の有機分子層を形成する工程を少なくとも1回繰り返す前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   According to the present invention, after the third step, the third organic molecule forming the third organic molecular layer has an unreacted binding site on the side opposite to the film-forming substrate, There is provided a method for producing an organic thin film for a semiconductor device, wherein the step of forming a second organic molecular layer and a third organic molecular layer is repeated at least once.

また、本発明によれば、前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物が、水である前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the said organic thin film for semiconductor devices whose by-product produced in the process in any one of said 1st-3rd process is water is provided.

また、本発明によれば、前記水が、シリカゲル、活性アルミナ、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ゼオライトからなる群から選択される吸着剤により除去される前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   Further, according to the present invention, the organic thin film for a semiconductor device, wherein the water is removed by an adsorbent selected from the group consisting of silica gel, activated alumina, calcium chloride, magnesium sulfate, molecular sieve, ion exchange resin, and zeolite. Is provided.

また、本発明によれば、前記被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位が、カルボキシ基、ホスホン酸基およびシリル基またはそれらの塩化物のいずれかである前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   According to the present invention, the binding site on the surface of the film-forming substrate is a hydroxy group, and the binding site of the first organic molecule is any of a carboxy group, a phosphonic acid group, a silyl group, or a chloride thereof. A method for producing the organic thin film for a semiconductor device is provided.

また、本発明によれば、前記第一〜第三の有機分子が、2以上の結合部位を有する場合に、同一有機分子の結合部位が互いに同一または異なって、ヒドロキシ基、アミノ基、ホルミル基またはカルボキシ基またはそれらの保護された誘導体である前記半導体デバイス用有機薄膜の作成方法が提供される。   According to the present invention, when the first to third organic molecules have two or more binding sites, the binding sites of the same organic molecule are the same or different from each other, and a hydroxy group, an amino group, a formyl group Alternatively, a method for producing the organic thin film for a semiconductor device, which is a carboxy group or a protected derivative thereof, is provided.

また、本発明によれば、前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物が、塩酸である前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the said organic thin film for semiconductor devices whose by-product produced in the process in any one of said 1st-3rd process is hydrochloric acid is provided.

また、本発明によれば、前記塩酸が、アルカリ溶液、粒状もしくは粉末状アルカリまたはイオン交換樹脂から選択される中和剤により除去される前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the said organic thin film for semiconductor devices by which the said hydrochloric acid is removed by the neutralizing agent selected from an alkaline solution, a granular or powdery alkali, or an ion exchange resin is provided.

また、本発明によれば、前記被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位がシリルクロライド基またはカルボン酸クロライド基である前記半導体デバイス用有機薄膜の作製方法が提供される。   Further, according to the present invention, there is provided the organic thin film for a semiconductor device, wherein a binding site on the surface of the substrate to be deposited is a hydroxy group, and a binding site of the first organic molecule is a silyl chloride group or a carboxylic acid chloride group. A method of making is provided.

本発明の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびそれを用いた半導体デバイス用有機薄膜の作製方法によれば、
前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物を気密性反応室および/または副生成物除去室で除去することができるため、化学結合を介する有機分子の単分子層を少なくとも1層積層させる有機分子層の積層反応(以下、単に積層反応ともいう)が生成系に進行し、積層反応の反応収率(以下、積層収率と呼ぶ)が向上し、高品質な半導体デバイス用有機薄膜を効率よく作製することができる。
According to the manufacturing apparatus of the organic thin film for semiconductor devices of the present invention and the manufacturing method of the organic thin film for semiconductor devices using the same,
By-products generated during any one of the first to third steps can be removed in the gastight reaction chamber and / or the by-product removal chamber, so that a single molecule of an organic molecule through a chemical bond A stacking reaction of organic molecular layers (hereinafter also referred to as simply “stacking reaction”) in which at least one layer is stacked proceeds to the production system, and the reaction yield of the stacking reaction (hereinafter referred to as “stacking yield”) is improved, resulting in high quality. An organic thin film for a semiconductor device can be efficiently produced.

さらに、第二の工程を行うことで、二層構造の有機薄膜を高品質に作製することができ、2種類以上の機能を持つ高品質な半導体デバイス用有機薄膜を作製することができる。
また、第三の工程を行うことで、高品質な三層膜構造を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製することができる。
Furthermore, by performing the second step, a two-layer organic thin film can be produced with high quality, and a high quality organic thin film for a semiconductor device having two or more functions can be produced.
Moreover, the organic thin film for semiconductor devices which has a high-quality three-layer film structure can be produced by performing a 3rd process.

さらに、上記の第三の工程の後、上記の第二の工程および第三の工程を繰り返すことにより、有機分子層が多数積層した多層構造の高品質な半導体デバイス用有機薄膜を作製することができる。
本発明による上記の工程では、いずれも各工程の際に生じる副生成物が除去され、結合を介する有機分子の単分子層の有機分子層を一層積層するときの積層収率が高いため、多層膜構造を作製した場合でも高品質な有機薄膜を得ることができる。
Furthermore, by repeating the second step and the third step after the third step, it is possible to produce a high-quality organic thin film for a semiconductor device having a multilayer structure in which a large number of organic molecular layers are stacked. it can.
In each of the above steps according to the present invention, the by-product generated in each step is removed, and the stacking yield when the organic molecular layer of the monomolecular layer of organic molecules via the bond is stacked is high. Even when a film structure is produced, a high-quality organic thin film can be obtained.

また、前記第一の工程において、被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位がヒドロキシ基、カルボキシ基、ホスホン酸基およびシリル基またはこれらの反応性誘導体のいずれかである場合には、一般に相互作用の低い無機材料の基板と有機薄膜を強固に共有結合で結合できるため、熱安定性が高く、耐久性の高い有機薄膜を作製することができる。   Further, in the first step, the binding site on the surface of the film formation substrate is a hydroxy group, and the binding site of the first organic molecule is a hydroxy group, a carboxy group, a phosphonic acid group and a silyl group or their reactivity. In the case of any one of the derivatives, generally, a substrate of an inorganic material having a low interaction and the organic thin film can be strongly bonded by a covalent bond, so that an organic thin film having high thermal stability and high durability can be produced. .

また、前記第二の工程および/または第三の工程が、アミノ基とホルミル基の反応、アミノ基とカルボキシ基の反応、ヒドロキシ基とカルボキシ基の反応のうちのいずれかの場合には、原料系から生成系へ化学反応が進行する過程、もしくは、原料系から中間体を生成する過程で化学平衡を伴い、副生成物として水を生じる。したがって、副生成物として生じた水を以下の方法で除去することで、化学平衡が生成系へ進行するため、積層収率が向上し、高品質な有機薄膜を得ることができる。   In the case where the second step and / or the third step are any of a reaction of an amino group and a formyl group, a reaction of an amino group and a carboxy group, and a reaction of a hydroxy group and a carboxy group, Water is produced as a by-product with a chemical equilibrium in the process of a chemical reaction progressing from the system to the production system, or in the process of generating an intermediate from the raw material system. Therefore, by removing the water generated as a by-product by the following method, the chemical equilibrium proceeds to the production system, so that the stacking yield is improved and a high-quality organic thin film can be obtained.

すなわち、前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に、副生成物として水を生じるときは、蒸留やカラムクロマトグラフィーにより容易に、かつ選択的に水を除去することができる。
また、副生成物として生じた水をシリカゲル、活性アルミナ、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ゼオライトから選択される吸着剤を介して除去することで、加熱処理を行わず、選択的に水を除去することができる。
That is, when water is generated as a by-product in any of the first to third steps, water can be easily and selectively removed by distillation or column chromatography.
In addition, water generated as a by-product can be selected without heat treatment by removing it through an adsorbent selected from silica gel, activated alumina, calcium chloride, magnesium sulfate, molecular sieve, ion exchange resin, and zeolite. Water can be removed.

また、前記第一の工程において、被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位がシリルクロライド基またはカルボン酸クロライド基である場合には、一般に相互作用の低い無機材料の基板と有機薄膜を強固に共有結合で結合できるため、熱安定性が高く、耐久性の高い有機薄膜を作製することができる。
この場合に副生成物として塩酸を生じるので、この塩酸を以下の方法で除去することにより有機分子層の形成を促進させることのみならず、有機薄膜や基板、電極材料の塩酸による腐食を抑制することもできる。
すなわち、副生成物として生じる塩酸をアルカリ溶液、粒子状もしくは粉末状アルカリまたはイオン交換樹脂を介して、除去することにより、加熱処理を行わず、容易に、かつ選択的に塩酸を除去することができる。
In the first step, when the binding site on the surface of the film formation substrate is a hydroxy group, and the binding site of the first organic molecule is a silyl chloride group or a carboxylic acid chloride group, generally the interaction Therefore, an organic thin film having high thermal stability and high durability can be manufactured.
In this case, hydrochloric acid is generated as a by-product. Therefore, the removal of this hydrochloric acid by the following method not only promotes the formation of the organic molecular layer, but also suppresses the corrosion of the organic thin film, substrate and electrode material by hydrochloric acid. You can also
That is, by removing hydrochloric acid generated as a by-product through an alkali solution, particulate or powdered alkali or ion exchange resin, hydrochloric acid can be easily and selectively removed without heat treatment. it can.

また、前記第二の工程および/または第三の工程がアミノ基とカルボン酸クロライド基またはヒドロキシ基とカルボン酸クロライド基とを結合させる場合にも、副生成物として塩酸を生じるが、上記の方法で、塩酸を除去することで、有機薄膜や基板、電極材料の塩酸による腐食を抑制することもできる。   In addition, when the second step and / or the third step combines an amino group and a carboxylic acid chloride group or a hydroxy group and a carboxylic acid chloride group, hydrochloric acid is generated as a by-product. Thus, by removing hydrochloric acid, corrosion of the organic thin film, the substrate, and the electrode material by hydrochloric acid can be suppressed.

また、反応室内に有機薄膜の製膜過程を検知するためのセンサーを備えることにより、積層反応の終点を検知することができ、最短の積層時間で1回の積層を終えることができるため、有機薄膜の作製時間を短縮することができる。   In addition, by providing a sensor for detecting the organic thin film formation process in the reaction chamber, the end point of the lamination reaction can be detected, and one lamination can be completed in the shortest lamination time. The production time of the thin film can be shortened.

また、反応室、反応室へ導入する流体、反応内の基板ステージのいずれかを加熱できることで、積層反応の反応速度が向上するため、有機薄膜の作製時間を短縮することができる。
また、副生成物除去室の副生成物除去手段がカラムクロマトグラフィーであることにより、副生成物除去の処理が早く、また、加熱する必要なく副生成物を除去することができる。
In addition, since any one of the reaction chamber, the fluid introduced into the reaction chamber, and the substrate stage in the reaction can be heated, the reaction rate of the stacking reaction is improved, so that the time for manufacturing the organic thin film can be shortened.
In addition, since the by-product removing means in the by-product removing chamber is column chromatography, the by-product removing process is quick and the by-product can be removed without the need for heating.

本発明の半導体デバイス用有機薄膜を作製するための、材料、作製装置、及び作製方法について説明する。
まず、材料について、被製膜基板、第一の有機分子、第二の有機分子、第三の有機分子の順に説明する。
A material, a manufacturing apparatus, and a manufacturing method for manufacturing the organic thin film for a semiconductor device of the present invention will be described.
First, materials will be described in the order of a film formation substrate, a first organic molecule, a second organic molecule, and a third organic molecule.

本発明で用いられる有機薄膜が形成される被製膜基板としては、シリコン基板、石英基板、ガラス基板や、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテルスルホン等の材料からなる樹脂基板が挙げられる。   As a film formation substrate on which the organic thin film used in the present invention is formed, a silicon substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a resin substrate made of a material such as polycarbonate, polyetheretherketone, polyimide, polyester, polyethersulfone, or the like. Can be mentioned.

上記の基板表面は、必ずしも基板と同一材料である必要はなく、該基板上に形成される第一の有機分子と反応し易いように、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、インジウム・錫酸化物(ITO)、インジウム・亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)および酸化錫(SnO2)等の導電性材料や酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化タンタル(Ta25)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)および窒化シリコン(Si34)等の絶縁性材料のような基板材料と異なる成分を堆積させた被製膜基板を用いてもよい。
上記の堆積法としては、当業者に周知のスパッタリング、真空蒸着法、イオンプレーティング法、化学気相堆積法(CVD法)の他、例えば前記の手法で堆積した材料表面を酸素プラズマ処理やUV−オゾン酸化処理、陽極酸化処理といった手法を用いて酸化物とする等の方法を用いることができる。
The substrate surface is not necessarily the same material as the substrate. For example, gold (Au), silver (Ag), copper (for example) can be easily reacted with the first organic molecules formed on the substrate. Cu), platinum (Pt), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), tantalum (Ta), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO) ) And tin oxide (SnO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) 2 ) and a film formation substrate on which a component different from the substrate material such as an insulating material such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited may be used.
Examples of the deposition method include sputtering, vacuum deposition, ion plating, and chemical vapor deposition (CVD) well known to those skilled in the art. For example, the surface of the material deposited by the above-described method may be treated with oxygen plasma treatment or UV. -The method of making it an oxide using techniques, such as ozone oxidation treatment and anodization treatment, can be used.

本発明で用いられる基板表面の結合部位としては、上記に列挙した基板材料または基板表面材料のうち、表面上にヒドロキシ基を有するものが好ましく、具体的な結合部位としてはSi−OH(シリコン、ガラス、石英、酸化ケイ素由来)、Al−OH(アルミニウム、酸化アルミニウム由来)、Ta−OH(酸化タンタル由来)、In−OH(ITO、IZO由来)、Zn−OH(酸化亜鉛由来)、Sn−OH(酸化錫由来)、Zr−OH(酸化ジルコニウム由来)、Ti−OH(酸化チタン由来)C−OH(樹脂材料由来)などが挙げられる。
これらヒドロキシ基を有する結合部位は、第一の有機分子の結合部位と酸素を介して共有結合を形成するため、熱的安定性が高く、劣化の少ない有機薄膜を作製することができるので好ましい。
As the bonding site on the substrate surface used in the present invention, among the above-listed substrate materials or substrate surface materials, those having a hydroxy group on the surface are preferable, and specific bonding sites include Si—OH (silicon, Glass, quartz, silicon oxide), Al-OH (aluminum, aluminum oxide), Ta-OH (tantalum oxide), In-OH (ITO, IZO), Zn-OH (zinc oxide), Sn- OH (derived from tin oxide), Zr—OH (derived from zirconium oxide), Ti—OH (derived from titanium oxide), C—OH (derived from resin material) and the like can be mentioned.
These binding sites having a hydroxy group are preferable because they form a covalent bond via the binding site of the first organic molecule via oxygen, and thus an organic thin film with high thermal stability and little deterioration can be produced.

被製膜基板材料、または被製膜基板表面にヒドロキシ基を導入する手法として、当業者に周知の酸素プラズマ処理、UV-オゾン処理、陽極酸化処理、硫酸-過酸化水素水処理、水蒸気加熱処理などの手法を用いることができる。   Oxygen plasma treatment, UV-ozone treatment, anodization treatment, sulfuric acid-hydrogen peroxide treatment, steam heating treatment well known to those skilled in the art as a method for introducing hydroxy groups into the substrate material to be deposited or the surface of the deposition substrate Such a method can be used.

また、被製膜基板表面にヒドロキシ基を有するもの以外にも金属原子自身が結合部位となるものも好ましく、具体的にはAu、Ag、Ptが挙げられる。
これら、金属原子が結合部位になるものは第一の有機分子の結合部位と直接化学結合を形成するため、有機薄膜内にキャリア注入を行う場合は抵抗が低下するため好ましい。
In addition to those having a hydroxy group on the surface of the substrate to be deposited, those in which the metal atom itself becomes a binding site are preferable, and specifically include Au, Ag, and Pt.
Those having a metal atom as a binding site are preferable because they form a chemical bond directly with the binding site of the first organic molecule, and carrier injection into the organic thin film reduces resistance.

次に、第一の工程に用いられ得る第一の有機分子の結合部位について説明する。
被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基である場合、第一の有機分子の結合部位としては、シリルヒドロキシ基(Si−OH)、カルボキシ基(−COOH)、ホスホン酸基(−PO32)、シリルアルコキシ基(Si−OR)、シリルクロライド基(Si−Cl)、カルボン酸クロライド基(−COCl)などが挙げられる。
Next, the binding site of the first organic molecule that can be used in the first step will be described.
When the bonding site on the surface of the film formation substrate is a hydroxy group, the bonding site of the first organic molecule is a silyl hydroxy group (Si—OH), a carboxy group (—COOH), a phosphonic acid group (—PO 3 H). 2 ), silylalkoxy group (Si-OR), silyl chloride group (Si-Cl), carboxylic acid chloride group (-COCl) and the like.

これらの結合部位と被製膜基板表面の結合部位とが結合し、共有結合を形成することで、一般に相互作用の低い無機材料と有機薄膜を強固に結合することができるため、熱安定性に優れ、耐久性の高い有機分子層を、被製膜基板表面に結合を介する有機分子の単分子層の有機薄膜を作製することができる。
中でも、基板表面結合部位がSi−OHとシリルヒドロキシ基、シリルアルコキシ基、シリルクロライド基の組み合わせでは酸素を介して基板と第一の有機分子が同じ原子(等価の原子)で結合されるため(シロキサン結合(Si−O−Si))、より熱安定性、耐久性が向上することができるため好ましい。
Since these binding sites and the binding sites on the surface of the film-forming substrate are bonded to form a covalent bond, generally an inorganic material with low interaction and an organic thin film can be strongly bonded, so that thermal stability is improved. It is possible to produce an organic thin film of a monomolecular layer of organic molecules through bonding of an excellent and highly durable organic molecular layer to the surface of the film formation substrate.
In particular, when the substrate surface binding site is a combination of Si-OH and a silylhydroxy group, silylalkoxy group, or silylchloride group, the substrate and the first organic molecule are bonded by the same atom (equivalent atom) via oxygen ( Siloxane bonds (Si—O—Si)), thermal stability, and durability can be improved, which is preferable.

また、シリルヒドロキシ基、カルボキシ基およびホスホン酸基との反応では水を副生し、シリルクロライド基およびカルボン酸クロライド基との反応では塩酸を副生する。   Further, water reacts as a by-product in the reaction with silylhydroxy group, carboxy group and phosphonic acid group, and hydrochloric acid as a by-product in the reaction with silyl chloride group and carboxylic acid chloride group.

前者の場合は、シリカゲル、活性アルミナ、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ゼオライトから選択される吸着剤を用いることで、カラムクロマトグラフィーなどにより、加熱処理を必要とせずに比較的容易に水を除去することができる。   In the case of the former, by using an adsorbent selected from silica gel, activated alumina, calcium chloride, magnesium sulfate, molecular sieve, ion exchange resin, and zeolite, it is relatively possible to use column chromatography or the like without requiring heat treatment. Water can be easily removed.

後者の場合は、アルカリ溶液、固体アルカリ材料またはイオン交換樹脂などの中和剤を介して、カラムクロマトグラフィーなどにより、加熱処理を必要とせずに比較的容易に塩酸を除去することができる。また、塩酸の除去により、有機薄膜、基板や基板表面材料の腐食を抑制することができる。   In the latter case, hydrochloric acid can be removed relatively easily by column chromatography or the like via a neutralizing agent such as an alkaline solution, a solid alkaline material, or an ion exchange resin, without requiring heat treatment. Further, by removing hydrochloric acid, corrosion of the organic thin film, the substrate and the substrate surface material can be suppressed.

アルカリ溶液には、pH9〜14の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどの水溶液やアンモニア、テトラメチルアミンなどのアミン系水溶液を用いることができる。   As the alkaline solution, an aqueous solution of pH 9 to 14 such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, or calcium carbonate, or an amine aqueous solution such as ammonia or tetramethylamine can be used.

また、固体アルカリ材料には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどの粒体を用いることができる。   In addition, as the solid alkali material, particles such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium carbonate, and calcium carbonate can be used.

また、上記のモレキュラーシーブとしては、Molecular Sieve 3A、4A、5A、13X等が挙げられる。これらの中でも、脱水効率の観点から、例えばジーエルサイエンス社から購入した3Aまたは4Aタイプが好ましい。   Examples of the molecular sieve include Molecular Sieve 3A, 4A, 5A, and 13X. Among these, 3A or 4A type purchased from GL Sciences, for example, is preferable from the viewpoint of dehydration efficiency.

また、上記のイオン交換樹脂としては、弱塩基性陰イオン交換樹脂等が挙げられる。これらの中でも、塩酸の吸着効率の観点から、例えば三菱化学社のスチレン系ポリアミン型ダイヤイオンWA20が好ましい。   Examples of the ion exchange resin include weakly basic anion exchange resins. Among these, from the viewpoint of adsorption efficiency of hydrochloric acid, for example, styrene polyamine type Diaion WA20 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation is preferable.

塩酸を副生する反応を気相中で行う場合には、キャリアガスをアルカリ溶液にバブリングする手法や、固体アルカリ材料が充填されたカラムを通過させる手法が挙げられる。
また、塩酸を副生する反応を液相中で行う場合には、溶液を固体アルカリ材料が充填されたカラムに通過させる手法が挙げられる。
具体的な固体アルカリ材料としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムや水酸化カルシウムのビーズや酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)、アルミナ(Al23)、ジルコニア(ZrO2)、チタニア(TiO2)などの金属酸化物が挙げられる。
When the reaction for generating hydrochloric acid as a by-product is performed in the gas phase, a method of bubbling a carrier gas into an alkali solution or a method of passing through a column filled with a solid alkali material can be used.
In addition, when the reaction for generating hydrochloric acid as a by-product is performed in a liquid phase, a method of passing the solution through a column filled with a solid alkali material can be used.
Specific solid alkali materials include sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide beads, magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), and alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ) and other metal oxides.

また、基板表面の結合部位が金属原子の場合、第一の有機分子の結合部位としては、チオール基(−SH)、ジチオール基(−S−SH)などが好ましい。第一の有機分子の結合部位と電極の金属原子が直接化学結合を形成するため、有機薄膜内にキャリア注入を行う場合は抵抗が低下するため好ましい。   When the binding site on the substrate surface is a metal atom, the binding site of the first organic molecule is preferably a thiol group (—SH), a dithiol group (—S—SH), or the like. Since the bonding site of the first organic molecule and the metal atom of the electrode directly form a chemical bond, it is preferable to inject carriers into the organic thin film because resistance decreases.

次に第一の有機分子の骨格について説明する。
本発明で用いられる第一の有機分子には脂肪族から構成される骨格、芳香族から構成される骨格が挙げられる。
有機薄膜を薄膜トランジスタの絶縁層、デバイスの層間絶縁膜、パシベーション膜などの絶縁性薄膜として使用する場合は脂肪族骨格を用いることが好ましい。
Next, the skeleton of the first organic molecule will be described.
Examples of the first organic molecule used in the present invention include aliphatic skeletons and aromatic skeletons.
When the organic thin film is used as an insulating thin film such as an insulating layer of a thin film transistor, an interlayer insulating film of a device, or a passivation film, an aliphatic skeleton is preferably used.

また、有機薄膜をトランジスタの半導体層、有機ELのキャリア輸送層、発光層、太陽電池のn層、p層、i層や各デバイスの電極膜など、半導体性または導電性薄膜として使用する場合は芳香族骨格を用いることが好ましい。   When organic thin films are used as semiconducting or conductive thin films such as transistor semiconductor layers, organic EL carrier transport layers, light emitting layers, solar cell n layers, p layers, i layers, and electrode films of devices. It is preferable to use an aromatic skeleton.

上記の脂肪族骨格としては、直鎖状または分枝鎖状で、不飽和結合を有していてもよいC1〜C20アルキル化合物が挙げられる。その中でも、自己組織的に基板上に配列させることを考慮すると、直鎖状アルキル化合物が好ましい。 Examples of the aliphatic skeleton include linear or branched C 1 -C 20 alkyl compounds which may have an unsaturated bond. Among these, a linear alkyl compound is preferable in consideration of self-organizing arrangement on the substrate.

また、上記の芳香族骨格としてはベンゼンのような単環性芳香族化合物、ビフェニル、p−ターフェニルなどのベンゼンが互いにパラ位で結合した骨格や、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ペンタセンのような縮合多環式芳香族骨格が挙げられる。その他にも、π共役構造の複素環式化合物も好ましく、具体的には5員環構造ではチオフェン、ピロール、フラン、イミダゾール、セレノフェンが挙げられ、6員環構造ではピリジン、ピリミジン、ピラジンが挙げられる。また、これらの2,5-位またはパラ位で連結した骨格、(例えば、ビチオフェン、ターチオフェン、ビピリジンなど)や縮合多環式骨格を用いても良い。   In addition, the aromatic skeleton includes a monocyclic aromatic compound such as benzene, a skeleton in which benzene such as biphenyl and p-terphenyl is bonded to each other in a para position, and a condensation such as naphthalene, anthracene, naphthacene, and pentacene. A polycyclic aromatic skeleton may be mentioned. In addition, a heterocyclic compound having a π-conjugated structure is also preferable. Specifically, examples of the 5-membered ring structure include thiophene, pyrrole, furan, imidazole, and selenophene, and examples of the 6-membered ring structure include pyridine, pyrimidine, and pyrazine. . Further, a skeleton linked at the 2,5-position or para-position (for example, bithiophene, terthiophene, bipyridine, etc.) or a condensed polycyclic skeleton may be used.

中でも、逐次的に積層を行う際の分子の溶解性、昇華温度、沸点を考慮すると、低分子量体が好ましく、芳香環、または複素環が1〜3個連結されたものが好ましい。   Among these, in consideration of the solubility of molecules, the sublimation temperature, and the boiling point when sequentially laminating, a low molecular weight body is preferable, and one having 1 to 3 aromatic rings or heterocyclic rings linked is preferable.

次に第二の有機分子および第三の有機分子の骨格について説明する。
本発明で用いられる第二の有機分子および第三の有機分子の骨格は、第一の有機分子の骨格と同様に、脂肪族から構成される骨格、芳香族から構成される骨格が挙げられる。
有機薄膜を絶縁性薄膜として使用する場合は第一〜第三の有機分子のいずれかに脂肪族骨格を用いることが好ましく、半導体性または導電性薄膜として使用する場合も第一〜第三の有機分子のいずれかに芳香族骨格を用いることが好ましい。
Next, the skeletons of the second organic molecule and the third organic molecule will be described.
Examples of the skeleton of the second organic molecule and the third organic molecule used in the present invention include a skeleton composed of aliphatic and a skeleton composed of aromatic, like the skeleton of the first organic molecule.
When using an organic thin film as an insulating thin film, it is preferable to use an aliphatic skeleton for any of the first to third organic molecules, and also when using an organic thin film as a semiconducting or conductive thin film. It is preferred to use an aromatic skeleton for any of the molecules.

次に、第二の工程に供される第一の有機分子の結合部位と第二の有機分子の結合部位の組合せ、および、第二の工程に供される第二の有機分子の結合部位と第三の有機分子の結合部位の組合せについて説明する。
本発明で用いられる第一の有機分子の未反応結合部位と、第二の有機分子の結合部位が反応する際の組合せ、および第二の有機分子の未反応結合部位と第三の有機分子の結合部位が反応する際の組合せとしては、アミノ基(−NH2)とホルミル基(−CHO)、アミノ基とカルボキシ基(−COOH)、ヒドロキシ基とカルボキシ基、ヒドロキシ基同士、アミノ基とカルボン酸クロライド基(−COCl)、ヒドロキシ基とカルボン酸クロライド基、末端アセチレン(≡C−H)とアリールブロマイド(Ar−Br)、ホルミル基とリンイリド(R2C−PR3)および末端エチレン(=CH−H)とアリールブロマイドなどが挙げられる。(なお、Arは芳香族骨格を意味し、Rは炭化水素骨格を意味する)。
Next, the combination of the binding site of the first organic molecule and the binding site of the second organic molecule to be subjected to the second step, and the binding site of the second organic molecule to be subjected to the second step The combination of the binding sites of the third organic molecule will be described.
The combination of the unreacted binding site of the first organic molecule and the binding site of the second organic molecule used in the present invention, and the unreacted binding site of the second organic molecule and the third organic molecule The combinations when the binding sites react include amino group (—NH 2 ) and formyl group (—CHO), amino group and carboxy group (—COOH), hydroxy group and carboxy group, hydroxy groups to each other, amino group and carboxylic group. Acid chloride group (—COCl), hydroxy group and carboxylic acid chloride group, terminal acetylene (≡C—H) and aryl bromide (Ar—Br), formyl group and phosphorus ylide (R 2 C—PR 3 ) and terminal ethylene (= CH-H) and aryl bromide. (Ar means an aromatic skeleton, and R means a hydrocarbon skeleton).

アミノ基とホルミル基、アミノ基とカルボキシ基、ヒドロキシ基とカルボキシ基、およびヒドロキシ基同士の反応ではそれぞれ、アゾメチン結合(−CH=N−)、アミド結合(−CO−NH−)、エステル結合(−COO−)、エーテル結合(−O−)を与え、これらの反応は原料系から生成系へ化学反応が進行する際に水を副生し、この水を除去することで、化学平衡が生成系へ進行するため、積層収率が向上し、高品質な有機薄膜を得ることができる。   In the reaction between an amino group and a formyl group, an amino group and a carboxy group, a hydroxy group and a carboxy group, and a hydroxy group, an azomethine bond (—CH═N—), an amide bond (—CO—NH—), an ester bond ( -COO-) and ether bond (-O-) are given, and these reactions generate water as a by-product when the chemical reaction proceeds from the raw material system to the production system, and by removing this water, a chemical equilibrium is generated. Since the process proceeds to the system, the stacking yield is improved, and a high-quality organic thin film can be obtained.

なかでも、前記の芳香族有機分子が有するアミノ基とホルミル基の反応から生じるアゾメチン結合はπ共役結合を形成し、アゾメチン結合の前後の分子がπ共役結合で連結され、π共役を伸展することができる。そのため、有機薄膜を導電体性、半導体性薄膜として使用する場合は好ましい。   In particular, the azomethine bond resulting from the reaction of the amino group and formyl group of the aromatic organic molecule forms a π-conjugated bond, and the molecules before and after the azomethine bond are connected by the π-conjugated bond, extending the π-conjugate. Can do. Therefore, it is preferable when the organic thin film is used as a conductive or semiconductive thin film.

有機薄膜を導電体性、半導体性薄膜として使用する観点から、末端アセチレンとアリールブロマイドから生じるアセチレン結合(−C≡C−)、ホルミル基とリンイリドから生じるエチレン結合(−C=C−)、末端エチレンとアリールブロマイドから生じるエチレン結合(−C=C−)も、前後の分子をπ共役結合で連結することができるため好ましい。   From the viewpoint of using an organic thin film as a conductive or semiconducting thin film, an acetylene bond (-C≡C-) generated from terminal acetylene and aryl bromide, an ethylene bond (-C = C-) generated from formyl group and phosphorus ylide, terminal An ethylene bond (-C = C-) generated from ethylene and aryl bromide is also preferable because the preceding and succeeding molecules can be linked by a π-conjugated bond.

また、アミノ基とカルボン酸クロライド基、ヒドロキシ基とカルボン酸クロライド基の反応ではそれぞれ、アミド結合、エステル結合を与え、これらの反応では、有機薄膜や基板、基板表面材料を腐食する可能性のある塩酸を副生するが、本発明によれば、この塩酸を除去することで、有機薄膜および基板の腐食を抑制することができる。   In addition, the reaction of amino group and carboxylic acid chloride group and hydroxy group and carboxylic acid chloride group give amide bond and ester bond, respectively, which may corrode organic thin film, substrate and substrate surface material. Although hydrochloric acid is by-produced, according to the present invention, corrosion of the organic thin film and the substrate can be suppressed by removing the hydrochloric acid.

中でも、アミノ基とカルボキシ基、アミノ基とカルボン酸クロライド基の反応から生じるアミド結合は、基板に対し、平行方向で隣接したアミド結合同士の水素結合による架橋が起こり、ピンホールの少ない有機薄膜を形成できるため、有機薄膜を絶縁性薄膜として使用する場合は好ましい。   In particular, the amide bond resulting from the reaction of an amino group and a carboxy group, or an amino group and a carboxylic acid chloride group causes cross-linking due to hydrogen bonding between adjacent amide bonds in the parallel direction, resulting in an organic thin film with few pinholes. Since it can form, it is preferable when using an organic thin film as an insulating thin film.

また、アミノ基とカルボキシ基の反応において、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)などの縮合剤を用いることもできるが、この場合、水が副生せずに、DCCの尿素誘導体が副生する。このDCC誘導体は一般的な溶媒に難溶性化合物のため、物理的に基板に吸着した場合、有機分子の反応を阻害する恐れがあるため、ろ過や活性炭の吸着剤などにより副生成物の除去を行うことが好ましい。   In the reaction of the amino group and the carboxy group, a condensing agent such as dicyclohexylcarbodiimide (DCC) can be used. In this case, water is not by-produced, but a urea derivative of DCC is by-produced. Since this DCC derivative is a compound that is hardly soluble in general solvents, there is a risk of inhibiting the reaction of organic molecules when it is physically adsorbed on the substrate. Preferably it is done.

前記の各工程で生じる水または塩酸の除去は、第一の工程で用いた吸着剤、中和剤を使用することができる。その他の反応で生じた有機物の副生成物は活性炭を吸着剤として用いることで効果的に除去することができる。   For removal of water or hydrochloric acid generated in each of the above steps, the adsorbent and neutralizing agent used in the first step can be used. Organic by-products generated by other reactions can be effectively removed by using activated carbon as an adsorbent.

次に、第一〜第三の有機分子の有する結合部位の数について説明する。   Next, the number of binding sites of the first to third organic molecules will be described.

第一の有機分子は、第一の有機分子層だけの単層構造からなる場合は、基板表面の結合部位と結合するための一つ以上の結合部位を有していれば良いが、第一の有機分子層と第二の有機分子層とからなる二層構造または、多層構造の場合は二つ以上の結合部位を必要とする。   When the first organic molecule has a single-layer structure consisting of only the first organic molecular layer, it may have one or more binding sites for binding to the binding sites on the substrate surface. In the case of a two-layer structure or a multilayer structure composed of the organic molecular layer and the second organic molecular layer, two or more binding sites are required.

また、第二の有機分子も同様に、第一の有機分子層と一層の第二の有機分子層から構成される二層構造の場合は第一の有機分子層の未反応結合部位と結合するための一つ以上の結合部位を有していれば良いが、第一の有機分子層、第二の有機分子層および第三の有機分子層とから構成される三層構造または、第一の有機分子層に加え、第二の有機分子層と第三の有機分子層が繰り返し積層された多層構造の場合は二つ以上の結合部位を必要とする。また、有機分子層の積層反応の終端となる、第二の有機分子は一つ以上の結合部位を有していれば良い。
また、第三の有機分子は、第一の有機分子層、第二の有機分子層および第三の有機分子層とから構成される三層構造または、第一の有機分子層に加え、第二の有機分子層と第三の有機分子層が繰り返し積層された多層構造を構築するため、二つ以上の結合部位を必要とする。
Similarly, the second organic molecule also binds to an unreacted binding site of the first organic molecular layer in the case of a two-layer structure composed of the first organic molecular layer and one second organic molecular layer. It is sufficient to have one or more binding sites for the three-layer structure composed of the first organic molecular layer, the second organic molecular layer and the third organic molecular layer, or the first In the case of a multilayer structure in which the second organic molecular layer and the third organic molecular layer are repeatedly laminated in addition to the organic molecular layer, two or more binding sites are required. In addition, the second organic molecule that is the termination of the organic molecular layer stacking reaction may have one or more binding sites.
Further, the third organic molecule has a three-layer structure composed of the first organic molecular layer, the second organic molecular layer, and the third organic molecular layer, or the second organic molecular layer, In order to construct a multilayer structure in which the organic molecular layer and the third organic molecular layer are repeatedly laminated, two or more binding sites are required.

次に、前記の第一〜第三の有機分子の各有機分子内の結合部位の位置について説明する。
前記の各工程における積層反応において、分子を基板に対し略垂直方向に積層することが好ましいため、各分子の結合部位は、有機分子内の長軸上で互いに離れた場所に位置していることが好ましい。
具体的には6員環芳香族化合物ではパラ位、炭素数10個からなる2環性芳香族化合物であるナフタレン化合物では1,5位または2,6位、5員環複素環化合物では2,5位、直鎖状アルキル化合物ではα,ω位であることが好ましい。
Next, the position of the binding site in each organic molecule of the first to third organic molecules will be described.
In the stacking reaction in each of the above steps, it is preferable that the molecules are stacked in a direction substantially perpendicular to the substrate. Therefore, the binding sites of the molecules are located at positions separated from each other on the long axis in the organic molecule. Is preferred.
Specifically, the 6-membered aromatic compound is para-positioned, the naphthalene compound which is a bicyclic aromatic compound having 10 carbon atoms is 1,5-position or 2,6-position, and the 5-membered-ring heterocyclic compound is 2, In the 5-position, linear alkyl compounds, α- and ω-positions are preferred.

また、第一の有機分子層だけの単層構造からなる場合の第一の有機分子、および、積層反応の終端となる第二の有機分子の結合部位の位置は、各分子の長軸方向の末端に一つ有していることが好ましい。また、結合部位を有する末端の反対側の末端は有機薄膜の安定性の観点から不活性なアルキル基、フェニル基などが好ましい。   In addition, the position of the binding site of the first organic molecule in the case of a single-layer structure consisting of only the first organic molecular layer and the second organic molecule that terminates the stacking reaction is in the long axis direction of each molecule. It is preferable to have one at the end. In addition, the end opposite to the end having the binding site is preferably an inactive alkyl group or phenyl group from the viewpoint of the stability of the organic thin film.

上記の第一の有機分子の具体例としては、1層の有機分子層を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製する場合には、アルキル基末端のものとしては、n−オクタデシルトリクロロシラン(C18)のようなC4〜C22の直鎖アルキルシランや、p−トリルトリクロロシランのようなトルエン骨格を有するものや、フェニル基末端のものとしては、フェニルトリクロロシラン、ベンジルトリクロロシラン、フェネチルトリクロロシラン、フェニルプロピルトリクロロシラン、フェニルブチルトリクロロシラン、N−フェニルアミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。 As a specific example of the first organic molecule, when an organic thin film for a semiconductor device having one organic molecular layer is produced, n-octadecyltrichlorosilane (C 18 ) is used as an alkyl group-terminated one. C 4 -C 22 linear alkyl silanes such as those having a toluene skeleton such as p-tolyltrichlorosilane, and those having a phenyl group terminal include phenyl trichlorosilane, benzyltrichlorosilane, phenethyltrichlorosilane, Examples include phenylpropyltrichlorosilane, phenylbutyltrichlorosilane, N-phenylaminopropyltrimethoxysilane, and the like.

また、二層以上の有機分子層を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製する場合の第一の有機分子の具体例としては、アミノ基を有するものとして、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、11−アミノウンデシルトリエトキシシラン、p−アミノフェニルメトキシシランや、ホルミル基を有するものとして、トリエトキシシリルウンデカナルや、カルボキシ基を有するものとして、テレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸や、エポキシ基を有するものとして、5,6−エポキシヘキシルトリエトキシシラン、(3−グリシドキシプロピル)トリメトキシシランや、イソシアナート基を有するものとして、3−イソシアナートプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。   Specific examples of the first organic molecule in the case of producing an organic thin film for a semiconductor device having two or more organic molecular layers include those having an amino group such as 3-aminopropyltrimethoxysilane, 11-amino. Undecyltriethoxysilane, p-aminophenylmethoxysilane, those having a formyl group, triethoxysilylundecanal, those having a carboxy group, terephthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 1,4, 5,6-epoxyhexyltriethoxysilane, (3-glycidoxypropyl) trimethoxy, such as 5,8-naphthalenetetracarboxylic acid, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid, and those having an epoxy group As silane or an isocyanate group, 3-isocyanatopropyltrimethoate Shishiran, and the like.

上記の第二の有機分子の具体例としては、二層の有機分子層を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製する場合には、ベンズアルデヒド、アニリン、2−ナフトアルデヒド、1−ナフトアルデヒド、2−ナフチルアミン、1−ナフチルアミン、2,2':5'2''−ターチオフェン−5−カルボキシアルデヒド等が挙げられる。また、三層構造および多層構造の有機分子層を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製する場合には、テレフタルアルデヒド、2,2':5'2''−ターチオフェン−5,5'−ジカルボキシアルデヒド、p−フェニレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、4,4‘−ジアミノスチルベン等が挙げられる。   Specific examples of the second organic molecule include benzaldehyde, aniline, 2-naphthaldehyde, 1-naphthaldehyde, 2-naphthylamine when an organic thin film for a semiconductor device having two organic molecular layers is prepared. 1-naphthylamine, 2,2 ′: 5′2 ″ -terthiophene-5-carboxaldehyde and the like. When an organic thin film for a semiconductor device having an organic molecular layer having a three-layer structure or a multilayer structure is prepared, terephthalaldehyde, 2,2 ′: 5′2 ″ -terthiophene-5,5′-dicarboxyl is used. Examples include aldehyde, p-phenylenediamine, 1,5-naphthalenediamine, 4,4′-diaminostilbene, and the like.

上記の第三の有機分子の具体例としては、上述の第二の有機分子の具体例における、三層構造および多層構造の有機分子層を有する半導体デバイス用有機薄膜を作製する場合の具体例を用いることができる。   As a specific example of the third organic molecule, a specific example in the case of producing an organic thin film for a semiconductor device having an organic molecular layer having a three-layer structure and a multilayer structure in the specific example of the second organic molecule described above. Can be used.

次に本発明における製造装置について図1〜図3を用いて説明する。
図1に本発明における有機薄膜の作製装置を示す。
この装置は、積層反応を行う気密性反応室11と、反応室内に備えられた被製膜基板を保持するための基板ステージ111と、副生成物除去室12とから構成される分離型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置である。
Next, the manufacturing apparatus in this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.
FIG. 1 shows an organic thin film production apparatus according to the present invention.
This apparatus includes an airtight reaction chamber 11 for performing a stacking reaction, a substrate stage 111 for holding a film forming substrate provided in the reaction chamber, and a byproduct removal chamber 12. It is an organic thin film production apparatus.

このような分離型の構成では、反応室と副生成物除去室が分離されているため、基板への吸着剤の飛来や、反応室のpH変化など、反応室で行われる積層反応に、副生成物を除去する手段が影響を与えないため好ましい。また、簡単に副生成物除去室を追加することができるため、二種類以上の副生成物を除去することもできる。   In such a separation type configuration, the reaction chamber and the by-product removal chamber are separated from each other, so that the stacking reaction performed in the reaction chamber, such as the adsorbent flying to the substrate and the pH change of the reaction chamber, is not performed. A means for removing the product is preferred because it has no effect. Moreover, since a by-product removal chamber can be easily added, two or more types of by-products can be removed.

有機薄膜の原料となる有機薄膜の原料となる第一〜第三の有機分子(以下、積層分子と呼ぶ)を導入する手段としては、キャリアガスや溶媒に混合または溶解した流体を、反応室に設けられた導入口13を通じて、導入できる。   As a means for introducing the first to third organic molecules (hereinafter referred to as laminated molecules) that are the raw materials for the organic thin film, a fluid mixed or dissolved in a carrier gas or a solvent is introduced into the reaction chamber. It can be introduced through the provided inlet 13.

上記のキャリアガスとしては、積層反応に関与しない不活性なものであり、原料の有機分子および、副生成物とよく混合する気体であることが好ましい。
具体的には窒素、アルゴン、超臨界二酸化炭素、空気などが挙げられ、積層分子および副生成物が気化するよう、圧力を調節することが好ましい。
中でも、安定な混合物を与えることができる点から窒素ガス、アルゴンガスまたは超臨界二酸化炭素が好ましい。
The carrier gas is an inert gas that does not participate in the stacking reaction, and is preferably a gas that is well mixed with the organic molecules and by-products of the raw material.
Specific examples include nitrogen, argon, supercritical carbon dioxide, and air, and it is preferable to adjust the pressure so that the stacked molecules and by-products are vaporized.
Among these, nitrogen gas, argon gas, or supercritical carbon dioxide is preferable from the viewpoint of providing a stable mixture.

また、上記の溶媒としては、水または塩酸が副生する場合には、それらを溶解する極性有機溶媒が好ましく、具体的にはメタノール、エタノール、2−プロパノールなどのアルコール類や、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類、ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミドなどの高沸点極性溶媒が好ましい。
水を除去する観点から、溶媒はこれらの無水溶媒を用いることが好ましい。また、ヒドロキシ基が結合部位の場合は、アルコール類を除く溶媒を用いることが好ましい。
また、ベンゼンやトルエンのように水と非混和性の溶媒を用いることもできる。
Moreover, as said solvent, when water or hydrochloric acid byproduces, the polar organic solvent which melt | dissolves them is preferable, Specifically, alcohol, such as methanol, ethanol, 2-propanol, tetrahydrofuran, a dioxane, etc. And high boiling polar solvents such as dimethyl sulfoxide and dimethylformamide.
From the viewpoint of removing water, these anhydrous solvents are preferably used as the solvent. Moreover, when a hydroxy group is a binding site, it is preferable to use a solvent excluding alcohols.
A solvent immiscible with water, such as benzene or toluene, can also be used.

上記の積層分子とキャリアガスとの混合割合(分圧比)としては0.0001:1〜1:1の範囲が、また、上記の積層分子を溶媒に溶解する場合の濃度としては、0.1mmol/L〜1mol/Lの範囲が、反応室への最低限の供給量と流体への飽和溶解度(混和性)の観点から好ましい。   The mixing ratio (partial pressure ratio) of the above-mentioned laminated molecules and carrier gas is in the range of 0.0001: 1 to 1: 1, and the concentration when the above-mentioned laminated molecules are dissolved in the solvent is 0.1 mmol. The range of / L to 1 mol / L is preferable from the viewpoint of the minimum supply amount to the reaction chamber and the saturation solubility (miscibility) in the fluid.

また、積層反応によって生じた副生成物を排出する手段としては、上記の流体を反応室へ導入する際の圧力を利用して、排出口14を通じて、副生成物除去室へ排出するか、図示しない送液ポンプまたは腐食性ガスに対し耐久性が高い、例えば、ビュッヒ(Buchi)社製のダイヤフラムポンプなどにより上記反応室から流体を排出させるか、または該排出した流体を副生成物除去室を通し、副生成物を除去した後に、再導入口15を通して上記反応室内へ循環させることができる。
反応室の副生成物濃度を上昇させず、かつ副生成物を除去して積層反応を進行させるためにも、積層反応中は流体が反応室と副生成物除去室との間を循環していることが好ましい。
Further, as a means for discharging the by-product generated by the stacking reaction, the above-described fluid is discharged into the by-product removal chamber through the discharge port 14 using the pressure when the fluid is introduced into the reaction chamber. The fluid is pumped from the reaction chamber by a liquid pump or a diaphragm pump manufactured by Buchi, etc., which has high durability against a corrosive gas, or the by-product removal chamber is discharged from the reaction chamber. Then, after removing the by-product, it can be circulated into the reaction chamber through the reintroduction port 15.
In order not to increase the concentration of by-products in the reaction chamber and to remove the by-products and advance the lamination reaction, fluid is circulated between the reaction chamber and the by-product removal chamber during the lamination reaction. Preferably it is.

また、図1は反応室の気密性の観点から、導入口、排出口および再導入口は各一つずつ設けられているが、積層分子の種類や、副生成物の種類、排出の種類(副生成物除去室へ運搬または、流体を廃棄)によって、導入口、排出口、再導入口の数を増やしても構わない。   Further, in FIG. 1, from the viewpoint of the airtightness of the reaction chamber, one introduction port, one discharge port, and one reintroduction port are provided. However, the type of stacked molecules, the type of by-products, and the type of discharge ( The number of introduction ports, discharge ports, and reintroduction ports may be increased by transporting to the byproduct removal chamber or discarding the fluid.

このような作製装置の反応室で積層反応を行い、副生成物除去室にて、反応室で生じた副生成物を除去し、再び反応室に導入することで、ルシャトリエの原理により、積層反応が生成系に進行し、積層収率が高く、高品質な有機薄膜を得ることができる。   A stacking reaction is performed in the reaction chamber of such a manufacturing apparatus, and a by-product generated in the reaction chamber is removed in the by-product removal chamber and introduced into the reaction chamber again. Proceeds to the production system, and a high-quality organic thin film can be obtained with a high lamination yield.

また、反応室内に有機薄膜の製膜過程を検知するためのセンサー112が備えてあることも好ましく、積層反応の終点を検知することができ、最短の積層時間で1回の積層を終えることができるため、有機薄膜の作製時間を短縮することができる。また、センサーとしては水晶振動子による重量変化の測定、分光エリプソメーターによる膜厚変化の測定、表面プラズモン共鳴による基板表面の誘電率変化の測定、紫外可視光スペクトルによる基板吸光度変化の測定が挙げられるが、中でも、水晶振動子は光学的手法を用いないため、流体の媒質に関わらず安定な測定が可能なため好ましい。   It is also preferred that a sensor 112 for detecting the organic thin film forming process is provided in the reaction chamber, the end point of the stacking reaction can be detected, and one stacking can be completed in the shortest stacking time. Therefore, the production time of the organic thin film can be shortened. Examples of sensors include measurement of weight change with a quartz resonator, measurement of film thickness change with a spectroscopic ellipsometer, measurement of change in dielectric constant of the substrate surface by surface plasmon resonance, measurement of change in substrate absorbance by UV-visible spectrum. However, the quartz resonator is preferable because it does not use an optical method and can perform stable measurement regardless of the fluid medium.

また、導入する積層分子を含有する流体、反応室または基板ステージを加熱する手段を備えていることも好ましく、加熱により反応速度が向上するため、有機薄膜の作製時間を短縮することができる。
加熱する場合は有機薄膜の熱的強度、環境負荷への考慮から、150℃以下の温度に加熱することが好ましい。
In addition, it is preferable to provide means for heating the fluid containing the layered molecules to be introduced, the reaction chamber, or the substrate stage. Since the reaction rate is improved by heating, the time for producing the organic thin film can be shortened.
In the case of heating, it is preferable to heat to a temperature of 150 ° C. or less in consideration of the thermal strength of the organic thin film and environmental load.

また、副生成物除去室には、副生成物を除去する手段として、充填剤を用いることができる。
上記の充填剤としては、前記の中和剤または吸着剤が用いられる。
In the byproduct removal chamber, a filler can be used as a means for removing byproducts.
As said filler, the said neutralizing agent or adsorption agent is used.

また、副生成物に塩酸を生じる積層反応を液相中で行う場合には、溶液を固体アルカリ材料が充填されたカラムに通過させる手法が挙げられる。
また、その他の副生成物に関しては、種々の有機物質を吸着可能な活性炭を用いることが好ましい。
また、カラムクロマトグラフィーによる副生成物除去を行う前には、反応室などで生じた固形物による目詰まりを防ぐため、ろ過により固体物質の除去できる。
Moreover, when performing the lamination reaction which produces | generates hydrochloric acid in a by-product in a liquid phase, the method of passing a solution through the column filled with the solid alkali material is mentioned.
For other by-products, it is preferable to use activated carbon capable of adsorbing various organic substances.
In addition, before removing the by-products by column chromatography, the solid substance can be removed by filtration in order to prevent clogging by solids generated in the reaction chamber or the like.

上記のカラムクロマトグラフィー以外にも、積層分子および、積層分子を運搬する流体と副生成物の沸点が大きく異なる場合は蒸留により、副生成物を除去することもできる。
このときの沸点の差は±25℃以上あることが好ましいが、例えば、溶媒として水と混和しないベンゼンを用いた場合には、ディーン−スターク装置など用い、ベンゼン(b.p.80℃)と副生成物である水(b.p.100℃)とを共沸させ(共沸点69℃)、ベンゼンと水の比重および、相分離する性質を利用し、水を除去する手法も用いることができる。
In addition to the column chromatography described above, when the boiling point of the stacked molecule and the fluid carrying the stacked molecule and the by-product are greatly different, the by-product can be removed by distillation.
The difference in boiling point at this time is preferably ± 25 ° C. or more. For example, when benzene that is immiscible with water is used as a solvent, dean-stark apparatus is used, and benzene (bp 80 ° C.) is used. A method of removing water by azeotropically boiling water (bp 100 ° C.) as a by-product (azeotropic point 69 ° C.) and utilizing the specific gravity of benzene and water and the property of phase separation. it can.

図2に、本発明における別の形態の有機薄膜の作製装置を示す。
この装置は、積層反応を行う気密性反応室21と、反応室内に備えられた被製膜基板を保持するための基板ステージ211と、有機薄膜の製膜過程を検知するセンサー212と、副生成物の除去手段22と、積層分子を導入する手段23と、流体を排出する手段24から構成されている同一型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置である。
FIG. 2 shows an organic thin film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
This apparatus includes an airtight reaction chamber 21 for performing a lamination reaction, a substrate stage 211 for holding a film formation substrate provided in the reaction chamber, a sensor 212 for detecting a film formation process of an organic thin film, and a by-product. This is an apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device of the same type, which comprises an object removing means 22, a means 23 for introducing stacked molecules, and a means 24 for discharging a fluid.

このような同一型の構成では、積層反応で生じた副生成物を速やかに、除去することができるため、積層反応の反応速度が向上する。   In the same type of configuration, a by-product generated in the stacking reaction can be quickly removed, so that the reaction rate of the stacking reaction is improved.

積層分子を導入する手段、流体を排出する手段、有機薄膜の製膜過程を検知するためのセンサー、導入する流体、反応室または基板ステージを加熱する手段は前記の分離型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置と同様のものを使用することができる。
また、副生成物を除去する手段としては、吸着剤による吸着、蒸留、昇華、再結晶、再沈、分離膜を用いることができる。
The means for introducing the laminated molecules, the means for discharging the fluid, the sensor for detecting the film forming process of the organic thin film, the fluid to be introduced, the means for heating the reaction chamber or the substrate stage are the same as those of the organic thin film for the above-mentioned separation type semiconductor device A device similar to a manufacturing device can be used.
Further, as a means for removing by-products, adsorption with an adsorbent, distillation, sublimation, recrystallization, reprecipitation, and separation membrane can be used.

中でも、蒸留は反応室内を加熱しながら、副生成物を除去できるため積層反応の反応速度が向上するため好ましい。さらに、反応室に図示しないディーン−スターク装置が備えられたものも好ましく、ベンゼンまたはトルエンを溶媒として、副生成物の水を除去することができる。
また、吸着剤による吸着を行う場合は、前記分離型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置と同様の吸着剤を用いることが出来るが、基板への吸着剤の飛来を防ぐために沈降させておくことが好ましく、アルカリ溶液、固体アルカリ材料など、溶媒に溶解し反応室内のpHに影響を与え、積層反応を阻害するものは選択しないことが好ましい。
Among these, distillation is preferable because by-products can be removed while heating the reaction chamber, so that the reaction rate of the lamination reaction is improved. Further, a reaction chamber equipped with a Dean-Stark device (not shown) is also preferable, and by-product water can be removed using benzene or toluene as a solvent.
In addition, when performing adsorption with an adsorbent, the same adsorbent as that for the organic thin film production apparatus for a separation type semiconductor device can be used, but it is allowed to settle in order to prevent the adsorbent from flying to the substrate. Preferably, it is preferable not to select an alkaline solution, a solid alkaline material, or the like that dissolves in a solvent and affects the pH in the reaction chamber and inhibits the lamination reaction.

図3に、本発明における別の形態の有機薄膜の作製装置を示す。
この装置は、積層反応を行う気密性反応室31と、副生成物除去室322から構成され、反応室内には被製膜基板を保持するための基板ステージ311と、有機薄膜の製膜過程を検知するセンサー312と、副生成物の除去手段321が備わっている混合型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置である。
FIG. 3 shows an organic thin film manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
This apparatus includes an airtight reaction chamber 31 for performing a lamination reaction and a by-product removal chamber 322. A substrate stage 311 for holding a substrate to be formed in the reaction chamber, and a process for forming an organic thin film. This is an apparatus for producing an organic thin film for a mixed semiconductor device, which includes a sensor 312 to detect and a by-product removing unit 321.

このような混合型の構成では、反応室および副生成物除去室で副生成物の除去が行われるため、二種類以上の副生成物を除去することのできる同一型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置の効果と、積層反応で生じた副生成物を速やかに、除去することのできる分離型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置の効果との二つの効果を兼ね備えている。   In such a mixed-type configuration, by-products are removed in the reaction chamber and by-product removal chamber, so that an organic thin film for the same type semiconductor device capable of removing two or more types of by-products can be produced. It has two effects, that is, the effect of the apparatus and the effect of the apparatus for producing an organic thin film for a separation type semiconductor device capable of quickly removing the by-product generated by the stacking reaction.

副生成物を除去する手段、積層分子を導入する手段、流体を排出する手段、有機薄膜の製膜過程を検知するためのセンサー、導入する流体、反応室または基板ステージを加熱する手段は分離型または同一型半導体デバイス用有機薄膜の作製装置と同様のものを使用することができる。   Means for removing by-products, means for introducing stacked molecules, means for discharging fluid, sensors for detecting the process of forming an organic thin film, means for introducing fluid, means for heating reaction chamber or substrate stage are separate types Or the thing similar to the preparation apparatus of the organic thin film for identical type semiconductor devices can be used.

次に、作製方法について図4から図5を用いて説明する。
本発明における第一の工程にて、基板の表面結合部位と第一の有機分子を化学反応により第一の有機分子層を形成する。
Next, a manufacturing method will be described with reference to FIGS.
In the first step of the present invention, a first organic molecule layer is formed by a chemical reaction between the surface binding site of the substrate and the first organic molecule.

まず、前述の基板40を反応室41の基板ステージ411に固定し、第一の有機分子を含んだキャリアガスまたは溶液を反応室へ導入する。基板表面の結合部位と接触した第一の有機分子401の結合部位と、第一の工程により、第一の有機分子層401Lを形成し、副生成物421を生じる。生じた副生成物は、直ちに副生成物除去室42へ運搬され、そこで、除去される。副生成物が除去された流体は再び、反応室に導入される(図4a)。
反応室の副生成物濃度を上昇させないために、積層反応中は、積層分子を含む流体が反応室と副生成物除去室との間を循環していることが好ましい。
以下の第二の工程、第三の工程についても積層反応中は、積層分子を含む流体を循環させておくことが好ましい。
First, the above-described substrate 40 is fixed to the substrate stage 411 of the reaction chamber 41, and a carrier gas or solution containing the first organic molecule is introduced into the reaction chamber. The first organic molecule layer 401L is formed by the first step with the binding site of the first organic molecule 401 in contact with the binding site on the substrate surface, and a by-product 421 is generated. The resulting by-product is immediately transported to the by-product removal chamber 42 where it is removed. The fluid from which by-products have been removed is again introduced into the reaction chamber (FIG. 4a).
In order not to increase the concentration of by-products in the reaction chamber, it is preferable that the fluid containing the stacked molecules circulate between the reaction chamber and the by-product removal chamber during the stacking reaction.
Also in the following second step and third step, it is preferable to circulate a fluid containing laminated molecules during the lamination reaction.

本発明の有機薄膜の作製方法によれば、反応副生成物が随時除去されるので、ルシャトリエの原理より積層反応が生成系に進行し、積層収率が高く、かつ高品質な有機薄膜を得ることができる。   According to the method for producing an organic thin film of the present invention, reaction by-products are removed as needed, so that the lamination reaction proceeds to the production system based on the Le Chatelier's principle, and a high-quality organic thin film having a high lamination yield is obtained. be able to.

次に、第二の工程にて、第一の有機分子層の未反応結合部位と第二の有機分子の結合部位と第二の工程により、第二の有機分子層を形成する。
まず、反応室に残存する第一の有機分子を除去するために第一の有機分子が混合または溶解できる流体で反応室を満たし、よく洗浄することが好ましい。
Next, in the second step, the second organic molecular layer is formed by the unreacted binding site of the first organic molecular layer, the binding site of the second organic molecule, and the second step.
First, in order to remove the first organic molecules remaining in the reaction chamber, it is preferable that the reaction chamber is filled with a fluid in which the first organic molecules can be mixed or dissolved and washed well.

次に、第二の有機分子402を含んだ流体を反応室へ導入する。前述の方法にて形成した第一の有機分子層401Lの未反応結合部位と、接触した第二の有機分子の結合部位が化学反応することで、第二の有機分子層402Lを形成し、副生成物422を生じる。   Next, a fluid containing the second organic molecule 402 is introduced into the reaction chamber. The unreacted binding site of the first organic molecular layer 401L formed by the above-described method and the binding site of the second organic molecule in contact with each other chemically react to form the second organic molecular layer 402L. Product 422 is produced.

生じた副生成物は、直ちに副生成物除去室42へ運搬され、そこで、除去され、再び、反応室に導入される(図4b))。   The resulting by-product is immediately transported to the by-product removal chamber 42 where it is removed and again introduced into the reaction chamber (FIG. 4b)).

このような手法により、第一の有機分子層と第二の有機分子層の二層構造を形成することができる。このような二層構造の有機薄膜では、例えば、トランジスタの絶縁層と半導体層、太陽電池のp層とn層、有機ELのキャリア輸送層と発光層など、異種機能を有する有機薄膜を容易に作製することが可能で、有機薄膜の機能に多様性を持たせることができる。   By such a method, a two-layer structure of the first organic molecular layer and the second organic molecular layer can be formed. In such an organic thin film having a two-layer structure, for example, an organic thin film having different functions such as an insulating layer and a semiconductor layer of a transistor, a p layer and an n layer of a solar cell, a carrier transport layer and a light emitting layer of an organic EL can be easily formed. It is possible to make it, and it is possible to give diversity to the function of the organic thin film.

また、第一の工程、第二の工程、および以下の第三の工程で異なる副生成物が発生する場合は、二つ以上の副生成物除去室を設けるか、それぞれの積層反応毎に副生成物除去室を交換することが好ましい。   In addition, when different by-products are generated in the first step, the second step, and the following third step, two or more by-product removal chambers are provided, or a by-product is provided for each stacking reaction. It is preferred to replace the product removal chamber.

次に、第三の工程にて、第二の有機分子層の未反応結合部位と、さらに第三の有機分子の結合部位とを結合させ、第三の有機分子層を形成することができる。   Next, in the third step, an unreacted binding site of the second organic molecular layer and a binding site of the third organic molecule can be further bonded to form a third organic molecular layer.

まず、第二の工程と同様に、残存する第二の有機分子を除去するために第二の有機分子が混合または溶解できる流体で反応室を満たし、よく洗浄することが好ましい。その後に、第三の有機分子403を含んだ流体を反応室へ導入する。前記の方法にて形成した第二の有機分子層402Lの未反応結合部位と、接触した第三の有機分子の結合部位が化学反応することで、第三の有機分子層403Lを形成させる。その際に生じる副生成物422は、直ちに副生成物室42へ運搬され、そこで、除去され、再び反応室に導入される(図4c))。   First, as in the second step, it is preferable to fill the reaction chamber with a fluid in which the second organic molecules can be mixed or dissolved in order to remove the remaining second organic molecules, and to wash well. Thereafter, a fluid containing the third organic molecule 403 is introduced into the reaction chamber. The third organic molecular layer 403L is formed by a chemical reaction between the unreacted binding site of the second organic molecular layer 402L formed by the above-described method and the binding site of the third organic molecule in contact therewith. The by-product 422 generated in this process is immediately transported to the by-product chamber 42 where it is removed and introduced again into the reaction chamber (FIG. 4c)).

このような手法により、第一の有機分子層上に第二および第三の有機分子層が積層された、三層構造の有機薄膜を形成することができる(図4d))。
また、上記の第三の有機分子層に、さらに第二の工程および第三の工程を繰り返すことにより、有機分子を逐次的に積層し、多層構造の半導体デバイス用有機薄膜を作製することができる。
By such a technique, an organic thin film having a three-layer structure in which the second and third organic molecular layers are laminated on the first organic molecular layer can be formed (FIG. 4d).
In addition, by repeating the second step and the third step on the third organic molecular layer, organic molecules can be sequentially laminated to produce an organic thin film for a semiconductor device having a multilayer structure. .

積層数の増加に伴い、一層積層するときの積層収率が低い場合、有機薄膜全体の膜質が低下することが懸念されるが、本発明によれば、積層反応の際に副生成物が逐次除去され、一層積層するときの積層収率が高いため、積層数が増加しても、高品質な膜質を保つことができる。   With the increase in the number of layers, there is a concern that the film quality of the entire organic thin film may be deteriorated when the stacking yield is low when stacking one layer. According to the present invention, by-products are successively formed during the stacking reaction. Since it is removed and the stacking yield when stacking one layer is high, high quality film quality can be maintained even if the number of stacks increases.

さらに、第二の工程および第三の工程を繰り返すことにより、有機分子を逐次的に積層させる具体的な手法について、図5を用いて説明する。   Furthermore, a specific method of sequentially stacking organic molecules by repeating the second step and the third step will be described with reference to FIG.

第二の有機分子と第三の有機分子を逐次的に積層する手法としては、分子内に積層反応を起こす組合せの結合部位を有する、第二の有機分子および第三の有機分子の保護、脱保護を繰り返し、積層する方法(A−B型(図5a))と、分子内に積層反応を起こす組合せの結合部位のうち、片方の結合部位を有する第二の有機分子と、もう片方の結合部位を有する第三の有機分子の二種類を用意し、交互に積層する方法(A−A+B−B型(図5b))が挙げられる。   As a method of sequentially laminating the second organic molecule and the third organic molecule, the protection and desorption of the second organic molecule and the third organic molecule having a combination binding site that causes a laminating reaction in the molecule. Of the combined binding sites that cause the stacking reaction in the molecule (AB type (Fig. 5a)) and the method of laminating and stacking repeatedly, the second organic molecule having one binding site and the other binding A method (AA-BB type (FIG. 5b)) in which two types of third organic molecules having sites are prepared and alternately stacked is mentioned.

すなわち、積層分子が、2以上の結合部位を有する場合には、同一有機分子の結合部位が互いに同一または異なって、ヒドロキシ基、アミノ基、ホルミル基もしくはカルボキシル基またはそれらの保護された誘導体である。   That is, when the stacked molecule has two or more binding sites, the binding sites of the same organic molecule are the same or different from each other, and are a hydroxy group, an amino group, a formyl group, a carboxyl group, or a protected derivative thereof. .

A−B型では、分子同士の自己反応を防ぐという理由から官能基Bが保護された分子A−B'(B’は保護された結合部位B)を用い、A−B’を積層した後、脱保護を行う必要があるが、一種類の有機分子を用意すれば良いため好ましい。   In the AB type, after using a molecule AB ′ (B ′ is a protected binding site B) in which the functional group B is protected for the purpose of preventing self-reaction between molecules, the AB ′ is laminated. Although it is necessary to perform deprotection, it is preferable because one kind of organic molecule is prepared.

一方でA−A+B−B型では、二種類の有機分子を用意する必要があるが、A−B型のような結合部位Bの保護、脱保護をする処理がないため好ましい。
上記手法により、基板表面から有機分子を1層ずつ共有結合で積層された多層構造の半導体デバイス用有機薄膜を作製することができる。
On the other hand, in the AA + B-B type, it is necessary to prepare two kinds of organic molecules, but this is preferable because there is no treatment for protecting and deprotecting the binding site B as in the AB type.
By the above method, an organic thin film for a semiconductor device having a multilayer structure in which organic molecules are laminated by a covalent bond one by one from the substrate surface can be produced.

以下の実施例および比較例は本発明を説明するものであり、本発明は、以下の実施例および比較例に限定されるものではない。
以下に実施例および比較例で使用した処理装置、測定装置および試薬のメーカーを記す。
装置:
UVオゾン処理装置:SAMCO(UV−1)
接触角計:Rycobel社製(PG−X)
分光エリプソメーター:J.A.Woollam社製(M−2000U)
紫外可視分光光度計:島津製作所社製(UV−3600)
The following examples and comparative examples illustrate the present invention, and the present invention is not limited to the following examples and comparative examples.
The manufacturers of the processing equipment, measuring equipment and reagents used in the examples and comparative examples are described below.
apparatus:
UV ozone treatment equipment: SAMCO (UV-1)
Contact angle meter: Rycobel (PG-X)
Spectroscopic ellipsometer: A. Woollam (M-2000U)
UV-visible spectrophotometer: Shimadzu Corporation (UV-3600)

試薬:
アセトン:シグマアルドリッチジャパン(特級)
オクタデシルトリクロロシラン:Gelest(97%)
無水テトラヒドロフラン:関東化学(水分量0.005%以下)
p−アミノフェニルトリメトキシシラン:Gelest(90%)
無水エタノール:関東化学(水分量0.005%以下)
テレフタルアルデヒド:東京化成工業(98%)
二塩酸ジアミノスチルベン:アルドリッチ(95%)
ジアミノスチルベンの精製
二塩酸ジアミノスチルベンを水に溶解し、少量の水酸化ナトリウム水溶液を加えることで中和した。さらにジクロロメタンを加え、有機相を抽出した。有機相を乾燥後、ジクロロメタン/ヘキサン系で再結晶することにより精製を行った。
reagent:
Acetone: Sigma Aldrich Japan (special grade)
Octadecyltrichlorosilane: Gelest (97%)
Anhydrous tetrahydrofuran: Kanto Chemical (water content 0.005% or less)
p-aminophenyltrimethoxysilane: Gelest (90%)
Absolute ethanol: Kanto Chemical (water content 0.005% or less)
Terephthalaldehyde: Tokyo Chemical Industry (98%)
Diaminostilbene dihydrochloride: Aldrich (95%)
Purification of diaminostilbene Diaminostilbene dihydrochloride was dissolved in water and neutralized by adding a small amount of aqueous sodium hydroxide. Further dichloromethane was added and the organic phase was extracted. The organic phase was dried and purified by recrystallization from a dichloromethane / hexane system.

実施例1
図6a)〜d)は本発明の有機トランジスタの作製方法を模式的に示したものである。
ガラス基板上にITOを60nmスパッタリングしたものを、被製膜基板(25mm角)60として用いた。
まず、基板をアセトン超音波洗浄により、表面の有機付着物を除去した後、UVオゾン処理(室温、10分)により、基板表面にヒドロキシ基(In−OH)を露出させた。その基板を反応室61内の基板ステージ611に固定した。また、副生成物として生じる塩酸を吸着するためにイオン交換樹脂(ダイヤイオンWA20 三菱化学社製)62を反応室に敷き詰めた(図6a))。
Example 1
6a) to 6d) schematically show a method for producing the organic transistor of the present invention.
A glass substrate obtained by sputtering ITO at 60 nm was used as a film-forming substrate (25 mm square) 60.
First, after removing organic deposits on the surface of the substrate by ultrasonic cleaning with acetone, hydroxy groups (In—OH) were exposed on the surface of the substrate by UV ozone treatment (room temperature, 10 minutes). The substrate was fixed to the substrate stage 611 in the reaction chamber 61. Further, in order to adsorb hydrochloric acid generated as a by-product, ion exchange resin (Diaion WA20 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 62 was spread in the reaction chamber (FIG. 6a).

次に、第一の有機分子として、n−オクタデシルトリクロロシラン601(OTS)(図6d))を同一型作製装置で積層した。
まず、反応室61を真空ポンプで10Pa以下の減圧状態で10分間保持し、窒素ガスを封入する操作を3回繰り返すことで、反応室内の水分、酸素を除去した(以下この操作を窒素置換とする)。次に、OTSの無水テトラヒドロフラン溶液(1mmol/L)を調製し、導入口63から室温の反応室に200ml導入した。この時の該溶液表面から被製膜基板表面までの深さは3cmであった。
また、基板表面ヒドロキシ基とOTSのトリクロロシリル基との反応により、副生成物として生じる塩酸621は反応室に敷き詰めた前記イオン交換樹脂62により吸着した(図6b))。
Next, n-octadecyltrichlorosilane 601 (OTS) (FIG. 6d)) was stacked as the first organic molecule using the same type manufacturing apparatus.
First, the reaction chamber 61 was held with a vacuum pump at a reduced pressure of 10 Pa or less for 10 minutes, and the operation of filling nitrogen gas was repeated three times to remove moisture and oxygen in the reaction chamber (this operation is hereinafter referred to as nitrogen replacement). To do). Next, an anhydrous tetrahydrofuran solution (1 mmol / L) of OTS was prepared, and 200 ml was introduced from the inlet 63 into the reaction chamber at room temperature. The depth from the solution surface to the film formation substrate surface at this time was 3 cm.
In addition, hydrochloric acid 621 generated as a by-product by the reaction between the substrate surface hydroxy group and the trichlorosilyl group of OTS was adsorbed by the ion exchange resin 62 spread in the reaction chamber (FIG. 6b)).

3時間後、反応室にOTSの無水テトラヒドロフラン溶液を排出口64から排出し、さらに、無水テトラヒドロフランを導入し、基板をよく洗浄した後、排出口64から洗浄に用いた無水テトラヒドロフランを排出した。無水テトラヒドロフランの導入と排出による洗浄工程をさらに、2回繰り返し、基板に物理吸着したOTSを除去した(図6c))。   After 3 hours, an anhydrous tetrahydrofuran solution of OTS was discharged from the discharge port 64 into the reaction chamber. Further, anhydrous tetrahydrofuran was introduced, the substrate was thoroughly washed, and then the anhydrous tetrahydrofuran used for cleaning was discharged from the discharge port 64. The washing process by introducing and discharging anhydrous tetrahydrofuran was further repeated twice to remove OTS physically adsorbed on the substrate (FIG. 6c)).

次に基板を反応室から取出し、水の静的接触角を測定したところ、109°の高い撥水性を示した。
尚、接触角は基板表面に水滴を滴下し、滴下した液滴の左右端点と頂点を結ぶ直線と、基板表面とのなす角から算出する、いわゆるθ/2法より算出した。
また、分光エリプソメーターによる有機薄膜の膜厚を測定したところ、分子軌道計算から算出した分子長とほぼ等しく、2.9nmであったことから、OTS単分子膜の形成を確認できた。
Next, the substrate was taken out of the reaction chamber, and when the static contact angle of water was measured, it showed a high water repellency of 109 °.
The contact angle was calculated by a so-called θ / 2 method in which a water droplet was dropped on the substrate surface and calculated from an angle formed by a straight line connecting the left and right end points and the vertex of the dropped droplet and the substrate surface.
Moreover, when the film thickness of the organic thin film was measured with the spectroscopic ellipsometer, it was almost equal to the molecular length calculated from the molecular orbital calculation, and was 2.9 nm. Therefore, the formation of the OTS monomolecular film could be confirmed.

比較例1
イオン交換樹脂による副生成物の除去を行わずに、実施例1同様の被製膜基板および第一の有機分子を用いて実験を行った。
具体的には、実施例1で用いた作製装置にITO(50nm)をスパッタリングしたガラス基板とOTSの無水テトラヒドロフラン溶液(1mmol/L)を封入し、ITO表面上にOTSを積層した。
3時間後、テトラヒドロフランで洗浄した後に、基板を取り出し、水の静的接触角を測定したところ40°を示し、実施例1に比べ低い値を示した。また、ガラス基板上のITOが剥がれ落ちていることが肉眼で観察され、ITO電極の電気抵抗値をテスターで測定したところ、測定限界よりも大きい値(5MΩ以上)を示した。つまり、副生した塩酸により基板表面のITOが侵食されてしまった。
Comparative Example 1
An experiment was conducted using the same substrate to be formed and the first organic molecule as in Example 1 without removing the by-product using the ion exchange resin.
Specifically, a glass substrate on which ITO (50 nm) was sputtered and an OTS anhydrous tetrahydrofuran solution (1 mmol / L) were sealed in the manufacturing apparatus used in Example 1, and OTS was stacked on the ITO surface.
After washing with tetrahydrofuran after 3 hours, the substrate was taken out and the static contact angle of water was measured. As a result, it was 40 °, which was lower than that of Example 1. Further, it was observed with naked eyes that the ITO on the glass substrate was peeled off, and when the electrical resistance value of the ITO electrode was measured with a tester, a value larger than the measurement limit (5 MΩ or more) was shown. That is, the ITO on the substrate surface was eroded by the by-produced hydrochloric acid.

実施例2および3
被製膜基板70として、石英基板(実施例2)とシリコン基板(実施例3)をそれぞれ用いた(基板サイズは各25mm角)。まず、両方の基板をともに実施例1と同様の処理を行い、基板表面にヒドロキシ基(Si−OH)を露出させた後、基板を反応室71内の基板ステージ711に固定し、反応室、配管、副生成物除去室(カラムともいう)72内を窒素置換した。尚、図7a)に示すように、積層反応は分離型作製装置で行った。
Examples 2 and 3
A quartz substrate (Example 2) and a silicon substrate (Example 3) were used as the film-forming substrate 70, respectively (substrate size is 25 mm square). First, both substrates were treated in the same manner as in Example 1 to expose the hydroxy group (Si—OH) on the substrate surface, and then fixed to the substrate stage 711 in the reaction chamber 71, The inside of the piping and by-product removal chamber (also referred to as a column) 72 was replaced with nitrogen. In addition, as shown in FIG. 7a), the lamination reaction was performed with a separation type manufacturing apparatus.

次に第一の有機分子として、p−アミノフェニルトリメトキシシラン701(APhS)(図7j))を積層した。
APhSを100℃に熱し、気化したものをキャリアガスとして窒素と混合し(分圧比APhS:窒素 = 0.0005:1)、流速0.5L/分で、100℃に加熱した反応室に導入口73より導入した(図7a))。また、排出口76から初期に充填されていた窒素や導入したキャリアガスを排出し、反応室内の濃度が均一になるよう5分間APhSを含む窒素ガスでパージした。導入後は導入口73、排出口76を閉じ、反応室71とメタノールの吸着能力が高い4Aタイプのモレキュラーシーブ(ジーエルサイエンス社より購入)を充填させたカラムからなる副生成物除去室間を循環し、第一の工程により、APhSをシロキサン結合で積層した。
Next, p-aminophenyltrimethoxysilane 701 (APhS) (FIG. 7j)) was stacked as the first organic molecule.
APhS is heated to 100 ° C., and the vaporized gas is mixed with nitrogen as a carrier gas (partial pressure ratio APhS: nitrogen = 0.0005: 1) and introduced into a reaction chamber heated to 100 ° C. at a flow rate of 0.5 L / min. 73 (FIG. 7a)). In addition, nitrogen initially charged and the introduced carrier gas were discharged from the discharge port 76, and purged with nitrogen gas containing APhS for 5 minutes so that the concentration in the reaction chamber became uniform. After the introduction, the introduction port 73 and the discharge port 76 are closed, and the reaction product is circulated between the reaction chamber 71 and a by-product removal chamber consisting of a column packed with 4A type molecular sieve (purchased from GL Sciences) with high methanol adsorption capacity. In the first step, APhS was laminated with a siloxane bond.

また、副生成物として生じたメタノール721はカラム72内で吸着させた(図7b))。
製膜過程の検知は水晶振動子712により行い、反応時間に対し、基板に共有結合した分子の重量増加が反応開始から約2時間半後に自己組織的に停止する様子が観測されたので、反応室、配管および副生成物除去室を窒素置換した後に、反応室を無水エタノールで満たし、基板を良く洗浄した。洗浄に用いた無水エタノールは排出口76より廃棄し、上記洗浄工程をさらに2回繰り返すことで、反応室と基板に物理吸着するAPhSを除去した。
こうして第一の有機分子層701L(1層目)を形成した(図7c))。
Further, methanol 721 produced as a by-product was adsorbed in the column 72 (FIG. 7b)).
The film formation process was detected by the quartz crystal resonator 712, and it was observed that the increase in the weight of the molecule covalently bonded to the substrate with respect to the reaction time stopped in a self-organized manner about 2.5 hours after the reaction started. After the chamber, piping, and byproduct removal chamber were purged with nitrogen, the reaction chamber was filled with absolute ethanol, and the substrate was thoroughly cleaned. The absolute ethanol used for the cleaning was discarded from the discharge port 76, and APhS physically adsorbed on the reaction chamber and the substrate was removed by repeating the above cleaning process two more times.
Thus, the first organic molecular layer 701L (first layer) was formed (FIG. 7c)).

次に、第二の有機分子層として、テレフタルアルデヒド702(TPAld)(図7k))を積層した。
まず、副生成物除去室72の吸着剤として水の吸着能力が高い3Aタイプのモレキュラーシーブ(ジーエルサイエンス社より購入)を充填し、反応室、配管および副生成物除去室の窒素置換を行った。
次に、TPAldの無水エタノール溶液(1mmol/L)を調製し、この溶液を反応室71の導入口73より送液ポンプで導入し、反応室、配管および副生成物除去室72を満たした(図7d))。導入した上記の無水エタノール溶液を、反応室と、副生成物除去室間を循環させ、第二の工程により、TPAldをアゾメチン結合で積層した。
Next, terephthalaldehyde 702 (TPAld) (FIG. 7k)) was laminated as a second organic molecular layer.
First, 3A type molecular sieve (purchased from GL Sciences Inc.) with high water adsorption capacity was filled as an adsorbent in the by-product removal chamber 72, and nitrogen substitution in the reaction chamber, piping, and by-product removal chamber was performed. .
Next, an absolute ethanol solution of TPAld (1 mmol / L) was prepared, and this solution was introduced from the introduction port 73 of the reaction chamber 71 with a liquid feed pump to fill the reaction chamber, piping, and byproduct removal chamber 72 ( FIG. 7 d)). The introduced absolute ethanol solution was circulated between the reaction chamber and the by-product removal chamber, and TPAld was laminated with an azomethine bond in the second step.

また、副生成物として生じた水722はカラム72内で吸着させた(図7e))。製膜過程の検知は水晶振動子により行い、反応時間に対し、基板に共有結合した分子の重量増加が反応開始から6時間後に自己組織的に停止する様子が観測されたので、反応室、配管および副生成物除去室を洗浄のため無水エタノールで満たし、残存するTPAldを溶解させ、基板、反応室、配管および副生成物を良く洗浄した。洗浄に用いた無水エタノールは排出口76より廃棄し、上記洗浄工程をさらに2回繰り返した。こうして第二の有機分子層702L(2層目)を形成した(図7f))。   Further, water 722 generated as a by-product was adsorbed in the column 72 (FIG. 7e)). The film-forming process was detected by a quartz oscillator, and it was observed that the increase in the weight of the molecules covalently bonded to the substrate with respect to the reaction time stopped self-organized 6 hours after the start of the reaction. And the byproduct removal chamber was filled with absolute ethanol for cleaning, the remaining TPAld was dissolved, and the substrate, reaction chamber, piping and byproducts were thoroughly cleaned. The absolute ethanol used for washing was discarded from the outlet 76, and the washing process was repeated twice more. A second organic molecular layer 702L (second layer) was thus formed (FIG. 7f)).

さらに、第三の有機分子層として、4,4'−ジアミノスチルベン703(StDA)(図7l))を積層した。
まず、StDAの無水エタノール溶液(1mmol/L)を調製し、この溶液を反応室71の導入口73より送液ポンプで導入し、反応室、配管および副生成物除去室72を満たした(図7g))。この時、副生成物除去室の吸着剤は、TPAld積層時と同様のものを用いた。次に、導入した上記の無水エタノール溶液を、反応室と、副生成物除去室間を循環させ、第三の工程により、StDAをアゾメチン結合で積層した。
また、副生成物として生じた水722はカラム72内で吸着させた(図7h))。製膜過程の検知は水晶振動子により行い、反応時間に対し、基板に共有結合した分子の重量増加が反応開始から6時間後に自己組織的に停止する様子が観測されたので、反応室、配管および副生成物除去室を洗浄のため無水エタノールで満たし、残存するStDAを溶解させ、基板、反応室、配管および副生成物を良く洗浄した。洗浄に用いた無水エタノールは排出口76より廃棄し、上記洗浄工程をさらに2回繰り返した。こうして第三の有機分子層703L(3層目)を形成した(図7i)m))。
Further, 4,4′-diaminostilbene 703 (StDA) (FIG. 7l)) was laminated as a third organic molecular layer.
First, an absolute ethanol solution (1 mmol / L) of StDA was prepared, and this solution was introduced from the introduction port 73 of the reaction chamber 71 with a liquid feed pump to fill the reaction chamber, piping, and byproduct removal chamber 72 (see FIG. 7g)). At this time, as the adsorbent in the by-product removal chamber, the same adsorbent as in the TPAld lamination was used. Next, the introduced absolute ethanol solution was circulated between the reaction chamber and the byproduct removal chamber, and StDA was laminated with an azomethine bond in the third step.
Further, water 722 generated as a by-product was adsorbed in the column 72 (FIG. 7h)). The film-forming process was detected by a quartz oscillator, and it was observed that the increase in the weight of the molecules covalently bonded to the substrate with respect to the reaction time stopped self-organized 6 hours after the start of the reaction. Then, the byproduct removal chamber was filled with absolute ethanol for cleaning, the remaining StDA was dissolved, and the substrate, reaction chamber, piping, and byproducts were thoroughly cleaned. The absolute ethanol used for washing was discarded from the outlet 76, and the washing process was repeated twice more. Thus, a third organic molecular layer 703L (third layer) was formed (FIG. 7i) m)).

作製した有機薄膜の評価として、シリコン基板上に積層したものは分光エリプソメーターによる膜厚測定と、石英基板上に積層したものは紫外可視光スペクトルによる吸収の変化の結果を図8に示す。膜厚は積層数の増加に伴い、単調な増加を示し、その増加分は分子軌道計算から求めた分子長とほぼ等しいことから、積層された分子が、基板に対し略垂直方向に配向し、形成されていることが確認された(図8a))。また、吸収スペクトルでは積層数の増加に伴い、300〜500nm付近の吸収の増加と吸収端の長波長シフトが確認された(図8b))。これらのことから、基板から有機分子層を1層ずつ、化学反応により積層することが確認され、高品質な有機薄膜を得ることができた。   As the evaluation of the produced organic thin film, FIG. 8 shows the results of measuring the film thickness with a spectroscopic ellipsometer when laminated on a silicon substrate and the change in absorption due to the ultraviolet-visible light spectrum when laminated on a quartz substrate. The film thickness shows a monotonous increase with the increase in the number of layers, and the increase is almost equal to the molecular length obtained from the molecular orbital calculation, so the stacked molecules are oriented in a direction substantially perpendicular to the substrate, It was confirmed that it was formed (FIG. 8a)). Further, in the absorption spectrum, an increase in absorption near 300 to 500 nm and a long wavelength shift at the absorption edge were confirmed with an increase in the number of layers (FIG. 8b)). From these, it was confirmed that the organic molecular layers were laminated one by one from the substrate by a chemical reaction, and a high-quality organic thin film could be obtained.

比較例2および3
副生成物の除去を行わずに、実施例2および3と同様の被製膜基板および第一〜第三の有機分子を用いてそれぞれ実験を行った。
具体的には、実施例2および3と同様の被製膜基板を用い、同様の処理で、基板表面にヒドロキシ基(Si−OH)を露出させた。
Comparative Examples 2 and 3
Without removing the by-products, experiments were performed using the same substrate to be formed as in Examples 2 and 3 and the first to third organic molecules.
Specifically, using the same film-formed substrate as in Examples 2 and 3, the hydroxy group (Si—OH) was exposed on the substrate surface by the same treatment.

次に第一の有機分子として、APhSを積層した。
密閉できるテフロン(登録商標)容器内に、窒素雰囲気で、被製膜基板とAPhSを加え、オーブンにて100℃、3時間、加熱した。次に、基板を取り出し、アセトンで超音波洗浄を行い、物理吸着したAPhSを除去し、第一の有機分子層(1層目)を形成した。
Next, APhS was laminated as the first organic molecule.
In a Teflon (registered trademark) container that can be sealed, a film-forming substrate and APhS were added in a nitrogen atmosphere, and heated in an oven at 100 ° C. for 3 hours. Next, the substrate was taken out and subjected to ultrasonic cleaning with acetone to remove the physically adsorbed APhS, thereby forming a first organic molecular layer (first layer).

次に、第二の有機分子として、TPAldを積層した。
密閉できるガラス容器内に、APhSを積層した基板とTPAldの無水ジクロロメタン溶液(1mmol/L)を加え、20時間、室温で攪拌した。次に基板を取り出し、無水エタノールで超音波洗浄を行い、物理吸着したTPAldを除去し、第二の有機分子層(2層目)を形成した。
Next, TPAld was stacked as the second organic molecule.
In a glass container that can be sealed, an APhS-laminated substrate and an aqueous solution of TPAld in dichloromethane (1 mmol / L) were added and stirred for 20 hours at room temperature. Next, the substrate was taken out and subjected to ultrasonic cleaning with absolute ethanol to remove the physically adsorbed TPAld, thereby forming a second organic molecular layer (second layer).

さらに、第三の有機分子として、StDAを積層した。
密閉できるガラス容器内に、TPAldを積層した基板とStDAの無水ジクロロメタン溶液(1mmol/L)を加え、20時間、室温で攪拌した。次に基板を取り出し、無水エタノールで超音波洗浄を行い、物理吸着したStDAを除去し、第三の有機分子層(3層目)を形成した。
Further, StDA was stacked as the third organic molecule.
In a glass container that can be sealed, a TPAld-laminated substrate and StDA in anhydrous dichloromethane (1 mmol / L) were added and stirred at room temperature for 20 hours. Next, the substrate was taken out and subjected to ultrasonic cleaning with absolute ethanol to remove the physically adsorbed StDA, thereby forming a third organic molecular layer (third layer).

作製した有機薄膜の評価として、実施例2および3と同様に、分光エリプソメーターによる膜厚測定と紫外可視光スペクトルによる吸収スペクトル測定を行った結果を図9に示す。膜厚は2層目までは単調に増加を示したが、3層目では膜厚に増加は見られなかった(図9a))。また、吸収スペクトルでは、積層数の増加に伴い、吸収端の長波長シフトは観察されたが、300〜500nm付近の吸収の増加量は、副生成物を除去した実施例2と比較して、小さいことが観察された(図9b))。これらのことから、密閉容器中で、副生成物が残存する雰囲気下で積層反応を行った場合、化学平衡により、積層収率が低下し、高品質な有機薄膜を作製できないことが確認された。   As the evaluation of the produced organic thin film, the results of film thickness measurement using a spectroscopic ellipsometer and absorption spectrum measurement using an ultraviolet-visible light spectrum as in Examples 2 and 3 are shown in FIG. The film thickness increased monotonically up to the second layer, but no increase was observed in the third layer (FIG. 9a)). Further, in the absorption spectrum, a long wavelength shift of the absorption edge was observed with an increase in the number of layers, but the increase in absorption near 300 to 500 nm was compared with Example 2 in which by-products were removed, It was observed to be small (FIG. 9b)). From these facts, it was confirmed that when a lamination reaction was performed in an atmosphere in which a by-product remained in a sealed container, the lamination yield decreased due to chemical equilibrium, and a high-quality organic thin film could not be produced. .

本発明の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置およびそれを用いた半導体デバイス用有機薄膜の作製方法によれば、前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物を気密性反応室および/または副生成物除去室で除去することができるため、化学結合を介する有機分子の単分子層を少なくとも1層積層させる有機分子層の積層反応(以下、単に積層反応ともいう)が生成系に進行し、積層反応の反応収率(以下、積層収率と呼ぶ)が向上し、高品質な半導体デバイス用有機薄膜を効率よく作製することができる。   According to the apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device and the method for producing an organic thin film for a semiconductor device using the same according to the present invention, the by-product generated in any of the first to third steps is airtight. Since it can be removed in the sex reaction chamber and / or the byproduct removal chamber, a stacking reaction of an organic molecular layer in which at least one monomolecular layer of organic molecules via a chemical bond is stacked (hereinafter also simply referred to as a stacking reaction). Advances to the production system, the reaction yield of the stacking reaction (hereinafter referred to as stacking yield) is improved, and a high-quality organic thin film for semiconductor devices can be efficiently produced.

本発明の有機薄膜作製装置の概略図である。It is the schematic of the organic thin film preparation apparatus of this invention. 本発明の有機薄膜作製装置の概略図である。It is the schematic of the organic thin film preparation apparatus of this invention. 本発明の有機薄膜作製装置の概略図である。It is the schematic of the organic thin film preparation apparatus of this invention. 本発明の有機薄膜の作製工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the preparation process of the organic thin film of this invention. 本発明の有機薄膜の作製工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the preparation process of the organic thin film of this invention. 本発明の有機薄膜の作製工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the preparation process of the organic thin film of this invention. 本発明の有機薄膜の作製工程を示す概略図である。It is the schematic which shows the preparation process of the organic thin film of this invention. 本発明、実施例2および3の有機薄膜の作製結果を示す図である。It is a figure which shows the preparation results of the organic thin film of this invention and Example 2 and 3. FIG. 比較例2および3の有機薄膜の作製結果を示す図である。It is a figure which shows the preparation results of the organic thin film of the comparative examples 2 and 3.

符号の説明Explanation of symbols

10:基板
11:反応室
111:基板ステージ
112:センサー
12:副生成物除去室
13:導入口
14:排出口
15:再導入口
10: Substrate 11: Reaction chamber 111: Substrate stage 112: Sensor 12: Byproduct removal chamber 13: Introduction port 14: Discharge port 15: Reintroduction port

20:基板
21:反応室
211:基板ステージ
212:センサー
22:副生成物除去剤
23:導入口
24:排出口
30:基板
31:反応室
311:基板ステージ
312:センサー
321:副生成物除去剤
322:副生成物除去室
33:導入口
34:排出口
35:再導入口
40:基板
20: Substrate 21: Reaction chamber 211: Substrate stage 212: Sensor 22: Byproduct remover 23: Inlet 24: Discharge port 30: Substrate 31: Reaction chamber 311: Substrate stage 312: Sensor 321: Byproduct remover 322: Byproduct removal chamber 33: Introduction port 34: Discharge port 35: Reintroduction port 40: Substrate

401:第一の有機分子(1層目)
402:第二の有機分子(2層目)
403:第三の有機分子(3層目)
401L:第一の有機分子層(1層目)
402L:第二の有機分子層(2層目)
403L:第三の有機分子層(3層目)
41:反応室
411:基板ステージ
401: First organic molecule (first layer)
402: Second organic molecule (second layer)
403: Third organic molecule (third layer)
401L: First organic molecular layer (first layer)
402L: Second organic molecular layer (second layer)
403L: third organic molecular layer (third layer)
41: Reaction chamber 411: Substrate stage

412:センサー
42:副生成物除去室
421:第一の工程で生じた副生成物
422:第二および第三の工程で生じた副生成物
43:導入口
44:排出口
45:再導入口
60:基板
412: Sensor 42: By-product removal chamber 421: By-product generated in the first step 422: By-product generated in the second and third steps 43: Inlet 44: Outlet 45: Reinlet 60: Substrate

601:第一の有機分子(OTS)
601L:第一の有機分子層(1層目)
61:反応室
611:基板ステージ
612:センサー
62:副生成物除去剤
621:第一の工程で生じた副生成物(塩酸)
63:導入口
601: First organic molecule (OTS)
601L: First organic molecular layer (first layer)
61: Reaction chamber 611: Substrate stage 612: Sensor 62: By-product removing agent 621: By-product (hydrochloric acid) generated in the first step
63: Introduction port

64:排出口
70:基板
701:第一の有機分子(APhS)
702:第二の有機分子(TPAld)
703:第三の有機分子(StDA)
701L:第一の有機分子層(1層目)
702L:第二の有機分子層(2層目)
703L:第三の有機分子層(3層目)
64: Discharge port 70: Substrate 701: First organic molecule (APhS)
702: Second organic molecule (TPAld)
703: Third organic molecule (StDA)
701L: First organic molecular layer (first layer)
702L: Second organic molecular layer (second layer)
703L: Third organic molecular layer (third layer)

71:反応室
711:基板ステージ
712:センサー
72:副生成物除去室(カラム)
721:第一の工程で生じた副生成物(メタノール)
722:第二および第三の工程で生じた副生成物(水)
73:導入口
74:排出口
75:再導入口
76:排出口
71: Reaction chamber 711: Substrate stage 712: Sensor 72: Byproduct removal chamber (column)
721: By-product (methanol) generated in the first step
722: By-product (water) generated in the second and third steps
73: Introduction port 74: Discharge port 75: Reintroduction port 76: Discharge port

Claims (18)

被製膜基板表面に、有機分子からなる単分子層を、化学結合を介して少なくとも1層積層し、有機薄膜を形成させるために少なくとも気密性反応室を備える半導体デバイス用有機薄膜の作製装置であって、
前記反応室は、
反応室に、前記有機分子を含有するガス状または溶液状の流体を導入する導入部と、
前記被製膜基板を保持するための基板ステージと、
反応室から前記流体を排出する排出部と、
を備え、
更に、少なくとも前記反応室内か、または前記反応室と連結され、かつ前記反応室とは別に設けられた副生成物除去室内に、化学結合を形成させる際に生じる副生成物を除去する手段を備えていることを特徴とする半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。
An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device comprising at least one monolayer composed of organic molecules on the surface of a substrate to be deposited via a chemical bond and having at least an airtight reaction chamber to form an organic thin film. There,
The reaction chamber is
An introduction part for introducing a gaseous or solution-like fluid containing the organic molecules into the reaction chamber;
A substrate stage for holding the deposition substrate;
A discharge part for discharging the fluid from the reaction chamber;
With
Furthermore, a means for removing a by-product generated when a chemical bond is formed is provided at least in the reaction chamber or in a by-product removal chamber connected to the reaction chamber and provided separately from the reaction chamber. An apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device.
前記装置が、
前記気密性反応室と、前記副生成物除去室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記副生成物除去室内に備えられている請求項1に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。
The device is
Comprising the gas tight reaction chamber and the byproduct removal chamber,
The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 1, wherein means for removing the by-product is provided in the by-product removal chamber.
前記装置が、
前記気密性反応室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記反応室内に備えられている請求項1に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。
The device is
Comprising the airtight reaction chamber,
The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 1, wherein means for removing the by-product is provided in the reaction chamber.
前記装置が、
前記気密性反応室と、前記副生成物除去室を備え、
前記副生成物を除去する手段が、前記反応室内と前記副生成物除去室内に備えられている請求項1に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。
The device is
Comprising the gas tight reaction chamber and the byproduct removal chamber,
The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 1, wherein means for removing the by-product is provided in the reaction chamber and the by-product removal chamber.
前記反応室内に有機薄膜の製膜状態を検知するためのセンサーを備える請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。   The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a sensor for detecting a film forming state of the organic thin film in the reaction chamber. 少なくとも、前記反応室、前記反応室に導入する流体、または前記基板ステージが、更に加熱手段を備える請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。   The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 1, wherein at least the reaction chamber, the fluid introduced into the reaction chamber, or the substrate stage further includes a heating unit. 前記副生成物を除去する手段が、充填したモレキュラーシーブまたはイオン交換樹脂による副生成物の吸着である請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製装置。   The apparatus for producing an organic thin film for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the means for removing the by-product is adsorption of a by-product by a packed molecular sieve or an ion exchange resin. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の装置を用い、
被製膜基板表面の結合部位と、一つ以上の結合部位を有する第一の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて第一の有機分子層を形成する第一の工程が、該第一の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含むことを特徴とする半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。
Using the device according to any one of claims 1 to 7,
A first step of forming a first organic molecule layer by forming a chemical bond between a binding site on the surface of the substrate to be deposited and a binding site of a first organic molecule having one or more binding sites; A method for producing an organic thin film for a semiconductor device, comprising a step of removing a by-product generated in the first step.
前記第一の有機分子が2以上の結合部位を有する場合に、前記第一の工程後、前記第一の有機分子層を形成する前記第一の有機分子が有する、前記被製膜基板と反対側の未反応結合部位と、一つ以上の結合部位を有する第二の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて、さらに第二の有機分子層を形成する第二の工程が、該第二の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含む請求項8に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   When the first organic molecule has two or more binding sites, the first organic molecule that forms the first organic molecular layer after the first step is opposite to the film formation substrate. A second step of forming a second organic molecule layer by forming a chemical bond between the unreacted binding site on the side and the binding site of the second organic molecule having one or more binding sites. The manufacturing method of the organic thin film for semiconductor devices of Claim 8 including the process of removing the byproduct produced in the case of this 2nd process. 前記第二の有機分子が2以上の結合部位を有する場合に、前記第二の工程後、前記第二の有機分子層を形成する前記第二の有機分子が有する、前記被製膜基板側と反対側の未反応結合部位と、さらに二つ以上の結合部位を有する前記第三の有機分子の結合部位との間に化学結合を形成させて、第三の有機分子層を積層する第三の工程が、該第三の工程の際に生じる副生成物を除去する工程を含む請求項9に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   When the second organic molecule has two or more binding sites, the second organic molecule forming the second organic molecule layer after the second step has the film-forming substrate side, A third organic layer is laminated by forming a chemical bond between the unreacted binding site on the opposite side and the binding site of the third organic molecule having two or more binding sites. The manufacturing method of the organic thin film for semiconductor devices of Claim 9 in which a process includes the process of removing the by-product produced in this 3rd process. 前記第三の工程後、前記第三の有機分子層を形成する前記第三の有機分子が有する、前記被製膜基板と反対側の未反応結合部位に、さらに第二の有機分子層と第三の有機分子層を形成する工程を少なくとも1回繰り返す請求項10に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   After the third step, the third organic molecule forming the third organic molecule layer has an unreacted binding site on the side opposite to the substrate to be deposited, and further the second organic molecule layer and the first organic molecule layer. The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 10, wherein the step of forming the third organic molecular layer is repeated at least once. 前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物が、水である請求項8〜11のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to any one of claims 8 to 11, wherein a by-product generated in any one of the first to third steps is water. 前記水が、シリカゲル、活性アルミナ、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム、モレキュラーシーブ、イオン交換樹脂、ゼオライトからなる群から選択される吸着剤により除去される請求項12に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 12, wherein the water is removed by an adsorbent selected from the group consisting of silica gel, activated alumina, calcium chloride, magnesium sulfate, molecular sieve, ion exchange resin, and zeolite. . 前記被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位が、カルボキシ基、ホスホン酸基およびシリル基またはそれらの塩化物のいずれかである請求項8〜13のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   The binding site on the surface of the film-forming substrate is a hydroxy group, and the binding site of the first organic molecule is any one of a carboxy group, a phosphonic acid group, a silyl group, or a chloride thereof. The manufacturing method of the organic thin film for semiconductor devices as described in any one of these. 前記第一〜第三の有機分子が、2以上の結合部位を有する場合に、同一有機分子の結合部位が互いに同一または異なって、ヒドロキシ基、アミノ基、ホルミル基またはカルボキシ基またはそれらの保護された誘導体である請求項8〜11のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   In the case where the first to third organic molecules have two or more binding sites, the binding sites of the same organic molecule are the same or different from each other, and the hydroxy group, amino group, formyl group, carboxy group or their protected groups are protected. The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 8, wherein the organic thin film is a derivative. 前記第一〜第三の工程のいずれかの工程の際に生じる副生成物が、塩酸である請求項8〜11のいずれか一つに記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to any one of claims 8 to 11, wherein a by-product generated in any one of the first to third steps is hydrochloric acid. 前記塩酸が、アルカリ溶液、粒状もしくは粉末状アルカリまたはイオン交換樹脂から選択される中和剤により除去される請求項16に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   The method for producing an organic thin film for a semiconductor device according to claim 16, wherein the hydrochloric acid is removed by a neutralizing agent selected from an alkali solution, granular or powdery alkali, or an ion exchange resin. 前記被製膜基板表面の結合部位がヒドロキシ基であり、前記第一の有機分子の結合部位がシリルクロライド基またはカルボン酸クロライド基である請求項8、14、16または17に記載の半導体デバイス用有機薄膜の作製方法。   18. The semiconductor device according to claim 8, wherein a bonding site on the surface of the film formation substrate is a hydroxy group, and a bonding site of the first organic molecule is a silyl chloride group or a carboxylic acid chloride group. A method for producing an organic thin film.
JP2008183779A 2008-07-15 2008-07-15 Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device Pending JP2010027663A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008183779A JP2010027663A (en) 2008-07-15 2008-07-15 Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008183779A JP2010027663A (en) 2008-07-15 2008-07-15 Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010027663A true JP2010027663A (en) 2010-02-04

Family

ID=41733243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008183779A Pending JP2010027663A (en) 2008-07-15 2008-07-15 Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010027663A (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002035527A (en) * 2000-07-26 2002-02-05 Japan Atom Energy Res Inst Gas separation apparatus
JP2003092411A (en) * 2001-07-26 2003-03-28 Lucent Technol Inc Organic semiconductor device, organic field effect transistor and its manufacturing method
JP2004103547A (en) * 2002-07-18 2004-04-02 Sharp Corp Organic electro-luminescent element, organic transistor, and manufacturing method of the same
JP2005021889A (en) * 2003-06-11 2005-01-27 Sharp Corp Molecular thin film, functional organic thin film, and manufacturing method therefor
JP2006131801A (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Japan Science & Technology Agency Conductive organic molecule and electronic device using the same, and methods of manufacturing conductive organic molecule and electronic device
JP2007266142A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method of manufacturing rubrene-based compound single crystal, method of manufacturing organic semiconductor element, and organic semiconductor element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002035527A (en) * 2000-07-26 2002-02-05 Japan Atom Energy Res Inst Gas separation apparatus
JP2003092411A (en) * 2001-07-26 2003-03-28 Lucent Technol Inc Organic semiconductor device, organic field effect transistor and its manufacturing method
JP2004103547A (en) * 2002-07-18 2004-04-02 Sharp Corp Organic electro-luminescent element, organic transistor, and manufacturing method of the same
JP2005021889A (en) * 2003-06-11 2005-01-27 Sharp Corp Molecular thin film, functional organic thin film, and manufacturing method therefor
JP2006131801A (en) * 2004-11-08 2006-05-25 Japan Science & Technology Agency Conductive organic molecule and electronic device using the same, and methods of manufacturing conductive organic molecule and electronic device
JP2007266142A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Central Res Inst Of Electric Power Ind Method of manufacturing rubrene-based compound single crystal, method of manufacturing organic semiconductor element, and organic semiconductor element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lv et al. Low-temperature atomic layer deposition of metal oxide layers for perovskite solar cells with high efficiency and stability under harsh environmental conditions
Liu et al. Fully printable mesoscopic perovskite solar cells with organic silane self-assembled monolayer
Souto et al. Electroactive organic building blocks for the chemical design of functional porous frameworks (MOFs and COFs) in electronics
JP4736324B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101814891B1 (en) Electronic device, organic electroluminescent element, organic thin-film solar cell, and dye-sensitized solar cell
JP6219314B2 (en) Triptycene derivative useful as a self-assembled film forming material, its production method, film using it, and its production method
JP5305476B2 (en) Method for producing silicon oxide thin film or silicon oxynitride compound thin film and thin film obtained by this method
JP6714412B2 (en) Two-dimensional perovskite forming material, laminate, device and transistor
US9017826B2 (en) Visible/near-infrared porphyrin-tape/C60 organic photodetectors
JP6272242B2 (en) Electronic device using organic thin film and electronic device containing the same
KR20150144784A (en) Charge-transporting thin film
WO2007125671A1 (en) Field effect transistor
JPWO2006019157A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4909745B2 (en) Organic thin film forming method and organic thin film forming apparatus
JP2010258205A (en) Manufacturing method of organic photoelectric conversion element, and the organic photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method
US10056554B2 (en) Functional interlayers of fullerene derivatives and applications in organic solar cells
JP5822117B2 (en) Photoelectric conversion element, method for producing fullerene compound, and fullerene compound
WO2019230534A1 (en) Solar battery and method of manufacturing same
JP2009158691A (en) Organic device and manufacturing method thereof
JP2012174805A (en) Organic transistor, display device, and method of manufacturing organic transistor
Imran et al. Catalytic oxidation of ibuprofen over bulk heterojunction photocatalysts based on conjugated donor-acceptor configured benzoselenadiazole molecule
JP2010027663A (en) Apparatus for manufacturing organic thin film for semiconductor device, and method for manufacturing organic thin film for semiconductor device using the device
JP2007173517A (en) Solar battery and manufacturing method thereof
Manna et al. Electrodeposited Lamellar Photoconductor Nanohybrids Driven by Peptide Self‐Assembly
KR20100110355A (en) Composition containing fullerene derivative and organic photoelectric converter using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121002

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130219