JP2014150132A - Method and device of manufacturing organic semiconductor device - Google Patents

Method and device of manufacturing organic semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2014150132A
JP2014150132A JP2013017226A JP2013017226A JP2014150132A JP 2014150132 A JP2014150132 A JP 2014150132A JP 2013017226 A JP2013017226 A JP 2013017226A JP 2013017226 A JP2013017226 A JP 2013017226A JP 2014150132 A JP2014150132 A JP 2014150132A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
organic
conductive material
substrate
organic semiconductor
semiconductor device
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
JP2013017226A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sato
浩 佐藤
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.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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 Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2013017226A priority Critical patent/JP2014150132A/en
Publication of JP2014150132A publication Critical patent/JP2014150132A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device of manufacturing an organic semiconductor device capable of patterning an organic conductive material with high accuracy.SOLUTION: A method of manufacturing an organic semiconductor device includes following steps of: forming a recessed structure having a hydrophilic surface (a reference surface) Sb having a hydrophilic property, and recessed parts H1 and H2 recessed from the reference surface and having a hydrophobic surface Sa; introducing a water-soluble organic conductive material M (S,D) into the recessed parts H1 and H2; and forming an organic semiconductor layer C electrically connected with the organic conductive material.

Description

本発明の態様は、有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置に関する。   Aspects of the present invention relate to an organic semiconductor device manufacturing method and an apparatus for manufacturing the same.

従来の有機半導体デバイスの製造技術は、例えば、特許文献1及び特許文献2に記載されている。これらの技術では、平面基板上において、特定の処理を行い、有機導電材料のパターニングを行っている。また、特許文献3に記載の技術では、有機材料との親和性を高めるため、凹部内を親水化処理する工程が用いられている。   Conventional manufacturing techniques of organic semiconductor devices are described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2. In these techniques, a specific process is performed on a flat substrate to pattern an organic conductive material. Moreover, in the technique described in Patent Document 3, a step of hydrophilizing the inside of the recess is used in order to increase the affinity with the organic material.

特開2012−64662号公報JP 2012-64662 A 特開2011−259001号公報JP2011-259001A 特開2005−64409号公報JP 2005-64409 A

一方、本願発明者らは、ハードマスクを用いた有機導電材料のパターニングについて研究を行ってきた。かかる研究によれば、半導体デバイスに用いる有機導電材料においては、その粘性が低いため、平面基板上の特定の領域内に、高精度に有機導電材料をパターニングすることができないことが判明した。例えば、フォトリソグラフィー技術を用いず、平面基板上に配置されたハードマスクの開口に、有機導電材料を塗布すると、開口部に留まらず、ハードマスクの下面と基板との間に、有機導電材料が潜り込んでしまう。この場合、開口内ばかりでなく、開口の外側の領域においても、有機導電材料が残留することになる。有機導電材料に対して、高精度のパターニングができなければ、高精度の半導体デバイス(トランジスタ、太陽電池、EL等)を形成することは困難である。   On the other hand, the inventors of the present application have studied the patterning of an organic conductive material using a hard mask. According to such research, it has been found that an organic conductive material used for a semiconductor device cannot be patterned with high accuracy in a specific region on a flat substrate because of its low viscosity. For example, when an organic conductive material is applied to an opening of a hard mask arranged on a planar substrate without using photolithography technology, the organic conductive material is not limited to the opening, and the organic conductive material is not between the lower surface of the hard mask and the substrate. I will sneak in. In this case, the organic conductive material remains not only in the opening but also in a region outside the opening. If high-precision patterning cannot be performed on an organic conductive material, it is difficult to form a high-precision semiconductor device (a transistor, a solar cell, an EL, or the like).

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、有機導電材料のパターニングを高精度に行うことが可能な有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and it aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of an organic-semiconductor device which can perform patterning of an organic conductive material with high precision.

上述の課題を解決するため、本願発明者らが鋭意検討を行った結果、有機半導体デバイスに用いる有機導電材料のパターニングにおいては、平面基板に凹部を設け、基板表面を親水性に、凹部内を疎水性とすることで、当該有機導電材料のパターニングを高精度に行うことができる旨を見出した。   In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present application have conducted intensive investigations. It has been found that patterning of the organic conductive material can be performed with high accuracy by making it hydrophobic.

すなわち、本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、親水性の基準面と前記基準面から凹み疎水性の表面を有する凹部とを有する凹構造を形成する工程と、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する工程と、前記有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。   That is, the method for manufacturing an organic semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a step of forming a concave structure having a hydrophilic reference surface and a concave portion that is recessed from the reference surface and has a hydrophobic surface; A step of introducing an organic conductive material, and a step of forming an organic semiconductor layer electrically connected to the organic conductive material.

この製造方法によれば、疎水性の凹部内に有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。   According to this manufacturing method, the organic conductive material can be patterned with high accuracy in the hydrophobic recess. Accordingly, carriers can be supplied from an accurate position to the organic semiconductor layer that is electrically connected to the organic conductive material, so that the operation accuracy of the organic semiconductor device can be improved.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記凹部内に位置する前記有機導電材料に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる工程を備えることを特徴とする。有機導電材料は、一度、熱風を吹き付けて仮乾燥させておくことで、移動時においてもパターニング形状を保持することができる。   The method for manufacturing an organic semiconductor device according to an aspect of the present invention includes a step of spraying hot air on the organic conductive material located in the recess to temporarily dry the organic conductive material. The organic conductive material can maintain the patterning shape even during movement by blowing hot air once and temporarily drying it.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記仮乾燥工程よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる工程を更に備えることを特徴とする。仮乾燥の後においては、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。   The method for manufacturing an organic semiconductor device according to an aspect of the present invention further includes a step of heating and drying the organic conductive material at a temperature higher than that of the temporary drying step. After the temporary drying, the organic conductive material can be solidified more strongly by heating with a drying apparatus for main drying.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造方法は、前記有機半導体層に、絶縁膜を貼り合わせる工程を更に備えることを特徴とする。かかる製造方法によれば、絶縁膜の製造条件に拘束されることなく、これを有機半導体層に貼り付けることができ、絶縁膜製造時の有機半導体層の劣化を抑制することができる。また、高温処理を含まないため、基板材料選択の幅を広げることができる。   The method for manufacturing an organic semiconductor device according to an aspect of the present invention further includes a step of attaching an insulating film to the organic semiconductor layer. According to such a manufacturing method, the insulating film can be attached to the organic semiconductor layer without being restricted by the manufacturing conditions of the insulating film, and deterioration of the organic semiconductor layer at the time of manufacturing the insulating film can be suppressed. Moreover, since high temperature processing is not included, the range of substrate material selection can be expanded.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバと、前記第1チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第2チャンバと、前記第2チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置と、を備えることを特徴とする。   An organic semiconductor device manufacturing apparatus according to an aspect of the present invention includes a first chamber for forming a hydrophilic reference surface on a substrate surface, the substrate processed in the first chamber being transported, and etching the substrate surface And a second chamber for forming a recess having a hydrophobic surface, and an organic conductive material introducing device for transporting the substrate processed in the second chamber and introducing a water-soluble organic conductive material into the recess. And.

この製造装置によれば、疎水性の凹部を形成し、凹部内に有機導電材料を導入することができるため、有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。有機半導体層は既存の装置を用いて製造することができる。   According to this manufacturing apparatus, a hydrophobic recess can be formed and an organic conductive material can be introduced into the recess, so that the organic conductive material can be patterned with high accuracy. Accordingly, carriers can be supplied from an accurate position to the organic semiconductor layer that is electrically connected to the organic conductive material, so that the operation accuracy of the organic semiconductor device can be improved. The organic semiconductor layer can be manufactured using an existing apparatus.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、前記有機導電材料導入装置において処理された前記基板に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる仮乾燥装置を更に備えることを特徴とする。仮乾燥装置を備えることで、基板の移動時においても有機導電材料のパターニング形状を保持することができる。   The apparatus for manufacturing an organic semiconductor device according to an aspect of the present invention further includes a temporary drying device that blows hot air on the substrate processed in the organic conductive material introducing device to temporarily dry the substrate. By providing the temporary drying device, the patterning shape of the organic conductive material can be maintained even when the substrate is moved.

本発明の態様に係る有機半導体デバイスの製造装置は、前記仮乾燥装置において処理された前記基板に、前記仮乾燥装置による加熱温度よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする。仮乾燥の後において、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。   The organic semiconductor device manufacturing apparatus according to an aspect of the present invention is a drying apparatus in which the organic conductive material is heated and dried on the substrate processed in the temporary drying apparatus at a temperature higher than a heating temperature by the temporary drying apparatus. The apparatus further includes an apparatus. After the temporary drying, the organic conductive material can be solidified more strongly by heating with a drying apparatus for main drying.

本発明に係る有機半導体デバイスの製造方法及びその製造装置によれば、有機導電材料のパターニングを高精度に行うことができる。   According to the method and apparatus for manufacturing an organic semiconductor device according to the present invention, the patterning of the organic conductive material can be performed with high accuracy.

有機半導体デバイスの製造装置を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing apparatus of an organic-semiconductor device. 有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of an organic-semiconductor device. 有機半導体デバイスにおけるゲート絶縁膜及びゲート電極の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the gate insulating film and gate electrode in an organic-semiconductor device. 単一の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the organic-semiconductor device provided with the single organic transistor. 複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the organic-semiconductor device provided with the some organic transistor. 有機半導体デバイスの製造方法に係る効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect which concerns on the manufacturing method of an organic-semiconductor device.

以下、実施の形態に係る有機半導体デバイス及びその製造方法について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, the organic semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment will be described. In addition, the same code | symbol shall be used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、有機半導体デバイスの製造装置を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing an organic semiconductor device manufacturing apparatus.

この有機半導体デバイスの製造装置100は、基板10を順次処理する第1チャンバ1、第2チャンバ2、有機導電材料導入装置3、仮乾燥装置4P、及び、乾燥装置4を備えている。処理が終了した基板10は、製造装置100から取り出され、次の処理が行われる装置に搬送される。以下、詳説する。   The organic semiconductor device manufacturing apparatus 100 includes a first chamber 1, a second chamber 2, an organic conductive material introduction apparatus 3, a temporary drying apparatus 4 </ b> P, and a drying apparatus 4 that sequentially process the substrate 10. The substrate 10 that has been processed is taken out of the manufacturing apparatus 100 and transferred to an apparatus that performs the next processing. The details will be described below.

まず、有機材料からなる基板10は、矢印C1で示される搬送装置によって、製造装置100の外部から、第1チャンバ1内に導入される。導入前の基板10は疎水性である。第1チャンバ1は、親水性表面形成装置であり、導入された基板10の表面の特性を親水性に変換する処理を行う。本例の第1チャンバ1は、紫外線と紫外線励起によるオゾンとを発生させるUVオゾン装置である。UVオゾン装置により、基板10には、酸素リッチな官能基を表面上に有する親水性処理層が形成される。UVオゾン装置は、紫外線光源を備えており、紫外線を基板に照射すると共に、紫外線がチャンバ内の酸素に作用して、オゾンを発生させ、このオゾンも紫外線と共に基板表面に作用する。   First, the substrate 10 made of an organic material is introduced into the first chamber 1 from the outside of the manufacturing apparatus 100 by the transfer device indicated by the arrow C1. The substrate 10 before introduction is hydrophobic. The first chamber 1 is a hydrophilic surface forming apparatus, and performs a process of converting the surface characteristics of the introduced substrate 10 into hydrophilicity. The first chamber 1 of this example is a UV ozone device that generates ultraviolet rays and ozone by ultraviolet excitation. A hydrophilic treatment layer having an oxygen-rich functional group on the surface is formed on the substrate 10 by the UV ozone apparatus. The UV ozone device includes an ultraviolet light source, and irradiates the substrate with ultraviolet rays, and the ultraviolet rays act on oxygen in the chamber to generate ozone. This ozone also acts on the substrate surface together with the ultraviolet rays.

なお、第1チャンバ1内の気密性を保持するため、基板10の導入口及び搬出口にはロードロックL11,L12がそれぞれ設けられている。   In order to maintain airtightness in the first chamber 1, load locks L11 and L12 are provided at the inlet and the outlet of the substrate 10, respectively.

また、親水性処理を行うことが可能な装置としては、UVオゾン装置のようにドライ処理を行う装置の他、湿式の処理装置も知られている。基板10として、有機基板を用いた場合、これを構成する樹脂材料がPET(ポリエチレンテレフタレート)からなる場合、湿式処理を行うには、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホ基等の官能基を含んだ親水性ポリマーを基板表面に接触させればよい。   Further, as a device capable of performing a hydrophilic treatment, a wet treatment device is known in addition to a device that performs a dry treatment such as a UV ozone device. When an organic substrate is used as the substrate 10 and the resin material constituting the substrate is made of PET (polyethylene terephthalate), a hydrophilic treatment including a functional group such as a hydroxy group, a carboxyl group, or a sulfo group is performed for wet processing. The conductive polymer may be brought into contact with the substrate surface.

親水性の処理が行われた基板10は、矢印C2で示される搬送装置によって、第2チャンバ2へと搬送される。第2チャンバ2は、親水性処理層を一部除去して、疎水性の表面を有する凹部を形成するためのエッチング装置である。なお、親水性処理層を選択的に残留させるため、基板表面はハードマスクによって被覆される。すなわち、第2チャンバ2への搬送途中において、基板10の表面上に、所望の開口パターンが形成されたハードマスク(図示せず)を固定する。ハードマスクは、Fe、Ni、Al、Cu又はCr等の金属からなるマスクであり、当該ハードマスクを、固定装置を用いて、基板10の表面上に固定する。固定装置としては、適当な粘着テープを用いることができるが、重ねられたハードマスクと基板10とを一緒に挟む把持装置であってもよい。   The substrate 10 that has been subjected to the hydrophilic treatment is transferred to the second chamber 2 by the transfer device indicated by the arrow C2. The second chamber 2 is an etching apparatus for removing a part of the hydrophilic treatment layer and forming a recess having a hydrophobic surface. In order to selectively leave the hydrophilic treatment layer, the substrate surface is covered with a hard mask. That is, during the transfer to the second chamber 2, a hard mask (not shown) in which a desired opening pattern is formed is fixed on the surface of the substrate 10. The hard mask is a mask made of a metal such as Fe, Ni, Al, Cu, or Cr, and the hard mask is fixed on the surface of the substrate 10 using a fixing device. As the fixing device, an appropriate adhesive tape can be used, but a holding device that holds the stacked hard mask and the substrate 10 together may be used.

本例の第2チャンバ2は、ドライエッチング装置(イオンミリング装置:Arスパッタ装置)であり、不活性なArイオンを基板表面に垂直に衝突させることで、親水性処理層を除去することができる。なお、Arイオンは、親水性処理層の除去後においても、基板表面上に照射を行う。したがって、基板表面上には、Arイオンの衝突(スパッタ)によって、凹部が形成される。この処理により、疎水性基板の基材が表出して、凹部内の表面は疎水性となる。なお、凹部の深さは、数十nm〜数百nmに設定することができる。   The second chamber 2 of this example is a dry etching apparatus (ion milling apparatus: Ar sputtering apparatus), and the hydrophilic treatment layer can be removed by causing inert Ar ions to collide perpendicularly with the substrate surface. . Ar ions are irradiated onto the substrate surface even after the hydrophilic treatment layer is removed. Therefore, a recess is formed on the substrate surface by collision (sputtering) of Ar ions. By this treatment, the base material of the hydrophobic substrate is exposed, and the surface in the recess becomes hydrophobic. In addition, the depth of a recessed part can be set to several dozen nm-several hundred nm.

なお、第2チャンバ2内の気密性を保持するため、基板10の導入口及び搬出口にはロードロックL21,L22がそれぞれ設けられている。なお、第2チャンバ2内においてArプラズマを発生させるため、チャンバ内部は、1気圧よりも低い圧力に設定される。   In order to maintain airtightness in the second chamber 2, load locks L21 and L22 are provided at the inlet and the outlet of the substrate 10, respectively. In order to generate Ar plasma in the second chamber 2, the inside of the chamber is set to a pressure lower than 1 atm.

第2チャンバ2による処理が終了すると、基板10は、矢印C3によって示される搬送装置によって、有機導電材料導入装置3に搬送される。なお、基板の搬送中において、ハードマスクは除去される。基板表面には凹部が形成されているため、この凹部内に、有機導電材料を導入する。本例の有機導電材料導入装置3は、バーコート法を用いた印刷装置である。基板表面上の適当な位置に、水溶性の有機導電材料を塗布した後、この基板表面上の有機導電材料を掃くように、バーを水平移動させ、凹部内に有機導電材料を導入する。この導入工程においては、親水性の領域上には、有機導電材料が残留せず、疎水性の凹部内には、有機導電材料が選択的に残留する。   When the processing by the second chamber 2 is completed, the substrate 10 is transferred to the organic conductive material introducing device 3 by the transfer device indicated by the arrow C3. Note that the hard mask is removed during the transfer of the substrate. Since a recess is formed on the substrate surface, an organic conductive material is introduced into the recess. The organic conductive material introducing device 3 in this example is a printing device using a bar coating method. After applying a water-soluble organic conductive material to an appropriate position on the substrate surface, the bar is moved horizontally so as to sweep the organic conductive material on the substrate surface, and the organic conductive material is introduced into the recess. In this introduction step, the organic conductive material does not remain on the hydrophilic region, and the organic conductive material selectively remains in the hydrophobic recess.

なお、本例の水溶性の有機導電材料(PEDOT/PSS)は、PEDOTとPSSの混合材料(混合比率=1:2.5(質量比)であるポリチオフェン系導電性ポリマーであり、水分散ポリチオフェン誘導体である。なお、PEDOTは、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))からなる導電性高分子であり、PSSは、ポリスチレンスルホン酸(poly(4-styrenesulfonate))からなる水溶性高分子である。PEDOT/PSSは、水溶液であるため、単純な塗布工程によって、導電性ポリマーの塗膜を形成することができ、例えば、ドイツのBAYER社から「BAYTRON」(登録商標)として市販されている。   The water-soluble organic conductive material (PEDOT / PSS) in this example is a polythiophene-based conductive polymer that is a mixed material of PEDOT and PSS (mixing ratio = 1: 2.5 (mass ratio), and is a water-dispersed polythiophene. PEDOT is a conductive polymer made of poly (3,4-ethylenedioxythiophene), and PSS is polystyrene sulfonic acid (poly (4- (4- (ethylenedioxythiophene))). Since PEDOT / PSS is an aqueous solution, a conductive polymer film can be formed by a simple coating process. For example, “BAYTRON” from BAYER, Germany. ”(Registered trademark).

有機導電材料導入装置3には、仮乾燥装置4Pが取り付けられている。仮乾燥装置4Pは、有機導電材料導入装置3において処理された基板10に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる。仮乾燥装置4Pを備えることで、基板10の移動時においても有機導電材料のパターニング形状を保持することができる。仮乾燥装置4Pは、ヒータで加熱した空気を、送風機で基板表面まで送る機能を有する。仮乾燥工程における基板温度は、50℃〜100℃に設定され、加熱時間は数秒〜数分に設定される。なお、本例の仮加熱温度は80℃、加熱時間は1分とする。   A temporary drying device 4 </ b> P is attached to the organic conductive material introducing device 3. The temporary drying device 4P sprays hot air on the substrate 10 processed in the organic conductive material introducing device 3 to temporarily dry it. By providing the temporary drying device 4P, the patterning shape of the organic conductive material can be maintained even when the substrate 10 is moved. The temporary drying device 4P has a function of sending air heated by a heater to the substrate surface using a blower. The substrate temperature in the temporary drying step is set to 50 ° C. to 100 ° C., and the heating time is set to several seconds to several minutes. In this example, the temporary heating temperature is 80 ° C. and the heating time is 1 minute.

仮乾燥の処理が行われた後、基板10は、矢印C4で示される搬送装置によって、乾燥装置4に搬送される。乾燥装置4は、仮乾燥装置4Pにおいて処理された基板10に、仮乾燥装置4Pによる加熱温度よりも高い温度で、有機導電材料を加熱し、これを乾燥させる。本例の乾燥装置4は、ランプ加熱装置(赤外線加熱装置)であり、乾燥工程における基板温度は、100℃〜150℃に設定され、加熱時間は数分から数時間に設定される。仮乾燥の後において、本乾燥用の乾燥装置4によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。なお、本例の加熱温度は150℃、加熱時間は3分とする。   After the temporary drying process, the substrate 10 is transferred to the drying device 4 by the transfer device indicated by the arrow C4. The drying device 4 heats the organic conductive material to the substrate 10 processed in the temporary drying device 4P at a temperature higher than the heating temperature by the temporary drying device 4P, and dries it. The drying device 4 of this example is a lamp heating device (infrared heating device), the substrate temperature in the drying process is set to 100 ° C. to 150 ° C., and the heating time is set to several minutes to several hours. After the temporary drying, the organic conductive material can be solidified more firmly by heating with the drying device 4 for main drying. In this example, the heating temperature is 150 ° C. and the heating time is 3 minutes.

乾燥が終了した基板10は、矢印C5で示される搬送装置によって、製造装置100の外部に搬送される。製造装置100の外部には、親水性処理層の除去装置と、既存の有機半導体層の成膜装置が配置されている。親水性処理層の除去装置(Arスパッタ装置)は、基板10の親水性処理層を除去する。また、成膜装置は、基板10に形成した有機導電材料層の一部を覆うように有機半導体層を形成する。本例の有機半導体層としては、ペンタセンを用いる。ペンタセンは、真空蒸着法を用いて成膜することができる。本例においては、真空蒸着時の圧力は1×10−4Pa、堆積時間は15分に設定される。これにより、有機導電材料上に有機半導体層が形成され、これらが電気的に接続される。有機半導体層の形成時においては、適当なハードマスクを基板表面上に配置し、蒸着時に有機半導体層のパターニングを行う。このハードマスクとしては、PETなどを用いることができる。親水化処理層の除去により、基板10の表面を疎水性に戻すことが容易にできるため、有機半導体層との親和性が良く、層間の密着性を高くすることができる。 The dried substrate 10 is transferred to the outside of the manufacturing apparatus 100 by the transfer device indicated by the arrow C5. Outside the manufacturing apparatus 100, a hydrophilic processing layer removing apparatus and an existing organic semiconductor layer film forming apparatus are arranged. The hydrophilic treatment layer removing device (Ar sputtering device) removes the hydrophilic treatment layer of the substrate 10. Further, the film forming apparatus forms the organic semiconductor layer so as to cover a part of the organic conductive material layer formed on the substrate 10. Pentacene is used as the organic semiconductor layer in this example. Pentacene can be deposited using a vacuum evaporation method. In this example, the pressure during vacuum deposition is set to 1 × 10 −4 Pa and the deposition time is set to 15 minutes. Thereby, an organic semiconductor layer is formed on the organic conductive material, and these are electrically connected. At the time of forming the organic semiconductor layer, an appropriate hard mask is disposed on the substrate surface, and the organic semiconductor layer is patterned at the time of vapor deposition. As this hard mask, PET or the like can be used. Since the surface of the substrate 10 can be easily returned to hydrophobicity by removing the hydrophilic treatment layer, the affinity with the organic semiconductor layer is good and the adhesion between the layers can be increased.

有機導電材料をソース領域(電極)及びドレイン領域(電極)とする有機トランジスタの製造においては、当該有機半導体層上に、ゲート絶縁膜とゲート電極を積層させる。本例では、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成した結合体を製造した後、ゲート絶縁膜を有機半導体層の表面に貼り合わせる。ゲート絶縁膜としては、セルロース膜の表面に、アクリル酸エステル(接着剤)(誘電率:2.7〜4.5)を塗布したものを用いることができる。本例のセルロース膜は、ゲート電極の形成前に、当初50μmあったセルロース膜(誘電率:3.2〜7.0)に、温度100℃においてプレス処理(圧力=5kN/cm)を行い、その厚みを減少させている。 In manufacturing an organic transistor using an organic conductive material as a source region (electrode) and a drain region (electrode), a gate insulating film and a gate electrode are stacked on the organic semiconductor layer. In this example, after a combined body in which a gate electrode is formed on a gate insulating film is manufactured, the gate insulating film is bonded to the surface of the organic semiconductor layer. As a gate insulating film, what coated acrylic acid ester (adhesive) (dielectric constant: 2.7-4.5) on the surface of a cellulose film can be used. The cellulose film of this example was subjected to a press treatment (pressure = 5 kN / cm 2 ) at a temperature of 100 ° C. on a cellulose film (dielectric constant: 3.2 to 7.0) that was initially 50 μm before forming the gate electrode. , Reducing its thickness.

なお、ゲート電極の材料は、ソース領域(電極)及びドレイン領域(電極)を形成した有機導電材料と同一であり、PEDOT/PSSからなる。ゲート電極の形成は、バーコート法を用いる。すなわち、ゲート絶縁膜上にハードマスクを固定した後、ゲート絶縁膜上に有機導電材料を塗布し、有機導電材料を掃くようにバーを移動させる。これにより、ハードマスクの開口内に有機導電材料が残留し、ゲート電極が形成される。有機導電材料の塗布後、上記と同一の仮乾燥(80℃)及び本乾燥(150℃)を順次行う。   The material of the gate electrode is the same as the organic conductive material in which the source region (electrode) and the drain region (electrode) are formed, and is made of PEDOT / PSS. The bar electrode method is used to form the gate electrode. That is, after fixing a hard mask on the gate insulating film, an organic conductive material is applied on the gate insulating film, and the bar is moved so as to sweep the organic conductive material. As a result, the organic conductive material remains in the opening of the hard mask and a gate electrode is formed. After application of the organic conductive material, the same temporary drying (80 ° C.) and main drying (150 ° C.) as described above are sequentially performed.

以上、説明したように、上述の製造装置100は、親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバ1と、第1チャンバ1において処理された基板10が搬送され、基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第2チャンバ2と、第2チャンバ2において処理された基板10が搬送され、凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置3とを備えている。   As described above, in the manufacturing apparatus 100 described above, the first chamber 1 that forms a hydrophilic reference surface on the substrate surface and the substrate 10 processed in the first chamber 1 are transported to etch the substrate surface. Then, the second chamber 2 that forms a recess having a hydrophobic surface, and the organic conductive material introduction apparatus that transports the substrate 10 processed in the second chamber 2 and introduces a water-soluble organic conductive material into the recess. 3 is provided.

この製造装置100によれば、疎水性の凹部を形成し、凹部内に有機導電材料を導入することができるため、有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。有機半導体層は既存の装置を用いて製造することができる。また、この構成によれば、フォトリソグラフィー装置などの高価な装置を用いなくても、有機導電材料を用いた高精度な有機半導体デバイスを、安価に製造することができる。   According to this manufacturing apparatus 100, a hydrophobic recess can be formed and an organic conductive material can be introduced into the recess, so that the organic conductive material can be patterned with high accuracy. Accordingly, carriers can be supplied from an accurate position to the organic semiconductor layer that is electrically connected to the organic conductive material, so that the operation accuracy of the organic semiconductor device can be improved. The organic semiconductor layer can be manufactured using an existing apparatus. Further, according to this configuration, a high-precision organic semiconductor device using an organic conductive material can be manufactured at low cost without using an expensive apparatus such as a photolithography apparatus.

次に、有機半導体デバイスの製造方法について、更に説明する。   Next, the manufacturing method of an organic semiconductor device is further demonstrated.

図2は、有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing an organic semiconductor device.

まず、上述の基板10として、有機基板S1を用意する(図2(A))。基板S1の表面は疎水性表面Saである。次に、基板S1に、上記親水性の処理を行い、基板表面上に親水性処理層S2を形成する(図2(B))。親水性処理層S2の表面は、親水性表面Sbである。しかる後、ハードマスクを基板表面上に固定し、続いて、基板をエッチングして、離間した凹部H1,H2を形成する(図2(C))これにより、基準面となる基板表面は親水性表面Sbである一方で、凹部H1,H2の内面は疎水性表面Saとなる。なお、同図では、ハードマスクの記載を省略している。   First, an organic substrate S1 is prepared as the substrate 10 (FIG. 2A). The surface of the substrate S1 is a hydrophobic surface Sa. Next, the hydrophilic treatment is performed on the substrate S1 to form the hydrophilic treatment layer S2 on the substrate surface (FIG. 2B). The surface of the hydrophilic treatment layer S2 is a hydrophilic surface Sb. After that, the hard mask is fixed on the substrate surface, and then the substrate is etched to form the separated recesses H1 and H2 (FIG. 2C). While being the surface Sb, the inner surfaces of the recesses H1 and H2 become the hydrophobic surface Sa. In the figure, the hard mask is not shown.

次に、ハードマスクを除去して、上述のように、有機導電材料Mを基板表面上に塗布し、有機導電材料Mを、バーB1を用いて、矢印A1のように掃くと(図2(D))、凹部H1,H2内に有機導電材料Mが選択的に残留し、ソース領域(電極)S及びドレイン領域(電極)Dが形成される(図2(E))。なお、バーB1の移動方向は、矢印A1の方向に限られず、これに垂直な方向(紙面に垂直な方向)等であってもよい。   Next, the hard mask is removed, and the organic conductive material M is applied onto the substrate surface as described above, and the organic conductive material M is swept as indicated by an arrow A1 using the bar B1 (FIG. 2 ( D)), the organic conductive material M selectively remains in the recesses H1 and H2, and the source region (electrode) S and the drain region (electrode) D are formed (FIG. 2E). Note that the moving direction of the bar B1 is not limited to the direction of the arrow A1, and may be a direction perpendicular to the direction (a direction perpendicular to the paper surface).

次に、上述のように、凹部内に位置する有機導電材料M(S,D)に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる。有機導電材料は、一度、熱風を吹き付けて仮乾燥させておくことで、基板の移動時においてもパターニング形状を保持することができる。しかる後、この仮乾燥工程よりも高い温度で、有機導電材料(S,D)を加熱して乾燥させる。仮乾燥の後においては、本乾燥用の乾燥装置によって、加熱を行うことで、より強固に有機導電材料を固化させることができる。   Next, as described above, hot air is blown onto the organic conductive material M (S, D) located in the recess to temporarily dry it. The organic conductive material is temporarily dried by blowing hot air once, so that the patterning shape can be maintained even when the substrate is moved. Thereafter, the organic conductive material (S, D) is heated and dried at a temperature higher than that of the temporary drying step. After the temporary drying, the organic conductive material can be solidified more strongly by heating with a drying apparatus for main drying.

更に、上述のように、Arスパッタ法等により、親水性処理層S2を除去し、疎水性表面Saを露出させる(図2(F))。次に、露出した基板表面上に、蒸着法により有機半導体層Cを形成する(図2(G))。露出した疎水性表面に有機半導体層を形成することにより、層間の密着性を高めることができる。更に、別途、形成しておいたゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEの結合体を、基板表面上に貼り付け、有機半導体層Cをゲート絶縁膜GIによって被覆し、有機トランジスタが完成する(図2(H))。この製造方法では、有機半導体層Cに、ゲート絶縁膜GIを貼り合わせる工程を更に備えている。かかる製造方法によれば、(ゲート)絶縁膜GIの製造条件に拘束されることなく、これを有機半導体層Cに貼り付けることができ、ゲート絶縁膜製造時の有機半導体層Cの劣化を抑制することができる。また、絶縁膜の成膜工程等による高温処理を含まないため、高温に弱い有機材料でも基板として利用でき、基板材料選択の幅を広げることができる。   Further, as described above, the hydrophilic treatment layer S2 is removed by Ar sputtering or the like to expose the hydrophobic surface Sa (FIG. 2F). Next, an organic semiconductor layer C is formed on the exposed substrate surface by a vapor deposition method (FIG. 2G). By forming the organic semiconductor layer on the exposed hydrophobic surface, the adhesion between the layers can be enhanced. Further, a separately formed combined body of the gate insulating film GI and the gate electrode GE is attached onto the substrate surface, and the organic semiconductor layer C is covered with the gate insulating film GI to complete the organic transistor (FIG. 2). (H)). This manufacturing method further includes a step of bonding the gate insulating film GI to the organic semiconductor layer C. According to this manufacturing method, the (gate) insulating film GI can be attached to the organic semiconductor layer C without being restricted by the manufacturing conditions of the (gate) insulating film GI, and the deterioration of the organic semiconductor layer C at the time of manufacturing the gate insulating film is suppressed. can do. In addition, since it does not include a high temperature treatment such as a process for forming an insulating film, an organic material that is weak at high temperatures can be used as a substrate, and the range of substrate material selection can be expanded.

図3は、有機半導体デバイスにおけるゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEからなる結合体の製造方法を説明するための図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a combined body including the gate insulating film GI and the gate electrode GE in the organic semiconductor device.

上述のように、結合体の製造においては、まず、比較的厚い初期のゲート絶縁膜GIを用意する(図3(A))。次に、これにプレス処理を行い、その厚みを減少させて、ゲート絶縁膜GIを形成する(図3(B))。しかる後、ゲート絶縁膜GI上に、ゲート電極GEをパターニングして形成し、上記結合体が完成する(図3(C))。ゲート絶縁膜GIの裏面(ゲート電極とは反対側)には、接着剤が塗布されており、これを有機半導体層に貼り合わせることで、有機半導体デバイスとしての有機トランジスタが完成する。なお、有機半導体デバイスとしては、太陽電池やELなども知られている。 As described above, in manufacturing the combined body, first, a relatively thick initial gate insulating film GI 0 is prepared (FIG. 3A). Next, this is subjected to a press process to reduce the thickness thereof, thereby forming a gate insulating film GI (FIG. 3B). Thereafter, the gate electrode GE is formed by patterning on the gate insulating film GI, thereby completing the combined body (FIG. 3C). An adhesive is applied to the back surface (the side opposite to the gate electrode) of the gate insulating film GI, and an organic transistor as an organic semiconductor device is completed by bonding the adhesive to the organic semiconductor layer. In addition, a solar cell, EL, etc. are also known as an organic semiconductor device.

図4は、単一の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。同図では、有機トランジスタ製造時の平面図が示されている。   FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing an organic semiconductor device including a single organic transistor. In the figure, a plan view at the time of manufacturing an organic transistor is shown.

図2(A)〜(E)の工程によって、有機基板S1上において、疎水性表面を有する凹部H1,H2を形成した後、凹部H1,H2内に有機導電材料を導入し、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成する(図4(A))。しかる後、親水性処理層を除去する。なお、同図における一点鎖線Fを通る断面は、図2(F)の状態に対応し、製法も図2(F)の通りである。凹部H1,H2の形状として、電極から出力が容易に取り出せるように、ソース領域S及びドレイン領域Dの形状は、L字型となっている。   After forming the recesses H1 and H2 having a hydrophobic surface on the organic substrate S1 by the steps of FIGS. 2A to 2E, an organic conductive material is introduced into the recesses H1 and H2, and the source regions S and A drain region D is formed (FIG. 4A). Thereafter, the hydrophilic treatment layer is removed. In addition, the cross section which passes along the dashed-dotted line F in the same figure respond | corresponds to the state of FIG.2 (F), and a manufacturing method is also as FIG.2 (F). As the shapes of the recesses H1 and H2, the shapes of the source region S and the drain region D are L-shaped so that the output can be easily taken out from the electrodes.

次に、図4(B)に示すように、ソース領域S及びドレイン領域Dを跨ぐように、有機半導体層Cを形成する。なお、同図における一点鎖線Gを通る断面は、図2(G)の状態に対応し、製法も図2(G)の通りである。   Next, as illustrated in FIG. 4B, the organic semiconductor layer C is formed so as to straddle the source region S and the drain region D. In addition, the cross section which passes along the dashed-dotted line G in the same figure respond | corresponds to the state of FIG.2 (G), and a manufacturing method is also as FIG.2 (G).

最後に、図4(C)に示すように、有機半導体層Cを覆うように、ゲート絶縁膜GI及びゲート電極GEの結合体を積層する。なお、同図における一点鎖線Hを通る断面は、図2(H)の状態に対応し、製法も図2(H)の通りであるが、本例では、ゲート電極GEの長さを、図2(H)に示したものよりも長く設定しているため、断面構成は若干異なる。   Finally, as shown in FIG. 4C, a combined body of the gate insulating film GI and the gate electrode GE is stacked so as to cover the organic semiconductor layer C. The cross section passing through the alternate long and short dash line H in FIG. 2 corresponds to the state of FIG. 2H, and the manufacturing method is also as shown in FIG. 2H, but in this example, the length of the gate electrode GE is shown in FIG. Since it is set longer than that shown in 2 (H), the cross-sectional configuration is slightly different.

図5は、複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスの製造方法を説明するための図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing an organic semiconductor device including a plurality of organic transistors.

図2(A)〜(C)の工程によって、有機基板S1上において、疎水性表面を有する複数組の凹部H1,H2を形成した後、図5(A)に示すように、凹部H1,H2内に有機導電材料を導入し、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成する。有機導電材料の導入工程においては、有機基板S1の表面に形成した親水性処理層S2の表面上に、有機導電材料Mを塗布し、有機導電材料Mを、バーB1を用いて、矢印A1の方向に掃引する。この工程は、図2(D)に対応するが、同図とはバーB1の移動方向のみが異なる。しかる後、図2(E)〜(H)の工程を順次実行することで、複数の有機トランジスタを備えた有機半導体デバイスが完成する(図5(B))。なお、本例では、ゲート電極を共通とする複数の有機トランジスタを同一基板上に形成しているので、有機半導体層Cの形成時においては、有機半導体層Cは、複数組のソース領域S及びドレイン領域D間の領域(ゲート長を与えるチャネル領域)を被覆している。また、ゲート絶縁膜GIは、複数の当該チャネル領域を被覆し、同様に、ゲート電極GEも複数の当該チャネル領域を被覆している。   After forming a plurality of sets of concave portions H1 and H2 having a hydrophobic surface on the organic substrate S1 by the steps of FIGS. 2A to 2C, as shown in FIG. 5A, the concave portions H1 and H2 are formed. An organic conductive material is introduced therein to form a source region S and a drain region D. In the step of introducing the organic conductive material, the organic conductive material M is applied on the surface of the hydrophilic treatment layer S2 formed on the surface of the organic substrate S1, and the organic conductive material M is indicated by the arrow A1 using the bar B1. Sweep in the direction. This step corresponds to FIG. 2D, but is different from FIG. 2 only in the moving direction of the bar B1. Thereafter, the steps of FIGS. 2E to 2H are sequentially executed to complete an organic semiconductor device including a plurality of organic transistors (FIG. 5B). In this example, since a plurality of organic transistors having a common gate electrode are formed on the same substrate, when the organic semiconductor layer C is formed, the organic semiconductor layer C includes a plurality of sets of source regions S and A region between the drain regions D (a channel region giving a gate length) is covered. The gate insulating film GI covers a plurality of the channel regions, and similarly, the gate electrode GE also covers the plurality of the channel regions.

次に、上述の例により、凹部H1,H2に有機導電材料を導入した後の状態について、図5(A)の観察領域Rを用いて説明する。   Next, the state after introducing the organic conductive material into the recesses H1 and H2 will be described with reference to the observation region R in FIG.

図6は、有機半導体デバイスの製造方法に係る効果を説明するための図である。図2における工程(F)までを実行し、パターニングの特性を検査した。有機基板S1としてPETを用い(図2(A))、親水性処理はUVオゾン処理を用い(図2(B))、ハードマスクとしてNiメタルマスクを用い、凹部形成のためのドライエッチングとしてArスパッタ(スパッタ条件:平行平板電極を用いたACプラズマ装置、ガス圧20Pa、放電電流20mA、15min.)を用い(図2(C))、有機導電材料Mとして上記のPEDOT/PSSを用い、親水性処理層除去のためのドライエッチングとしてArスパッタ(スパッタ条件:平行平板電極を用いたACプラズマ装置、ガス圧20Pa、放電電流20mA、30sec.)を用いた。   FIG. 6 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing the organic semiconductor device. Steps up to step (F) in FIG. 2 were performed, and the patterning characteristics were inspected. PET is used as the organic substrate S1 (FIG. 2A), UV ozone treatment is used as the hydrophilic treatment (FIG. 2B), an Ni metal mask is used as a hard mask, and Ar is used as dry etching for forming a recess. Sputtering (sputtering conditions: AC plasma apparatus using parallel plate electrodes, gas pressure 20 Pa, discharge current 20 mA, 15 min.) (FIG. 2C), using the above PEDOT / PSS as the organic conductive material M, hydrophilic Ar sputtering (sputtering conditions: AC plasma apparatus using parallel plate electrodes, gas pressure 20 Pa, discharge current 20 mA, 30 sec.) Was used as dry etching for removing the property treatment layer.

比較例1(図6(A1),(A2))においては、有機基板S1上に、ハードマスクを配置し、何らの処理を行うことなく、有機導電材料をバーコート法により塗布し、ソース領域S及びドレイン領域Dをパターニングした例である。比較例1では、有機基板S1上に、ゲート長Lgだけ離間して、ソース領域S及びドレイン領域Dが形成されるように、ハードマスクが設計されている(図6(A2))。図6(A2)では、ソース領域S及びドレイン領域Dは、設計時の形状を示しており、実際には、図6(A2)の形状とはならず、これらの有機導電材料は、所望の領域にはパターニングされない。すなわち、図6(A1)の所望した点線領域(ソース領域S、ドレイン領域D)内に収まるようにはパターニングされず、斜線部で示されるように、有機導電材料は広く分散してしまった。   In Comparative Example 1 (FIGS. 6A1 and 6A2), a hard mask is disposed on the organic substrate S1, and an organic conductive material is applied by a bar coat method without any treatment, so that a source region is formed. This is an example in which S and the drain region D are patterned. In the first comparative example, the hard mask is designed so that the source region S and the drain region D are formed on the organic substrate S1 by being separated by the gate length Lg (FIG. 6 (A2)). In FIG. 6 (A2), the source region S and the drain region D show shapes at the time of design. Actually, the shape does not become the shape of FIG. 6 (A2). The region is not patterned. That is, the organic conductive material was widely dispersed as shown by the hatched portion, without being patterned so as to be within the desired dotted region (source region S, drain region D) in FIG.

比較例2(図6(B1),(B2))においては、有機基板S1の表面上の所望領域に粗面加工(具体的には、上述のArスパッタ法を用いる。ガス圧20Pa、放電電流20mA、3min.)を施した上で、ハードマスクを配置し、その他には、何らの処理を行うことなく、有機導電材料をバーコート法により塗布し、ソース領域S及びドレイン領域Dをパターニングした例である。比較例2においても、有機基板S1上に、ゲート長Lgだけ離間して、ソース領域S及びドレイン領域Dが形成されるように、ハードマスクが設計されている(図6(B2))。図6(B2)では、ソース領域S及びドレイン領域Dは、設計時の形状を示しており、実際には、図6(B2)の形状とはならず、これらの有機導電材料は、所望の領域からは若干食み出すようにパターニングされてしまう。すなわち、図6(B1)の所望した点線領域(ソース領域S、ドレイン領域D)内に収まるようにはパターニングされず、斜線部で示されるように、有機導電材料は分散してしまった。   In Comparative Example 2 (FIGS. 6 (B1) and (B2)), a rough surface processing (specifically, the above-described Ar sputtering method is used for a desired region on the surface of the organic substrate S1, gas pressure 20 Pa, discharge current. 20 mA, 3 min.), A hard mask was placed, and otherwise, no organic treatment was applied to the organic conductive material by a bar coating method, and the source region S and the drain region D were patterned. It is an example. Also in Comparative Example 2, the hard mask is designed so that the source region S and the drain region D are formed on the organic substrate S1 with a separation by the gate length Lg (FIG. 6 (B2)). In FIG. 6 (B2), the source region S and the drain region D show the shapes at the time of design. Actually, the shape does not become the shape of FIG. 6 (B2), and these organic conductive materials have a desired shape. Patterning is performed so as to protrude slightly from the region. That is, the organic conductive material was dispersed as shown by the hatched portion without being patterned to fit within the desired dotted region (source region S, drain region D) in FIG. 6 (B1).

図5に示した実施例(図6(C1),(C2))においては、有機基板S1上に、ゲート長Lgだけ離間して、ソース領域S及びドレイン領域Dが形成されるように、疎水性内面を有する凹部の形状が設計されており(図6(C2))、したがって、図6(C1)の斜線部で示されるように、点線領域(ソース領域S、ドレイン領域D)内に有機導電材料は収まるようにパターニングされた。   In the embodiment shown in FIG. 5 (FIGS. 6 (C1) and 6 (C2)), the source region S and the drain region D are formed on the organic substrate S1 so as to be separated from each other by the gate length Lg. The shape of the concave portion having a conductive inner surface is designed (FIG. 6 (C2)). Therefore, as indicated by the hatched portion in FIG. 6 (C1), the organic matter is formed in the dotted line region (source region S, drain region D). The conductive material was patterned to fit.

以上、説明したように、上述の有機半導体デバイスの製造方法は、親水性表面(基準面)Sbと基準面から凹み疎水性の表面Saを有する凹部H1,H2とを有する凹構造を形成する工程(図2(A)〜(C))と、凹部H1,H2内に水溶性の有機導電材料Mを導入する工程(図2(D)〜(F))と、有機導電材料M(S,D)に電気的に接続される有機半導体層Cを形成する工程(図2(G)とを備えている。   As described above, the organic semiconductor device manufacturing method described above includes a step of forming a concave structure having a hydrophilic surface (reference surface) Sb and concave portions H1 and H2 that are recessed from the reference surface and have a hydrophobic surface Sa. (FIGS. 2A to 2C), a step of introducing a water-soluble organic conductive material M into the recesses H1 and H2 (FIGS. 2D to 2F), and an organic conductive material M (S, D) and a step (FIG. 2G) of forming an organic semiconductor layer C that is electrically connected.

上述の製造方法によれば、疎水性の凹部H1,H2内に有機導電材料を高精度にパターニングすることができる。したがって、有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層に、正確な位置からキャリアを供給することができるため、有機半導体デバイスの動作精度を向上させることができる。   According to the manufacturing method described above, the organic conductive material can be patterned with high accuracy in the hydrophobic recesses H1 and H2. Accordingly, carriers can be supplied from an accurate position to the organic semiconductor layer that is electrically connected to the organic conductive material, so that the operation accuracy of the organic semiconductor device can be improved.

なお、上述の例では、有機導電材料としてPEDOT/PSSを用いたが、その粘度は、1〜100mPa・secである。上述の製造方法及び製造装置は、かかる低粘度の有機導電材料のパターニングに、特に有効である。   In the above example, PEDOT / PSS is used as the organic conductive material, but the viscosity is 1 to 100 mPa · sec. The above-described manufacturing method and manufacturing apparatus are particularly effective for patterning such low-viscosity organic conductive materials.

また、有機基板の材料として、PETの代わりに、COP(シクロオレフィンポリマー)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PI(ポリイミド)等を用いることができる。   Further, as a material for the organic substrate, COP (cycloolefin polymer) resin, PEN (polyethylene naphthalate), PI (polyimide), or the like can be used instead of PET.

また、有機導電材料として、PEDOT/PSSの代わりに、オリゴチオフェン、ポリピロール等を用いることができる。   As the organic conductive material, oligothiophene, polypyrrole, or the like can be used instead of PEDOT / PSS.

また、有機半導体層の材料として、ペンタセンの代わりに、ジナフトチエノチオフェン(DNTT)、ポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)等を用いることができる。   As a material for the organic semiconductor layer, dinaphthothienothiophene (DNTT), poly-3-hexylthiophene (P3HT), or the like can be used instead of pentacene.

また、絶縁層として、セルロースの代わりに、別の有機絶縁膜を用いてもよい。例えば、ゲート絶縁膜として用いられる有機絶縁膜として、有機溶剤(propylene glycol monomethyl ether acetate:PGMEA)中に、ポリマー材料(ポリビニルフェノール:PVP)と架橋剤(メラミン樹脂等)混合させたものを用いてもよい。   Further, as the insulating layer, another organic insulating film may be used instead of cellulose. For example, as an organic insulating film used as a gate insulating film, a mixture of a polymer material (polyvinylphenol: PVP) and a crosslinking agent (melamine resin, etc.) in an organic solvent (propylene glycol monomethyl ether acetate: PGMEA) is used. Also good.

PVP(ポリ(4-ビニルフェノール)(Poly(4-vinylphenol))(誘電率:3.0〜4.0))の他に、アクリル樹脂、シアノエチルプルラン等を用いることができる。   In addition to PVP (Poly (4-vinylphenol) (dielectric constant: 3.0 to 4.0)), an acrylic resin, cyanoethyl pullulan, or the like can be used.

また、有機溶剤として、PGMEA(プロピレングリコール1-モノメチルエーテル2-アセタート(Propylene glycol monomethyl ether2-acetate)の他に、エタノール(EtOH)、メタノール(MtOH)等を用いることができる。   In addition to PGMEA (Propylene glycol monomethyl ether 2-acetate), ethanol (EtOH), methanol (MtOH), or the like can be used as the organic solvent.

また、架橋剤に用いられるメラミン樹脂として、poly(melamine-co-formaldehyde)methylate)等を用いることができる。   Moreover, poly (melamine-co-formaldehyde) methylate) etc. can be used as a melamine resin used for a crosslinking agent.

1…第1チャンバ(親水性表面形成装置)、2…第2チャンバ(エッチング装置)、3…有機導電材料導入装置、4…乾燥装置、4P…仮乾燥装置、10…基板、S1…有機基板、S2…親水性処理層、H1,H2…凹部、S…ソース領域、D…ドレイン領域、C…有機半導体層(チャネル層)、GI…ゲート絶縁膜、GE…ゲート電極。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st chamber (hydrophilic surface formation apparatus), 2 ... 2nd chamber (etching apparatus), 3 ... Organic conductive material introduction apparatus, 4 ... Drying apparatus, 4P ... Temporary drying apparatus, 10 ... Substrate, S1 ... Organic substrate , S2 ... hydrophilic treatment layer, H1, H2 ... recess, S ... source region, D ... drain region, C ... organic semiconductor layer (channel layer), GI ... gate insulating film, GE ... gate electrode.

Claims (7)

親水性の基準面と前記基準面から凹み疎水性の表面を有する凹部とを有する凹構造を形成する工程と、
前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する工程と、
前記有機導電材料に電気的に接続される有機半導体層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする有機半導体デバイスの製造方法。
Forming a concave structure having a hydrophilic reference surface and a concave portion recessed from the reference surface and having a hydrophobic surface;
Introducing a water-soluble organic conductive material into the recess;
Forming an organic semiconductor layer electrically connected to the organic conductive material;
The manufacturing method of the organic-semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記凹部内に位置する前記有機導電材料に熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる工程を備えることを特徴とする請求項1に記載の有機半導体デバイスの製造方法。   The method for producing an organic semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of spraying hot air on the organic conductive material located in the recess and temporarily drying the material. 前記仮乾燥工程よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる工程を更に備えることを特徴とする請求項2に記載の有機半導体デバイスの製造方法。   The method of manufacturing an organic semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of heating and drying the organic conductive material at a temperature higher than that of the temporary drying step. 前記有機半導体層に、絶縁膜を貼り合わせる工程を更に備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の有機半導体デバイスの製造方法。   The method for manufacturing an organic semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of attaching an insulating film to the organic semiconductor layer. 有機半導体デバイスの製造装置において、
親水性の基準面を基板表面上に形成する第1チャンバと、
前記第1チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記基板表面をエッチングして、疎水性の表面を有する凹部を形成する第2チャンバと、
前記第2チャンバにおいて処理された前記基板が搬送され、前記凹部内に水溶性の有機導電材料を導入する有機導電材料導入装置と、
を備えることを特徴とする有機半導体デバイスの製造装置。
In organic semiconductor device manufacturing equipment,
A first chamber for forming a hydrophilic reference surface on the substrate surface;
A second chamber in which the substrate processed in the first chamber is transported and the substrate surface is etched to form a recess having a hydrophobic surface;
An organic conductive material introducing device that transports the substrate processed in the second chamber and introduces a water-soluble organic conductive material into the recess;
An organic semiconductor device manufacturing apparatus comprising:
前記有機導電材料導入装置において処理された前記基板に、熱風を吹き付けてこれを仮乾燥させる仮乾燥装置を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の有機半導体デバイスの製造装置。   The organic semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 5, further comprising a temporary drying device that blows hot air on the substrate processed in the organic conductive material introducing device to temporarily dry the substrate. 前記仮乾燥装置において処理された前記基板に、前記仮乾燥装置による加熱温度よりも高い温度で、前記有機導電材料を加熱して乾燥させる乾燥装置を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の有機半導体デバイスの製造装置。

7. The drying apparatus according to claim 6, further comprising a drying device configured to heat and dry the organic conductive material on the substrate processed in the temporary drying device at a temperature higher than a heating temperature of the temporary drying device. Organic semiconductor device manufacturing equipment.

JP2013017226A 2013-01-31 2013-01-31 Method and device of manufacturing organic semiconductor device Pending JP2014150132A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013017226A JP2014150132A (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method and device of manufacturing organic semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013017226A JP2014150132A (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method and device of manufacturing organic semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014150132A true JP2014150132A (en) 2014-08-21

Family

ID=51572895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013017226A Pending JP2014150132A (en) 2013-01-31 2013-01-31 Method and device of manufacturing organic semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014150132A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100691706B1 (en) A method of fabricating a desired pattern of electronically functional material
US7298013B2 (en) Compound used to form a self-assembled monolayer, layer structure, semiconductor component having a layer structure, and method for producing a layer structure
US7932186B2 (en) Methods for fabricating an electronic device
Perinot et al. Accessing MHz operation at 2 V with field‐effect transistors based on printed polymers on plastic
JP2005354044A5 (en)
Heo et al. Thread‐like CMOS logic circuits enabled by reel‐processed single‐walled carbon nanotube transistors via selective doping
Balocco et al. Non-destructive patterning of conducting-polymer devices using subtractive photolithography
US9263686B2 (en) Method of manufacturing organic thin film transistor having organic polymer insulating layer
Chu et al. Direct writing of inkjet-printed short channel organic thin film transistors
Sung et al. Large-area printed low-voltage organic thin film transistors via minimal-solution bar-coating
JP5398910B2 (en) ORGANIC SEMICONDUCTOR FILM, ITS MANUFACTURING METHOD, AND CONTACT PRINT STAMP
Zhang et al. High-resolution inkjet-printed oxide thin-film transistors with a self-aligned fine channel bank structure
US20160072086A1 (en) Thin film transistor, transistor array, method of manufacturing thin film transistor, and method of manufacturing transistor array
JP2007073856A (en) Formation method of conductive pattern, manufacturing method of semiconductor device, and manufacturing method of organic electroluminescent element
US8691621B1 (en) Thiol bond formation concurrent with silver nanoparticle ink thermal treatment
Fujita et al. Flexible organic field-effect transistors fabricated by the electrode-peeling transfer with an assist of self-assembled monolayer
US8673403B2 (en) Method for forming fine pattern of polymer thin film
JP5332145B2 (en) Multilayer structure, electronic device, electronic device array, and display device
US10193068B2 (en) Method of manufacturing a specifically dimensioned thin film transistor, thin film transistor, and transistor array
JP2014150132A (en) Method and device of manufacturing organic semiconductor device
JP5071643B2 (en) Manufacturing method of electronic device
WO2014080575A1 (en) Method for treating metal surface with thiol
JP2006186293A (en) Method of manufacturing thin film transistor
JP2018037486A (en) Thin film transistor manufacturing method
Avnon et al. Photopatternable self-assembled monolayers as micron scale templates for polymer based field effect transistors