JP4204870B2 - 薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法、及びトランジスタ構造を形成する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には半導体技術およびデバイス構成に関し、特に、有機ベース薄膜トランジスタ・デバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブ有機層とポリマ・ベース電子コンポーネントとを備える薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、所定の用途のためのシリコン・ベースＴＦＴに対する安価な代替物として出現した。有機材料およびポリマ材料の使用は、以下の２つの主な利点をもたらす。第一に、有機ベース・デバイスは、シリコンの処理に付随する高価な設備および処理に比べて簡単かつ費用のかからない製造工程を用いて製造できる。第二に、低温で有機材料を処理でき、そしてシリコンおよび導電金属のような無機材料と比較した有機ベース・コンポーネントの大きな物理的柔軟性のために、デバイスをフレキシブル・プラスチック基板の上に製造できる。しかしながら、多くの研究と開発努力にもかかわらず、従来の有機ＴＦＴの比較的劣ったデバイス特性のために、有機ベースＴＦＴは、少なくとも部分的に未だ商業化に達していない。
【０００３】
有機だけからなるＴＦＴの製造は、半導体，絶縁体，導体という様々な有機材料もしくは有機／無機ハイブリッド材料を必要とする。導体は、ポリアニリン（polyaniline）およびポリエチレンジオキシドチオフェン（poly(ethylene dioxide thiophene)），および金属もしくはグラファイト・コロイド粒子ベース・インクのような導電性ポリマから選択可能である。半導体用のポリイミドまたはＰＭＭＡのような様々なポリマの有機絶縁体を使用できる。有機ｐ型（正孔輸送）材料および有機ｎ型（電子輸送）材料は双方とも当業者に周知であり、ＴＦＴ内の半導体チャネルとして試されてきた。用いられてきた２つの比較的簡単なデバイス構造は、図１および図２にそれぞれ示されるトップ・コンタクトとボトム・コンタクトである。一般的に、これらのデバイスは、ソース１とドレイン２とを含む。トップ・コンタクト（図１）において、ソース１とドレイン２とは有機半導体３の上にあるのに対して、ボトム・コンタクト（図２）においては、ソース１とドレイン２とは、有機半導体３に埋め込まれている。トップ・コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方において、有機半導体３の下方には絶縁体４がある。絶縁体４内部に、ゲート５が埋め込まれている。（トップ・コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方において）全体のデバイスは、基板６の上に配置されている。
【０００４】
ＦＥＴ移動度は、トップ・コンタクト構造で一般的には評価される。なぜなら、電極材料を半導体層の上に付着することによって密接な接触が保証されるからである。所定の用途についてはボトム・コンタクト構造を用いることが望ましいが、この構造においては、電極と半導体とのコンタクトが、電極の垂直壁領域部分に制限される。これは、接触抵抗の増加をもたらす。ボトム・コンタクト・デバイスの問題は、当業者にとって周知である。ボトム・コンタクト構造を改良する方法は、有機半導体とのコンタクト領域を拡大するソース電極およびドレイン電極の平坦化である。平坦な基板は、スピン塗布または印刷によって付着した半導体膜の改良を可能にする。一方、従来のボトム・ソース・コンタクトおよびボトム・ドレイン・コンタクトのトポグラフィ（topography）は、有機半導体の印刷に関する問題を生じさせるが、平坦な基板を用いることによって改善される。
【０００５】
上述したように、有機ｐ型（正孔輸送）材料および有機ｎ型（電子輸送）材料は当業者に周知であり、ＴＦＴの半導体チャネルとして試されてきた。ｐ型材料は、共役ポリマおよび直線的共役分子等である。ｐ型共役ポリマの例としては、その全ての開示が明細書の内容として引用されるBao and Lovinger著「Soluble Regioregular Polythiophene Derivatives as Semiconducting Materials for Field-Effect Transistors, Chem. Mater., Vol.11, pp.2607〜2612 (1999)」に開示されるレジオレギュラポリチオフェン（regioregular polythiophene）の誘導体等が挙げられる。
【０００６】
ｐ型共役分子の例としては、ＴＦＴで広く検討され、米国特許第５，９４６，５５１号公報，５，９８１，９７０号公報および６，２０７，４７２Ｂ１号公報に開示されたペンタセン（pentacene）； Laquindanum等著「Benzodithiophene Rings As Semiconductor Building Blocks, Adv. Mater., Vol.9, pp.36 (1997）」に開示されたベンゾジチオフェン２量体（benzodithiophene dimers）；Bao等著「Organic Field-Effect Transistors with High Mobility Based On Copper Phthalocyanine, Appl. Phys. Lett., Vol.69, pp.3066〜3068（1996）」に開示されたフタロシアニン（phthalocyanines）；米国特許第５，９３６，２５９号公報に開示されたアントラジチオフェン（anthradithiophenes）；Gamier等著「Structural Basis For High Carrier Mobility In Conjugated Oligomers, Synth. Met., Vol.45, pp.163（1991）」において初めて提示された置換および不置換オリゴチオフェン（oligothiophenes）等が挙げられる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【０００７】
ｎ型有機半導体は比較的少ない。その例としては、Struijk等著「Liquid Crystalline Perylene Dilmides：Architecture and Charge Carrier Mobilities，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.11057〜11066（2000）」に開示される、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジルミド（perylene tetracarboxylic dilmides）；Laquindanum等著「n-Channel Organic Transistor Materials Based on Naphthalene Frameworks，J. Am. Chem. Soc., Vol.118，pp.11331〜11332（1996）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（naphthalene tetracarboxylic dianhydride）；Katz等著「Naphthalenetetracarboxylic Dilmide-Based n-Channel Transistor Semiconductors：Structural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contacts，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.7787〜7792（2000）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ズミド（naphthalenetetracarboxylic dumide）誘導体；および、Bao等著「New Air-Stable n-Channel Organic Thin-film Transistors, J. Am. Chem. Soc., Vol.120，pp.27〜208（1998）」に開示される、様々な電子吸引基で置換された金属フタロシアニン（metallophthalocyanines）等が挙げられる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【０００８】
一般的に、有機トランジスタを用いる電子回路は、消費電力の低減および設計の簡略化の可能性を有する。しかしながら、有機Ｎチャネル・トランジスタと有機Ｐチャネル・トランジスタとの双方を用いる相補形回路は一般的ではない。例えば、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，６２５，１９９号公報は、無機ｎチャネル薄膜トランジスタと有機ｐチャネル薄膜トランジスタとによって相補形回路を製造する方法を教示する。加えて、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，９３６，２５９号公報は、半導体として縮合環有機化合物を用いる薄膜トランジスタ構成（ＴＦＴ）に基づくスイッチを開示する。さらに、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，８０４，８３６号公報は、ポリマ・グリッド三極管（polymer grid triode）のアレイ上で作動するイメージ・プロセッサ構成を開示する。同様に従来技術の開示は、また、ｎチャネル材料としてヘキサデカフルオロフタロシアン化銅（copper hexadecafluorophthalocyanide）を用い、ｐチャネル材料としてオリゴチオフェノールオリゴチオフェン（oligothiophenol oligothiophene）誘導体を用いる５段リング・オシレータ（5-stage ring oscillator）を教示する。
【０００９】
既存のポリマ薄膜トランジスタの一般的な２つの構造を図３および４に示す。これらの構造は、２つの主な問題を抱えている。第一に、トポグラフィに帰因するコーナー薄化の問題であり、第二に、ボディ・エレメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染物質にさらされることである。得られたデバイスは、性能が劣り、特性が安定しない。ポリマ・トランジスタの第一の典型的な構造を図３に示す。ソース１１とドレイン１２とを最初にパターンニングする。次に、ボディ材料１３を付着しパターンニングする。ボディ１３は半導体ポリマもしくはオリゴマであり、使用される有機半導体に依存して、真空蒸着，スピン塗布，ディップ塗布あるいは印刷によりソース１１島およびドレイン１２島の表面に付着される。ボディ材料１３は、３つの方法のうちの１つでパターンニングされる。このうち、最も一般的な方法は、シャドー・マスクによる半導体材料の真空蒸着による方法である。
【００１０】
その他の２つの方法は、印刷方式（すなわち、スクリーン印刷もしくはインクジェット印刷）、そして、最初に半導体の上に保護コーティングを付着し、フォトレジストを付着し、パターンニングし、エッチングすることによる一般的なリソグラフィ技術を使用する方法である。どのタイプの有機半導体材料が使用されるかに依存して、短時間の熱アニールが必要とされる。最後の工程は、半導体に保護コーティングを付着して汚染物質からデバイスをパシベート（passivate）する工程を含む。ボディ部分１３をパターンニングした後、基板をウェット洗浄する。ボディ表面は、特にチャネル領域において、望ましくない化学反応のために劣化する。熱処理の後、ボディ・エレメント１３は、リフローのためにソース１１およびドレイン１２のコーナー１６，１７周辺が薄くなる。典型的に、半導体は融解する前に分解する。ソース１１／ドレイン１２対ボディ・コンタクト領域は、ボディ・エレメント１３のコーナー薄化１６，１７の結果として著しく減少する。次に、薄い絶縁ポリマ１５をボディ・エレメント１３と露出したソース１１領域およびドレイン１２領域の上に塗布した後、ゲート材料１４を付着する。
【００１１】
ポリマＴＦＴ構造のもう一つの一般的な構造を図４に示す。ゲート３１４を最初に形成し、絶縁ポリマ３１５をその上に塗布する。再び、ゲート３１４のコーナー３１６，３１７において生じたコーナー薄化は、ゲート３１４へのソース３１１およびドレイン３１２の短絡の可能性を生じさせる。ソース３１１およびドレイン３１２を形成した後、ボディ・エレメント３１３を形成する。このケースにおいては、ボディ／チャネル界面は化学物質にさらされないので、得られるトランジスタの歩留りおよび性能は、一番目のトランジスタよりも優れている。
【００１２】
上述した双方のボトム・コンタクト・デバイスにおいて、電極と有機半導体との間の良好なコンタクトを確保することについての問題が十分に実証されている。この問題を解決するための１つのアプローチは、薄い自己集合（self-assembled）単分子層を用いて金電極の表面特性を変えることであり、これは、有機半導体による電極のぬれを向上させ、さらに層間剥離の可能性を減少させることができる。しかしながら、ボトム電極のトポグラフィは、依然として、膜形成を妨げ、コンタクト領域を減少させ得る。したがって、従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する新たな改良された方法および構造が必要とされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の薄膜トランジスタ・デバイスの上述のそして他の問題，不都合，および短所をかんがみて成されたものであり、本発明の目的は、従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する方法および構造を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の１態様によれば、第一の平坦なキャリアを用いてゲート，ソース，ドレインおよびボディ・エレメントを含むデバイスの第一の部分を処理することによって完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタを形成する方法を提供する。好ましくは、薄膜トランジスタは全て有機材料で作成される。ゲート誘電体は、デバイス性能を高める高Ｋポリマとすることができる。次に、部分的に完成したデバイス構造を上下逆にし、第二の平坦なキャリアへ移す。ワックスまたは感光性有機材料の層を付着し、一時的な接着剤として用いることができる。ボディ領域を含むデバイスを、エッチング・プロセスによって定める。デバイスへのコンタクトを、導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成する。従来のポリマ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性を回避するということである。
【００１５】
具体的には、薄膜トランジスタ・デバイスおよびその製造方法を開示する。この方法は、第一の基板を形成する工程と、第一の基板の上に第一の絶縁層を付着する工程と、第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工程と、導電層の上に複合物を形成する工程と、複合物の上に半導体層を付着する工程と、半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、デバイスに熱処理を加える工程と、第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、デバイスの上下を逆にする工程と、第一の基板を除去する工程と、第一のキャリア層へ第二の基板を接着する工程と、複合物をエッチングする工程と、第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、第一の絶縁層および第三の絶縁層を貫いてコンタクトを形成する工程とを含む。
【００１６】
この方法は、第二のキャリア層の上に第一の接着層を付着し、第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着する工程を含むプロセスで第一の基板を形成する工程をさらに含む。その上、複合物を形成する工程は、第一および第二の絶縁層よりも高い誘導率の材料を含む第四の絶縁層を導電層の上に付着する工程を含む。
【００１７】
この方法は、第二の基板を第一のキャリア層へ接着する工程の前に、第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程をさらに含む。その上、半導体層は、完全に平坦化された層から構成される。加えて、第一の絶縁層はポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む。また、第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含んでもよい。さらに、第一および第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つである。
【００１８】
本発明の新規な特徴は様々である。概略すれば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さらに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャリア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートとの界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソース／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトランジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面は、後続の処理から完全に保護される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上述したように、トポグラフィに帰因するコーナー薄化問題，そしてボディ・エレメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染物質にさらされるというような従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する改良された方法および構造が必要とされる。本発明によれば、薄膜トランジスタの新たな改良された構造およびその製造方法が開示される。
【００２０】
図５〜１３を参照すると、本発明に係る方法および構造の好適な実施の形態が示される。具体的には、図５は、基板キャリア１００の上に形成されたワックスの薄い層１１０の上に塗布された絶縁ポリマ１２０を含む部分的に完成した薄膜トランジスタ・デバイス５０を示す。ワックスの薄い層１１０は、後工程における材料移動の容易化を可能にする。基板１００は、ガラス，セラミック，または半導体ウェーハとすることができる。絶縁ポリマ１２０は、ポリエステルまたはポリイミドのようなフレキシブル基板であってもよく、あるいは、ポリカーボネートのようなより堅い物質であってもよい。
【００２１】
層１１０はまた、露光の直後に溶媒中の溶解度が著しく増し、剥離を容易にするフォトレジストまたは感光性ポリイミドであってもよい。代わりに、層１１０は、低出力エキシマレーザで除去可能なポリイミドの薄い層であってもよい。
【００２２】
図６に示されるように、ポリアニリン，ポリピロール（poly（pyrrole）），ポリエチレンジオキシドチオフェン，導電ペースト（例えば、金属もしくはグラファイト・コロイド・インク，またはＡｕ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｃｕのような導電性金属）のような導電性ポリマの層１２５を、絶縁ポリマ１２０の上に付着する。導電性ポリマ１２５は、一般的なリソグラフィ・パターンニング方式または印刷方式を用いることによってパターンニングでき、図７に示されるように、パッド１３０，１４０，１５０を生じさせる。パッド１３０，１４０，および１５０は、それぞれ、ソース導体，ゲート導体，およびドレイン導体として使用できる。パッド間のスペースは、トポグラフィの形成を防ぐように十分に制御され、このための方法は当業者に周知である。
【００２３】
導電性材料１２５は、また、多数の印刷方式によって形成できる。このような印刷方式は、例えばSirringhaus等著「High-Resolution Inkjet Printing of All-Polymer Transistor Circuits，Science，Vol.290，pp.2123〜2126（2000）」に開示されるインクジェット印刷；Bao等著「High-Performance Plastic Transistors Fabricated by Printing Techniques，Chem. Master，Vol.9，pp.1299〜1301（1997）」に開示されるスクリーン印刷；Bao等著「Printable Organic and Polymeric Semiconducting Materials and Devices，J. Mater.Chem，Vol.9，pp.1895〜1904（1999）」に開示される毛細管でのマイクロモールディング・ソフトリソグラフィ手法（soft-lithographic technique micromolding in capillaries）等であり、これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【００２４】
図８に示されるように、第二の絶縁ポリマの層１６０をパッド１３０，１４０，１５０の上とそのスペースの内部とに塗布する。このポリマ１６０は、好ましくは高誘電率ポリマである。高誘電率ポリマ複合材料の例がB. Y. Cheng等著「High Dielectric Constant Ceramic Powder Polymer Composites，Appl. Phys. Lett.（USA），Vol.76，No.25，19 June 2000, p3804〜6」および米国特許第５，７３９，１９３号公報に示され、これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。例えば、強誘電性ポリマを有機トランジスタのゲート誘電体として用いて相互コンダクタンスを向上させることができる。好適な絶縁ポリマは、ＰＭＭＡ，ポリイミドまたはポリビニルフェノール（polyvinylphenol）等である。ポリマは堅固なキャリアによって支持されているので、必要な場合には化学機械研磨工程を実施することができる。図６および７に示されるのと同様の方法を用いてソース・コンタクトおよびドレイン・コンタクト用の一対のコンタクト１７０および１８０を形成する。
【００２５】
図９において、均一な厚みを有する半導体ポリマまたはオリゴマの層１９０を、第二の絶縁ポリマ層１６０とコンタクト１７０，１８０の上に塗布し、第三の絶縁ポリマの層２００で直ちに保護する。
【００２６】
半導体有機材料は汚染に影響されやすく、したがって、保護コーティングの層で直ちに覆わないと、材料の特性が劣化してしまうことになる。それゆえ、材料１９０を塗布した後、厚いポリマ層２００を直ちに付着する。半導体有機材料が化学物質にさらされるのを防止する。半導体有機材料を厚い絶縁ポリマで覆った後、適切な熱処理を実施する。たいていの場合には、有機半導体の性能は温度に極めて敏感である。一般的には有機半導体を熱処理しない。
【００２７】
続いて、図１０に詳述されるように、複合物５０を上下逆にし、それらの間に付着している事前塗布された第二のワックスの層２１０を用いて第二のキャリア層２２０へ接着する。同時に、第一のキャリア１００と第一のワックスの薄い層１１０とを取り除く。
【００２８】
次に、図１１に示されるように、複合物５０をエッチングし、パターンニングされた部分２３０が出現して全体のトランジスタ５０を定める。エッチング工程は、保護層１２０，コンタクト・ポリマ・パッド１３０，１４０，１５０，高Ｋ誘電性ポリマ１６０，半導体有機材料１９０を貫いてエッチングし、ポリマ基板２００で停止する。エッチングは酸素プラズマで行うことができる。
【００２９】
続いて、図１２に示されるように、エッチングの直後に複合物５０の上に別の絶縁ポリマ２７０を塗布し、パターンニングされた部分２３０を充てんする。これは、半導体ポリマ１９０が汚染（またはポイズン）されないように、同一の反応器においてその場で行ってもよい。ソースへのコンタクト２４０，ゲートへのコンタクト２５０，およびドレインへのコンタクト２６０を導電性材料，ポリマ，または金属で形成し、続いて化学機械研磨を行う。
【００３０】
完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタ５０を形成する全工程を図１３のフローチャートにさらに示す。この工程は、第一の平坦なキャリア１００を用いて、ゲート１４０，ソース１５０，ドレイン１３０，およびボディ・エレメントを含むデバイス５０の第一の部分を処理する工程（工程３００）を含む。好ましくは、薄膜トランジスタ５０は、全て有機材料で作成される。ゲート誘電体１６０は、デバイス性能を高める高Ｋポリマであってもよい。続いて、部分的に完成したデバイス構造を上下逆にし（工程３１０）、第二の平坦なキャリア２００へ移す（工程３２０）。次に、ワックスまたは感光性有機材料の層２１０を一時的な接着剤として付着する（工程３３０）。ボディ領域を含むデバイス５０をエッチング・プロセスによって定める（工程３４０）。デバイスへのコンタクト２４０，２５０，２６０を導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成する（工程３５０）。
【００３１】
本発明の新規な特徴は様々である。概略すれば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さらに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャリア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートとの界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソース／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトランジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面は、後続の処理から完全に保護される。
【００３２】
その上、従来のポリマ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性を回避するということである。さらに、有機半導体は、汚染を防ぐために複数の絶縁体層２００，１６０，２７０によって完全に覆われる。
【００３３】
好適な実施の形態の観点から本発明を説明してきたが、特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる変更によって本発明を実施できるということを当業者は理解可能である。
【００３４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であって、第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、前記第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工程と、前記導電層の上に複合物を形成する工程と、前記複合物の上に半導体層を付着する工程と、前記半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、前記デバイスに熱処理を加える工程と、前記第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程と、前記第一の基板を除去する工程と、前記第二の基板をキャリア層へ接着する工程と、前記第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、前記第一の絶縁層と前記第三の絶縁層とを貫いてコンタクトを形成する工程とを含む方法。
（２）第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁層を付着する工程とを含むプロセスで前記第一の基板を形成する工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。
（３）前記複合物を形成する工程は、前記第一および第二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第四の絶縁層を前記導電層の上に付着する工程を含む上記（１）に記載の方法。
（４）前記第二の基板を前記キャリア層へ接着する工程の前に、前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。
（５）前記半導体層は、完全に平坦化された層から構成される上記（１）に記載の方法。
（６）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む上記（１）に記載の方法。
（７）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む上記（５）に記載の方法。
（８）前記第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する工程において、前記第一の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（２）に記載の方法。
（９）前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程において、前記第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（４）に記載の方法。
（１０）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であって、複合物を基板上に形成する工程と、前記複合物を完全に平坦化する工程と、前記複合物の上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層を複数の絶縁層で保護する工程であって、前記半導体層は汚染物質を伴っておらず、前記複数の絶縁層のうちの少なくとも１つは他の複数の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む工程と、前記デバイスに熱処理を加える工程と、前記複数の絶縁層の上に複数の一時的な接着層を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程と、前記複数の一時的な接着層のうちの少なくとも１つを前記デバイスから除去する工程と、前記絶縁層を貫いて前記半導体層までの複数のコンタクト領域を形成する工程とを含む方法。
（１１）第一の接着層を第一のキャリア層の上に付着する工程と、前記第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着する工程とを含むプロセスで前記基板を形成する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１２）前記第一の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第二の絶縁層を導電層の上に付着する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１３）トランジスタ構造を形成する方法であって、絶縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記絶縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、前記絶縁ポリマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導電性ポリマ層をパターンニングする工程と、前記導電性ポリマ層の上にゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程と、前記ゲート絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成する工程と、前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、前記絶縁ポリマ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導電コンタクトを形成する工程とを含む方法。
（１４）前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程の前に、前記導電性ポリマ層の上にコンタクトを形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。
（１５）前記導電性ポリマ層をパターンニングする工程は、ソース導体，ドレイン導体およびゲート導体を形成する上記（１４）に記載の方法。
（１６）前記コンタクトを形成する工程において、前記コンタクトは、前記ソースと前記ドレインとを前記半導体ポリマ層に電気的に接続するように形成される上記（１５）に記載の方法。
（１７）前記半導体ポリマ層に隣接する平坦な絶縁体を形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。
（１８）少なくとも１つのキャリア層と、前記キャリア層上の完全に平坦化された半導体層と、前記半導体層上の絶縁体層と、前記半導体層へ接続された複数の導電コンタクトとを備える薄膜トランジスタ・デバイスであって、前記半導体層は、前記絶縁体層によって完全に覆われる薄膜トランジスタ・デバイス。
（１９）前記絶縁体層は、ポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
（２０）前記絶縁体層は、ポリカーボネート材料を含む上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
（２１）前記キャリア層に接続された接着層をさらに備え、前記接着層はフォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つである上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図２】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図３】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図４】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図５】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図６】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図７】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図８】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図９】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１０】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１１】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１２】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１３】本発明の好適な方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ ソース
２ ドレイン
３ 有機半導体
４ 絶縁体
５ ゲート
６ 基板
１１ ソース
１２ ドレイン
１３ ボディ
１４ ゲート
１５ 絶縁ポリマ
１６ コーナー
１７ コーナー
５０ 薄膜トランジスタ・デバイス
１００ 基板キャリア
１１０ ワックス層
１２０ 絶縁ポリマ層
１２５ 導電性材料
１３０ ドレイン
１４０ ゲート
１５０ ソース
１６０ 第二の絶縁ポリマ層
１７０ コンタクト
１８０ コンタクト
１９０ 半導体ポリマ層
２００ 第三の絶縁ポリマ層
２１０ 第二のワックス層
２２０ 第二のキャリア層
２４０ ソースへのコンタクト
２５０ ゲートへのコンタクト
２６０ ドレインへのコンタクト
２７０ 絶縁ポリマ
３１１ ソース
３１２ ドレイン
３１３ ボディ
３１４ ゲート
３１５ 絶縁ポリマ
３１６ コーナー
３１７ コーナー
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には半導体技術およびデバイス構成に関し、特に、有機ベース薄膜トランジスタ・デバイスとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブ有機層とポリマ・ベース電子コンポーネントとを備える薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、所定の用途のためのシリコン・ベースＴＦＴに対する安価な代替物として出現した。有機材料およびポリマ材料の使用は、以下の２つの主な利点をもたらす。第一に、有機ベース・デバイスは、シリコンの処理に付随する高価な設備および処理に比べて簡単かつ費用のかからない製造工程を用いて製造できる。第二に、低温で有機材料を処理でき、そしてシリコンおよび導電金属のような無機材料と比較した有機ベース・コンポーネントの大きな物理的柔軟性のために、デバイスをフレキシブル・プラスチック基板の上に製造できる。しかしながら、多くの研究と開発努力にもかかわらず、従来の有機ＴＦＴの比較的劣ったデバイス特性のために、有機ベースＴＦＴは、少なくとも部分的に未だ商業化に達していない。
【０００３】
有機だけからなるＴＦＴの製造は、半導体，絶縁体，導体という様々な有機材料もしくは有機／無機ハイブリッド材料を必要とする。導体は、ポリアニリン（polyaniline）およびポリエチレンジオキシドチオフェン（poly(ethylene dioxide thiophene)），および金属もしくはグラファイト・コロイド粒子ベース・インクのような導電性ポリマから選択可能である。半導体用のポリイミドまたはＰＭＭＡのような様々なポリマの有機絶縁体を使用できる。有機ｐ型（正孔輸送）材料および有機ｎ型（電子輸送）材料は双方とも当業者に周知であり、ＴＦＴ内の半導体チャネルとして試されてきた。用いられてきた２つの比較的簡単なデバイス構造は、図１および図２にそれぞれ示されるトップ・コンタクトとボトム・コンタクトである。一般的に、これらのデバイスは、ソース１とドレイン２とを含む。トップ・コンタクト（図１）において、ソース１とドレイン２とは有機半導体３の上にあるのに対して、ボトム・コンタクト（図２）においては、ソース１とドレイン２とは、有機半導体３に埋め込まれている。トップ・コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方において、有機半導体３の下方には絶縁体４がある。絶縁体４内部に、ゲート５が埋め込まれている。（トップ・コンタクト・デバイスおよびボトム・コンタクト・デバイス双方において）全体のデバイスは、基板６の上に配置されている。
【０００４】
ＦＥＴ移動度は、トップ・コンタクト構造で一般的には評価される。なぜなら、電極材料を半導体層の上に付着することによって密接な接触が保証されるからである。所定の用途についてはボトム・コンタクト構造を用いることが望ましいが、この構造においては、電極と半導体とのコンタクトが、電極の垂直壁領域部分に制限される。これは、接触抵抗の増加をもたらす。ボトム・コンタクト・デバイスの問題は、当業者にとって周知である。ボトム・コンタクト構造を改良する方法は、有機半導体とのコンタクト領域を拡大するソース電極およびドレイン電極の平坦化である。平坦な基板は、スピン塗布または印刷によって付着した半導体膜の改良を可能にする。一方、従来のボトム・ソース・コンタクトおよびボトム・ドレイン・コンタクトのトポグラフィ（topography）は、有機半導体の印刷に関する問題を生じさせるが、平坦な基板を用いることによって改善される。
【０００５】
上述したように、有機ｐ型（正孔輸送）材料および有機ｎ型（電子輸送）材料は当業者に周知であり、ＴＦＴの半導体チャネルとして試されてきた。ｐ型材料は、共役ポリマおよび直線的共役分子等である。ｐ型共役ポリマの例としては、その全ての開示が明細書の内容として引用されるBao and Lovinger著「Soluble Regioregular Polythiophene Derivatives as Semiconducting Materials for Field-Effect Transistors, Chem. Mater., Vol.11, pp.2607〜2612 (1999)」に開示されるレジオレギュラポリチオフェン（regioregular polythiophene）の誘導体等が挙げられる。
【０００６】
ｐ型共役分子の例としては、ＴＦＴで広く検討され、米国特許第５，９４６，５５１号公報，５，９８１，９７０号公報および６，２０７，４７２Ｂ１号公報に開示されたペンタセン（pentacene）； Laquindanum等著「Benzodithiophene Rings As Semiconductor Building Blocks, Adv. Mater., Vol.9, pp.36 (1997）」に開示されたベンゾジチオフェン２量体（benzodithiophene dimers）；Bao等著「Organic Field-Effect Transistors with High Mobility Based On Copper Phthalocyanine, Appl. Phys. Lett., Vol.69, pp.3066〜3068（1996）」に開示されたフタロシアニン（phthalocyanines）；米国特許第５，９３６，２５９号公報に開示されたアントラジチオフェン（anthradithiophenes）；Gamier等著「Structural Basis For High Carrier Mobility In Conjugated Oligomers, Synth. Met., Vol.45, pp.163（1991）」において初めて提示された置換および不置換オリゴチオフェン（oligothiophenes）等が挙げられる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【０００７】
ｎ型有機半導体は比較的少ない。その例としては、Struijk等著「Liquid Crystalline Perylene Dilmides：Architecture and Charge Carrier Mobilities，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.11057〜11066（2000）」に開示される、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸ジルミド（perylene tetracarboxylic dilmides）；Laquindanum等著「n-Channel Organic Transistor Materials Based on Naphthalene Frameworks，J. Am. Chem. Soc., Vol.118，pp.11331〜11332（1996）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（naphthalene tetracarboxylic dianhydride）；Katz等著「Naphthalenetetracarboxylic Dilmide-Based n-Channel Transistor Semiconductors：Structural Variation and Thiol-Enhanced Gold Contacts，J. Am. Chem. Soc., Vol.122，pp.7787〜7792（2000）」に開示される、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸ズミド（naphthalenetetracarboxylic dumide）誘導体；および、Bao等著「New Air-Stable n-Channel Organic Thin-film Transistors, J. Am. Chem. Soc., Vol.120，pp.27〜208（1998）」に開示される、様々な電子吸引基で置換された金属フタロシアニン（metallophthalocyanines）等が挙げられる。これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【０００８】
一般的に、有機トランジスタを用いる電子回路は、消費電力の低減および設計の簡略化の可能性を有する。しかしながら、有機Ｎチャネル・トランジスタと有機Ｐチャネル・トランジスタとの双方を用いる相補形回路は一般的ではない。例えば、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，６２５，１９９号公報は、無機ｎチャネル薄膜トランジスタと有機ｐチャネル薄膜トランジスタとによって相補形回路を製造する方法を教示する。加えて、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，９３６，２５９号公報は、半導体として縮合環有機化合物を用いる薄膜トランジスタ構成（ＴＦＴ）に基づくスイッチを開示する。さらに、その全ての開示が明細書の内容として引用される米国特許第５，８０４，８３６号公報は、ポリマ・グリッド三極管（polymer grid triode）のアレイ上で作動するイメージ・プロセッサ構成を開示する。同様に従来技術の開示は、また、ｎチャネル材料としてヘキサデカフルオロフタロシアン化銅（copper hexadecafluorophthalocyanide）を用い、ｐチャネル材料としてオリゴチオフェノールオリゴチオフェン（oligothiophenol oligothiophene）誘導体を用いる５段リング・オシレータ（5-stage ring oscillator）を教示する。
【０００９】
既存のポリマ薄膜トランジスタの一般的な２つの構造を図３および４に示す。これらの構造は、２つの主な問題を抱えている。第一に、トポグラフィに帰因するコーナー薄化の問題であり、第二に、ボディ・エレメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染物質にさらされることである。得られたデバイスは、性能が劣り、特性が安定しない。ポリマ・トランジスタの第一の典型的な構造を図３に示す。ソース１１とドレイン１２とを最初にパターンニングする。次に、ボディ材料１３を付着しパターンニングする。ボディ１３は半導体ポリマもしくはオリゴマであり、使用される有機半導体に依存して、真空蒸着，スピン塗布，ディップ塗布あるいは印刷によりソース１１島およびドレイン１２島の表面に付着される。ボディ材料１３は、３つの方法のうちの１つでパターンニングされる。このうち、最も一般的な方法は、シャドー・マスクによる半導体材料の真空蒸着による方法である。
【００１０】
その他の２つの方法は、印刷方式（すなわち、スクリーン印刷もしくはインクジェット印刷）、そして、最初に半導体の上に保護コーティングを付着し、フォトレジストを付着し、パターンニングし、エッチングすることによる一般的なリソグラフィ技術を使用する方法である。どのタイプの有機半導体材料が使用されるかに依存して、短時間の熱アニールが必要とされる。最後の工程は、半導体に保護コーティングを付着して汚染物質からデバイスをパシベート（passivate）する工程を含む。ボディ部分１３をパターンニングした後、基板をウェット洗浄する。ボディ表面は、特にチャネル領域において、望ましくない化学反応のために劣化する。熱処理の後、ボディ・エレメント１３は、リフローのためにソース１１およびドレイン１２のコーナー１６，１７周辺が薄くなる。典型的に、半導体は融解する前に分解する。ソース１１／ドレイン１２対ボディ・コンタクト領域は、ボディ・エレメント１３のコーナー薄化１６，１７の結果として著しく減少する。次に、薄い絶縁ポリマ１５をボディ・エレメント１３と露出したソース１１領域およびドレイン１２領域の上に塗布した後、ゲート材料１４を付着する。
【００１１】
ポリマＴＦＴ構造のもう一つの一般的な構造を図４に示す。ゲート３１４を最初に形成し、絶縁ポリマ３１５をその上に塗布する。再び、ゲート３１４のコーナー３１６，３１７において生じたコーナー薄化は、ゲート３１４へのソース３１１およびドレイン３１２の短絡の可能性を生じさせる。ソース３１１およびドレイン３１２を形成した後、ボディ・エレメント３１３を形成する。このケースにおいては、ボディ／チャネル界面は化学物質にさらされないので、得られるトランジスタの歩留りおよび性能は、一番目のトランジスタよりも優れている。
【００１２】
上述した双方のボトム・コンタクト・デバイスにおいて、電極と有機半導体との間の良好なコンタクトを確保することについての問題が十分に実証されている。この問題を解決するための１つのアプローチは、薄い自己集合（self-assembled）単分子層を用いて金電極の表面特性を変えることであり、これは、有機半導体による電極のぬれを向上させ、さらに層間剥離の可能性を減少させることができる。しかしながら、ボトム電極のトポグラフィは、依然として、膜形成を妨げ、コンタクト領域を減少させ得る。したがって、従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する新たな改良された方法および構造が必要とされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の薄膜トランジスタ・デバイスの上述のそして他の問題，不都合，および短所をかんがみて成されたものであり、本発明の目的は、従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する方法および構造を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の１態様によれば、第一の平坦なキャリアを用いてゲート，ソース，ドレインおよびボディ・エレメントを含むデバイスの第一の部分を処理することによって完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタを形成する方法を提供する。好ましくは、薄膜トランジスタは全て有機材料で作成される。ゲート誘電体は、デバイス性能を高める高Ｋポリマとすることができる。次に、部分的に完成したデバイス構造を上下逆にし、第二の平坦なキャリアへ移す。ワックスまたは感光性有機材料の層を付着し、一時的な接着剤として用いることができる。ボディ領域を含むデバイスを、エッチング・プロセスによって定める。デバイスへのコンタクトを、導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成する。従来のポリマ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性を回避するということである。
【００１５】
具体的には、薄膜トランジスタ・デバイスおよびその製造方法を開示する。この方法は、第一の基板を形成する工程と、第一の基板の上に第一の絶縁層を付着する工程と、第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工程と、導電層の上に複合物を形成する工程と、複合物の上に半導体層を付着する工程と、半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、デバイスに熱処理を加える工程と、第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、デバイスの上下を逆にする工程と、第一の基板を除去する工程と、第一のキャリア層へ第二の基板を接着する工程と、複合物をエッチングする工程と、第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、第一の絶縁層および第三の絶縁層を貫いてコンタクトを形成する工程とを含む。
【００１６】
この方法は、第二のキャリア層の上に第一の接着層を付着し、第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着する工程を含むプロセスで第一の基板を形成する工程をさらに含む。その上、複合物を形成する工程は、第一および第二の絶縁層よりも高い誘導率の材料を含む第四の絶縁層を導電層の上に付着する工程を含む。
【００１７】
この方法は、第二の基板を第一のキャリア層へ接着する工程の前に、第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程をさらに含む。その上、半導体層は、完全に平坦化された層から構成される。加えて、第一の絶縁層はポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む。また、第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含んでもよい。さらに、第一および第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つである。
【００１８】
本発明の新規な特徴は様々である。概略すれば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さらに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャリア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートとの界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソース／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトランジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面は、後続の処理から完全に保護される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上述したように、トポグラフィに帰因するコーナー薄化問題，そしてボディ・エレメントの最も高感度の部分がプロセスによって誘起された汚染物質にさらされるというような従来のデバイスに固有の問題がない平坦なポリマ・トランジスタを製造する改良された方法および構造が必要とされる。本発明によれば、薄膜トランジスタの新たな改良された構造およびその製造方法が開示される。
【００２０】
図５〜１３を参照すると、本発明に係る方法および構造の好適な実施の形態が示される。具体的には、図５は、基板キャリア１００の上に形成されたワックスの薄い層１１０の上に塗布された絶縁ポリマ１２０を含む部分的に完成した薄膜トランジスタ・デバイス５０を示す。ワックスの薄い層１１０は、後工程における材料移動の容易化を可能にする。基板１００は、ガラス，セラミック，または半導体ウェーハとすることができる。絶縁ポリマ１２０は、ポリエステルまたはポリイミドのようなフレキシブル基板であってもよく、あるいは、ポリカーボネートのようなより堅い物質であってもよい。
【００２１】
層１１０はまた、露光の直後に溶媒中の溶解度が著しく増し、剥離を容易にするフォトレジストまたは感光性ポリイミドであってもよい。代わりに、層１１０は、低出力エキシマレーザで除去可能なポリイミドの薄い層であってもよい。
【００２２】
図６に示されるように、ポリアニリン，ポリピロール（poly（pyrrole）），ポリエチレンジオキシドチオフェン，導電ペースト（例えば、金属もしくはグラファイト・コロイド・インク，またはＡｕ，Ｐｄ，Ａｌ，Ｃｕのような導電性金属）のような導電性ポリマの層１２５を、絶縁ポリマ１２０の上に付着する。導電性ポリマ１２５は、一般的なリソグラフィ・パターンニング方式または印刷方式を用いることによってパターンニングでき、図７に示されるように、パッド１３０，１４０，１５０を生じさせる。パッド１３０，１４０，および１５０は、それぞれ、ソース導体，ゲート導体，およびドレイン導体として使用できる。パッド間のスペースは、トポグラフィの形成を防ぐように十分に制御され、このための方法は当業者に周知である。
【００２３】
導電性材料１２５は、また、多数の印刷方式によって形成できる。このような印刷方式は、例えばSirringhaus等著「High-Resolution Inkjet Printing of All-Polymer Transistor Circuits，Science，Vol.290，pp.2123〜2126（2000）」に開示されるインクジェット印刷；Bao等著「High-Performance Plastic Transistors Fabricated by Printing Techniques，Chem. Master，Vol.9，pp.1299〜1301（1997）」に開示されるスクリーン印刷；Bao等著「Printable Organic and Polymeric Semiconducting Materials and Devices，J. Mater.Chem，Vol.9，pp.1895〜1904（1999）」に開示される毛細管でのマイクロモールディング・ソフトリソグラフィ手法（soft-lithographic technique micromolding in capillaries）等であり、これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。
【００２４】
図８に示されるように、第二の絶縁ポリマの層１６０をパッド１３０，１４０，１５０の上とそのスペースの内部とに塗布する。このポリマ１６０は、好ましくは高誘電率ポリマである。高誘電率ポリマ複合材料の例がB. Y. Cheng等著「High Dielectric Constant Ceramic Powder Polymer Composites，Appl. Phys. Lett.（USA），Vol.76，No.25，19 June 2000, p3804〜6」および米国特許第５，７３９，１９３号公報に示され、これらの文献の全ての開示が明細書の内容として引用される。例えば、強誘電性ポリマを有機トランジスタのゲート誘電体として用いて相互コンダクタンスを向上させることができる。好適な絶縁ポリマは、ＰＭＭＡ，ポリイミドまたはポリビニルフェノール（polyvinylphenol）等である。ポリマは堅固なキャリアによって支持されているので、必要な場合には化学機械研磨工程を実施することができる。図６および７に示されるのと同様の方法を用いてソース・コンタクトおよびドレイン・コンタクト用の一対のコンタクト１７０および１８０を形成する。
【００２５】
図９において、均一な厚みを有する半導体ポリマまたはオリゴマの層１９０を、第二の絶縁ポリマ層１６０とコンタクト１７０，１８０の上に塗布し、第三の絶縁ポリマの層２００で直ちに保護する。
【００２６】
半導体有機材料は汚染に影響されやすく、したがって、保護コーティングの層で直ちに覆わないと、材料の特性が劣化してしまうことになる。それゆえ、材料１９０を塗布した後、厚いポリマ層２００を直ちに付着する。半導体有機材料が化学物質にさらされるのを防止する。半導体有機材料を厚い絶縁ポリマで覆った後、適切な熱処理を実施する。たいていの場合には、有機半導体の性能は温度に極めて敏感である。一般的には有機半導体を熱処理しない。
【００２７】
続いて、図１０に詳述されるように、複合物５０を上下逆にし、それらの間に付着している事前塗布された第二のワックスの層２１０を用いて第二のキャリア層２２０へ接着する。同時に、第一のキャリア１００と第一のワックスの薄い層１１０とを取り除く。
【００２８】
次に、図１１に示されるように、複合物５０をエッチングし、パターンニングされた部分２３０が出現して全体のトランジスタ５０を定める。エッチング工程は、保護層１２０，コンタクト・ポリマ・パッド１３０，１４０，１５０，高Ｋ誘電性ポリマ１６０，半導体有機材料１９０を貫いてエッチングし、ポリマ基板２００で停止する。エッチングは酸素プラズマで行うことができる。
【００２９】
続いて、図１２に示されるように、エッチングの直後に複合物５０の上に別の絶縁ポリマ２７０を塗布し、パターンニングされた部分２３０を充てんする。これは、半導体ポリマ１９０が汚染（またはポイズン）されないように、同一の反応器においてその場で行ってもよい。ソースへのコンタクト２４０，ゲートへのコンタクト２５０，およびドレインへのコンタクト２６０を導電性材料，ポリマ，または金属で形成し、続いて化学機械研磨を行う。
【００３０】
完全に平坦化されたポリマ薄膜トランジスタ５０を形成する全工程を図１３のフローチャートにさらに示す。この工程は、第一の平坦なキャリア１００を用いて、ゲート１４０，ソース１５０，ドレイン１３０，およびボディ・エレメントを含むデバイス５０の第一の部分を処理する工程（工程３００）を含む。好ましくは、薄膜トランジスタ５０は、全て有機材料で作成される。ゲート誘電体１６０は、デバイス性能を高める高Ｋポリマであってもよい。続いて、部分的に完成したデバイス構造を上下逆にし（工程３１０）、第二の平坦なキャリア２００へ移す（工程３２０）。次に、ワックスまたは感光性有機材料の層２１０を一時的な接着剤として付着する（工程３３０）。ボディ領域を含むデバイス５０をエッチング・プロセスによって定める（工程３４０）。デバイスへのコンタクト２４０，２５０，２６０を導電性材料の付着および化学機械研磨によって形成する（工程３５０）。
【００３１】
本発明の新規な特徴は様々である。概略すれば、本発明は、特有の構造とプロセス・フローによる高性能トランジスタを提供する。具体的には、全ての機能要素が、好ましくはポリマ材料（半導体材料，導電性材料，低Ｋ絶縁材料，高Ｋ絶縁材料）で作成される。さらに、キャリアは、好ましくはウェーハ，ガラス・キャリア，またはポリマであり、不撓性あるいは可撓性であってもよい。一方、寸法はウェーハ・サイズによって限定されず、大型のキャリアに適応できる。また、半導体ボディ，ゲート，ソース／ドレイン，ボディとゲートとの界面，ボディとドレイン／ソースとの界面を含む全体の構造は、全て完全に平坦化され、半導体ボディとソース／ドレイン領域との間のコーナー薄化に帰因する電気的性能劣化がなくなる。その上、この構造は、簡単かつ費用効果的方法で製造され、この方法はＮ−ＦＥＴトランジスタおよびＰ−ＦＥＴトランジスタの双方を製造可能である。最後に、半導体ボディが平坦化され、ソース／ドレインおよびゲート誘電体との半導体ボディの界面は、後続の処理から完全に保護される。
【００３２】
その上、従来のポリマ薄膜トランジスタと異なり、本発明は、コーナー薄化問題が存在しないように完全に平坦化されたデバイスを製造する。新しいポリマ・デバイスの他の利点は、デバイスの最も高感度の領域、すなわち有機半導体で作成されたボディが全ての処理工程の前に完全に保護され、環境による汚染の可能性を回避するということである。さらに、有機半導体は、汚染を防ぐために複数の絶縁体層２００，１６０，２７０によって完全に覆われる。
【００３３】
好適な実施の形態の観点から本発明を説明してきたが、特許請求の範囲の趣旨および範囲に含まれる変更によって本発明を実施できるということを当業者は理解可能である。
【００３４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であって、第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、前記第一の絶縁層の上に導電層をパターンニングする工程と、前記導電層の上に複合物を形成する工程と、前記複合物の上に半導体層を付着する工程と、前記半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、前記デバイスに熱処理を加える工程と、前記第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程と、前記第一の基板を除去する工程と、前記第二の基板をキャリア層へ接着する工程と、前記第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、前記第一の絶縁層と前記第三の絶縁層とを貫いてコンタクトを形成する工程とを含む方法。
（２）第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁層を付着する工程とを含むプロセスで前記第一の基板を形成する工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。
（３）前記複合物を形成する工程は、前記第一および第二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第四の絶縁層を前記導電層の上に付着する工程を含む上記（１）に記載の方法。
（４）前記第二の基板を前記キャリア層へ接着する工程の前に、前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程をさらに含む上記（１）に記載の方法。
（５）前記半導体層は、完全に平坦化された層から構成される上記（１）に記載の方法。
（６）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む上記（１）に記載の方法。
（７）前記基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む上記（５）に記載の方法。
（８）前記第一の接着層を第二のキャリア層の上に付着する工程において、前記第一の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（２）に記載の方法。
（９）前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程において、前記第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む上記（４）に記載の方法。
（１０）薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であって、複合物を基板上に形成する工程と、前記複合物を完全に平坦化する工程と、前記複合物の上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層を複数の絶縁層で保護する工程であって、前記半導体層は汚染物質を伴っておらず、前記複数の絶縁層のうちの少なくとも１つは他の複数の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む工程と、前記デバイスに熱処理を加える工程と、前記複数の絶縁層の上に複数の一時的な接着層を付着する工程と、前記デバイスの上下を逆にする工程と、前記複数の一時的な接着層のうちの少なくとも１つを前記デバイスから除去する工程と、前記絶縁層を貫いて前記半導体層までの複数のコンタクト領域を形成する工程とを含む方法。
（１１）第一の接着層を第一のキャリア層の上に付着する工程と、前記第一の接着層の上に第一の絶縁層を付着する工程とを含むプロセスで前記基板を形成する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１２）前記第一の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含む第二の絶縁層を導電層の上に付着する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１３）トランジスタ構造を形成する方法であって、絶縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記絶縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、前記絶縁ポリマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導電性ポリマ層をパターンニングする工程と、前記導電性ポリマ層の上にゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程と、前記ゲート絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成する工程と、前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程と、前記絶縁ポリマ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導電コンタクトを形成する工程とを含む方法。
（１４）前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程の前に、前記導電性ポリマ層の上にコンタクトを形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。
（１５）前記導電性ポリマ層をパターンニングする工程は、ソース導体，ドレイン導体およびゲート導体を形成する上記（１４）に記載の方法。
（１６）前記コンタクトを形成する工程において、前記コンタクトは、前記ソースと前記ドレインとを前記半導体ポリマ層に電気的に接続するように形成される上記（１５）に記載の方法。
（１７）前記半導体ポリマ層に隣接する平坦な絶縁体を形成する工程をさらに含む上記（１３）に記載の方法。
（１８）少なくとも１つのキャリア層と、前記キャリア層上の完全に平坦化された半導体層と、前記半導体層上の絶縁体層と、前記半導体層へ接続された複数の導電コンタクトとを備える薄膜トランジスタ・デバイスであって、前記半導体層は、前記絶縁体層によって完全に覆われる薄膜トランジスタ・デバイス。
（１９）前記絶縁体層は、ポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
（２０）前記絶縁体層は、ポリカーボネート材料を含む上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
（２１）前記キャリア層に接続された接着層をさらに備え、前記接着層はフォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つである上記（１８）に記載の薄膜トランジスタ・デバイス。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図２】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図３】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図４】従来のトランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図５】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図６】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図７】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図８】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図９】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１０】部分的に完成した本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１１】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１２】本発明に係る薄膜トランジスタ・デバイスの概略側面図である。
【図１３】本発明の好適な方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ ソース
２ ドレイン
３ 有機半導体
４ 絶縁体
５ ゲート
６ 基板
１１ ソース
１２ ドレイン
１３ ボディ
１４ ゲート
１５ 絶縁ポリマ
１６ コーナー
１７ コーナー
５０ 薄膜トランジスタ・デバイス
１００ 基板キャリア
１１０ ワックス層
１２０ 絶縁ポリマ層
１２５ 導電性材料
１３０ ドレイン
１４０ ゲート
１５０ ソース
１６０ 第二の絶縁ポリマ層
１７０ コンタクト
１８０ コンタクト
１９０ 半導体ポリマ層
２００ 第三の絶縁ポリマ層
２１０ 第二のワックス層
２２０ 第二のキャリア層
２４０ ソースへのコンタクト
２５０ ゲートへのコンタクト
２６０ ドレインへのコンタクト
２７０ 絶縁ポリマ
３１１ ソース
３１２ ドレイン
３１３ ボディ
３１４ ゲート
３１５ 絶縁ポリマ
３１６ コーナー
３１７ コーナー
Claims (11)
- 薄膜トランジスタ・デバイスを形成する方法であって、
第一の絶縁層を第一の基板上に付着する工程と、
前記第一の絶縁層の上に導電層をパターニングし、ソース導体、ゲート導体及びドレイン導体を形成する工程と、
前記パターニングした領域に絶縁層を付着する工程と、
前記付着された絶縁層を貫いて、前記ソース導体及び前記ドレイン導体のそれぞれへのコンタクトと、前記ゲート導体上へのゲート絶縁体とを形成する工程と、
前記コンタクト及びゲート絶縁体を含む前記絶縁層上に半導体層を付着する工程と、
前記半導体層を第二の絶縁層で保護する工程と、
前記デバイスに熱処理を加える工程と、
前記デバイスの上下を逆にする工程と、
前記第二の絶縁層の上に第二の基板を付着する工程と、
前記第一の基板を除去する工程と、
前記第一の絶縁層の上に第三の絶縁層を付着する工程と、
前記第一の絶縁層と前記第三の絶縁層とを貫いて前記ソース導体、前記ゲート導体及び前記ドレイン導体のそれぞれへのコンタクトを形成する工程とを含む方法。 - 前記第一の基板上に付着する工程は、第一の接着層を前記第一の基板の上に付着する工程と、前記第一の接着層の上に前記第一の絶縁層を付着する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記パターニングした領域に付着された絶縁層は、前記第一および第二の絶縁層よりも高い誘電率の材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記第二の絶縁層に前記第二の基板を付着する工程において、前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
- 前記半導体層は、完全に平坦化された層から構成される請求項１に記載の方法。
- 前記第一の基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、
前記第一の絶縁層は、ポリエステル材料およびポリイミド材料のうちの１つを含む請求項１に記載の方法。 - 前記第一の基板上に第一の絶縁層を付着する工程において、
前記第一の絶縁層は、ポリカーボネート材料を含む請求項５に記載の方法。 - 前記第一の接着層を前記第一の基板上に付着する工程において、
前記第一の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む請求項２に記載の方法。 - 前記第二の基板を第二の接着層でコーティングする工程において、
前記第二の接着層は、フォトレジストおよび感光性ポリイミドのうちの１つを含む請求項４に記載の方法。 - トランジスタ構造を形成する方法であって、
絶縁ポリマ層を犠牲層の上に形成して前記犠牲層を前記絶縁ポリマ層の第一の面に接触させる工程と、
前記絶縁ポリマ層の第一の面の反対側の第二の面上に導電性ポリマ層をパターンニングし、ソース導体、ゲート導体、及びドレイン導体を形成する工程と、
前記パターニングした領域に絶縁体ポリマ層を形成する工程と、
前記絶縁体ポリマ層を貫いて、前記ソース導体及び前記ドレイン導体のそれぞれへのコンタクトと、前記ゲート導体上へのゲート絶縁体ポリマ層とを形成する工程と、
前記コンタクト及びゲート絶縁体ポリマ層を含む前記絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を付着する工程と、
前記ゲート絶縁体ポリマ層の上に半導体ポリマ層を形成する工程と、
前記半導体ポリマ層の上に絶縁ポリマ基板を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
前記絶縁ポリマ層を貫いて前記導電性ポリマ層までの導電コンタクトを形成する工程とを含む方法。 - 前記ゲート絶縁体ポリマ層を形成する工程の前に、前記導電性ポリマ層の上に前記コンタクトを形成する工程をさらに含む請求項１０に記載の方法。
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