JP4844510B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
一方、有機トランジスタについては、有機分子のキャリア移動度がシリコン単結晶に比べて小さいという問題があるが、材料の開発が進み、量産の実現化に向けて着々と研究が積み上げられている。
前記塗布膜を熱処理する工程(b)と、
これら一連の工程(a)、(b)の前または後に、基板上にゲート電極を形成する工程(c)と、
前記塗布膜を熱処理する工程(b)の後に、当該塗布膜をエッチングして前記ゲート電極の両側に凹部を形成する工程(d)と、
これら凹部に前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極を埋め込む工程(e)と、を含み、
前記塗布液を基板に塗布することにより、前記塗布膜が絶縁層である表層部と有機半導体層である内層部と絶縁層である表層部との3層に分離することを利用して、前記表層部及び内層部を夫々ゲート絶縁膜及び電界効果型トランジスタのチャンネルとして用いることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施の形態に係るトップゲート構造の電界効果型トランジスタ1の作製工程について図1及び図2を参照しながら説明する。先ず、例えばプラスチック基板10上に、シリコン酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜11を例えばスピンコート法により形成する(図1(a))。次に前記絶縁膜11の表面に高分子導電材料であるPEDOT(ポリ(3,4−(エチレンジオキシ))チオフェン)(poly(3,4-(ethylenedioxy)thiophene))と絶縁性の溶媒であるPSS(ポリスチレンスルホン酸)(poly(styrenesulfonic acid))とを1:10の濃度比に調合した塗布液を塗布して塗布膜4を形成する。この塗布膜4の膜厚は例えば9nmである。またこの塗布膜4は、後述する実施例に示すように塗布膜4の内層部は、高分子導電材料であるポリチオフェンが多く存在しているため、塗布膜4の内層部は有機半導体層41として構成され、また塗布膜4の表層部は、ポリチオフェンが内層部に比べてかなり少ないため、前記塗布膜4の表層部は絶縁層42,43として構成されている。即ち、この塗布膜4は絶縁層42,43と有機半導体層41との2層に分離した膜として構成されている。前記絶縁層42,43の膜厚は例えば2nmであり、前記有機半導体層41の膜厚は例えば5nmである。前記塗布液を基板10に塗布した時点で、前記塗布膜4は絶縁層である表層部と有機半導体層である内層部とに分離した状態となる。またPEDOTとPSSとの濃度比は1:10に限定されるものではなく、基板10に塗布された塗布液が上述したように絶縁層42,43と有機半導体層41との2層に分離し、表層部が絶縁層42,43として機能し、内層部が有機半導体層41として機能するように、PEDOTとPSSとの濃度比を決定すればよい。
(第2の実施の形態)
続いて本発明の半導体装置の製造方法の第2の実施の形態に係るボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ100の作製工程について図7及び図8を参照しながら説明する。先ず、例えばプラスチック基板10上に、絶縁膜11を例えばスピンコート法により形成する(図7(a))。次いで前記絶縁膜11の表面に所定の形状にパターニングされたレジスト膜70を形成する(図7(b))。続いて図1(d)及び図2(a)に示した工程と同様にして、電極層50の形成及びレジスト膜70の溶解を行ってゲート電極5を形成する(図7(c))。しかる後、前記絶縁膜11の表面に図5(b)に示した工程と同様にして、塗布液の塗布及び塗布膜4の乾燥を行う(図7(d))。即ち、ゲート電極5、絶縁層43及び有機半導体層41がこの順番に積層された構造となり、この絶縁膜43はゲート絶縁膜として機能することになる。
この結果を図9に示す。図9の縦軸はピーク強度であり、横軸は結合エネルギー(eV)である。また図9中の実線のスペクトルは内層部におけるPEDOTとPSSとのピークを示しており、図9中の点線のスペクトルは表層部におけるPEDOTとPSSとのピークを示している。この結果から表層部におけるPEDOT/PSSの濃度比は0.35であるのに対して、内層部におけるPEDOT/PSSの濃度比は0.37であることが判った。つまり、内層部は表層部よりもPEDOTの数が多いことが分かる。このことから表層部は内層部に対してPEDOTの重合度が減少しているため絶縁層に見える。
μ=(2t・Lg・Idsat)/(Wg・ε0εr・(Vg−Vt)2)‥(1)
上記(1)式において、tは塗布膜4の膜厚、Lgはゲートの長さ、Idsatは飽和電流、Wgはゲートの幅、ε0は真空の誘電率、εrは比誘電率、Vtは閾値電圧を示している。上記(1)式を用いた計算結果から前記塗布膜4におけるキャリアの移動度μは0.02〜6.9cm2/V・secの間で変動することが分かった。
10 基板
11 絶縁膜
2 ソース電極
3 ドレイン電極
4 導電性高分子膜
41 有機半導体層
42,43 絶縁層
5 ゲート電極
6 凹部
7 レジスト膜
72 共重合体
8 層間絶縁膜
81 凹部
100 ボトムゲート構造の電界効果型トランジスタ
Claims (2)
- 高分子導電材料であるポリチオフェンを絶縁性の溶媒であるポリスチレンスルホン酸に溶解した塗布液を基板上に塗布して塗布膜を形成する工程(a)と、
前記塗布膜を熱処理する工程(b)と、
これら一連の工程(a)、(b)の前または後に、基板上にゲート電極を形成する工程(c)と、
前記塗布膜を熱処理する工程(b)の後に、当該塗布膜をエッチングして前記ゲート電極の両側に凹部を形成する工程(d)と、
これら凹部に前記トランジスタのソース電極及びドレイン電極を埋め込む工程(e)と、を含み、
前記塗布液を基板に塗布することにより、前記塗布膜が絶縁層である表層部と有機半導体層である内層部と絶縁層である表層部との3層に分離することを利用して、前記表層部及び内層部を夫々ゲート絶縁膜及び電界効果型トランジスタのチャンネルとして用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1に記載された製造方法により製造されたことを特徴とする半導体装置。
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