JP5104057B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。 This invention relates to a manufacturing method of a semiconductor equipment.

従来から、複数の有機電界効果トランジスタ(以下、有機FETという)によって構成される半導体装置として、例えば、スイッチング用有機FETと駆動用FETによって構成され、アクティブマトリクス有機ELディスプレイ等に組み込まれるものが知られている。また、CMOSインバータ回路等を備えたものが知られている。このような半導体装置として、n型半導体およびp型半導体をインクジェット印刷により堆積し、相補型論理回路を製造するものが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特表2005−531134号公報
Conventionally, as a semiconductor device constituted by a plurality of organic field effect transistors (hereinafter referred to as organic FETs), for example, a device constituted by a switching organic FET and a driving FET and incorporated in an active matrix organic EL display or the like is known. It has been. Also, a device provided with a CMOS inverter circuit or the like is known. As such a semiconductor device, an apparatus in which an n-type semiconductor and a p-type semiconductor are deposited by ink jet printing to manufacture a complementary logic circuit is disclosed (for example, see Patent Document 1).
JP-T-2005-531134

しかしながら、上記従来の半導体装置では、異なる特性をもつ有機FETを組み合せて用いるため、半導体装置の出力特性における対称性が損なわれるという課題がある。
例えば、CMOSインバータ回路ではp型FETとn型FETという2種類のFETから構成される。p型有機FETはゲート電圧とドレイン電圧がソース電圧を基準として負の領域で動作する。一方、n型有機FETではゲート電圧とドレイン電圧がソース電圧を基準として正の領域で動作する。p型有機FETの特性とn型有機FETの出力特性は、電圧の絶対値で比較してできる限り一致していることが望ましい。特に、ドレイン電流の対称性が要求される。
However, in the above conventional semiconductor device, since organic FETs having different characteristics are used in combination, there is a problem that symmetry in output characteristics of the semiconductor device is lost.
For example, a CMOS inverter circuit is composed of two types of FETs, a p-type FET and an n-type FET. The p-type organic FET operates in a region where the gate voltage and the drain voltage are negative with respect to the source voltage. On the other hand, in the n-type organic FET, the gate voltage and the drain voltage operate in a positive region with respect to the source voltage. It is desirable that the characteristics of the p-type organic FET and the output characteristics of the n-type organic FET match as much as possible by comparing the absolute values of the voltages. In particular, drain current symmetry is required.

しかし、p型有機FETの有機半導体膜の電界効果移動度は、n型有機FETのそれとは大きく異なる。このため、p型有機FETの特性とn型有機FETの出力特性は、電圧の絶対値で比較して大きく異なったものとなる。これにより、CMOSインバータ回路の出力特性の対称性は劣化する。CMOSインバータ回路の出力特性の対称性が劣化すると、入力電圧信号のON領域とOFF領域の一方が狭くなるという問題がある。
ドレイン電流はチャネル幅に比例する。したがって、従来、各有機FETの特性の調整は有機FETのチャネル幅で行なっていた。しかし、この方法では大きなドレイン電流を得るためには広いチャネル幅が必要になり、微細化、集積化が困難になる。
However, the field effect mobility of the organic semiconductor film of the p-type organic FET is greatly different from that of the n-type organic FET. For this reason, the characteristics of the p-type organic FET and the output characteristics of the n-type organic FET are greatly different from each other in absolute value of voltage. This degrades the symmetry of the output characteristics of the CMOS inverter circuit. When the symmetry of the output characteristics of the CMOS inverter circuit deteriorates, there is a problem that one of the ON region and the OFF region of the input voltage signal becomes narrow.
The drain current is proportional to the channel width. Therefore, conventionally, the characteristics of each organic FET have been adjusted by the channel width of the organic FET. However, this method requires a wide channel width to obtain a large drain current, and miniaturization and integration become difficult.

また、チャネル長を変えても有機FETの特性は変化する。しかし、チャネル長は短いほど特性が良く、回路設計の段階でプロセス上作製可能な最短チャネル長に設計されている。したがって、特性の調整のためにチャネル長を長くすると有機FETの特性が悪化してしまう。
また、有機半導体材料やソースやドレインの電極材料を変えても有機FETの特性は調整できる。しかし、何種類もの異なる材料を用いることでプロセスが複雑化し、合理的ではない。
Even if the channel length is changed, the characteristics of the organic FET change. However, the shorter the channel length, the better the characteristics, and it is designed to be the shortest channel length that can be manufactured in the process at the circuit design stage. Therefore, if the channel length is increased to adjust the characteristics, the characteristics of the organic FET are deteriorated.
Also, the characteristics of the organic FET can be adjusted by changing the organic semiconductor material and the source and drain electrode materials. However, using several different materials complicates the process and is not rational.

そこで、本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   Therefore, the present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.

上記の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の製造方法の形態のひとつは、第一ゲート電極、第一ゲート絶縁膜、第一半導体膜、第一ソース電極および第一ドレイン電極を含む第一トランジスタと、第二ゲート電極、第二ゲート絶縁膜、第二半導体膜、第二ソース電極および第二ドレイン電極を含む第二トランジスタと、を備える半導体装置の製造方法であって、基板上に前記第一ゲート電極と、前記第二ゲート電極と、を形成する工程と、陽極酸化法により、前記第二ゲート電極の表面を酸化して第二ゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第一ゲート電極の表面を酸化して、前記第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも膜厚の大きい第一ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第一ゲート絶縁膜上にp型有機半導体材料を含む第一半導体膜を形成すると共に、前記第二ゲート絶縁膜上にn型有機半導体材料を含む第二半導体膜を形成する工程と、前記第一半導体膜上に前記第一ソース電極を、第二半導体膜上に前記第二ソース電極をそれぞれ形成すると共に、前記第一ドレイン電極と前記第二ドレイン電極とが電気的に接続されるように、前記第一半導体膜上に第一ドレイン電極を、前記第二半導体膜上に第二ドレイン電極を、それぞれ形成する工程と、前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極とを電気的に接続する工程と、を有し、前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続するための部分を除いて、前記第一および第二ゲート電極を電解液に浸漬し、前記第一および第二ゲート電極を前記電解液中で前記陽極酸化法により酸化して前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成し、前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記第一および第二ゲート電極の表面の前記第一および第二ゲート絶縁膜の非形成部に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の形態のひとつは、第一ゲート電極、第一ゲート絶縁膜、第一半導体膜、第一ソース電極および第一ドレイン電極を含む第一トランジスタと、第二ゲート電極、第二ゲート絶縁膜、第二半導体膜、第二ソース電極および第二ドレイン電極を含む第二トランジスタと、を備える半導体装置の製造方法であって、基板上に前記第一ゲート電極と、前記第二ゲート電極と、を形成する工程と、陽極酸化法により、前記第二ゲート電極の表面を酸化して第二ゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第一ゲート電極の表面を酸化して、前記第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも膜厚の大きい第一ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第一ゲート絶縁膜上にp型有機半導体材料を含む第一半導体膜を形成すると共に、前記第二ゲート絶縁膜上にn型有機半導体材料を含む第二半導体膜を形成する工程と、前記第一半導体膜上に前記第一ソース電極を、第二半導体膜上に前記第二ソース電極をそれぞれ形成すると共に、前記第一ドレイン電極と前記第二ドレイン電極とが電気的に接続されるように、前記第一半導体膜上に第一ドレイン電極を、前記第二半導体膜上に第二ドレイン電極を、それぞれ形成する工程と、前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極とを電気的に接続する工程と、を有し、前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一および第二ゲート電極の表面の前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続するための部分にそれぞれマスクを形成し、前記第一および第二ゲート電極を前記電解液に浸漬し、前記電解液中で前記陽極酸化法により前記第一および第二ゲート電極表面の前記マスクの非形成部を前記電解液中で酸化して前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成し、前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記マスクを除去して前記第一および第二ゲート電極の表面を露出させ、前記第一および第二ゲート電極の表面に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする。
In order to solve the above problems, one of the methods for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first gate electrode, a first gate insulating film, a first semiconductor film, a first source electrode, and a first drain electrode. A semiconductor device comprising: a first transistor including: a second gate electrode; a second gate insulating film; a second semiconductor film; a second transistor including a second source electrode and a second drain electrode; Forming the first gate electrode and the second gate electrode on the surface, oxidizing the surface of the second gate electrode by an anodic oxidation method to form a second gate insulating film; and Oxidizing a surface of one gate electrode to form a first gate insulating film having a thickness larger than that of the second gate insulating film; and forming a p-type organic semiconductor material on the first gate insulating film. Including first semiconductor film Forming a second semiconductor film including an n-type organic semiconductor material on the second gate insulating film, and forming the first source electrode on the first semiconductor film and the second semiconductor film on the second semiconductor film. A second source electrode is formed, and a first drain electrode is formed on the first semiconductor film so that the first drain electrode and the second drain electrode are electrically connected to each other. a second drain electrode on the steps of forming each of the the first gate electrode and said second gate electrode possess a step of electrically connecting the said first and second gate insulating film formed The first and second gate electrodes are immersed in an electrolyte solution, except for a portion for electrically connecting the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes are In the electrolyte solution In the step of forming the first and second gate insulating films by oxidation by a polar oxidation method and electrically connecting the first and second gate electrodes, the first and second gate electrodes are formed on the surfaces of the first and second gate electrodes. A wiring for electrically connecting the first and second gate electrodes is formed in a portion where the first and second gate insulating films are not formed .
Another embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first transistor including a first gate electrode, a first gate insulating film, a first semiconductor film, a first source electrode, and a first drain electrode. And a second transistor including a second gate electrode, a second gate insulating film, a second semiconductor film, a second source electrode, and a second drain electrode, wherein the first transistor is formed on a substrate. Forming a gate electrode and the second gate electrode; and oxidizing the surface of the second gate electrode by an anodic oxidation method to form a second gate insulating film; and the surface of the first gate electrode Forming a first gate insulating film having a thickness larger than that of the second gate insulating film, and a first semiconductor film containing a p-type organic semiconductor material on the first gate insulating film And forming Forming a second semiconductor film containing an n-type organic semiconductor material on the second gate insulating film, the first source electrode on the first semiconductor film, and the second source electrode on the second semiconductor film. And forming a first drain electrode on the first semiconductor film and a second drain on the second semiconductor film so that the first drain electrode and the second drain electrode are electrically connected to each other. A step of forming a drain electrode, and a step of electrically connecting the first gate electrode and the second gate electrode, and forming the first and second gate insulating films, Masks are respectively formed on portions of the surfaces of the first and second gate electrodes for electrically connecting the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes are immersed in the electrolytic solution. And the electrolyte The first and second gate insulating films are formed by oxidizing the non-formation portions of the mask on the surfaces of the first and second gate electrodes in the electrolytic solution by the anodic oxidation method. In the step of electrically connecting the gate electrodes, the mask is removed to expose the surfaces of the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes are exposed on the surfaces of the first and second gate electrodes. It is characterized in that a wiring for electrically connecting each other is formed.

このように製造することで、陽極酸化電圧、陽極酸化時間等を制御して、第一トランジスタと第二トランジスタに膜厚の異なるゲート絶縁膜を形成することができる。そして、p型の半導体膜を備えた第一トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚が、n型の半導体膜を備えた第二トランジスタのゲート絶縁膜の膜厚よりも大きいCMOSインバータ回路を形成することができる。
また、このように製造することで、第一トランジスタおよび第二トランジスタのゲート電極同士を電気的に接続するための部分は酸化されず、ゲート絶縁膜の非形成部となる。したがって、ゲート電極同士を電気的に接続する際に、ゲート絶縁膜の非形成部同士を接続することができる。したがって、ゲート絶縁膜を除去する必要が無く、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
By manufacturing in this way, gate insulating films having different thicknesses can be formed in the first transistor and the second transistor by controlling the anodizing voltage, the anodizing time, and the like. Then, a CMOS inverter circuit is formed in which the thickness of the gate insulating film of the first transistor including the p-type semiconductor film is larger than the thickness of the gate insulating film of the second transistor including the n-type semiconductor film. Can do.
Moreover, by manufacturing in this way, the part for electrically connecting the gate electrodes of the first transistor and the second transistor is not oxidized and becomes a non-formation part of the gate insulating film. Therefore, when the gate electrodes are electrically connected to each other, the portions where the gate insulating film is not formed can be connected. Therefore, it is not necessary to remove the gate insulating film, the manufacturing process can be simplified, and productivity can be improved.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の形態のひとつは、前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一ゲート電極に、前記第二ゲート電極よりも大きい陽極酸化電圧を印加することを特徴とする。
このように製造することで、第一トランジスタの第一ゲート絶縁膜の膜厚を第二トランジスタの第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができる。
In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the first and second gate insulating films, the first gate electrode has an anode larger than the second gate electrode. An oxidation voltage is applied.
By manufacturing in this way, the film thickness of the first gate insulating film of the first transistor can be made larger than the film thickness of the second gate insulating film of the second transistor.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の形態のひとつは、前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一ゲート電極に、前記第二ゲート電極よりも長時間、陽極酸化電圧を印加することを特徴とする。
このように製造することで、第一トランジスタの第一ゲート絶縁膜の膜厚を第二トランジスタの第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができる。
In another embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of forming the first and second gate insulating films, the first gate electrode has a longer time than the second gate electrode. An anodizing voltage is applied.
By manufacturing in this way, the film thickness of the first gate insulating film of the first transistor can be made larger than the film thickness of the second gate insulating film of the second transistor.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の他の形態のひとつは、前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記第一および第二ゲート絶縁膜の一部をエッチングにより除去し、前記エッチングにより露出した前記第一および第二ゲート電極の表面に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする。
このように製造することで、第一および第二ゲート電極表面に形成された第一および第二ゲート絶縁膜を除去し、第一および第二ゲート電極を露出させることができる。そして、第一および第二ゲート電極を露出させた部分に配線を形成することで、第一トランジスタと第二トランジスタのゲート電極同士を電気的に接続することができる。
In another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in the step of electrically connecting the first and second gate electrodes, a part of the first and second gate insulating films is etched. And a wiring for electrically connecting the first and second gate electrodes to each other is formed on the surfaces of the first and second gate electrodes exposed by the etching.
By manufacturing in this way, the first and second gate insulating films formed on the surfaces of the first and second gate electrodes can be removed, and the first and second gate electrodes can be exposed. Then, by forming a wiring in a portion where the first and second gate electrodes are exposed, the gate electrodes of the first transistor and the second transistor can be electrically connected.

次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材ごとに縮尺を適宜変更している。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale is appropriately changed for each layer and each member so that each layer and each member can be recognized on the drawing.

(半導体装置)
図1および図2に示すように、半導体装置100は、基板1上に第一トランジスタ(以下、p型有機FET10という)と第二トランジスタ(以下、n型有機FET20という)からなるCMOSインバータ回路30を備えている。基板1は、例えば、ガラス等の電気絶縁材料によって形成されている。p型有機FET10およびn型有機FET20は、それぞれ、基板1上に形成されたp型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21を備えている。各ゲート電極11,21は、例えば、タンタルによって形成されている。
(Semiconductor device)
As shown in FIGS. 1 and 2, a semiconductor device 100 includes a CMOS inverter circuit 30 including a first transistor (hereinafter referred to as a p-type organic FET 10) and a second transistor (hereinafter referred to as an n-type organic FET 20) on a substrate 1. It has. The substrate 1 is made of an electrically insulating material such as glass, for example. Each of the p-type organic FET 10 and the n-type organic FET 20 includes a p-type gate electrode 11 and an n-type gate electrode 21 formed on the substrate 1. Each of the gate electrodes 11 and 21 is made of, for example, tantalum.

各ゲート電極11,21上には、図1に示す接続部11a,21aを除いて、各ゲート電極11,21を覆うようにp型用ゲート絶縁膜12およびn型用ゲート絶縁膜22が形成されている。
図2に示すように、p型用ゲート絶縁膜12の膜厚T1は、n型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2よりも大きくなるように形成されている。各ゲート絶縁膜12,22は、例えば、酸化タンタルによって形成されている。ここで、p型用ゲート絶縁膜12の膜厚T1は、例えば、約400nmであり、n型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2は、例えば、約133nmとなるように形成されている。
接続部11a,21aは、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21に跨って形成された配線31によって電気的に接続され、半導体装置100の入力電極101を構成している。配線31は、アルミニウムと金が順次積層されて形成されている。
A p-type gate insulating film 12 and an n-type gate insulating film 22 are formed on the gate electrodes 11 and 21 so as to cover the gate electrodes 11 and 21 except for the connecting portions 11a and 21a shown in FIG. Has been.
As shown in FIG. 2, the thickness T1 of the p-type gate insulating film 12 is formed to be larger than the thickness T2 of the n-type gate insulating film 22. Each of the gate insulating films 12 and 22 is made of, for example, tantalum oxide. Here, the film thickness T1 of the p-type gate insulating film 12 is, for example, about 400 nm, and the film thickness T2 of the n-type gate insulating film 22 is, for example, about 133 nm.
The connecting portions 11 a and 21 a are electrically connected by a wiring 31 formed across the p-type gate electrode 11 and the n-type gate electrode 21, and constitute the input electrode 101 of the semiconductor device 100. The wiring 31 is formed by sequentially laminating aluminum and gold.

各ゲート絶縁膜12,22上には、各ゲート絶縁膜12,22の一部を覆うように、それぞれp型半導体膜13およびn型半導体膜23が形成されている。各半導体膜13,23は(チオフェン/フェニレン)コオリゴマーによって形成され、p型半導体膜13は、下記の式(1)で表されるp型有機半導体材料であるBP3Tを含んで形成されている。n型半導体膜23は、下記の式(2)で表されるn型有機半導体材料であるAC5F6pmを含んで形成さている。   A p-type semiconductor film 13 and an n-type semiconductor film 23 are formed on each gate insulating film 12 and 22 so as to cover a part of each gate insulating film 12 and 22. Each of the semiconductor films 13 and 23 is formed of (thiophene / phenylene) co-oligomer, and the p-type semiconductor film 13 is formed including BP3T which is a p-type organic semiconductor material represented by the following formula (1). . The n-type semiconductor film 23 is formed including AC5F6pm which is an n-type organic semiconductor material represented by the following formula (2).

Figure 0005104057
Figure 0005104057

Figure 0005104057
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p型半導体膜13およびn型半導体膜23上には、それぞれ、p型用ソース電極14、p型用ドレイン電極15およびn型用ソース電極24、n型用ドレイン電極25が形成されている。p型用ドレイン電極15とn型用ドレイン電極25とは、一部が互いに重なり合うように積層されて電気的に接続され、半導体装置100の出力電極102を構成している。
ここで、p型用ソース電極14およびp型用ドレイン電極15は、例えば、金によって形成されている。また、n型用ソース電極24、n型用ドレイン電極25は、例えば、アルミニウムによって形成されている。
A p-type source electrode 14, a p-type drain electrode 15, an n-type source electrode 24, and an n-type drain electrode 25 are formed on the p-type semiconductor film 13 and the n-type semiconductor film 23, respectively. The p-type drain electrode 15 and the n-type drain electrode 25 are stacked so as to partially overlap each other and are electrically connected to each other, and constitute the output electrode 102 of the semiconductor device 100.
Here, the p-type source electrode 14 and the p-type drain electrode 15 are made of, for example, gold. The n-type source electrode 24 and the n-type drain electrode 25 are made of, for example, aluminum.

図1に示すように、p型有機FET10のチャネル幅W1は、n型有機FET20のチャネル幅W2よりも小さくなるように形成されている。p型有機FET10のチャネル幅W1は、例えば、約1mmに形成され、n型有機FET20のチャネル幅W2は、約3mmに形成されている。また、p型有機FET10およびn型有機FET20のチャネル長L1,L2は略等しくなるように形成され、それぞれ、例えば、約20μmに形成されている。   As shown in FIG. 1, the channel width W1 of the p-type organic FET 10 is formed to be smaller than the channel width W2 of the n-type organic FET 20. The channel width W1 of the p-type organic FET 10 is, for example, about 1 mm, and the channel width W2 of the n-type organic FET 20 is about 3 mm. Further, the channel lengths L1 and L2 of the p-type organic FET 10 and the n-type organic FET 20 are formed to be substantially equal to each other, for example, about 20 μm.

次に、この実施の形態の作用について説明する。
図1および図2に示すように、p型有機FET10およびn型有機FET20を備えたCMOSインバータ回路30において、n型用ソース電極24を接地し、p型用ソース電極14に正の電源電圧VDDを印加する。電源電圧VDDを約10Vとし、入力電極101に約0〜10Vの入力電圧Vinを印加し、出力電極102からの出力電圧Voutを測定することで、図3に示す出力特性を得た。
Next, the operation of this embodiment will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, in the CMOS inverter circuit 30 including the p-type organic FET 10 and the n-type organic FET 20, the n-type source electrode 24 is grounded, and the p-type source electrode 14 has a positive power supply voltage V. Apply DD . The power supply voltage V DD of about 10V, the input voltage V in about 0~10V applied to the input electrode 101, by measuring the output voltage V out from the output electrode 102, to obtain an output characteristic shown in FIG. 3 .

入力電極101に、図3に示すように、入力電圧Vinとして約0(V)〜10(V)の電圧を印加すると、出力電極102には入力電圧Vinが反転して、約10(V)〜0(V)の出力電圧Voutが出力される。また、反転電圧Vを出力電圧Voutが電源電圧VDDの半分の値(5V)になる入力電圧Vinとして定義する。
ここで、n型半導体膜23に用いられているAC5F6pmの電界効果移動度は約10−3cm/Vs程度であり、p型半導体膜に用いられているBP3Tの電界効果移動度より、およそ1桁のオーダーで小さくなっている。
The input electrode 101, as shown in FIG. 3, when a voltage of about 0 (V) ~10 (V) as the input voltage V in, the output electrode 102 and the inverting input voltage V in, about 10 ( An output voltage Vout of V) to 0 (V) is output. Further, defined as the input voltage V in the output voltage V out of the inverted voltage V R becomes a half of the supply voltage V DD (5V).
Here, the field-effect mobility of AC5F6pm used for the n-type semiconductor film 23 is about 10 −3 cm 2 / Vs, which is approximately from the field-effect mobility of BP3T used for the p-type semiconductor film. It is smaller on the order of one digit.

そこで、本実施形態の半導体装置100では、出力特性の劣化を防止するために、p型用ゲート絶縁膜12の膜厚T1がn型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2よりも大きく形成されている。これにより、p型有機FET10のゲート容量が減少し、p型有機FET10の電界効果移動度は低下する。
また、p型用ゲート絶縁膜12およびn型用ゲート絶縁膜22はそれぞれ酸化タンタルによって形成され、膜厚T1,T2は、それぞれ約400nmおよび約133nmとなるように形成されている。
Therefore, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the film thickness T1 of the p-type gate insulating film 12 is formed to be larger than the film thickness T2 of the n-type gate insulating film 22 in order to prevent deterioration of output characteristics. Yes. As a result, the gate capacitance of the p-type organic FET 10 is reduced, and the field-effect mobility of the p-type organic FET 10 is reduced.
The p-type gate insulating film 12 and the n-type gate insulating film 22 are each formed of tantalum oxide, and the film thicknesses T1 and T2 are formed to be about 400 nm and about 133 nm, respectively.

このようにn型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2をp型用ゲート絶縁膜の膜厚の約1/3にすることによって、n型有機FET20の電界効果を相対的に大きくして、p型有機FET10の電界効果移動度をn型有機FET20の電界効果移動度と略等しくすることができる。これにより、図3に示すように、反転電圧Vを入力電圧Vinの最小値0Vと最大値10Vの略中間値である約5.1Vとすることができる。
したがって、本実施形態によれば、CMOSインバータ回路30の反転電圧Vを入力電圧Vinの最小値と最大値の略中間値として、出力特性の対称性が良好な半導体装置100を得ることができる。これにより、ON/OFFのマージンを拡大し、半導体装置100の設計の自由度を向上させることができる。
Thus, by setting the film thickness T2 of the n-type gate insulating film 22 to about 1/3 of the film thickness of the p-type gate insulating film, the field effect of the n-type organic FET 20 is relatively increased, and p The field effect mobility of the n-type organic FET 10 can be made substantially equal to the field effect mobility of the n-type organic FET 20. Thus, as shown in FIG. 3, it may be approximately 5.1V is substantially intermediate value of the minimum values 0V and a maximum value of 10V input voltage V in the inversion voltage V R.
Therefore, according to this embodiment, a substantially intermediate value between the minimum and maximum values of the input voltage V in the inversion voltage V R of the CMOS inverter circuit 30, that the symmetry of the output characteristic to obtain a good semiconductor device 100 it can. Thereby, the ON / OFF margin can be expanded and the degree of freedom in designing the semiconductor device 100 can be improved.

また、チャネル幅W1,W2やチャネル長L1,L2を調整する必要が無いので、半導体装置100を小型化することができ、半導体装置100の微細化、集積化が可能になる。また、p型用ドレイン電極15の一部とn型用ドレイン電極25の一部とが積層されているので、基板1上に並べて形成する場合と比較して、出力電極102の面積を縮小させ、半導体装置100の微細化、高集積化を実現することができる。
また、p型有機FET10のチャネル幅W1がn型有機FET20のチャネル幅W2よりも小さいので、p型有機FET10の電界効果を小さくし、CMOSインバータ回路30の出力特性のバランスを改善することができる。
Further, since there is no need to adjust the channel widths W1 and W2 and the channel lengths L1 and L2, the semiconductor device 100 can be reduced in size, and the semiconductor device 100 can be miniaturized and integrated. Further, since a part of the p-type drain electrode 15 and a part of the n-type drain electrode 25 are laminated, the area of the output electrode 102 is reduced as compared with the case where they are formed side by side on the substrate 1. Therefore, miniaturization and high integration of the semiconductor device 100 can be realized.
Further, since the channel width W1 of the p-type organic FET 10 is smaller than the channel width W2 of the n-type organic FET 20, the field effect of the p-type organic FET 10 can be reduced and the balance of the output characteristics of the CMOS inverter circuit 30 can be improved. .

さらに、各ゲート電極11,21はタンタルによって形成され、各ゲート絶縁膜12,22は酸化タンタルによって形成されているので、各ゲート電極11,21の表面を酸化させて各ゲート絶縁膜12,22を形成することができる。したがって、各ゲート絶縁膜12,22の形成が容易で、欠陥が少なく、製造設備も簡略化することができる。また、各ゲート絶縁膜12,22は酸化タンタルによって形成されているので、緻密で高品質なゲート絶縁膜12,22となる。   Further, since the gate electrodes 11 and 21 are made of tantalum and the gate insulating films 12 and 22 are made of tantalum oxide, the surfaces of the gate electrodes 11 and 21 are oxidized to form the gate insulating films 12 and 22. Can be formed. Therefore, the gate insulating films 12 and 22 can be easily formed, there are few defects, and the manufacturing equipment can be simplified. Further, since the gate insulating films 12 and 22 are made of tantalum oxide, the gate insulating films 12 and 22 are dense and have high quality.

(半導体装置の製造方法)
次に、この実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、基板1の表面に、例えば、スパッタ法等によりタンタル膜を形成する。次いで、形成したタンタル膜を、例えば、フォトリソグラフィ法、ドライエッチング法等によりパターニングして、図4(a)に示すように、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21を形成する。これにより、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21は電気的に独立した状態になる。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.
First, a tantalum film is formed on the surface of the substrate 1 by, for example, sputtering. Next, the formed tantalum film is patterned by, for example, a photolithography method, a dry etching method, or the like to form a p-type gate electrode 11 and an n-type gate electrode 21 as shown in FIG. As a result, the p-type gate electrode 11 and the n-type gate electrode 21 are electrically independent.

次に、図4(b)に示すように、n型用ゲート電極21の表面を酸化してn型用ゲート絶縁膜22を形成すると共に、p型用ゲート電極11の表面を酸化して、n型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2よりも膜厚T1の大きいp型用ゲート絶縁膜12を形成する。p型用ゲート絶縁膜12とn型用ゲート絶縁膜22は、陽極酸化法によって形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, the surface of the n-type gate electrode 21 is oxidized to form the n-type gate insulating film 22, and the surface of the p-type gate electrode 11 is oxidized. A p-type gate insulating film 12 having a thickness T1 larger than the film thickness T2 of the n-type gate insulating film 22 is formed. The p-type gate insulating film 12 and the n-type gate insulating film 22 are formed by an anodic oxidation method.

陽極酸化法によりp型用ゲート絶縁膜12とn型用ゲート絶縁膜22を形成する際には、まず、図5に示すように、陽極酸化液槽51に満たされた陽極酸化電解液52に、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21が形成された基板1を浸漬する。このとき、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極22の接続部11a,21aが陽極酸化電解液52に接触しないように、接続部11a,21aが陽極酸化電解液52の液面52sよりも上側に位置するように基板1を固定する。   When forming the p-type gate insulating film 12 and the n-type gate insulating film 22 by the anodic oxidation method, first, as shown in FIG. 5, the anodic oxidation electrolytic solution 52 filled in the anodic oxidation bath 51 is formed. Then, the substrate 1 on which the p-type gate electrode 11 and the n-type gate electrode 21 are formed is immersed. At this time, the connecting portions 11a and 21a are from the liquid surface 52s of the anodizing electrolyte 52 so that the connecting portions 11a and 21a of the p-type gate electrode 11 and the n-type gate electrode 22 do not contact the anodizing electrolyte 52. Also, the substrate 1 is fixed so as to be positioned on the upper side.

次に、n型用ゲート電極21を陽極酸化電源53の陽極53pに接続する。次いで、p型用ゲート電極11および陰極用電極54を陽極酸化電源53の陰極53nに接続する。また、陰極用電極54は基板1と共に陽極酸化電解液52に浸漬する。そして、陽極酸化電源53によって約70Vの陽極酸化電圧Vを印加する。陽極酸化法によるタンタル酸化膜の膜厚は、陽極酸化電圧Vに比例し、その比例係数は約1.9nm/Vである。
したがって、約70Vの陽極酸化電圧Vを印加することによって、n型用ゲート電極21の表面には約133nmの膜厚T2のn型用ゲート絶縁膜22が形成される。このとき、陽極酸化電源53の陰極53nに接続されたp型用ゲート電極11の表面、および、陽極酸化電解液52の液面上52sに露出された接続部21aは酸化されない。
Next, the n-type gate electrode 21 is connected to the anode 53 p of the anodizing power source 53. Next, the p-type gate electrode 11 and the cathode electrode 54 are connected to the cathode 53 n of the anodizing power source 53. The cathode electrode 54 is immersed in the anodic oxidation electrolyte 52 together with the substrate 1. Then, an anodizing voltage V of about 70 V is applied by the anodizing power source 53. The film thickness of the tantalum oxide film by the anodic oxidation method is proportional to the anodic oxidation voltage V, and the proportionality factor is about 1.9 nm / V.
Therefore, by applying an anodic oxidation voltage V of about 70 V, an n-type gate insulating film 22 having a thickness T2 of about 133 nm is formed on the surface of the n-type gate electrode 21. At this time, the surface of the p-type gate electrode 11 connected to the cathode 53n of the anodic oxidation power supply 53 and the connection portion 21a exposed on the liquid surface 52s of the anodic oxidation electrolyte 52 are not oxidized.

次に、p型用ゲート電極11およびn型用ゲート電極21を、陽極酸化電源53の陰極53nおよび陽極酸化電源53の陽極53pから取り外す。そして、配線を入れ替えて、p型用ゲート電極11を陽極酸化電源53の陽極53pに接続し、n型用ゲート電極21を陽極酸化電源53の陰極53nに接続する。次いで、陽極酸化電源53によって約210Vの陽極酸化電圧Vを印加する。
これにより、接続部11aを除くp型用ゲート電極11の表面には、約400nmのp型用ゲート絶縁膜12が形成される。
Next, the p-type gate electrode 11 and the n-type gate electrode 21 are removed from the cathode 53 n of the anodizing power source 53 and the anode 53 p of the anodizing power source 53. Then, the wiring is switched, and the p-type gate electrode 11 is connected to the anode 53p of the anodizing power supply 53, and the n-type gate electrode 21 is connected to the cathode 53n of the anodizing power supply 53. Next, an anodizing voltage V of about 210 V is applied by the anodizing power source 53.
As a result, a p-type gate insulating film 12 of about 400 nm is formed on the surface of the p-type gate electrode 11 excluding the connection portion 11a.

このように、陽極酸化法によりp型用ゲート絶縁膜12およびn型用ゲート絶縁膜22を形成することで、陽極酸化電圧Vを制御し、p型用ゲート絶縁膜11の膜厚T1とn型用ゲート絶縁膜21の膜厚T2を独立かつ自由に制御することができる。そして、p型用ゲート電極11に対する陽極酸化電圧Vを、n型用ゲート電極21に対する陽極酸化電圧Vよりも大きくすることで、図4(b)に示すように、p型用ゲート絶縁膜12の膜厚T1をn型用ゲート絶縁膜22の膜厚T2よりも大きくすることができる。   Thus, by forming the p-type gate insulating film 12 and the n-type gate insulating film 22 by the anodic oxidation method, the anodic oxidation voltage V is controlled, and the film thicknesses T1 and n of the p-type gate insulating film 11 are controlled. The film thickness T2 of the mold gate insulating film 21 can be independently and freely controlled. Then, by making the anodic oxidation voltage V for the p-type gate electrode 11 larger than the anodic oxidation voltage V for the n-type gate electrode 21, as shown in FIG. 4B, the p-type gate insulating film 12. The film thickness T1 can be made larger than the film thickness T2 of the n-type gate insulating film 22.

次に、図4(c)に示すように、例えば、蒸着法等により、p型用ゲート絶縁膜12上にp型半導体膜13を形成すると共に、n型用ゲート絶縁膜22上にn型半導体膜23を形成する。
次いで、図4(d)に示すように、n型半導体膜23上に、例えば、マスク蒸着法等により、n型用ソース電極24およびn型用ドレイン電極25を形成する。同時に、図1に示すように、p型用ゲート電極11の接続部11aとn型用ゲート電極21の接続部21aを跨ぐように、配線31の下層側を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the p-type semiconductor film 13 is formed on the p-type gate insulating film 12 by, for example, vapor deposition, and the n-type is formed on the n-type gate insulating film 22. A semiconductor film 23 is formed.
Next, as shown in FIG. 4D, the n-type source electrode 24 and the n-type drain electrode 25 are formed on the n-type semiconductor film 23 by, for example, mask vapor deposition or the like. At the same time, as shown in FIG. 1, the lower layer side of the wiring 31 is formed so as to straddle the connection portion 11a of the p-type gate electrode 11 and the connection portion 21a of the n-type gate electrode 21.

このとき、接続部11a,21aには絶縁膜が形成されていないので、配線31によってp型用ゲート電極11の接続部11aとn型用ゲート電極21の接続部21aが電気的に接続される。
すなわち、上述のように接続部11a,21aが陽極酸化時に陽極酸化電解液52に浸漬されないようにしたことで、接続部11a,21aの表面の導電性を維持し、p型用ゲート電極11とn型用ゲート電極21を電気的に接続することができる。したがって、製造工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
At this time, since no insulating film is formed on the connection portions 11a and 21a, the connection portion 11a of the p-type gate electrode 11 and the connection portion 21a of the n-type gate electrode 21 are electrically connected by the wiring 31. .
That is, as described above, the connection portions 11a and 21a are not immersed in the anodic oxidation electrolytic solution 52 during anodic oxidation, so that the conductivity of the surfaces of the connection portions 11a and 21a is maintained, and the p-type gate electrode 11 and The n-type gate electrode 21 can be electrically connected. Therefore, a manufacturing process can be simplified and productivity can be improved.

次に、図1および図2に示すように、p型半導体膜11上に、例えば、マスク蒸着法等により、p型用ソース電極14およびp型用ドレイン電極15を形成する。同時に、p型用ゲート電極11の接続部11aとn型用ゲート電極21の接続部21aを跨ぐように、配線31の上層側を形成する。また、p型用ドレイン電極15の一部がn型用ドレイン電極25に重なるように形成する。これにより、p型用ドレイン電極15とn型用ドレイン電極25が電気的に接続される。以上により、図1および図2に示す半導体装置100が製造される。   Next, as shown in FIGS. 1 and 2, the p-type source electrode 14 and the p-type drain electrode 15 are formed on the p-type semiconductor film 11 by, for example, a mask vapor deposition method or the like. At the same time, the upper layer side of the wiring 31 is formed so as to straddle the connection portion 11 a of the p-type gate electrode 11 and the connection portion 21 a of the n-type gate electrode 21. Further, the p-type drain electrode 15 is formed so as to partially overlap the n-type drain electrode 25. Thereby, the p-type drain electrode 15 and the n-type drain electrode 25 are electrically connected. As described above, the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

(比較例)
次に、上述の実施の形態の半導体装置100に対する比較例について、図1を援用し、図6および図7を用いて説明する。本比較例では上述の実施の形態で説明した半導体装置100と、p型用ゲート絶縁膜12’とn型用ゲート絶縁膜22’の膜厚T1’,T2’が等氏くなるように形成されている点で異なっている。その他の点は上述の実施の形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
(Comparative example)
Next, a comparative example for the semiconductor device 100 of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7 with reference to FIG. In this comparative example, the semiconductor device 100 described in the above embodiment and the p-type gate insulating film 12 ′ and the n-type gate insulating film 22 ′ are formed to have equal thicknesses T1 ′ and T2 ′. Is different in that it is. Since the other points are the same as those of the above-described embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図6に示すように、p型用ゲート絶縁膜12’とn型用ゲート絶縁膜22’の膜厚T1’,T2’は、約266nmであり、略等しい膜厚T1’,T2’となっている。この膜厚T1’,T2’は上述の実施の形態におけるp型用ゲート絶縁膜12とn型用ゲート絶縁膜22の膜厚T1,T2の略中間値である。
上述の実施の形態と同様に、n型用ソース電極24を接地し、p型用ソース電極14に正の電源電圧VDDを印加する。電源電圧VDDを約10Vとし、入力電極101に約0〜10Vの入力電圧Vinを印加し、出力電極102からの出力電圧Voutを測定することで、図7に示す出力特性を得た。
As shown in FIG. 6, the film thicknesses T1 ′ and T2 ′ of the p-type gate insulating film 12 ′ and the n-type gate insulating film 22 ′ are about 266 nm, which are substantially equal to the film thicknesses T1 ′ and T2 ′. ing. The film thicknesses T1 ′ and T2 ′ are substantially intermediate values of the film thicknesses T1 and T2 of the p-type gate insulating film 12 and the n-type gate insulating film 22 in the above-described embodiment.
Similarly to the above-described embodiment, the n-type source electrode 24 is grounded, and the positive power supply voltage V DD is applied to the p-type source electrode 14. The power supply voltage V DD of about 10V, the input voltage V in about 0~10V applied to the input electrode 101, by measuring the output voltage V out from the output electrode 102, to obtain an output characteristic shown in FIG. 7 .

上述のように、n型半導体膜23の電界効果移動度はp型半導体膜13のそれより、およそ1桁のオーダーで小さくなっている。そのため、p型半導体膜13とn型半導体膜23の膜厚T1’,T2’が等しい場合には、n型有機FET10’のON電流はp型有機FET20’のON電流よりも小さくなる。
両者のON電流を等しくするためには、n型有機FET10’のゲート電圧の絶対値をp型有機FET20’のゲート電圧の絶対値よりも大きくしなければならない。
このため、図7に示すように、反転電圧Vは、入力電圧Vinの最小値と最大値の中間値から、最大値側に大きくずれた7.2Vとなり、上述の実施の形態と比較して、出力特性の対称性が劣化する。
As described above, the field effect mobility of the n-type semiconductor film 23 is smaller than that of the p-type semiconductor film 13 on the order of about one digit. Therefore, when the film thicknesses T1 ′ and T2 ′ of the p-type semiconductor film 13 and the n-type semiconductor film 23 are equal, the ON current of the n-type organic FET 10 ′ is smaller than the ON current of the p-type organic FET 20 ′.
In order to make both the ON currents equal, the absolute value of the gate voltage of the n-type organic FET 10 ′ must be larger than the absolute value of the gate voltage of the p-type organic FET 20 ′.
Therefore, as shown in FIG. 7, the inverted voltage V R is compared from the intermediate value between the minimum and maximum values of the input voltage V in, next to 7.2V largely deviated to the maximum value side, and the above-described embodiment As a result, the symmetry of the output characteristics deteriorates.

n型有機FET20’のチャネル幅W2は、上述の実施の形態と同様にp型有機FET10’のチャネル幅W1の約3倍になっている。しかし、これだけでは十分に出力特性を向上させることができなかった。チャネル幅W1,W2の調整だけで十分な対称性を有する出力特性を得るためには、n型有機FET20’のチャネル幅W2をさらに数倍広くする必要がある。しかし、この方法ではCMOSインバータ回路30’の面積が拡大し、上述の実施の形態と比較して、半導体装置100’の微細化、集積化が困難になる。   The channel width W2 of the n-type organic FET 20 'is about three times the channel width W1 of the p-type organic FET 10' as in the above embodiment. However, this alone cannot sufficiently improve the output characteristics. In order to obtain output characteristics having sufficient symmetry only by adjusting the channel widths W1 and W2, it is necessary to further increase the channel width W2 of the n-type organic FET 20 'by several times. However, in this method, the area of the CMOS inverter circuit 30 'is enlarged, and it is difficult to miniaturize and integrate the semiconductor device 100' as compared with the above-described embodiment.

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施の形態で説明した半導体装置の製造方法では、印加する陽極酸化電圧の大きさでゲート絶縁膜の膜厚を制御しているが、陽極酸化電圧を一定にして、酸化時間を制御することで膜厚を制御してもよい。この場合、p型用ゲート電極の陽極酸化電圧の印加時間をn型用ゲート電極の陽極酸化電圧の印加時間よりも長くすることで、p型用ゲート絶縁膜の膜厚をn型用ゲート絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the semiconductor device manufacturing method described in the above embodiment, the thickness of the gate insulating film is controlled by the magnitude of the applied anodizing voltage. The film thickness may be controlled by controlling. In this case, the application time of the anodic oxidation voltage of the p-type gate electrode is made longer than the application time of the anodic oxidation voltage of the n-type gate electrode, whereby the film thickness of the p-type gate insulating film is made to be n-type gate insulation. It can be larger than the film thickness.

また、上述の実施の形態では、接続部に絶縁膜を形成しないために、接続部を陽極酸化電解液に浸漬しないようにしたが、接続部にマスクを形成してから、各ゲート電極を前記電解液に浸漬し、陽極酸化電解液中で各ゲート電極表面のマスクの非形成部を酸化して各ゲート絶縁膜を形成してもよい。これにより、マスクの形成部にはゲート絶縁膜は形成されず、マスクの非形成部にのみ、ゲート絶縁膜が形成される。
したがって、この方法によれば、各ゲート電極を電気的に接続する工程において、基板上にp型有機FETおよびn型有機FETがそれぞれ複数形成されている場合に、上述の実施の形態で説明した方法と比較して、各接続部の酸化をより確実に防止することができる。
Further, in the above-described embodiment, in order not to form an insulating film in the connection portion, the connection portion is not immersed in the anodic oxidation electrolyte. Each gate insulating film may be formed by dipping in an electrolytic solution and oxidizing a non-forming portion of the mask on the surface of each gate electrode in an anodic electrolytic solution. As a result, the gate insulating film is not formed in the mask forming portion, and the gate insulating film is formed only in the non-mask forming portion.
Therefore, according to this method, in the step of electrically connecting the gate electrodes, the case where a plurality of p-type organic FETs and n-type organic FETs are formed on the substrate has been described in the above embodiment. Compared with the method, the oxidation of each connection portion can be more reliably prevented.

また、上述の実施の形態のように接続部への酸化膜の形成を防止せず、各ゲート電極を完全に陽極酸化電解液に浸漬し、各ゲート電極の全面にゲート絶縁膜を形成してもよい。この場合、各ゲート電極を電気的に接続する工程において、接続部に対応する各ゲート絶縁膜の一部をエッチングにより除去し、エッチングにより露出した各ゲート電極の表面に、ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成する。これにより、上述の実施の形態と同様に、ゲート電極同士を電気的に接続することができる。   In addition, as in the above-described embodiment, the formation of an oxide film on the connection portion is not prevented, and each gate electrode is completely immersed in an anodic oxidation electrolyte, and a gate insulating film is formed on the entire surface of each gate electrode. Also good. In this case, in the step of electrically connecting the gate electrodes, a part of each gate insulating film corresponding to the connecting portion is removed by etching, and the gate electrodes are electrically connected to the surface of each gate electrode exposed by the etching. A wiring to be connected to is formed. Thereby, similarly to the above-described embodiment, the gate electrodes can be electrically connected to each other.

また、ゲート電極はタンタル以外の導電性を有する金属材料等によって形成してもよい。また、半導体膜の材料は、発光性の有機半導体材料であれば、上述の実施形態において説明した材料に限られない。p型有機半導体材料としては、上述のBP3Tの他に、例えば、以下の式(3)で表されるAC5、あるいはペンタセン等を用いることができる。   The gate electrode may be formed of a metal material having conductivity other than tantalum. The material of the semiconductor film is not limited to the material described in the above embodiment as long as it is a light-emitting organic semiconductor material. As the p-type organic semiconductor material, in addition to the above-described BP3T, for example, AC5 represented by the following formula (3), pentacene, or the like can be used.

Figure 0005104057
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また、n有機半導体材料としては、例えば、以下の式(4)によって表される(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー系のAC5CF3、あるいは式(5)によって表されるPTCDI等を用いることができる。   As the n organic semiconductor material, for example, (thiophene / phenylene) co-oligomer-based AC5CF3 represented by the following formula (4), PTCDI represented by the formula (5), or the like can be used.

Figure 0005104057
Figure 0005104057

Figure 0005104057
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また、n型半導体膜として、p型半導体材料であるAC5やAC5F6pmにフッ素置換処理を行ったものを用いてもよい。また、その他の材料としては、C60フラーレン等を用いてもよい。   Further, as the n-type semiconductor film, a p-type semiconductor material AC5 or AC5F6pm subjected to fluorine substitution treatment may be used. Further, as other materials, C60 fullerene or the like may be used.

また、上述の実施の形態では、n型用ゲート絶縁膜とp型用ゲート絶縁膜の膜厚比を1:3にしたが、膜厚比はこの値に限られず、n型有機半導体とp型有機半導体の電界効果移動度などの材料特性やn型FETとp型FETの各部の寸法などに応じて設定すればよい。   In the above-described embodiment, the film thickness ratio of the n-type gate insulating film and the p-type gate insulating film is 1: 3. However, the film thickness ratio is not limited to this value. What is necessary is just to set according to material characteristics, such as a field effect mobility of a type organic semiconductor, and the dimension of each part of n-type FET and p-type FET.

また、本発明は上述の実施の形態において説明したCMOSインバータ回路に限られず、例えば、有機FETアクティブマトリクスディスプレイにおけるスイッチング用有機FETと駆動用有機FETからなる回路等、有機FETのグループ毎に異なる特性を要求される回路に応用することができる。また、個々の有機FETの特性を同じ特性、あるいはそれぞれ所望の特性に合わせ込むことが必要な回路にも応用することができる。   In addition, the present invention is not limited to the CMOS inverter circuit described in the above-described embodiment. For example, characteristics different for each group of organic FETs such as a circuit composed of a switching organic FET and a driving organic FET in an organic FET active matrix display. Can be applied to required circuits. In addition, the present invention can be applied to circuits that require the characteristics of individual organic FETs to match the same characteristics or desired characteristics.

本発明の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図1のA−A’線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the A-A 'line of FIG. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(d)は、同、半導体装置の製造工程の説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing of the manufacturing process of a semiconductor device similarly. 本発明の実施の形態における陽極酸化法の説明図である。It is explanatory drawing of the anodic oxidation method in embodiment of this invention. 比較例における半導体装置の図2に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG. 2 of the semiconductor device in a comparative example. 比較例における半導体装置の出力特性を示す図である。It is a figure which shows the output characteristic of the semiconductor device in a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板、10 p型有機FET(第一トランジスタ)、11 p型用ゲート電極(第一ゲート電極)、11a 接続部(ゲート絶縁膜の非形成部)、12 p型用ゲート絶縁膜(第一ゲート絶縁膜)、13 p型半導体膜(第一半導体膜)、14 p型用ソース電極(第一ソース電極)、15 p型用ドレイン電極(第一ドレイン電極)、20 n型有機FET(第二トランジスタ)、21 n型用ゲート電極(第二ゲート電極)、21a 接続部(ゲート絶縁膜の非形成部)、22 n型用ゲート絶縁膜(第二ゲート絶縁膜)、23 n型半導体膜(第二半導体膜)、24 n型用ソース電極(第二ソース電極)、25 n型用ドレイン電極(第二ドレイン電極)、100 半導体装置、T1 膜厚、T2 膜厚、W1 チャネル幅、W2 チャネル幅、V 陽極酸化電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate, 10 p-type organic FET (first transistor), 11 p-type gate electrode (first gate electrode), 11a connection part (non-formation part of gate insulating film), 12 p-type gate insulating film (first Gate insulating film), 13 p-type semiconductor film (first semiconductor film), 14 p-type source electrode (first source electrode), 15 p-type drain electrode (first drain electrode), 20 n-type organic FET (first 2 transistors), 21 n-type gate electrode (second gate electrode), 21a connection part (non-formation part of gate insulating film), 22 n-type gate insulating film (second gate insulating film), 23 n-type semiconductor film (Second semiconductor film), 24 n-type source electrode (second source electrode), 25 n-type drain electrode (second drain electrode), 100 semiconductor device, T1 film thickness, T2 film thickness, W1 channel width, W2 Channel width , V Anodizing voltage

Claims (5)

第一ゲート電極、第一ゲート絶縁膜、第一半導体膜、第一ソース電極および第一ドレイン電極を含む第一トランジスタと、第二ゲート電極、第二ゲート絶縁膜、第二半導体膜、第二ソース電極および第二ドレイン電極を含む第二トランジスタと、を備える半導体装置の製造方法であって、
基板上に前記第一ゲート電極と、前記第二ゲート電極と、を形成する工程と、
陽極酸化法により、前記第二ゲート電極の表面を酸化して第二ゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第一ゲート電極の表面を酸化して、前記第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも膜厚の大きい第一ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第一ゲート絶縁膜上にp型有機半導体材料を含む第一半導体膜を形成すると共に、前記第二ゲート絶縁膜上にn型有機半導体材料を含む第二半導体膜を形成する工程と、
前記第一半導体膜上に前記第一ソース電極を、第二半導体膜上に前記第二ソース電極をそれぞれ形成すると共に、前記第一ドレイン電極と前記第二ドレイン電極とが電気的に接続されるように、前記第一半導体膜上に第一ドレイン電極を、前記第二半導体膜上に第二ドレイン電極を、それぞれ形成する工程と、
前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極とを電気的に接続する工程と、
を有し、
前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続するための部分を除いて、前記第一および第二ゲート電極を電解液に浸漬し、前記第一および第二ゲート電極を前記電解液中で前記陽極酸化法により酸化して前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成し、
前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記第一および第二ゲート電極の表面の前記第一および第二ゲート絶縁膜の非形成部に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first transistor including a first gate electrode, a first gate insulating film, a first semiconductor film, a first source electrode and a first drain electrode; a second gate electrode; a second gate insulating film; a second semiconductor film; A second transistor including a source electrode and a second drain electrode, and a manufacturing method of a semiconductor device comprising:
Forming the first gate electrode and the second gate electrode on a substrate;
The surface of the second gate electrode is oxidized by anodic oxidation to form a second gate insulating film, and the surface of the first gate electrode is oxidized to form a film that is thicker than the film thickness of the second gate insulating film. Forming a thick first gate insulating film;
Forming a first semiconductor film including a p-type organic semiconductor material on the first gate insulating film and forming a second semiconductor film including an n-type organic semiconductor material on the second gate insulating film;
The first source electrode is formed on the first semiconductor film, the second source electrode is formed on the second semiconductor film, and the first drain electrode and the second drain electrode are electrically connected. Forming a first drain electrode on the first semiconductor film and a second drain electrode on the second semiconductor film, and
Electrically connecting the first gate electrode and the second gate electrode;
I have a,
In the step of forming the first and second gate insulating films, the first and second gate electrodes are immersed in an electrolytic solution except for a portion for electrically connecting the first and second gate electrodes. And oxidizing the first and second gate electrodes in the electrolytic solution by the anodic oxidation method to form the first and second gate insulating films,
In the step of electrically connecting the first and second gate electrodes, the first and second gate electrodes are not formed on the first and second gate insulating film non-forming portions on the surfaces of the first and second gate electrodes. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a wiring for electrically connecting each other .
第一ゲート電極、第一ゲート絶縁膜、第一半導体膜、第一ソース電極および第一ドレイン電極を含む第一トランジスタと、第二ゲート電極、第二ゲート絶縁膜、第二半導体膜、第二ソース電極および第二ドレイン電極を含む第二トランジスタと、を備える半導体装置の製造方法であって、
基板上に前記第一ゲート電極と、前記第二ゲート電極と、を形成する工程と、
陽極酸化法により、前記第二ゲート電極の表面を酸化して第二ゲート絶縁膜を形成すると共に、前記第一ゲート電極の表面を酸化して、前記第二ゲート絶縁膜の膜厚よりも膜厚の大きい第一ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第一ゲート絶縁膜上にp型有機半導体材料を含む第一半導体膜を形成すると共に、前記第二ゲート絶縁膜上にn型有機半導体材料を含む第二半導体膜を形成する工程と、
前記第一半導体膜上に前記第一ソース電極を、第二半導体膜上に前記第二ソース電極をそれぞれ形成すると共に、前記第一ドレイン電極と前記第二ドレイン電極とが電気的に接続されるように、前記第一半導体膜上に第一ドレイン電極を、前記第二半導体膜上に第二ドレイン電極を、それぞれ形成する工程と、
前記第一ゲート電極と前記第二ゲート電極とを電気的に接続する工程と、
を有し、
前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一および第二ゲート電極の表面の前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続するための部分にそれぞれマスクを形成し、前記第一および第二ゲート電極を前記電解液に浸漬し、前記電解液中で前記陽極酸化法により前記第一および第二ゲート電極表面の前記マスクの非形成部を前記電解液中で酸化して前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成し、
前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記マスクを除去して前記第一および第二ゲート電極の表面を露出させ、前記第一および第二ゲート電極の表面に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first transistor including a first gate electrode, a first gate insulating film, a first semiconductor film, a first source electrode and a first drain electrode; a second gate electrode; a second gate insulating film; a second semiconductor film; A second transistor including a source electrode and a second drain electrode, and a manufacturing method of a semiconductor device comprising:
Forming the first gate electrode and the second gate electrode on a substrate;
The surface of the second gate electrode is oxidized by anodic oxidation to form a second gate insulating film, and the surface of the first gate electrode is oxidized to form a film that is thicker than the film thickness of the second gate insulating film. Forming a thick first gate insulating film;
Forming a first semiconductor film including a p-type organic semiconductor material on the first gate insulating film and forming a second semiconductor film including an n-type organic semiconductor material on the second gate insulating film;
The first source electrode is formed on the first semiconductor film, the second source electrode is formed on the second semiconductor film, and the first drain electrode and the second drain electrode are electrically connected. Forming a first drain electrode on the first semiconductor film and a second drain electrode on the second semiconductor film, and
Electrically connecting the first gate electrode and the second gate electrode;
I have a,
In the step of forming the first and second gate insulating films, masks are respectively formed on portions of the surfaces of the first and second gate electrodes for electrically connecting the first and second gate electrodes to each other. The first and second gate electrodes are immersed in the electrolytic solution, and the non-forming portion of the mask on the surface of the first and second gate electrodes is oxidized in the electrolytic solution by the anodic oxidation method in the electrolytic solution. Forming the first and second gate insulating films,
In the step of electrically connecting the first and second gate electrodes, the mask is removed to expose the surfaces of the first and second gate electrodes, and the first and second gate electrodes are exposed on the surfaces of the first and second gate electrodes. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a wiring for electrically connecting the first and second gate electrodes .
前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一ゲート電極に、前記第二ゲート電極よりも大きい陽極酸化電圧を印加することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of forming the first and second gate insulating films, an anodic oxidation voltage larger than that of the second gate electrode is applied to the first gate electrode. Manufacturing method. 前記第一および第二ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記第一ゲート電極に、前記第二ゲート電極よりも長時間、陽極酸化電圧を印加することを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the first and second gate insulating film, the first gate electrode, longer than the second gate electrode, according to claim 1, wherein applying the anodization voltage A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第一および第二ゲート電極を電気的に接続する工程において、前記第一および第二ゲート絶縁膜の一部をエッチングにより除去し、前記エッチングにより露出した前記第一および第二ゲート電極の表面に前記第一および第二ゲート電極同士を電気的に接続する配線を形成することを特徴とする請求項ないし請求項のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of electrically connecting the first and second gate electrodes, a part of the first and second gate insulating films is removed by etching, and the surfaces of the first and second gate electrodes exposed by the etching the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4 and forming a wiring for electrically connecting the first and second gate electrodes are to.
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