JP6083191B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to the production how the semiconductor device.
従来、半導体デバイスを製造する技術として、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等の薄膜素子や、有機EL(Electro Luminescence)等の発光素子等といった微細形状に加工された半導体を基板に転写する技術が開発されている。 Conventionally, as a technique for manufacturing a semiconductor device, there is a technique for transferring a semiconductor processed into a fine shape such as a thin film element such as a thin film transistor (TFT) or a light emitting element such as an organic EL (Electro Luminescence) to a substrate. Has been developed.
例えば、ガラス基板上に剥離層、薄膜素子を順に成膜しておき、転写先となるプラスチック基板と、ガラス基板における薄膜素子とを接着剤で接着した後、剥離層とガラス基板とを剥離することで、プラスチック基板に薄膜素子を転写する技術が開示されている(例えば、特許文献1)。 For example, a release layer and a thin film element are sequentially formed on a glass substrate, a plastic substrate serving as a transfer destination and a thin film element on the glass substrate are bonded with an adhesive, and then the release layer and the glass substrate are peeled off. Thus, a technique for transferring a thin film element to a plastic substrate has been disclosed (for example, Patent Document 1).
また、転写先の基板に電極を形成し、転写元の基板上に光吸収層、発光素子を順に成膜しておき、発光素子と電極とを対向させた状態で転写元の基板側からレーザ光を照射することにより、転写先の基板の電極上に発光素子を熱転写させる技術が開示されている(例えば、特許文献2)。 In addition, an electrode is formed on the transfer destination substrate, a light absorption layer and a light emitting element are sequentially formed on the transfer source substrate, and the laser is applied from the transfer source substrate side with the light emitting element and the electrode facing each other. A technique for thermally transferring a light emitting element onto an electrode of a transfer destination substrate by irradiating light is disclosed (for example, Patent Document 2).
しかし、上述した特許文献1、2に記載された技術では、転写のためだけに剥離層や光吸収層を成膜しなければならず、このための工程やコストを要してしまう。また、剥離層や光吸収層が不純物となり、薄膜素子や発光素子の機能を阻害したり、基板の透明度を低下させて半導体デバイス自体の機能を阻害したりするおそれもある。 However, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2 described above, a release layer and a light absorption layer must be formed only for transfer, and this requires a process and cost. In addition, the release layer and the light absorption layer may become impurities, which may impede the functions of the thin film element and the light emitting element, or may reduce the transparency of the substrate and inhibit the function of the semiconductor device itself.
そこで本発明は、このような課題に鑑み、工程を簡略化するとともに、不純物の混入を抑制して、微細形状に加工された半導体を基板に転写することが可能な半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems, as well as simplifying the process, to suppress the inclusion of impurities, the manufacturing how a semiconductor device capable of transferring the processed semiconductor fine shape substrate It is intended to provide.
上記課題を解決するために、本発明の半導体デバイスの製造方法は、第1の基板の表面に対して垂直方向に延伸するように、複数のナノ構造体を第1の基板の表面に成長させてナノ構造層を成膜する工程と、ナノ構造層に形成された空隙に半導体を充填する工程と、第2の基板の表面に導電層を成膜する工程と、第1の基板における半導体が塗布されたナノ構造層と、第2の基板における導電層とを、ホール輸送層を介在させた状態で、接触させる工程と、ホール輸送層を乾燥させる工程と、半導体が充填されたナノ構造層から第1の基板を剥離する工程と、を含み、ナノ構造体は、グラフェンシートの単層体または多層体であるカーボンナノウォールであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention grows a plurality of nanostructures on a surface of a first substrate so as to extend in a direction perpendicular to the surface of the first substrate. A step of forming a nanostructure layer, a step of filling a void in the nanostructure layer with a semiconductor, a step of forming a conductive layer on the surface of the second substrate, and a semiconductor on the first substrate. A step of bringing the applied nanostructure layer into contact with the conductive layer in the second substrate with the hole transport layer interposed; a step of drying the hole transport layer; and a nanostructure layer filled with a semiconductor seen containing a step of peeling the first substrate, from, nanostructures, characterized in that it is a carbon nano-wall is a single layer, or multi-layer of graphene sheet.
半導体は、n型半導体とp型半導体との混合物であるとしてもよい。 The semiconductor may be a mixture of an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
ナノ構造層に形成された空隙に半導体を充填する工程を遂行する前に、ナノ構造層にBをドーピングする工程を含み、半導体は、n型半導体であるとしてもよい。 The semiconductor may be an n-type semiconductor, including a step of doping the nanostructure layer with B before performing the step of filling the void formed in the nanostructure layer with the semiconductor.
ナノ構造層に形成された空隙に半導体を充填する工程を遂行する前に、ナノ構造層にNをドーピングする工程を含み、半導体は、p型半導体であるとしてもよい。 The semiconductor may be a p-type semiconductor, including a step of doping the nanostructure layer with N before performing the step of filling the void formed in the nanostructure layer with the semiconductor.
半導体は、発光ポリマーであるとしてもよい。 The semiconductor may be a light emitting polymer.
本発明によれば、工程を簡略化するとともに、不純物の混入を抑制して、微細形状に加工された半導体を基板に転写することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to simplify the process, suppress the mixing of impurities, and transfer a semiconductor processed into a fine shape to a substrate.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図2は、第1の実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法の処理の流れを説明するための図である。本実施形態の図2では、垂直に交わるX軸、Y軸、Z軸(鉛直方向)を図示の通り定義している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart for explaining a processing flow of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a processing flow of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment. It is a figure for demonstrating. In FIG. 2 of the present embodiment, the X axis, the Y axis, and the Z axis (vertical direction) that intersect perpendicularly are defined as illustrated.
図1に示すように、本実施形態にかかるナノ構造物の製造方法は、ナノ構造層成膜工程S110と、半導体塗布工程S120と、導電層成膜工程S130と、接触工程S140と、乾燥工程S150と、剥離工程S160とを含んで構成される。以下、各工程について詳述する。 As shown in FIG. 1, the nanostructure manufacturing method according to the present embodiment includes a nanostructure layer deposition step S110, a semiconductor coating step S120, a conductive layer deposition step S130, a contact step S140, and a drying step. S150 and peeling process S160 are comprised. Hereinafter, each process is explained in full detail.
(ナノ構造層成膜工程S110)
ナノ構造層成膜工程S110では、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、MOCVD(Metal Organic CVD)法等を利用して、図2(a)に示すように、複数のナノ構造体220(図2中、黒い塗り潰しで示す)を、転写元となる第1の基板210(以下、転写元基板210と称する)の表面に対して垂直方向(図2中、Z軸方向)に延伸するように、転写元基板210の表面に成長させてナノ構造層230を成膜する。なお、ナノ構造層230は、転写元基板210の表面に対して実質的に垂直方向に延伸していればよく、垂直方向を0°としたとき、±10°程度まで傾いていてもよい。
(Nanostructure layer deposition step S110)
In the nanostructure layer deposition step S110, a plurality of nanostructures 220 (FIG. 2) are formed using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a MOCVD (Metal Organic CVD) method, or the like, as shown in FIG. In the middle, shown in black fill) so as to extend in the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 2) with respect to the surface of the
転写元基板210は、例えば、シリコン(Si)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ジルコン(Zr)、ニオブ(Nb)、アルミニウム(Al)等で構成される。転写元基板210の材質に限定はないが、後述するようにナノ構造体220がカーボンナノウォール(カーボンナノフレーク、カーボンナノフラワーと呼ぶ場合もある)やカーボンナノチューブ等の炭素(C)で構成される化合物である場合、シリコン(Si)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ジルコン(Zr)、ニオブ(Nb)等の炭化物を形成しやすい元素を含んで構成されるとよい。ここでは、半導体材料として広く利用されているSiで構成された転写元基板210を例に挙げて説明する。
The
ナノ構造体220は、延伸方向(図2中、Z軸方向)に直交する方向(図2中、X軸方向)の厚みLがナノメートルサイズ(ナノメートルオーダ)の化合物である。ここで、ナノメートルサイズとは数nmから数十nm程度のことを示す。
The
ナノ構造体220は、カーボンナノウォール、または、カーボンナノチューブであり、好ましくは、カーボンナノウォールである。
The
図3は、カーボンナノウォールの概略的な構造を説明するための図である。カーボンナノウォールは、図3(a)に示すようなグラフェンシート(図3(a)中、炭素原子Cを白丸で示す)が、図3(b)に示すように、転写元基板210の表面上に、当該表面に対して垂直方向(図3(b)中、Z軸方向)に成長したものであり、グラフェンシートの単層体または多層体である。ナノ構造層230が成膜される際、転写元基板210とナノ構造層230との界面には、グラファイト層もしくはアモルファスカーボン層が形成される。
FIG. 3 is a view for explaining a schematic structure of the carbon nanowall. The carbon nanowall is composed of a graphene sheet as shown in FIG. 3A (the carbon atom C is indicated by a white circle in FIG. 3A), and the surface of the
ここで、上述したように転写元基板210は、炭化物を形成しやすい元素(ここでは、Si)を含んで構成されるため、転写元基板210とグラファイト層の界面において、グラファイト層が転写元基板210の表面を構成するSi中に溶出する事象、および、グラファイト層に転写元基板210を構成するSiが熱拡散する事象、のいずれか一方の事象、または両方の事象が生じ得る。そして、カーボンナノウォールは、グラファイト層もしくはアモルファスカーボン層を介して、転写元基板210の表面に垂直方向に延伸するように複数形成される。
Here, as described above, since the
図2(a)に戻って、カーボンナノウォールの厚みLと、各カーボンナノウォール間の距離Dについて説明すると、カーボンナノウォールの転写元基板210と平行な方向(図2中、X軸方向)の厚みLは、数nmから数十nm程度であり、カーボンナノウォール間の図2中、X軸方向の距離Dも、数nmから数十nm程度である。
Returning to FIG. 2A, the thickness L of the carbon nanowall and the distance D between the carbon nanowalls will be described. A direction parallel to the
つまり、転写元基板210面にカーボンナノウォールを成長させると、転写元基板210とカーボンナノウォールとの接合面積は、転写元基板210と、カーボンナノウォールとの接合面(カーボンナノウォールの延伸方向に直交する断面)の面積分しかなく、平方ナノメートルサイズと小さい。したがって、転写元基板210と個々のカーボンナノウォールとの接合強度を小さくすることができ、後述する剥離工程S160において、転写元基板210からカーボンナノウォール(ナノ構造体220)を容易に剥離することが可能となる。
That is, when carbon nanowalls are grown on the surface of the
なお、カーボンナノウォールは自己組織化機能を有しているため、ナノメートルサイズの構造を組織化するための何らの処理を施さずとも、転写元基板210の表面上に容易にナノ構造層230を成長させることができる。またカーボンナノウォールの成長過程において、何らの処理を施さずとも、複数のカーボンナノウォールの間に、ナノメートルサイズの空隙240が形成される。
Since the carbon nanowall has a self-organizing function, the
換言すれば、プラズマCVD装置で、ナノ構造体220としてのカーボンナノウォールを転写元基板210に成膜するだけで、複数のナノ構造体220の間にナノメートルサイズの空隙240を形成しながら、ナノ構造体220を転写元基板210の表面に対して垂直方向に延伸するように成長させることができる。
In other words, by forming a nanometer-
(半導体塗布工程S120)
半導体塗布工程S120では、ナノ構造層230に半導体250を塗布する(付着させる)。ナノ構造層230に半導体250を塗布すると、図2(b)に示すように、空隙240に半導体250が充填されることとなる。半導体250を塗布する場合、スピンコートやインクジェット等既存の技術を利用することができる。
(Semiconductor coating process S120)
In the semiconductor coating step S120, the
ここで、半導体250は、n型半導体とp型半導体との混合物、または、発光ポリマーである。n型半導体は、例えば、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester;別名[60]PCBM、[6,6]-Pentadeuterophenyl C61 butyric acid methyl ester;別名d5-PCBM、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid butyl ester;別名PCBB、[6,6]-Phenyl-C61 butyric acid octyl ester;別名PCB-C8、[60]ThPCBM、(6,6)-Phenyl C71 butyric acid methyl ester;別名[70]PCBM、(6,6)-Phenyl C85 butyric acid methyl ester;別名[84]PCBMの群から選択される1または複数である。
Here, the
p型半導体は、例えば、Poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene];別名MDMO-PPV、Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene];別名MEH-PPV、Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl);別名P3HTの群から選択される1または複数である。 The p-type semiconductor is, for example, Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene]; also known as MDMO-PPV, Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]; also known as MEH-PPV, Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl); also known as P3HT.
発光ポリマーは、例えば、Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]、Poly[2-(2',5'-bis(2"-ethylhexyloxy)-phenyl)-1,4-phenylenevinylene]、Poly(2,5-bis(1,4,7,10-tetraoxaundecyl)-1,4-phenylenevinylene)、Poly[2,5-bis(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]、Poly[(2,5-bisoctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]、Poly(2,5-dihexyloxy-1,4-phenylenevinylene)、Poly(2,5-dioctyl-1,4-phenylenevinylene)、Poly[2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylenevinylene]、Poly{[2-[2',5'-bis(2"-ethylhexyloxy)phenyl]-1,4-phenylenevinylene]-co-[2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]}、Poly[(m-phenylenevinylene)-alt-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene)]、Poly[(p-phenylenevinylene)-alt-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene)]、Poly[(o-phenylenevinylene)-alt-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene)]、Poly[(m-phenylenevinylene)-alt-(2,5-dihexyl-p-phenylenevinylene)]、Poly[tris(2,5-bis(hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene)-alt-(1,3-phenylenevinylene)]といったポリフェニレンビニレン系化合物や、Poly[9,9-bis-(2-ethylhexyl)-9H-fluorene-2,7-diyl]、Poly(9,9-di-n-hexylfluorenyl-2,7-diyl)、Poly(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)、Poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl)、Poly(9,9-N-dihexyl-2,7-fluorene-alt-9-phenyl-3,6-carbazole)といったポリフルオレン化合物である。 Examples of the light-emitting polymer include Poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene], Poly [2- (2 ', 5'-bis (2 "-ethylhexyloxy) -phenyl) -1 , 4-phenylenevinylene], Poly (2,5-bis (1,4,7,10-tetraoxaundecyl) -1,4-phenylenevinylene), Poly [2,5-bis (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) -1 , 4-phenylenevinylene], Poly [(2,5-bisoctyloxy) -1,4-phenylenevinylene], Poly (2,5-dihexyloxy-1,4-phenylenevinylene), Poly (2,5-dioctyl-1,4- phenylenevinylene), Poly [2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylenevinylene], Poly {[2- [2', 5'-bis (2 "-ethylhexyloxy) phenyl]- 1,4-phenylenevinylene] -co- [2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene]}, Poly [(m-phenylenevinylene) -alt- (2-methoxy-5- (2 -ethylhexyloxy) -p-phenylenevinylene)], Poly [(p-phenylenevinylene) -alt- (2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -p-phenylenevinylene)], Poly [(o-phenylenevinylene) -alt- ( 2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -p-phenylenevinylene)], Poly [(m-phenylenevinylene) -alt- (2,5-dihexyl-p-phenylenevinylene)], Poly [tris (2,5-bis (hexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) -al Polyphenylenevinylene compounds such as t- (1,3-phenylenevinylene)], Poly [9,9-bis- (2-ethylhexyl) -9H-fluorene-2,7-diyl], Poly (9,9-di- n-hexylfluorenyl-2,7-diyl), Poly (9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl), Poly (9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl), Poly It is a polyfluorene compound such as (9,9-N-dihexyl-2,7-fluorene-alt-9-phenyl-3,6-carbazole).
(導電層成膜工程S130)
導電層成膜工程S130では、電子ビーム蒸着法、物理気相成長法、スパッタリング法等を利用して、図2(c)に示すように、転写先となる第2の基板310(以下、転写先基板310と称する)の表面に導電層320を成膜する。
(Conductive layer deposition step S130)
In the conductive layer forming step S130, the second substrate 310 (hereinafter referred to as a transfer destination) serving as a transfer destination is used by using an electron beam evaporation method, a physical vapor deposition method, a sputtering method, or the like, as shown in FIG. A
転写先基板310のガラス転移点(非晶質固体材料にガラス転移が起きる温度)、または、融点に限定はないが、本実施形態では、転写先基板310は、ガラス転移点、または、融点が700℃未満の物質で構成されている。
There is no limitation on the glass transition point (temperature at which glass transition occurs in the amorphous solid material) or melting point of the
導電層320は、例えば、透明導電膜であり、酸化インジウム系(ITO:tin-doped indium oxide)、酸化亜鉛系(AZO:aluminum-doped zinc oxide、GZO:gallium-doped zinc oxide)、酸化スズ系(SnO2)、酸化チタン系(TiO2)の透明導電膜である。
The
(接触工程S140)
接触工程S140では、転写元基板210における半導体250が塗布されたナノ構造層230と、転写先基板310における導電層320とを、ホール輸送層350を介在させた状態で接触させる。具体的に説明すると、転写元基板210におけるナノ構造層230、および、転写先基板310における導電層320のいずれか一方または双方にホール輸送層350を塗布しておき、例えば、転写元基板210におけるナノ構造層230を鉛直下方に返して、ナノ構造層230と、導電層320とを接触させる。
(Contacting step S140)
In the contact step S140, the
そうすると、図2(d)に示すように、転写先基板310、導電層320、ホール輸送層350、半導体250が塗布されたナノ構造層230、転写元基板210の順に積層された積層体360が形成されることとなる。
Then, as illustrated in FIG. 2D, a
ホール輸送層350は、例えば、水溶性高分子としてのポリスチレンスルホン酸(PSS)と、導電性高分子モノマーとしての3,4−エチレンジオキシチオフェン(EDOT)とを用いた水分散ポリチオフェン誘導体(PEDOT−PSS)である。
The
(乾燥工程S150)
乾燥工程S150では、ホール輸送層350を乾燥させる。
(Drying step S150)
In the drying step S150, the
(剥離工程S160)
剥離工程S160では、半導体250が塗布されたナノ構造層230から転写元基板210を剥離する。
(Peeling step S160)
In the peeling step S160, the
上述したように、ナノ構造体220をカーボンナノウォールで構成すると、転写元基板210とナノ構造層230との剥離性を高くすることができる。したがって、ナノ構造体220をカーボンナノウォールとすることで、剥離工程S160において、半導体250が塗布されたナノ構造層230から転写元基板210を容易に剥離することができる。
As described above, when the
こうして、図2(e)に示すように、転写先基板310に、導電層320、ホール輸送層350、半導体250が塗布されたナノ構造層230が順に成膜された半導体デバイス370が製造される。このようにして製造された半導体デバイス370は、半導体250がn型半導体とp型半導体との混合物である場合、太陽電池として利用でき、半導体250が発光ポリマーである場合、LED(Light Emitting Diode)やレーザとして利用することが可能である。
In this way, as shown in FIG. 2E, a
以上説明したように、本実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法によれば、微細形状を有する化合物として、剥離性が高いカーボンナノウォールといったナノ構造体220を用いることで、転写元基板210に剥離層を成膜せずとも、剥離工程S160において、容易に、転写元基板210からナノ構造層230を剥離することができる。したがって、剥離層を成膜するための工程を削減しつつ、微細形状を有する半導体を基板に転写することが可能となる。
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the
また、半導体デバイスとしての機能になんら寄与しない、または、機能を阻害する剥離層を成膜する必要がないため、不純物の混入を抑制することが可能となる。したがって、半導体デバイス370を製造する際に歩留まりが低下してしまう事態を回避することができる。
In addition, since it is not necessary to form a release layer that does not contribute to the function of the semiconductor device or inhibits the function, it is possible to suppress the mixing of impurities. Therefore, it is possible to avoid a situation where the yield decreases when the
なお、ホール輸送層350を介して、ナノ構造体220と、導電層320とが成膜された半導体デバイス370は、本実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法によって好適に製造することができる。
The
例えば、転写先基板310に導電層320、ホール輸送層350を成膜した後、ナノ構造層230を成膜する方法も考えられる。しかし、導電層320の成膜温度は200℃未満であり、ナノ構造層230(カーボンナノウォールとした場合)の成膜温度は500℃程度である。したがって、ナノ構造層230を成膜する際に、導電層320の温度も500℃程度まで上昇してしまい、導電層320において透明導電膜から酸素が脱離し、導電層320の機能(導電性)が低下してしまう。
For example, a method of forming the
したがって、本実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法によれば、導電層320の機能を低下させることなく、ナノ構造層230を成膜した半導体デバイス370を製造することが可能となる。
Therefore, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment, it is possible to manufacture the
さらに、ナノ構造体220を成膜する転写元基板210と、ナノ構造体220を転写する転写先基板310とが異なり、また、転写(接触工程S140、乾燥工程S150、剥離工程S160)も室温(例えば、250℃)程度の低温で実施することができるので、高い耐熱性を有しない物質(ガラス転移点、または、融点が700℃未満の物質)で構成された基板(転写先基板310)に、ナノ構造体220を成膜することが可能となる。
Further, the
(第2の実施形態)
上述した第1の実施形態において、半導体250としてn型半導体とp型半導体との混合物を用いることにより、太陽電池としての半導体デバイス370を製造する製造方法について説明した。本実施形態では、n型半導体とp型半導体との混合物を用いずに太陽電池を製造する半導体デバイスの製造方法について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the manufacturing method for manufacturing the
図4は、第2の実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart for explaining a process flow of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment.
図4に示すように、本実施形態にかかるナノ構造物の製造方法は、ナノ構造層成膜工程S110と、ドーピング工程S410と、半導体塗布工程S420と、導電層成膜工程S130と、接触工程S140と、乾燥工程S150と、剥離工程S160とを含んで構成される。なお、上述した第1の実施形態ですでに述べた、ナノ構造層成膜工程S110、導電層成膜工程S130、接触工程S140、乾燥工程S150、剥離工程S160は、実質的に処理が等しいため重複説明を省略し、ここでは、処理の異なるドーピング工程S410、半導体塗布工程S420について詳述する。 As shown in FIG. 4, the nanostructure manufacturing method according to the present embodiment includes a nanostructure layer deposition step S110, a doping step S410, a semiconductor coating step S420, a conductive layer deposition step S130, and a contact step. S140, drying process S150, and peeling process S160 are comprised. Note that the nanostructure layer film forming step S110, the conductive layer film forming step S130, the contact step S140, the drying step S150, and the peeling step S160, which have already been described in the first embodiment, are substantially the same. The overlapping description is omitted, and here, the doping process S410 and the semiconductor coating process S420, which are different in processing, will be described in detail.
(ドーピング工程S410)
ドーピング工程S410では、ナノ構造層230に原子をドーピングする。ドーピングする原子は、ナノ構造層230をp型半導体とするか、n型半導体とするかによって選択する。ここでは、カーボンナノウォールで構成されたナノ構造層230を例に挙げて説明する。
(Doping step S410)
In the doping step S410, the
カーボンナノウォール(ナノ構造層230)をp型半導体とする場合、B(ホウ素)をドーピングする。カーボンナノウォール(ナノ構造層230)をn型半導体とする場合、N(窒素)をドーピングする。 When the carbon nanowall (nanostructure layer 230) is a p-type semiconductor, B (boron) is doped. When the carbon nanowall (nanostructure layer 230) is an n-type semiconductor, N (nitrogen) is doped.
ホウ素(B)をドーピングする場合、例えば、下記4つの方法が挙げられ、窒素(N)をドーピングする場合、例えば、下記2つの方法が挙げられる。以下、ドーピング方法の具体的な処理について説明する。 When doping boron (B), for example, the following four methods can be mentioned, and when doping nitrogen (N), for example, the following two methods can be mentioned. Hereinafter, specific processing of the doping method will be described.
(ホウ素をドーピングする方法1)
10keV以上といった高エネルギーのイオン注入でカーボンナノウォール(ナノ構造層230)にホウ素を打ち込み、その後、レーザ、または、加熱炉で、ホウ素を熱拡散させることで、カーボンナノウォールの結晶性を回復させる。イオン注入を利用する構成により、ドライプロセスでカーボンナノウォールにホウ素をドーピングでき、不純物の混入を最小限に抑えることが可能となる。また、10keV以上といった高エネルギーでホウ素を打ち込むため、カーボンナノウォールに多量の結晶欠陥を形成することができ、ホウ素をドーピング(置換)するためのサイトを形成することが可能となる。
(Method 1 of doping boron)
Boron is implanted into the carbon nanowall (nanostructure layer 230) by high energy ion implantation of 10 keV or higher, and then the boron is thermally diffused by a laser or a heating furnace to recover the crystallinity of the carbon nanowall. . With the configuration utilizing ion implantation, boron can be doped into the carbon nanowall by a dry process, and contamination of impurities can be minimized. Further, since boron is implanted with high energy of 10 keV or more, a large amount of crystal defects can be formed in the carbon nanowall, and a site for doping (substitution) of boron can be formed.
(ホウ素をドーピングする方法2)
スピンコート等でホウ素拡散液をカーボンナノウォールに塗布した後、レーザ、または、加熱炉で、加熱する。かかる構成により、大がかりな装置を用いずとも、簡易に、ホウ素をカーボンナノウォールにドーピングすることができる。
(Method 2 of doping boron)
After the boron diffusion liquid is applied to the carbon nanowall by spin coating or the like, it is heated with a laser or a heating furnace. With this configuration, boron can be easily doped into the carbon nanowall without using a large-scale apparatus.
(ホウ素をドーピングする方法3)
スパッタリング法や、蒸着法等で、カーボンナノウォールの表面にホウ素を成膜し(例えば、膜厚1nm未満)、その後、レーザ、または、加熱炉で、ホウ素を熱拡散させることで、カーボンナノウォールの結晶性を回復させる。ホウ素を成膜する構成により、ドライプロセスでカーボンナノウォールにホウ素をドーピングでき、不純物の混入を最小限に抑えることが可能となる。また、カーボンナノウォールの表面全面にホウ素をドーピングすることができる。
(Method 3 of doping boron)
Boron is formed on the surface of the carbon nanowall by sputtering or vapor deposition (for example, a film thickness of less than 1 nm), and then boron is thermally diffused by a laser or a heating furnace, thereby carbon nanowall. To restore the crystallinity. With the configuration in which boron is formed, boron can be doped into the carbon nanowall by a dry process, and contamination of impurities can be minimized. Further, boron can be doped on the entire surface of the carbon nanowall.
(ホウ素をドーピングする方法4)
トリメチルボロンや、トリエチルボロンといった有機ホウ素化合物のガスの雰囲気下で、レーザを用いてカーボンナノウォールを加熱し、カーボンナノウォールの表面で有機ホウ素化合物を熱分解させる。かかる構成により、カーボンナノウォールにおけるレーザで加熱した箇所にのみ選択的にホウ素をドーピングすることが可能となる。
(Method 4 of doping boron)
In a gas atmosphere of an organic boron compound such as trimethylboron or triethylboron, the carbon nanowall is heated using a laser to thermally decompose the organic boron compound on the surface of the carbon nanowall. With this configuration, boron can be selectively doped only in the portion of the carbon nanowall heated by the laser.
(窒素をドーピングする方法1)
イオン注入でカーボンナノウォール(ナノ構造層230)に窒素を打ち込み、その後、レーザ、または、加熱炉で、窒素を熱拡散させることで、カーボンナノウォールの結晶性を回復させる。イオン注入を利用する構成により、ドライプロセスでカーボンナノウォールに窒素をドーピングでき、不純物の混入を最小限に抑えることが可能となる。また、10keV以上といった高エネルギーで窒素を打ち込むため、カーボンナノウォールに多量の結晶欠陥を形成することができ、窒素をドーピング(置換)するためのサイトを形成することが可能となる。
(Method 1 of doping nitrogen)
Nitrogen is implanted into the carbon nanowall (nanostructure layer 230) by ion implantation, and then the crystallinity of the carbon nanowall is recovered by thermally diffusing nitrogen with a laser or a heating furnace. With the configuration using ion implantation, carbon nanowalls can be doped with nitrogen in a dry process, and contamination of impurities can be minimized. Further, since nitrogen is implanted with high energy such as 10 keV or more, a large amount of crystal defects can be formed in the carbon nanowall, and a site for doping (substitution) of nitrogen can be formed.
(窒素をドーピングする方法2)
窒素プラズマ雰囲気下にカーボンナノウォールを曝露する。これにより、ドライプロセスでカーボンナノウォールに窒素をドーピングでき、不純物の混入を最小限に抑えることが可能となる。また、簡易に、窒素をカーボンナノウォールにドーピングすることができる。
(Method 2 of doping nitrogen)
The carbon nanowall is exposed in a nitrogen plasma atmosphere. Thereby, nitrogen can be doped into the carbon nanowall by a dry process, and contamination of impurities can be minimized. Further, nitrogen can be easily doped into the carbon nanowall.
(半導体塗布工程S420)
半導体塗布工程S420では、ナノ構造層230に、半導体250として、n型半導体、または、p型半導体を塗布する(付着させる)。上述したドーピング工程S410において、ナノ構造層230にBの原子をドーピングして、ナノ構造層230をp型半導体とする場合、半導体250としてn型半導体を塗布する。一方、上述したドーピング工程S410において、ナノ構造層230にNの原子をドーピングして、ナノ構造層230をn型半導体とする場合、半導体250としてp型半導体を塗布する。なお、n型半導体、p型半導体は、例えば、上述した化合物で構成される。
(Semiconductor coating process S420)
In the semiconductor coating step S420, an n-type semiconductor or a p-type semiconductor is applied (attached) to the
そして、上記導電層成膜工程S130、接触工程S140、乾燥工程S150、剥離工程S160を経ることで、転写先基板310に、導電層320、ホール輸送層350、半導体250が塗布されたナノ構造層230がこの順に成膜された半導体デバイスが製造される。このようにして製造された半導体デバイスは、太陽電池として利用できる。
The nanostructure layer in which the
以上説明したように、本実施形態にかかる半導体デバイスの製造方法によれば、剥離層を成膜するための工程を削減しつつ、微細形状を有する半導体を基板に転写することが可能となる。 As described above, according to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, it is possible to transfer a semiconductor having a fine shape to a substrate while reducing the steps for forming a release layer.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、上述した実施形態では、半導体250として、有機半導体を例に挙げて説明したが、無機半導体をナノ構造層230に塗布することもできる。なお、この場合、塗布剤として、ナノインク(無機半導体のナノ粒子を溶剤に分散させたインク)を用いるとよい。
For example, in the above-described embodiment, an organic semiconductor is described as an example of the
また、ホウ素や窒素をドーピングする際に用いるレーザは、パルスレーザであってもCW(Continuous Wave)レーザであってもよいが、パルスレーザがより好ましい。パルスレーザを用いれば、転写元基板210として低融点ガラスを採用し、低融点ガラス(転写元基板210)上にカーボンナノウォールを成膜した場合であっても、加熱による転写元基板210の溶融や、破壊の発生を防ぐことができるからである。
The laser used when doping boron or nitrogen may be a pulse laser or a CW (Continuous Wave) laser, but a pulse laser is more preferable. If a pulsed laser is used, low-melting glass is adopted as the
なお、本明細書の半導体デバイスの製造方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。 Note that the steps of the semiconductor device manufacturing method of the present specification do not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart.
本発明は、半導体デバイスの製造方法に利用することができる。
The present invention can be utilized in the manufacture how the semiconductor device.
S110 …ナノ構造層成膜工程
S120 …半導体塗布工程
S130 …導電層成膜工程
S140 …接触工程
S150 …乾燥工程
S160 …剥離工程
210 …転写元基板(第1の基板)
220 …ナノ構造体
230 …ナノ構造層
250 …半導体
310 …転写先基板(第2の基板、基板)
320 …導電層
350 …ホール輸送層
370 …半導体デバイス
S110 ... Nanostructure layer deposition step S120 ... Semiconductor coating step S130 ... Conductive layer deposition step S140 ... Contact step S150 ... Drying step S160 ... Stripping
220 ...
320 ...
Claims (5)
前記ナノ構造層に形成された空隙に半導体を充填する工程と、
第2の基板の表面に導電層を成膜する工程と、
前記第1の基板における前記半導体が塗布されたナノ構造層と、前記第2の基板における導電層とを、ホール輸送層を介在させた状態で、接触させる工程と、
前記ホール輸送層を乾燥させる工程と、
前記半導体が充填されたナノ構造層から前記第1の基板を剥離する工程と、
を含み、
前記ナノ構造体は、グラフェンシートの単層体または多層体であるカーボンナノウォールであることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 Forming a nanostructure layer by growing a plurality of nanostructures on the surface of the first substrate so as to extend in a direction perpendicular to the surface of the first substrate;
Filling the voids formed in the nanostructure layer with a semiconductor;
Forming a conductive layer on the surface of the second substrate;
Contacting the nanostructured layer coated with the semiconductor on the first substrate and the conductive layer on the second substrate with a hole transport layer interposed therebetween;
Drying the hole transport layer;
Peeling the first substrate from the nanostructured layer filled with the semiconductor;
Only including,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the nanostructure is a carbon nanowall that is a monolayer or a multilayer of graphene sheets .
前記ナノ構造層にBをドーピングする工程を含み、
前記半導体は、n型半導体であることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。 Before performing the step of filling the voids formed in the nanostructure layer with a semiconductor,
Doping the nanostructure layer with B;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor is an n-type semiconductor.
前記ナノ構造層にNをドーピングする工程を含み、
前記半導体は、p型半導体であることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの製造方法。 Before performing the step of filling the voids formed in the nanostructure layer with a semiconductor,
Doping the nanostructure layer with N;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor is a p-type semiconductor.
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