JP6086781B2 - Method for manufacturing organic semiconductor element - Google Patents
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Description
本発明は、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタなどの有機半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an organic semiconductor element such as a thin film transistor using an organic semiconductor material.
導電性インク、半導体インクおよび絶縁性インク等を用いて、グラビアオフセット印刷やインクジェット等の印刷技術を利用して電子回路やデバイス等の半導体素子を作製する、いわゆる印刷エレクトロニクス(プリンテッドエレクトロニクス)が知られている。 So-called printing electronics (printed electronics) is known, which uses conductive ink, semiconductor ink, insulating ink, and the like to produce semiconductor elements such as electronic circuits and devices using printing techniques such as gravure offset printing and inkjet. It has been.
従来から利用されているフォトリソグラフィによる半導体素子の製造は、全面に配線パターン等を形成する材料層やフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層をパターンニングした後に、エッチングによって不要な部分を除去することで行われる。そのため、金等の高価な材料が無駄になり、材料費が高くなってしまう。
これに対し、印刷を利用する印刷エレクトロニクスでは、配線等を必要な部分にのみ形成するので、材料費が無駄にならず、環境調和性も高い。また、印刷は、生産性が高く、大面積への応用も容易である上に、材料費以外の生産コストの点でも有利である。
このような利点を利用して、特に、印刷エレクトロニクスを利用する回路や薄層トランジスタ(TFT)の開発が盛んになってきた。
Conventionally used semiconductor device manufacturing by photolithography is to form a material layer or a photoresist layer for forming a wiring pattern or the like on the entire surface, pattern the photoresist layer, and then remove unnecessary portions by etching. Is done. Therefore, expensive materials such as gold are wasted and the material cost is increased.
On the other hand, in the printed electronics using printing, since the wiring and the like are formed only in necessary portions, the material cost is not wasted and the environmental harmony is high. Printing is highly productive and can be easily applied to a large area, and is advantageous in terms of production costs other than material costs.
Utilizing such advantages, development of circuits and thin-film transistors (TFTs) that use printed electronics has become particularly active.
一方で、フォトリソグラフィは、微細なパターンの形成が可能である。例えば、線間や線幅が20nmといった最小単位を有するパターンの形成が開発されている。
これ対して、印刷エレクトロニクスで形成できるのは、太陽電池の櫛形配線などの100μm程度のパターンが通常である。また、新しい技術でも、スマートフォンのタッチパネルの外周部に形成される電極に対応する、50μm程度のパターンが試されている程度である。さらに、最近では、グラビアオフセット印刷を利用した、微細パターンの形成が可能な印刷エレクトロニクスも発表されているが、これでも、10μm程度である。
On the other hand, photolithography can form a fine pattern. For example, formation of a pattern having a minimum unit such as a line spacing or a line width of 20 nm has been developed.
On the other hand, a pattern of about 100 μm such as a comb-shaped wiring of a solar cell is usually formed by printed electronics. In addition, even with new technology, a pattern of about 50 μm corresponding to the electrode formed on the outer peripheral portion of the smartphone touch panel has been tried. Furthermore, recently, printed electronics capable of forming a fine pattern using gravure offset printing has been announced, but this is still about 10 μm.
一方で、フォトリフォグラフィ以外に微細なパターンが形成可能な技術として、レーザビームによって配線を切断する方法が知られている。
例えば、特許文献1〜3には、絶縁層等の上に配線パターンを形成して、パルス波(パルス駆動)のレーザビームによって配線パターンを切断することにより、TFTのソース電極およびドレイン電極等を形成することが記載されている。
TFT等の半導体素子において、ソース電極とドレイン電極との間が長いと、電子やホール等のキャリアの移動に時間がかかり、半導体素子の応答速度が遅くなる。そのため、半導体素子の性能を高めるためには、ソース電極とドレイン電極との間の間隔を短くする必要がある。レーザビームを用いる加工であれば、このような微細な加工にも、好適に対応できる。
On the other hand, as a technique capable of forming a fine pattern other than photolithography, a method of cutting a wiring with a laser beam is known.
For example, in Patent Documents 1 to 3, a wiring pattern is formed on an insulating layer or the like, and the wiring pattern is cut with a laser beam of a pulse wave (pulse driving), thereby providing a source electrode and a drain electrode of the TFT. It is described to form.
In a semiconductor element such as a TFT, if the distance between the source electrode and the drain electrode is long, it takes time for carriers such as electrons and holes to move, and the response speed of the semiconductor element becomes slow. Therefore, in order to improve the performance of the semiconductor element, it is necessary to shorten the distance between the source electrode and the drain electrode. If it is the process which uses a laser beam, it can respond suitably also to such a fine process.
従って、印刷エレクトロニクスによる半導体素子の製造に、レーザビームによる加工を組み合わせることにより、間隔の狭いソース電極とドレイン電極を有するTFTなど、微細なパターンを有する半導体素子を、安価に高い生産性で製造可能になる可能性が有る。 Therefore, semiconductor elements with fine patterns, such as TFTs with narrow source and drain electrodes, can be manufactured at low cost and with high productivity by combining semiconductor element manufacturing with printed electronics and laser beam processing. There is a possibility of becoming.
ところで、有機半導体材料からなる有機半導体膜(有機半導体層)は、有機半導体材料をトルエン等の溶剤に溶解した塗料を用いて形成できる。
そのため、有機半導体膜は、印刷エレクトロニクスへの応用が容易であり、印刷エレクトロニクスでは、有機半導体材料を利用する開発が盛んに行われている。
By the way, an organic semiconductor film (organic semiconductor layer) made of an organic semiconductor material can be formed using a paint obtained by dissolving an organic semiconductor material in a solvent such as toluene.
For this reason, the organic semiconductor film can be easily applied to printed electronics, and development using organic semiconductor materials is actively performed in printed electronics.
ここで、本発明者の検討によれば、有機半導体膜を形成する半導体素子の製造において、前述のレーザビームによる配線パターンの加工は、特許文献1〜3に示されるような、ソース電極とドレイン電極の上に有機半導体層を形成する、いわゆるボトムコンタクト型の半導体素子の製造には、好適に利用可能である。
しかしながら、有機半導体膜の上にソース電極とドレイン電極とを有する、いわゆるトップコンタクト型の半導体素子の製造に、レーザビームによる配線パターンの加工を利用すると、往々にして、有機半導体膜の不良や電極間の絶縁性の不良など、様々な不都合が生じる。
Here, according to the study of the present inventor, in the manufacture of the semiconductor element for forming the organic semiconductor film, the above-described processing of the wiring pattern by the laser beam is performed by the source electrode and the drain as shown in Patent Documents 1 to 3. It can be suitably used for manufacturing a so-called bottom contact type semiconductor element in which an organic semiconductor layer is formed on an electrode.
However, when manufacturing a so-called top contact type semiconductor device having a source electrode and a drain electrode on an organic semiconductor film, the processing of a wiring pattern by a laser beam is often used, and defects in the organic semiconductor film or electrodes Various inconveniences such as poor insulation between them occur.
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、トップコンタクト型の有機半導体素子の製造において、印刷エレクトロニクスの技術とレーザビームによる加工とを利用することにより、不良を生じることなく、高い生産性で、ソース電極とドレイン電極との間隔が小さいTFTなど、微細なパターンを有する有機半導体素子を製造できる有機半導体素子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and in the manufacture of top contact type organic semiconductor elements, defects are eliminated by utilizing the technology of printed electronics and processing by a laser beam. An object of the present invention is to provide an organic semiconductor element manufacturing method capable of manufacturing an organic semiconductor element having a fine pattern, such as a TFT having a small gap between a source electrode and a drain electrode, without causing occurrence.
このような目的を達成するために、本発明の有機半導体素子の製造方法は、基板の上に、有機半導体材料からなる有機半導体膜を形成し、少なくとも一部が有機半導体膜の上に位置するように、導電材料からなる、線幅および線間の少なくとも一方が20μm以上のパターンを形成し、さらに、有機半導体膜上のパターンを、スポット径が2μm以下の連続波の電磁ビームによって、有機半導体膜の表面における電磁ビームの径以下の走査間隔で、複数回、走査することにより、有機半導体膜上のパターンの一部を除去することを特徴とする有機半導体素子の製造方法を提供する。 In order to achieve such an object, in the method for manufacturing an organic semiconductor element of the present invention, an organic semiconductor film made of an organic semiconductor material is formed on a substrate, and at least a part thereof is positioned on the organic semiconductor film. Thus, at least one of the line width and the line made of a conductive material is formed into a pattern having a size of 20 μm or more, and the pattern on the organic semiconductor film is further transformed into an organic semiconductor by a continuous wave electromagnetic beam having a spot diameter of 2 μm or less Provided is a method for manufacturing an organic semiconductor element, wherein a part of a pattern on an organic semiconductor film is removed by scanning a plurality of times at a scanning interval equal to or less than the diameter of an electromagnetic beam on the surface of the film.
このような本発明の有機半導体素子の製造方法において、有機半導体膜の表面における電磁ビームのエネルギ密度が20000mJ/cm2以下であるのが好ましい。
また、有機半導体膜の表面における電磁ビームの走査速度が0.2m/sec以上であるのが好ましい。
また、電磁ビームが、開口率が0.2以上のレンズで集光されたものであるのが好ましい。
また、有機半導体膜の厚さが、電磁ビームの焦点深度の5%以上であるのが好ましい。
また、有機半導体膜上のパターンの除去量が、20μm未満であるのが好ましい。
また、有機半導体膜となる有機半導体材料が低分子量の有機半導体材料であるのが好ましい。
また、有機半導体膜の表面における電磁ビームの走査間隔が、有機半導体膜の表面における電磁ビームの径の90%以下であるのが好ましい。
また、パターンの厚さが1〜100nmであるのが好ましい。
また、電磁ビームが、有機半導体膜の表面に焦点を有するのが好ましい。
さらに、パターンを印刷によって形成するのが好ましい。
In such a method for producing an organic semiconductor element of the present invention, the energy density of the electromagnetic beam on the surface of the organic semiconductor film is preferably 20000 mJ / cm 2 or less.
The scanning speed of the electromagnetic beam on the surface of the organic semiconductor film is preferably 0.2 m / sec or more.
Further, it is preferable that the electromagnetic beam is collected by a lens having an aperture ratio of 0.2 or more.
The thickness of the organic semiconductor film is preferably 5% or more of the focal depth of the electromagnetic beam.
Moreover, it is preferable that the removal amount of the pattern on the organic semiconductor film is less than 20 μm.
Moreover, it is preferable that the organic-semiconductor material used as an organic-semiconductor film is a low molecular weight organic-semiconductor material.
In addition, the scanning interval of the electromagnetic beam on the surface of the organic semiconductor film is preferably 90% or less of the diameter of the electromagnetic beam on the surface of the organic semiconductor film.
Moreover, it is preferable that the thickness of a pattern is 1-100 nm.
The electromagnetic beam preferably has a focal point on the surface of the organic semiconductor film.
Furthermore, the pattern is preferably formed by printing.
このような本発明によれば、有機半導体材料による有機半導体膜を有する有機半導体素子の製造において、印刷技術等を利用して、配線パターンなどの20μm以上の大きなパターンを形成して、その後、レーザビーム等の電磁ビームによって、この大きなパターンの一部を除去して、ソース電極とドレイン電極との間隙などの微細なパターンを、有機半導体膜の損傷や変質、不要なパターンの残存等を防止しつつ、形成できる。
そのため、本発明の有機半導体素子の製造方法によれば、不良の発生を抑制し、かつ、高い生産性で、微細なパターンが形成された有機半導体素子を製造できる。
According to the present invention, in the manufacture of an organic semiconductor element having an organic semiconductor film made of an organic semiconductor material, a large pattern of 20 μm or more such as a wiring pattern is formed using a printing technique or the like, and then a laser is formed. A part of this large pattern is removed by an electromagnetic beam such as a beam to prevent fine patterns such as the gap between the source electrode and the drain electrode from damaging or deteriorating the organic semiconductor film, and remaining unnecessary patterns. While forming.
Therefore, according to the method for manufacturing an organic semiconductor element of the present invention, it is possible to manufacture an organic semiconductor element in which a fine pattern is formed with high productivity while suppressing the occurrence of defects.
図1および図2に、本発明の半導体素子の製造方法の一例を概念的に示す。
本発明の半導体素子の製造方法(以下、単に『本発明の製造方法』とも言う)は、基板の表面に印刷等の方法によって、有機半導体膜、および、導電材料からなり、少なくとも一部が有機半導体膜の上に位置するパターンを形成し、この有機半導体膜の上のパターンの一部を、電磁ビームで、複数回、走査して、除去する。
1 and 2 conceptually show an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
The method for producing a semiconductor element of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the production method of the present invention”) comprises an organic semiconductor film and a conductive material by printing or the like on the surface of a substrate, and at least a part of the organic element is organic. A pattern located on the semiconductor film is formed, and a part of the pattern on the organic semiconductor film is removed by scanning with an electromagnetic beam a plurality of times.
図1および図2に示すように、本例では、基板10として、Si(シリコン)基板12の表面に絶縁体層14としての熱酸化膜が形成されてなる基板10を用い、この基板10の表面に有機半導体膜(有機半導体層)18を形成した後、有機半導体膜18の上を通過する配線パターン20を形成し、有機半導体膜18上の配線パターン20をレーザビームLで、複数回、走査して、この配線パターン20を切断する。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, in this example, a
前述のように、図示例において、基板10は、Si基板12の上に、絶縁体層14としての熱酸化膜を形成してなるものである。
本発明の製造方法において、基板は、このような基板10以外にも、絶縁体層が形成されたシリコン以外の金属、絶縁体層を形成されていないシリコン等の金属、セラミック、ガラス、プラスチックなど、各種の材料からなる板状物(シート状物/フィルム)が利用可能である。また、これらの板状物を支持体として、その表面にゲート電極が形成され、支持体およびゲート電極を覆って、絶縁体層が形成された物を基板としてもよい。
As described above, in the illustrated example, the
In the manufacturing method of the present invention, the substrate may be a metal other than silicon on which an insulator layer is formed, a metal such as silicon on which an insulator layer is not formed, ceramic, glass, plastic, etc. A plate-like material (sheet-like material / film) made of various materials can be used. Alternatively, the plate-like object may be used as a support, and a gate electrode may be formed on the surface thereof, and the support and the gate electrode may be covered to form an insulator layer.
すなわち、本発明においては、有機半導体膜の上にソース電極およびドレイン電極を形成してなる、いわゆるトップコンタクト型の半導体素子の製造工程において、その表面に、有機半導体膜を形成され、その後、配線等の導電材料からなるパターンを形成される各種の物が、基板として利用可能である。 That is, in the present invention, in a manufacturing process of a so-called top contact type semiconductor element, in which a source electrode and a drain electrode are formed on an organic semiconductor film, an organic semiconductor film is formed on the surface, and then a wiring is formed. Various objects on which a pattern made of a conductive material such as is formed can be used as a substrate.
図1(A)および(B)に示されるように、本発明の製造方法は、このような基板10の表面(絶縁体層14の表面)に、有機半導体膜18を形成する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the manufacturing method of the present invention forms the
有機半導体膜18は、公知の有機半導体からなる膜である。
本発明の製造方法において、有機半導体膜18を形成する有機半導体材料は、有機半導体素子の製造において、有機半導体膜として利用される公知の有機半導体材料が、各種、利用可能である。
具体的には、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン(TIPSペンタセン)、テトラメチルペンタセン、パーフルオロペンタセン等のペンタセン類やアントラセン等のアセン類、TES-ADT、diF−TES-ADT等のアントラジチオフェン類、DPh-BTBT、Cn−BTBT等のベンゾチエノベンゾチオフェン類、Cn−DNTT等のジナフトチエノチオフェン類、ペリキサンテノキサンテン等のジオキサアンタントレン類、ルブレン類、C60、PCBM等のフラーレン類、銅フタロシアニン、フッ素化銅フタロシアニン等のフタロシアニン類、P3RT、PQT、P3HT、PQT等のポリチオフェン類、PBTTT等のポリチエノチオフェン類等が例示される。
The
In the manufacturing method of the present invention, as the organic semiconductor material for forming the
Specifically, pentacenes such as 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS pentacene), tetramethylpentacene, perfluoropentacene, and acenes such as anthracene, TES-ADT, diF-TES-ADT, etc. Anthradithiophenes, DPh-BTBT, benzothienobenzothiophenes such as Cn-BTBT, dinaphthothienothiophenes such as Cn-DNTT, dioxaanthanthrenes such as perixanthenoxanthene, rubrenes, C60, PCBM And phthalocyanines such as copper phthalocyanine and fluorinated copper phthalocyanine, polythiophenes such as P3RT, PQT, P3HT, and PQT, and polythienothiophenes such as PBTT.
本発明の製造方法では、低分子量の有機半導体材料を用いるのが好ましい。
本発明の製造方法に、低分子量の有機半導体材料を用いることにより、分子間の相互作用が強く、移動度などの半導体特性の点で好ましい。
In the production method of the present invention, it is preferable to use a low molecular weight organic semiconductor material.
By using a low molecular weight organic semiconductor material in the production method of the present invention, the interaction between molecules is strong, which is preferable in terms of semiconductor characteristics such as mobility.
また、高い移動度が得られる等の点で、有機半導体膜18は、多結晶あるいは単結晶の結晶性であるのが好ましい。
In addition, the
有機半導体膜18は、公知の方法で形成すればよい。
具体的には、有機半導体材料を溶剤に溶解してなる塗料を用いる塗布法や、グラビア印刷、オフセット印刷、孔版印刷、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、転写印刷、インクジェットなど、前述の印刷エレクトロニクス(プリンテッドエレクトロニクス)で利用されている各種の印刷技術等が例示される。なお、形成するパターンに応じた開口を有する開口マスクを通して、例えば真空蒸着等の成膜手段によって、被着物にパターンを形成する方法も、孔版印刷の一種と考えられる。
The
Specifically, the above-mentioned printing electronics (printing) such as coating methods using paints in which organic semiconductor materials are dissolved in a solvent, gravure printing, offset printing, stencil printing, screen printing, gravure offset printing, transfer printing, ink jet printing, etc. Examples of various printing techniques used in Ted Electronics). Note that a method of forming a pattern on an adherend through an opening mask having an opening corresponding to a pattern to be formed, for example, by a film forming means such as vacuum deposition is also considered as a kind of stencil printing.
有機半導体膜18の厚さは、有機半導体膜18の形状や大きさ、製造する有機半導体素子の種類や大きさ等に応じて、適宜決定すればよい。
ここで、本発明の製造方法においては、有機半導体膜18の厚さは、配線パターン20を除去するレーザビームLの焦点深度の5%以上とするのが好ましい。この点に関しては、後に詳述する。
The thickness of the
Here, in the manufacturing method of the present invention, the thickness of the
本発明の製造方法において、有機半導体膜18を形成したら、次いで、図1(C)に示すように、導電材料からなる配線パターン20を形成する。
本発明において、この配線パターン20は、少なくとも一部が、先に形成した有機半導体膜18の上に位置するパターンを有するものである。図1および図2に示される例においては、有機半導体膜18の上を横切るように、基板10(絶縁体層14)の上に形成される。
In the manufacturing method of the present invention, after the
In the present invention, the
なお、本発明においては、導電材料からなるパターンとしては、図示例の配線パターン以外にも、電極パターン、抵抗パターン、有機半導体パターン、コンデンサパターン等、有機半導体膜18の上に少なくとも一部が形成されるものであれば、各種の導電材料からなる各種のパターンが利用可能である。
また、本発明の製造方法は、導電材料のみならず、絶縁性材料を用いた絶縁体パターンを有機半導体膜18の上に形成する有機半導体素子の製造にも、利用可能である。
In the present invention, as the pattern made of a conductive material, at least a part of the pattern such as an electrode pattern, a resistance pattern, an organic semiconductor pattern, a capacitor pattern, etc. is formed on the
In addition, the manufacturing method of the present invention can be used not only for manufacturing a conductive material but also for manufacturing an organic semiconductor element in which an insulator pattern using an insulating material is formed on the
本発明の製造方法において、このような配線パターン20(パターン)は、有機半導体素子に形成されるパターンの中でも、微細さを要求されない、大きな(粗い)パターンである。
具体的には、線幅および線間の少なくとも一方が、20μm以上のパターンである。好ましくは、線幅および線間の少なくとも一方が、30μm以上のパターンである。
In the manufacturing method of the present invention, such a wiring pattern 20 (pattern) is a large (coarse) pattern that does not require fineness among patterns formed on an organic semiconductor element.
Specifically, at least one of the line width and the line is a pattern of 20 μm or more. Preferably, at least one of the line width and the line is a pattern of 30 μm or more.
従って、このような配線パターン20の形成には、先に有機半導体膜18の形成の際に例示した、グラビア印刷、オフセット印刷、孔版印刷、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷、転写印刷、インクジェットなど、前述の印刷エレクトロニクスで利用されている各種の印刷技術が好適に利用される。
印刷によって配線パターン20を形成することにより、高い生産性で、材料の無駄なく、低コストに、大面積にも好適に対応して、配線パターン20を形成できる。
なお、本発明の製造方法において、配線パターンは印刷で形成するのに限定はされず、蒸着等の公知の各種の形成方法が利用可能である。
Therefore, the
By forming the
In the manufacturing method of the present invention, the wiring pattern is not limited to being formed by printing, and various known forming methods such as vapor deposition can be used.
配線パターン20の形成材料は、金、銀および銅など、必要な導電性が確保できる導電材料であれば、公知の各種の材料が利用可能である。
As the material for forming the
また、配線パターン20の厚さは、形成する配線パターンの線幅や線間、製造する有機半導体素子の種類や大きさ等に応じて、適宜決定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、配線パターン20の厚さは、1〜100nmが好ましく、特に、5〜30nmが好ましい。
配線パターンの厚さを、この厚さとすることにより、後述するスポット径が2μm以下のレーザビームLでの確実な加工が可能である、パターンエッジの形状が綺麗になる等の点で好ましい。
In addition, the thickness of the
Here, according to the study of the present inventors, the thickness of the
By setting the thickness of the wiring pattern to this thickness, it is preferable from the standpoint that reliable processing with a laser beam L having a spot diameter of 2 μm or less, which will be described later, is possible, and the shape of the pattern edge is clean.
このようにして配線パターン20を形成したら、次いで、図2(D)に示すように、光学系24から照射したレーザビームLによって、有機半導体膜18の上に形成された配線パターン20の一部を除去して、図2(E)に示すように、間隙20aを形成し、有機半導体膜18の上にソース電極20bおよびドレイン電極20cを形成して、トップコンタクト型の半導体素子(TFT(薄膜トランジスタ))26を製造する。
なお、この半導体素子26においてはシリコン基板12が、ゲート電極となる。
After the
In this
なお、本発明において、光学系24は、スポット径が2μm以下のレーザビームLを照射できるものであれば、レーザビームLの光源、光源がレーザビームLを集光するためのレンズ、レーザビームLの光路を調整するためのミラー等を組み合わせて構成された、公知のレーザビームの照射装置が、各種、利用可能である。 In the present invention, as long as the optical system 24 can irradiate the laser beam L having a spot diameter of 2 μm or less, the light source of the laser beam L, the lens for the light source to focus the laser beam L, the laser beam L Various well-known laser beam irradiation apparatuses configured by combining mirrors for adjusting the optical path of the laser beam can be used.
前述のように、有機半導体素子の性能を高めるためには、ソース電極とドレイン電極との間を狭くする必要が有る。しかしながら、印刷では、例えば、この間隙を5μmにしてソース電極とドレイン電極とを形成するなど、このような微細な加工は困難である。
これに対し、特許文献1〜3に示されるように、まず、配線パターン(電極となる金属層)を形成して、レーザビームを用いて配線パターンを加工することにより、ソース電極とドレイン電極との間の狭い間隙を形成できる。例えば、Applied Physics Express 2 (2009) 126502には、波長405nmの半導体レーザと開口率(NA)が0.5のレンズを用いるレーザ加工装置(パスルテック社製 NEO1000)を使用して、40nmの加工ができることが示されている。
As described above, in order to improve the performance of the organic semiconductor element, it is necessary to narrow the space between the source electrode and the drain electrode. However, in printing, for example, such fine processing such as forming the source electrode and the drain electrode with a gap of 5 μm is difficult.
On the other hand, as shown in Patent Documents 1 to 3, first, by forming a wiring pattern (metal layer to be an electrode) and processing the wiring pattern using a laser beam, the source electrode and the drain electrode A narrow gap can be formed. For example, Applied Physics Express 2 (2009) 126502 uses a laser processing apparatus (NEO1000 manufactured by Palestec Corporation) that uses a semiconductor laser with a wavelength of 405 nm and a lens with an aperture ratio (NA) of 0.5. It has been shown that it can.
ここで、本発明の製造方法では、スポット径が2μm以下の連続波のレーザビームLを用い、有機半導体膜18の表面(有機半導体膜18と配線パターン20との界面)において、この位置におけるレーザビームのビーム径以下の走査間隔で、配線パターン20の加工位置を、複数回、走査することにより、レーザビームLによって配線パターン20を除去して、間隙20aを形成する。
なお、レーザビームLの焦点では、ビームスポットの光強度分布は一様では無いので、本発明においては、1/(e2)の強さでスポット径を定義する。すなわち、本発明においては、レーザビームの波長をλ、レンズの開口率をNAとすると、
スポット径=(0.82×λ)/NA
となる。
また、レーザビームLの走査間隔とは、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの中心の間隔である。すなわち、本発明においては、有機半導体膜18の表面において、レーザビームLを重複させて、レーザビームLでの走査を行う。
Here, in the manufacturing method of the present invention, a laser beam L having a spot diameter of 2 μm or less is used, and the laser at this position on the surface of the organic semiconductor film 18 (interface between the
Since the light intensity distribution of the beam spot is not uniform at the focal point of the laser beam L, the spot diameter is defined by the intensity of 1 / (e 2 ) in the present invention. That is, in the present invention, if the wavelength of the laser beam is λ and the aperture ratio of the lens is NA,
Spot diameter = (0.82 × λ) / NA
It becomes.
The scanning interval of the laser beam L is the interval between the centers of the laser beams L on the surface of the
図示例においては、一例として、図2(D)および(E)に示すように、有機半導体膜18上で矢印y方向に延在する配線パターン20に対して、図2(D)に破線で示すように、レーザビームLをy方向と直交するx方向に走査する。1回の走査が終わったら、有機半導体膜18上におけるビーム径以下の所定の走査間隔だけ、基板10と光学系24とをy方向に相対的に移動して、再度、レーザビームLをx方向に走査する。このレーザビームLの走査を、間隙20aの大きさに応じて、繰り返す。
これにより、配線パターン20上をレーザビームLによって二次元的に走査して、走査した位置の配線パターン20を除去して、間隙20aを形成する。
In the illustrated example, as an example, as shown in FIGS. 2D and 2E, the
As a result, the
本発明の製造方法は、印刷技術等を利用して大きな配線パターン20を形成した後、このような、スポット径が2μm以下の小さい連続波のレーザビームLによる、レーザビームLを重複させた複数回の走査によって配線パターン20を除去する。
これにより、レーザビームLで有機半導体膜18を破損することなく、かつ、配線パターン20の除去を確実に行って、高い生産性で、微細な加工が行われた半導体素子26を、高い歩留りで製造できる。
In the manufacturing method of the present invention, after forming a
Thereby, the
前述の特許文献1〜3に示されるようなレーザビームによる配線パターンの間隙の形成では、形成する間隙に応じたビーム径のレーザビームによって、加工を行うのが、最も効率的である。例えば、配線パターンに5μmの間隙を形成するためには、配線パターンと下層との界面におけるビーム径が5μmとなるレーザビームを用い、1回の走査で配線パターンに間隙を形成するのが、最も効率的である。
また、レーザビームの力を効率良く使って加工を行うためには、レーザビームの焦点を、加工する配線パターンと下層との界面に位置して加工を行うのが好ましい。
加えて、このようなレーザビームを用いる加工は、特許文献1〜3にも示されるように、大きな出力が得られるパルス波のレーザビームで行うのが通常である。
In the formation of the gap of the wiring pattern by the laser beam as shown in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, it is most efficient to perform the processing with the laser beam having a beam diameter corresponding to the gap to be formed. For example, in order to form a gap of 5 μm in the wiring pattern, it is most preferable to form a gap in the wiring pattern by a single scan using a laser beam having a beam diameter of 5 μm at the interface between the wiring pattern and the lower layer. Efficient.
Further, in order to perform processing using the power of the laser beam efficiently, it is preferable to perform processing by positioning the focal point of the laser beam at the interface between the wiring pattern to be processed and the lower layer.
In addition, processing using such a laser beam is usually performed with a laser beam of a pulse wave that provides a large output, as shown in Patent Documents 1 to 3.
ところが、このようなレーザビームによる加工を、トップコンタクト型の有機半導体素子の製造に利用すると、有機半導体膜を損傷してしまい、適正に作動する有機半導体素子を製造することが出来ない場合が多い。 However, when such laser beam processing is used for manufacturing a top contact type organic semiconductor element, the organic semiconductor film is often damaged, and an organic semiconductor element that operates properly cannot be manufactured in many cases. .
前述のように、レーザビームのスポット径は、『スポット径=(0.82×λ)/NA』である。他方、レーザビームの焦点深度は、『焦点深度=(λ/NA2)』である。すなわち、スポット径が大きいレーザビームは、焦点深度も深い。
レーザビームの焦点深度以内では、レーザビームの光強度は強い。特に、焦点を中心とする10%程度の領域は、光強度が強い。
一方で、有機半導体素子26においては、通常、有機半導体膜18の厚さは5〜500nm程度であり、配線パターン20の厚さは10〜100nm程度である。
As described above, the spot diameter of the laser beam is “spot diameter = (0.82 × λ) / NA”. On the other hand, the depth of focus of the laser beam is “depth of focus = (λ / NA 2 )”. That is, a laser beam with a large spot diameter has a deep focal depth.
Within the focal depth of the laser beam, the light intensity of the laser beam is strong. In particular, the region of about 10% centered on the focal point has a high light intensity.
On the other hand, in the
そのため、ソース電極20bおよびドレイン電極20cとなる配線パターン20の下に有機半導体膜18を有するトップコンタクト型の有機半導体素子26の製造において、加工する間隙20aに対応するスポット径を有する焦点深度の深いレーザビームで間隙20aの加工を行うと、配線パターン20のみならず、有機半導体膜18も除去してしまう。
また、パルス波のレーザビームで走査を行うと、連続的な加工を行うことができず、除去すべき配線パターン20が残ってしまう。パルス幅を狭くして連続波に近いレーザビームにすることで、この不都合は回避できるが、各パルスでの照射時には、出力のピークが生じるため、やはり、有機半導体膜18も除去してしまう。
配線パターン20と共に、有機半導体膜18が除去されれば、当然、有機半導体素子は作動しなくなり、不良品となってしまう。逆に、除去すべき配線パターン20が残れば、有機半導体素子がショートしてしまう。
Therefore, in the manufacture of the top contact type
If scanning is performed with a pulsed laser beam, continuous processing cannot be performed, and the
If the
これに対して、本発明の製造方法では、スポット径が2μm以下の連続波のレーザビームL、すなわち焦点深度の浅い連続波のレーザビームLを用いて、複数回の走査によって、配線パターン20を除去して、間隙20aを形成する。
そのため、レーザビームLによる加工効率は低下するものの、電荷が主に通過する絶縁体層14との界面近傍の有機半導体膜18を残して、配線パターン20を除去して、適正に作動する有機半導体素子26を製造できる。加えて、スポット径が2μm以下のレーザビームLによれば、より微細な加工も可能である。
また、スポット径が小さいレーザビームLであっても、y方向の走査間隔を、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの径以下として、有機半導体膜18の表面でレーザビームLを重複して走査を行うので、間隙20aとなる位置で、確実に配線パターン20を除去でき、ショート等の不都合が生じることも無い。
さらに、前述のように、大きな配線パターン20は、印刷等の生産性の高い方法で形成できるので、このような微細な加工を施した有機半導体素子26を、高い生産性で製造することができる。
In contrast, in the manufacturing method of the present invention, the
Therefore, although the processing efficiency by the laser beam L is reduced, the
Further, even if the laser beam L has a small spot diameter, the scanning interval in the y direction is set to be equal to or smaller than the diameter of the laser beam L on the surface of the
Further, as described above, since the
本発明の製造方法において、レーザビームLのスポット径は、2μm以下であればよいが、1.3μm以下がより好ましく、特に、0.7μm以下が好ましい。加えて、後述する有機半導体膜18の厚さに対応する焦点深度に応じたスポット径であるのが好ましい。
レーザビームLのスポット径を上記範囲とすることにより、より確実に有機半導体膜18の損傷を防止できる、より微細な配線パターン20の加工が可能になる等の点で好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, the spot diameter of the laser beam L may be 2 μm or less, more preferably 1.3 μm or less, and particularly preferably 0.7 μm or less. In addition, it is preferable that the spot diameter corresponds to the depth of focus corresponding to the thickness of the
By setting the spot diameter of the laser beam L in the above range, it is preferable in that the
本発明の製造方法において、レーザビームLは、アブレーション、昇華、蒸発等によって配線パターン20を除去できる連続波のものが、各種、利用可能である。
具体的には、半導体レーザによる405nmのレーザビーム、同650nmのレーザビーム、同780nmのレーザビーム等が例示される。
また、本発明の製造方法では、これらのレーザビーム以外にも、LEDなどの光源からの光を、ピンホールと光学レンズとによって、小さく集光した電磁ビーム等も利用可能である。しかしながら、エネルギ密度を高められる等の点で、レーザビームが好ましく利用される。
In the manufacturing method of the present invention, the laser beam L can be used in various types of continuous wave that can remove the
Specific examples include a 405 nm laser beam, a 650 nm laser beam, and a 780 nm laser beam by a semiconductor laser.
Further, in the manufacturing method of the present invention, in addition to these laser beams, it is also possible to use an electromagnetic beam or the like obtained by condensing light from a light source such as an LED with a pinhole and an optical lens. However, a laser beam is preferably used in terms of increasing the energy density.
レーザビームLは、開口率(NA)が0.2以上のレンズ(組レンズを含む)で集光されるのが好ましい。すなわち、光学系24は、開口率が0.2以上のレンズで、レーザビームLを集光するのが好ましい。中でも、レーザビームLは、開口率が0.3以上のレンズで集光されるのが、より好ましく、開口率が0.4以上のレンズで集光されるのが、さらに好ましく、開口率が0.5以上のレンズで集光されるのが、よりさらに好ましく、開口率が0.75以上のレンズで集光されるのが特に好ましい。
開口率が0.2以上のレンズでレーザビームLを集光することにより、配線パターン20の除去に好適なスポット径および焦点深度を有するレーザビームLでの加工が可能になる、下層の有機半導体膜18の損傷を防止して、細かいパターンを形成できる等の点で好ましい。
The laser beam L is preferably collected by a lens (including a combined lens) having an aperture ratio (NA) of 0.2 or more. That is, the optical system 24 preferably collects the laser beam L with a lens having an aperture ratio of 0.2 or more. Among these, the laser beam L is more preferably collected by a lens having an aperture ratio of 0.3 or higher, more preferably focused by a lens having an aperture ratio of 0.4 or higher, and an aperture ratio of It is even more preferable that the light is condensed by a lens of 0.5 or more, and it is particularly preferable that the light is condensed by a lens having an aperture ratio of 0.75 or more.
By focusing the laser beam L with a lens having an aperture ratio of 0.2 or more, processing with the laser beam L having a spot diameter and a focal depth suitable for removing the
レーザビームLは、有機半導体膜18の表面におけるエネルギ密度が20000mJ/cm2以下であるのが好ましく、特に、5000mJ/cm2以下、中でも2000mJ/cm2以下であるのが好ましい。
有機半導体膜18の表面におけるエネルギ密度が20000mJ/cm2以下とすることにより、有機半導体膜18を除去してしまうことを、より好適に防止できる等の点で好ましい。
The laser beam L is preferably energy density of 20000 mJ / cm 2 or less at the surface of the
By setting the energy density on the surface of the
なお、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLのエネルギ密度は、アブレーション等による配線パターン20の除去が可能であるエネルギ密度以上であればよい。
ここで本発明者の検討によれば、確実な配線パターン20の除去を可能にするためには、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLのエネルギ密度は、100mJ/cm2以上が好ましく、200mJ/cm2以上が、より好ましい。
The energy density of the laser beam L on the surface of the
Here, according to the study of the present inventor, in order to enable reliable removal of the
レーザビームLの焦点の位置は、レーザビームLによって配線パターン20を除去できる位置に設定すればよいが、有機半導体膜18の表面から焦点深度の半分の範囲に設定するのが好ましく、特に、有機半導体膜18の表面とレーザビームLの焦点とが一致するのが好ましい。
レーザビームLの焦点を、この位置に設定することにより、レーザビームLのパワーを効率良く使って配線パターン20を除去できる等の点で好ましい。
The focal position of the laser beam L may be set to a position where the
Setting the focal point of the laser beam L at this position is preferable in that the
ここで、本発明の製造方法においては、有機半導体膜18の厚さを、レーザビームLの焦点深度の5%以上とするのが好ましい。
Here, in the manufacturing method of the present invention, the thickness of the
本発明において、レーザビームLのスポット径は『1/e2』で定義した『(0.82×λ)/NA』である。レーザビームLは、このスポット径の中でも光強度には分布が有り、特に、光強度が強いのは、この中心の10%程度の領域である。例えば、開口率0.85のレンズで集光された波長405nmのレーザビームLであれば、スポット径は391nmであり、特に光強度が強いのは、中心の径が約39nmの領域である。
同様に、レーザビームLの焦点深度以内は、レーザビームの光強度は強いが、やはり焦点深度内でも光強度には分布が有り、特に、焦点を中心とする10%程度の領域は、光強度が強い。上記と同様のレーザビームLであれば、焦点深度は561nmで、特に光強度が強いのは、焦点を中心とする約56nmの領域である。
In the present invention, the spot diameter of the laser beam L is “(0.82 × λ) / NA” defined by “1 / e 2 ”. The laser beam L has a distribution in light intensity among the spot diameters. Particularly, the light intensity is strong in an area of about 10% of the center. For example, in the case of a laser beam L having a wavelength of 405 nm collected by a lens having an aperture ratio of 0.85, the spot diameter is 391 nm, and the light intensity is particularly strong in a region having a central diameter of about 39 nm.
Similarly, the light intensity of the laser beam is strong within the depth of focus of the laser beam L, but the light intensity is also distributed within the depth of focus, and in particular, the light intensity is about 10% around the focus. Is strong. If the laser beam L is the same as described above, the depth of focus is 561 nm, and the light intensity is particularly strong in the region of about 56 nm centered on the focus.
ここで、前述のように、効率のよい配線パターン20の除去を行うためには、有機半導体膜18の表面とレーザビームLの焦点とが一致するのが好ましい。
この際において、図3(A)に概念的に示すように、レーザビームLの焦点を中心とする焦点深度10%の高強度領域Ldが、有機半導体膜18を包含すると、有機半導体膜18の厚さ方向の全域に光強度が強いレーザビームLが照射されて、変質や破壊が生じてしまう可能性が有る。
例えば、前述の例であれば、レーザビームLの焦点を中心とする焦点深度10%の高強度領域Ldは約56nmであるので、有機半導体膜18の厚さが28nm以下の場合には、有機半導体膜18の厚さ方向の全域が、光強度が強いレーザビームLに曝されて、変質や破壊が生じる可能性が有る。
Here, as described above, it is preferable that the surface of the
At this time, as conceptually shown in FIG. 3A, if the high-intensity region Ld having a focal depth of 10% centered on the focal point of the laser beam L includes the
For example, in the above example, the high-intensity region Ld having a focal depth of 10% centered on the focal point of the laser beam L is about 56 nm, so that the
これに対して、有機半導体膜18の厚さを、レーザビームLの焦点深度の5%以上とすることにより、図3(B)に概念的に示すように、有機半導体膜18の上部(レーザビームLの進行方向の上流側)は高強度領域Ldに曝されて変質等を生じる可能性が有るが、下方の絶縁体層14との界面近傍には、光強度が強いレーザビームには曝されず、変質や破壊は生じない。
例えば、前述の例であれば、有機半導体膜18の厚さを28nm超、例えば30nmにすれば、下方の絶縁体層14との界面近傍の2nmの領域は、光強度が強いレーザビームには曝されず、変質や破壊は生じない。
On the other hand, when the thickness of the
For example, in the above-described example, if the thickness of the
有機半導体素子26において、ソース電極20bとドレイン電極20cとの間で電荷が通るのは、有機半導体膜18の絶縁体層14との界面近傍が大部分である。従って、この部分に変質や破壊が生じなければ、有機半導体素子26は、適正に動作する。
すなわち、有機半導体膜18の厚さをレーザビームLの焦点深度の5%以上とすることにより、絶縁体層14との界面近傍における有機半導体膜18の変質や破壊を防止して、より安定して、適正に動作する有機半導体素子26を製造することができる。
言い換えれば、本発明の製造方法においては、有機半導体膜18の厚さに応じて、焦点深度の5%が有機半導体膜18の厚さ以下に対応するスポット径のレーザビームLを用いて、配線パターン20の除去を行うのが好ましい。
In the
That is, by setting the thickness of the
In other words, in the manufacturing method according to the present invention, the laser beam L having a spot diameter corresponding to 5% or less of the depth of the
例えば、開口率が0.85のレンズで集光された波長405nmのレーザビームLであれば、スポット径の10%は39nmで、焦点深度の5%は28nmであるので、有機半導体膜18の厚さは、好ましくは30nm以上で、より好ましくは45nm以上で、特に好ましくは60nm以上である。
また、開口率が0.65のレンズで集光された波長650nmのレーザビームLであれば、スポット径の10%は82nmで、焦点深度の5%は77nmであるので、有機半導体膜18の厚さは、好ましくは80nm以上で、より好ましくは120nm以上で、特に好ましくは160nm以上である。
さらに、開口率が0.55のレンズで集光された波長780nmのレーザビームLであれば、スポット径の10%は116nmで、焦点深度の5%は129nmであるので、有機半導体膜18の厚さは、好ましくは130nm以上で、より好ましくは195nm以上で、特に好ましくは260nm以上である。
For example, in the case of a laser beam L having a wavelength of 405 nm collected by a lens having an aperture ratio of 0.85, 10% of the spot diameter is 39 nm and 5% of the focal depth is 28 nm. The thickness is preferably 30 nm or more, more preferably 45 nm or more, and particularly preferably 60 nm or more.
Further, in the case of the laser beam L having a wavelength of 650 nm collected by a lens having an aperture ratio of 0.65, 10% of the spot diameter is 82 nm and 5% of the focal depth is 77 nm. The thickness is preferably 80 nm or more, more preferably 120 nm or more, and particularly preferably 160 nm or more.
Further, in the case of a laser beam L having a wavelength of 780 nm collected by a lens having an aperture ratio of 0.55, 10% of the spot diameter is 116 nm and 5% of the focal depth is 129 nm. The thickness is preferably 130 nm or more, more preferably 195 nm or more, and particularly preferably 260 nm or more.
すなわち、有機半導体膜18の厚さは、レーザビームLの焦点深度の5%を超える厚さであるのが、より好ましく、中でも、レーザビームLの焦点深度の5%の1.5倍以上であるのが好ましく、中でも特に、レーザビームLの焦点深度の5%の2倍以上であるのが好ましい。
That is, it is more preferable that the thickness of the
前述のように、本発明の製造方法おいては、x方向へのレーザビームLの走査を、有機半導体膜18の表面でレーザビームを重複させて、y方向に複数回、行うことにより、配線パターン20を除去して、間隙20aを形成する。
なお、この走査は、基板10を移動して行ってもよく、光学系24を移動して行ってもよく、両者を移動して行ってもよく、さらに、光偏向器を利用して行ってもよい。
また、x方向へのレーザビームLの走査中、光学系24は、レーザビームLを、加工する配線パターン20上のみonして、それ以外の位置ではoff(ビーム強度を低減)するように、レーザビームLを変調する。
As described above, in the manufacturing method of the present invention, the scanning of the laser beam L in the x direction is performed a plurality of times in the y direction by overlapping the laser beam on the surface of the
This scanning may be performed by moving the
Further, during scanning of the laser beam L in the x direction, the optical system 24 turns on the laser beam L only on the
ここで、レーザビームLの走査速度(レーザビームLの線速)は、レーザビームLの強度や除去する配線パターン20の厚さ等に応じて、適宜、設定すれば良い。ここで、本発明者の検討によれば、レーザビームLの走査速度は、0.2m/sec以上とするのが好ましく、特に、1m/sec以上とするのが好ましい。
走査速度を0.2m/sec以上とすることにより、レーザビームLのエネルギ密度が必要以上に高くなることを防止して、より確実に有機半導体膜18の変質等を防止できる等の点で好ましい。
Here, the scanning speed of the laser beam L (the linear velocity of the laser beam L) may be appropriately set according to the intensity of the laser beam L, the thickness of the
By setting the scanning speed to 0.2 m / sec or more, it is preferable in that the energy density of the laser beam L can be prevented from becoming higher than necessary, and alteration of the
有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの走査間隔は、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの径以下であれば良いが、このレーザビームLの径の90%以下が好ましく、80%以下が、より好ましい。
有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの走査間隔を、有機半導体膜18の表面におけるレーザビームLの径の90%以下とすることにより、有機半導体膜18の表面において、より確実にレーザビームLを重複して走査を行うことができ、より確実に間隙20aとなる領域の配線パターン20を除去できる等の点で好ましい。
The scanning interval of the laser beam L on the surface of the
By setting the scanning interval of the laser beam L on the surface of the
また、本発明の製造方法では、レーザビームLで除去する配線パターン20のサイズ、すなわちソース電極20bとドレイン電極20cとの間隙20aなどの微細な加工パターンは、線間が20μm未満であるのが好ましい。
In the manufacturing method of the present invention, the size of the
以上、本発明の有機半導体素子の製造方法について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。 As mentioned above, although the manufacturing method of the organic-semiconductor element of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the above-mentioned example, Even if various improvements and changes are performed in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course it is good.
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明の有機半導素子の製造方法について、より詳細に説明する。 Hereinafter, the specific example of this invention is given and the manufacturing method of the organic-semiconductor element of this invention is demonstrated in detail.
[実施例1]
基板として、表面に厚さ300nmの熱酸化膜(絶縁体層)が形成されている、直径が4インチで厚さが0.5mmのn型Si基板を準備した。
この絶縁体層の表面にUV光を照射して、塗れ性を高めた。
[Example 1]
As a substrate, an n-type Si substrate having a diameter of 4 inches and a thickness of 0.5 mm, on which a thermal oxide film (insulator layer) having a thickness of 300 nm is formed, was prepared.
The surface of this insulator layer was irradiated with UV light to improve paintability.
一方で、トルエンにTIPSペンタセンを溶解して、塗布液を調製した。塗布液のTIPSペンタセンの濃度は、1質量%とした。 On the other hand, TIPS pentacene was dissolved in toluene to prepare a coating solution. The concentration of TIPS pentacene in the coating solution was 1% by mass.
1000rpmのスピンコートで、絶縁体層の表面に調製した塗布液を塗布した。
次いで、この塗布液を乾燥することにより、基板(絶縁体層)の表面に、厚さ300nmの有機半導体膜を形成した。
The prepared coating solution was applied to the surface of the insulator layer by spin coating at 1000 rpm.
Next, by drying the coating solution, an organic semiconductor film having a thickness of 300 nm was formed on the surface of the substrate (insulator layer).
このように形成した有機半導体膜(TIPSペンタセン膜)の上に、有機半導体膜に密着させたメタルマスクを通して、真空蒸着によって、配線パターンとして、10mm×5mmで、厚さが10nmの金を蒸着した。 On the organic semiconductor film (TIPS pentacene film) thus formed, gold having a thickness of 10 nm × 5 mm was deposited as a wiring pattern by vacuum deposition through a metal mask adhered to the organic semiconductor film. .
レーザ加工装置(パルステック社製 NEO1000)を用いて、レーザビームによって配線パターンを走査することにより、アブレーションによって配線パターンを除去して、5μmの間隙を形成し、図2(E)に示すような構成を有する、トップコンタクト型の有機半導体素子(TFT)を作製した。すなわち、ソース電極とドレイン電極との間は、5μmである。
なお、この有機半導体素子においては、Si基板がゲート電極となる。
A wiring pattern is removed by ablation by scanning the wiring pattern with a laser beam using a laser processing apparatus (NEO1000 manufactured by Pulse Tech Co., Ltd.) to form a gap of 5 μm, as shown in FIG. A top contact type organic semiconductor element (TFT) having a configuration was manufactured. That is, the distance between the source electrode and the drain electrode is 5 μm.
In this organic semiconductor element, the Si substrate serves as the gate electrode.
レーザビームは、連続波で、波長は405nm、出力は10mWとした。開口率は0.85で、スポット径は391nmであった。従って、レーザビームLの焦点深度の5%は、約28nmである。
レーザビームLの焦点は、有機半導体膜の表面に一致させた(すなわち、同表面におけるレーザビームの径は391nm)。有機半導体膜の表面におけるレーザビームLの走査速度は0.6m/secで、走査間隔は300nmとした。
有機半導体膜の表面におけるエネルギ密度は、下記表に示す。
The laser beam was a continuous wave, the wavelength was 405 nm, and the output was 10 mW. The aperture ratio was 0.85, and the spot diameter was 391 nm. Therefore, 5% of the focal depth of the laser beam L is about 28 nm.
The focal point of the laser beam L was matched with the surface of the organic semiconductor film (that is, the diameter of the laser beam on the surface was 391 nm). The scanning speed of the laser beam L on the surface of the organic semiconductor film was 0.6 m / sec, and the scanning interval was 300 nm.
The energy density on the surface of the organic semiconductor film is shown in the following table.
[実施例2]〜[実施例8]
レーザビームの走査速度を1m/secにした以外(実施例2)、
レーザビームの出力を5mWにした以外(実施例3)
レーザビームの出力を20mWにして、走査速度を2m/secにした以外(実施例4)、
塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを200nmにした以外(実施例5)、
塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを100nmにした以外(実施例6)、
レーザビームの出力を20mWにし、走査速度を2m/secにして、さらに、塗布液を塗布する際の設定を変更することで、有機半導体膜の厚さを60nmにした以外(実施例7)、
レーザビームの走査速度を1m/secにして、さらに、蒸着時間を変更することで、配線パターンの厚さを30nmにした以外(実施例8)は、実施例1と同様にして、有機半導体素子を作製した。
[Example 2] to [Example 8]
Except for setting the scanning speed of the laser beam to 1 m / sec (Example 2),
Example 3 except that the laser beam output was set to 5 mW
Example 4 except that the laser beam output was 20 mW and the scanning speed was 2 m / sec.
By changing the setting when applying the coating liquid, the thickness of the organic semiconductor film was changed to 200 nm (Example 5),
By changing the setting when applying the coating solution, the thickness of the organic semiconductor film was changed to 100 nm (Example 6),
The output of the laser beam was set to 20 mW, the scanning speed was set to 2 m / sec, and the setting for applying the coating liquid was changed to change the thickness of the organic semiconductor film to 60 nm (Example 7).
An organic semiconductor element was prepared in the same manner as in Example 1 except that the scanning speed of the laser beam was 1 m / sec and the deposition time was changed to change the wiring pattern thickness to 30 nm (Example 8). Was made.
[比較例1]〜[比較例5]
レーザビームの走査間隔を800nmにした以外(比較例1)、
レーザビームの走査間隔を600nmにして、さらに、蒸着時間を変更することで、配線パターンの厚さを20nmにした以外(比較例2)、
レーザビームをデューティー50%のパルス波にした以外(比較例3)、
レーザビームの走査速度を1m/secにして、走査間隔を500nmにした以外(比較例4)、
レーザビームの走査間隔を600nmにした以外(比較例5)は、実施例1と同様にして、有機半導体素子を作製した。
レーザビームLのスポット径、出力、走査速度、走査間隔、有機半導体膜の表面でのエネルギ密度(密度)、および、有機半導体膜18の厚さ(膜厚)を、下記表に示す。
[Comparative Example 1] to [Comparative Example 5]
Except that the scanning interval of the laser beam was 800 nm (Comparative Example 1),
The laser beam scanning interval was set to 600 nm, and the vapor deposition time was changed to change the wiring pattern thickness to 20 nm (Comparative Example 2).
The laser beam was changed to a pulse wave with a duty of 50% (Comparative Example 3).
Except that the scanning speed of the laser beam was 1 m / sec and the scanning interval was 500 nm (Comparative Example 4),
An organic semiconductor element was produced in the same manner as in Example 1 except that the scanning interval of the laser beam was changed to 600 nm (Comparative Example 5).
The following table shows the spot diameter, output, scanning speed, scanning interval, energy density (density) on the surface of the organic semiconductor film, and thickness (film thickness) of the
<移動度の測定>
このようにして作製した各有機半導体素子の各電極と、Agilent Technologies社製の4155Cに接続されたマニュアルプローバの各端子とを接続して、電界効果トランジスタ(FET)の評価を行なった。具体的には、ドレイン電流−ゲート電圧(Id‐Vg)特性を測定することにより電界効果移動度([cm2/V・sec])を算出した。
その結果、実施例1は1×10-3; 実施例2は2×10-3; 実施例3は1×10-3; 実施例4は2×10-3; 実施例5は1×10-3; 実施例6は1×10-3; 実施例7は6×10-4; 実施例8は1×10-4; であった。
これに対して、比較例1〜5は、有機半導体素子が動作せず、移動度を測定できなかった(不可)。
結果を下記表に併記する。
<Measurement of mobility>
The field effect transistor (FET) was evaluated by connecting each electrode of each organic semiconductor element thus produced and each terminal of a manual prober connected to Agilent Technologies 4155C. Specifically, the field effect mobility ([cm 2 / V · sec]) was calculated by measuring the drain current-gate voltage (Id-Vg) characteristics.
As a result, Example 1 is 1 × 10 −3 ; Example 2 is 2 × 10 −3 ; Example 3 is 1 × 10 −3 ; Example 4 is 2 × 10 −3 ; -3 ; Example 6 was 1 × 10 −3 ; Example 7 was 6 × 10 −4 ; Example 8 was 1 × 10 −4 ;
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 5, the organic semiconductor element did not operate and the mobility could not be measured (impossible).
The results are also shown in the table below.
上記表に示されるように、本発明の製造方法で作製した半導体素子(TFT)は、有機半導体膜の破壊や変質等を生じることなく、レーザビームの走査によって配線パターンを適正に除去して、ソース電極とドレイン電極とを形成できるため、何れも良好な移動度を有する。
これに対して、比較例1、比較例2、比較例4および比較例5は、共に、レーザビームの走査間隔がスポット径よりも大きいため、配線パターンが残ってしまい、ショートして、有機半導体素子が動作しなかった。
また、比較例3は、連続波ではなく、ハルス波のレーザビームで配線パターンの除去を行ったため、走査方向に破線状に配線パターンが残ってしまい、かつ、有機半導体膜が変質してしまい、有機半導体素子が動作しなかった。
以上の結果より、本発明の効果は明らかである。
As shown in the above table, the semiconductor element (TFT) produced by the manufacturing method of the present invention appropriately removes the wiring pattern by scanning the laser beam without causing destruction or alteration of the organic semiconductor film, Since the source electrode and the drain electrode can be formed, both have good mobility.
On the other hand, in Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 4 and Comparative Example 5, since the scanning interval of the laser beam is larger than the spot diameter, the wiring pattern remains, short-circuits, and the organic semiconductor The device did not work.
Further, in Comparative Example 3, since the wiring pattern was removed with a laser beam of a Halus wave instead of a continuous wave, the wiring pattern remained in a broken line shape in the scanning direction, and the organic semiconductor film was altered, The organic semiconductor device did not work.
From the above results, the effects of the present invention are clear.
TFT等の有機半導体材料を用いる有機半導体素子の製造に、好適に利用可能である。 It can be suitably used for manufacturing an organic semiconductor element using an organic semiconductor material such as TFT.
10 基板
12 Si基板
14 絶縁体層
18 有機半導体膜
20 配線パターン
24 光学系
26 有機半導体素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
少なくとも一部が前記有機半導体膜の上に位置するように、導電材料からなる、線幅および線間の少なくとも一方が20μm以上のパターンを形成し、
さらに、前記有機半導体膜上のパターンを、スポット径が2μm以下の連続波の電磁ビームによって、前記有機半導体膜の表面における前記電磁ビームの径以下の走査間隔で、複数回、走査することにより、前記有機半導体膜上のパターンの一部を除去するものであり、かつ、
前記有機半導体膜の厚さが、前記電磁ビームの焦点深度の5%以上であることを特徴とする有機半導体素子の製造方法。 An organic semiconductor film made of an organic semiconductor material is formed on the substrate,
Forming a pattern in which at least one of the line width and the line is made of a conductive material so that at least a part is located on the organic semiconductor film is 20 μm or more,
Further, by scanning the pattern on the organic semiconductor film with a continuous wave electromagnetic beam having a spot diameter of 2 μm or less at a scanning interval equal to or less than the diameter of the electromagnetic beam on the surface of the organic semiconductor film, Removing a part of the pattern on the organic semiconductor film , and
The method of manufacturing an organic semiconductor element , wherein the thickness of the organic semiconductor film is 5% or more of the focal depth of the electromagnetic beam .
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