JP2014232848A - Manufacturing method for organic semiconductor device with organic electric field effect transistor - Google Patents
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Abstract
【課題】有機半導体薄膜の結晶性が均一で、移動度の揃った有機TFTを形成でき、かつ、微細なパターンにも対応可能で材料効率の良い有機TFTの製造方法を提供する。【解決手段】予め転写用基板20上に有機半導体材料21を形成しておき、これをソース電極16およびドレイン電極17の間に転写する。そして、有機半導体材料21の結晶の配向方向を分析しておき、その分析結果に基づいて、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにする。これにより、有機半導体薄膜15の結晶性が均一で、移動度の揃った有機TFT11を形成できる。また、複数画素ごとに助走距離が必要ないため、微細なパターンを形成することも可能になる。【選択図】図3Provided is a method for manufacturing an organic TFT which can form an organic TFT having a uniform crystallinity of an organic semiconductor thin film and uniform mobility, and which can cope with a fine pattern and has a high material efficiency. An organic semiconductor material is formed in advance on a transfer substrate and transferred between a source electrode and a drain electrode. Then, the orientation direction of the crystal of the organic semiconductor material 21 is analyzed, and based on the analysis result, the alignment direction of the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the orientation direction of the crystal of the organic semiconductor material 21 have a desired relationship. To be. As a result, the organic TFT 11 with uniform crystallinity and uniform mobility of the organic semiconductor thin film 15 can be formed. Further, since a running distance is not required for each of the plurality of pixels, a fine pattern can be formed. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、有機半導体薄膜を用いてチャネル領域を構成する有機電界効果トランジスタ(以下、有機TFTという)を備えた有機半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an organic semiconductor device including an organic field effect transistor (hereinafter referred to as an organic TFT) that forms a channel region using an organic semiconductor thin film.
従来より、互いに離間して配置したソース電極とドレイン電極との間に有機半導体薄膜を配置し、有機半導体薄膜によってチャネル領域を構成するようにした有機TFTが知られている(例えば、特許文献1参照)。この有機TFTでは、例えば直描法と呼ばれるスプレー印刷方式により、有機半導体薄膜の構成材料を溶媒に溶かしたインクを基板上に塗布し、これを乾燥させて結晶化させることでチャネル領域を構成する有機半導体薄膜を形成している。 Conventionally, there has been known an organic TFT in which an organic semiconductor thin film is disposed between a source electrode and a drain electrode that are spaced apart from each other, and a channel region is configured by the organic semiconductor thin film (for example, Patent Document 1). reference). In this organic TFT, for example, a spray printing method called a direct drawing method is used to apply an ink in which a constituent material of an organic semiconductor thin film is dissolved in a solvent on a substrate, and dry and crystallize the organic to form a channel region. A semiconductor thin film is formed.
しかしながら、結晶化させられた有機半導体薄膜における有機結晶の結晶性は均一ではない。このため、例えば有機TFTを有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示装置に適用した場合に、複数画素形成したときの画素毎の結晶性、例えば配向方位が均一にならないために、有機TFTの移動度がばらつき、歩留まりが低下するという問題を発生させる。また、直描法によって有機半導体薄膜を形成した場合、塗布開始位置の近傍では結晶性が良好ではないため、助走距離が必要になる。このため、画素毎に微細なパターンを形成することが難しく、また画素毎に塗布を行っていると、画素毎に助走距離が必要になって材料効率も悪くなる。 However, the crystallinity of the organic crystals in the crystallized organic semiconductor thin film is not uniform. For this reason, for example, when an organic TFT is applied to an organic EL (electroluminescence) display device, the mobility of the organic TFT varies because the crystallinity of each pixel when a plurality of pixels are formed, for example, the orientation direction is not uniform. , Causing a problem that the yield decreases. Further, when the organic semiconductor thin film is formed by the direct drawing method, the run distance is necessary because the crystallinity is not good in the vicinity of the coating start position. For this reason, it is difficult to form a fine pattern for each pixel, and when coating is performed for each pixel, a run-up distance is required for each pixel, resulting in poor material efficiency.
本発明は上記点に鑑みて、有機半導体薄膜の結晶性が均一で、移動度の揃った有機TFTを形成でき、かつ、微細なパターンにも対応可能で材料効率も良い有機TFTの製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an organic TFT manufacturing method that can form organic TFTs with uniform crystallinity of the organic semiconductor thin film and uniform mobility, can handle fine patterns, and has high material efficiency. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、請求項1ないし6に記載の発明では、アライメントマーク(20a)を有する転写用基板(20)を用意し、該転写用基板上に有機半導体薄膜(15)の構成材料となる有機半導体材料(21)を結晶成長させる工程と、アライメントマークを基準として、転写用基板上における有機半導体材料の結晶の配向方位を分析する工程と、複数の有機TFT(11)を形成するためのデバイス形成用基板(12)におけるチャネル領域の形成位置に、アライメントマークを基準として、複数の有機TFTすべてのソース電極(16)およびドレイン電極(17)の配列方向に対する有機半導体材料の結晶の配向方位を一定の方向に揃えて、転写用基板から有機半導体材料をデバイス形成用基板に転写することで有機半導体薄膜を形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the invention described in claims 1 to 6, a transfer substrate (20) having an alignment mark (20a) is prepared, and a constituent material of the organic semiconductor thin film (15) is provided on the transfer substrate. Forming a plurality of organic TFTs (11), a step of crystal growth of the organic semiconductor material (21) to be formed, a step of analyzing the orientation direction of crystals of the organic semiconductor material on the transfer substrate with reference to the alignment mark The position of the channel region in the device forming substrate (12) for forming the crystal of the organic semiconductor material with respect to the arrangement direction of the source electrodes (16) and the drain electrodes (17) of all the plurality of organic TFTs with reference to the alignment mark Organic semiconductor by aligning the orientation direction in a certain direction and transferring the organic semiconductor material from the transfer substrate to the device formation substrate It is characterized in that it includes the steps of forming a film.
このように、予め転写用基板上に有機半導体材料を形成しておき、これをソース電極およびドレイン電極の間や、後工程でソース電極およびドレイン電極が形成される形成予定位置に転写するようにしている。そして、有機半導体材料の結晶の配向方向を分析しておき、その分析結果に基づいて、ソース電極およびドレイン電極の配列方向と有機半導体材料の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにしている。したがって、有機半導体薄膜の結晶性が均一で、移動度の揃った有機TFTを形成できる。 In this way, an organic semiconductor material is formed on the transfer substrate in advance, and this is transferred between the source electrode and the drain electrode or at a formation planned position where the source electrode and the drain electrode are formed in a later step. ing. Then, the orientation direction of the crystal of the organic semiconductor material is analyzed, and based on the analysis result, the alignment direction of the source electrode and the drain electrode and the orientation direction of the crystal of the organic semiconductor material have a desired relationship. Yes. Therefore, an organic TFT with uniform crystallinity and uniform mobility of the organic semiconductor thin film can be formed.
また、ソース電極およびドレイン電極の間に有機半導体薄膜を転写するだけで良い。このため、直描法によってソース電極およびドレイン電極の間に有機半導体薄膜を直接形成する場合のような助走距離が必要にならない。したがって、微細なパターンにも対応可能で材料効率の良い有機TFTの製造方法とすることが可能となる。特に、有機TFTを有機EL表示装置に適用した場合には、複数画素ごとに有機半導体薄膜を形成することになり、画素ごとに助走距離が必要になると、微細なパターンを形成することが難しく、材料効率も悪くなる。このため、請求項1ないし6に記載の製造方法によって微細なパターンを形成できるようにすることは、特に有効である。 Further, it is only necessary to transfer the organic semiconductor thin film between the source electrode and the drain electrode. For this reason, the run-up distance as in the case of directly forming the organic semiconductor thin film between the source electrode and the drain electrode by the direct drawing method is not required. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing an organic TFT that can cope with fine patterns and has high material efficiency. In particular, when an organic TFT is applied to an organic EL display device, an organic semiconductor thin film is formed for each pixel. When a run-up distance is required for each pixel, it is difficult to form a fine pattern. Material efficiency also deteriorates. Therefore, it is particularly effective to make it possible to form a fine pattern by the manufacturing method according to claims 1 to 6.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。まず、図1を参照して、本実施形態にかかる製造方法により製造される有機半導体薄膜の基本構造について説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. First, a basic structure of an organic semiconductor thin film manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
図1は、ボトムゲート/ボトムコンタクト構造の有機TFT11を備えた有機半導体装置を示している。この図に示すように、有機TFT11は、デバイス形成用基板12の上にゲート電極13、ゲート絶縁膜14、有機半導体薄膜15、ソース電極16およびドレイン電極17を形成した構造とされている。
FIG. 1 shows an organic semiconductor device including an
デバイス形成用基板12上において、ゲート電極13は所望パターン、例えば一方向を長手方向とするライン状に形成されており、このゲート電極13を覆うようにゲート絶縁膜14が形成されている。デバイス形成用基板12には、例えばガラス基板やフィルム(エチレンナフタレート(PEN)もしくはポリイミド(PI))などを用いている。ゲート電極13は、例えば金(Au)やクロム(Cr)もしくはモリブデン(Mo)などの電極材料により構成されており、ゲート絶縁膜14は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)もしくはアルミナ(Al2O3)などの絶縁材料により構成されている。
On the
また、ゲート絶縁膜14の上におけるチャネル領域の形成位置に有機半導体薄膜15が形成されていると共に、有機半導体薄膜15の両端位置にソース電極16およびドレイン電極17が形成されている。有機半導体薄膜15は、例えば高分子有機材料や低分子有機材料にて構成されており、ソース電極16およびドレイン電極17は、例えば銀(Ag)もしくは銅(Cu)などの電極材料によって構成されている。本実施形態では、有機半導体薄膜15は、ソース電極16およびドレイン電極17よりも後に形成されており、ソース電極16およびドレイン電極17よりも上に有機半導体薄膜15が形成されている。ソース電極16およびドレイン電極17は互いに離間して配列されており、それぞれゲート電極13の両端と対応する位置に形成され、ソース電極16およびドレイン電極17を跨ぐように有機半導体薄膜15が形成されている。そして、ソース電極16およびドレイン電極17の間に位置する有機半導体薄膜15に、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向がチャネル長、それと垂直な方向がチャネル幅となるチャネル領域が形成される構造とされている。
In addition, the organic semiconductor
また、有機半導体薄膜15やソース電極16およびドレイン電極17の上に層間絶縁膜18が形成されている。そして、図示しないが、基板表面全面を覆うように保護膜が形成されており、保護膜からソース電極16やドレイン電極17に電気的に接続されたパッド部が部分的に露出させられることで、外部との電気的接続が図れるようになっている。
An
このような構造によって本実施形態にかかる有機半導体装置が構成されている。このような構造の有機半導体装置は、有機半導体薄膜15の下方にゲート電極13が配置され、かつ、有機半導体薄膜15の下にソース電極16およびドレイン電極17が形成されて下方において電気的接続が図られるボトムゲート/ボトムコンタクト構造となる。
The organic semiconductor device according to the present embodiment is configured by such a structure. In the organic semiconductor device having such a structure, the
次に、上記のように構成される有機半導体装置の製造方法について図2および図3を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the organic semiconductor device configured as described above will be described with reference to FIGS.
まず、図2(a)に示す工程では、例えばガラス基板やフィルム(エチレンナフタレート(PEN)もしくはポリイミド(PI))などで構成されたデバイス形成用基板12を用意する。具体的には、デバイス形成用基板12として、図3(a)に示すように、デバイス形成領域以外の部分、例えば四隅のうちの一部にアライメントマーク12aを備えたものを用いている。そして、このデバイス形成用基板12の表面にゲート電極13の形成材料を配置すると共に、アライメントマーク12aを基準としてマスク合わせを行いつつ、その形成材料をパターニングすることでゲート電極13を形成する工程を行う。ゲート電極13の形成材料としては、例えば金(Au)やクロム(Cr)もしくはモリブデン(Mo)などを用いており、例えば印刷や蒸着などによってデバイス形成用基板12の表面にゲート電極13を形成している。
First, in the step shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示す工程では、ゲート電極13の表面を覆うようにゲート絶縁膜14を成膜する工程を行う。ゲート絶縁膜14としては、例えばシリコン酸化膜(SiO2)もしくはアルミナ(Al2O3)などの絶縁材料を用いており、例えば印刷やスピンコートや蒸着などによってゲート絶縁膜14を形成している。
Next, in the step shown in FIG. 2B, a step of forming a
その後、図2(c)に示す工程では、上記したアライメントマーク12aを基準としてソース電極16およびドレイン電極17をパターニングする。例えば、ゲート絶縁膜14の表面に銀(Ag)もしくは銅(Cu)などの電極材料を成膜したのち、その上にソース電極16およびドレイン電極17の形成予定領域以外の部分が開口するマスクを配置する。そして、このマスクを用いて金属層をエッチングすることでソース電極16およびドレイン電極17をパターニングすることができる。これにより、図2(c)の断面において、所定間隔離間したソース電極16およびドレイン電極17が形成される。このようにしてソース電極16およびドレイン電極17を形成すると、図3(b)に示すように、1枚のデバイス形成用基板12に対して複数個のソース電極16およびドレイン電極17が所定のレイアウトで配列された状態で形成される。
Thereafter, in the step shown in FIG. 2C, the
一方、図3(c)に示すように、デバイス形成用基板12とは別の転写用基板20を用意する。転写用基板20としては、例えばガラス基板やフィルム(エチレンナフタレート(PEN)もしくはポリイミド(PI))などを用いており、例えば四隅のうちの一部にアライメントマーク20aを備えたものを用いている。そして、この転写用基板20の表面に、図3(d)に示すように、有機半導体薄膜15の形成用の薄膜状の有機半導体材料21を結晶成長させる工程を行う。例えば直描法、エッジキャスト法もしくはインクジェット法などによって有機半導体材料21を形成している。このとき、有機半導体材料21のうち有機半導体薄膜15として使用する部分については、段差なども無い理想状態(モノドメイン)の単結晶となるようにしている。このような理想状態の有機半導体材料21は、転写用基板20上における結晶の配向方向が基板毎に異なっている可能性もあり、結晶成長時には配向方向がどのようになるか不明であるが、単結晶とすることで、どの位置でも配向方向が同じ方向を向いた状態になっている。このため、成膜後に結晶の配向方向を分析する工程を行うことで、転写用基板20上における有機半導体材料21の結晶の配向方向が確認でき、その配向方向がアライメントマーク20aを基準として認識可能となる。例えば、結晶の配向方向の分析方法としては、電子顕微鏡を用いた分析やX線の散乱解析など、どのような手法を用いても良いが、クロニコル回転法を用いたクロスニコル像解析による偏光方向の解析であれば偏光顕微鏡による分析とすることもできる。
On the other hand, as shown in FIG. 3C, a
そして、図2(d)に示す工程では、図示しない転写装置を用いて、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体材料21を転写することで、有機半導体薄膜15を形成する。具体的には、図3(e)に示すように、図2(c)の工程までを経てソース電極16およびドレイン電極17が形成されたデバイス形成用基板12の上に、図3(d)の工程にて有機半導体材料21を形成した転写用基板20を設置する。このとき、デバイス形成用基板12のうちソース電極16およびドレイン電極17が形成された側の面と転写用基板20のうち有機半導体材料21が形成された側の面が対向するようにする。また、デバイス形成用基板12と転写用基板20それぞれのアライメントマーク12a、20aを基準として、ソース電極16とドレイン電極17の配列方向、つまりチャネル長方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにする。例えば、転写装置に上記の分析結果を記憶させておき、その分析結果に基づいてチャネル長方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにしている。そして、加熱および加圧により、ソース電極16とドレイン電極17との間において、有機半導体材料21を転写する。
In the step shown in FIG. 2D, the organic semiconductor
これにより、図2(d)および図3(f)に示すように、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15が形成される。そして、デバイス形成用基板12に形成されたソース電極16およびドレイン電極17の配列方向に対して、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができることから、有機TFT11の移動度を揃えることが可能となる。また、有機半導体薄膜15を予め転写用基板20上に形成しておいた有機半導体材料21によって構成できることから、有機半導体薄膜15の結晶性を均一にすることも可能となる。
Thereby, the organic semiconductor
なお、ここでいうチャネル長方向と結晶の配向方向との関係については任意であるが、例えば、チャネル長方向と結晶の配列方向とが同じになるようにすることで、より高移動度を実現することができる。また、有機半導体薄膜15を転写する前に、予め有機半導体材料21のうち転写すべき部分を切り出しておき、転写時には、その切り出された部分のみが転写されるようにしても良い。例えば、有機半導体材料21の切り出しについては、機械加工、レーザ加工、フォトリソグラフィ・エッチング加工など、どのような手法で行っても良い。
Note that the relationship between the channel length direction and the crystal orientation direction is arbitrary, but for example, higher mobility can be realized by making the channel length direction and the crystal alignment direction the same. can do. Further, before transferring the organic semiconductor
このようにして、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15を形成したのち、図2(e)の工程として、有機半導体薄膜15やソース電極16およびドレイン電極17の表面を覆うように層間絶縁膜18を形成する。そして、必要に応じて、その上に図示しない保護膜を成膜する。このような製造方法により、図1に示した有機TFT11を備えた有機半導体装置を製造することができる。
After forming the organic semiconductor
以上説明したように、本実施形態にかかる有機半導体装置の製造方法では、予め転写用基板20上に有機半導体材料21を形成しておき、これをソース電極16およびドレイン電極17の間に転写するようにしている。そして、有機半導体材料21の結晶の配向方向を分析しておき、その分析結果に基づいて、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにしている。したがって、有機半導体薄膜15の結晶性が均一で、移動度の揃った有機TFT11を形成できる。
As described above, in the method of manufacturing the organic semiconductor device according to the present embodiment, the
また、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15を転写するだけで良い。このため、直描法によってソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15を直接形成する場合のような助走距離が必要にならない。したがって、微細なパターンにも対応可能で材料効率の良い有機TFT11の製造方法とすることが可能となる。特に、有機TFT11を有機EL表示装置に適用した場合には、複数画素ごとに有機半導体薄膜15を形成することになり、画素ごとに助走距離が必要になると、微細なパターンを形成することが難しく、材料効率も悪くなる。このため、本実施形態の製造方法によって微細なパターンを形成できるようにすることは、特に有効である。
Further, it is only necessary to transfer the organic semiconductor
さらに、本実施形態のような製造方法によって有機TFT11を製造した場合、有機半導体薄膜15のうち結晶成長させたときの上面となっている方がゲート絶縁膜14側に向けられた構造となる。有機半導体薄膜15を結晶成長によって形成する場合、特に直描法による結晶成長の場合には、結晶成長時に上面となっている位置の方が下面となっている位置よりも結晶性が良好になる。このため、ゲート絶縁膜14側、つまりチャネル領域が形成される側に有機半導体薄膜15の中でも特に結晶性の良好な部分を利用できるため、より有機TFT11を良好な特性のものにできる。
Further, when the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して有機半導体材料21の結晶性が理想状態ではない場合にも適用できるようにしたものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment can be applied to the case where the crystallinity of the
上記第1実施形態では、有機半導体材料21のうち有機半導体薄膜15として使用する部分を単結晶とした場合について説明したが、現実的には、所望の結晶性が得られず、結晶性が一定ではなく結晶粒が集まった状態(マルチドメイン)の結晶となることが多い。本実施形態では、このように結晶流が集まった状態の結晶となった場合に対応した有機半導体装置の製造方法について説明する。
In the first embodiment, the case where the portion used as the organic semiconductor
まず、図4(a)、(b)に示すように、図3(a)、(b)と同様、デバイス形成用基板12の上にソース電極16およびドレイン電極17を形成しておく。そして、図4(c)に示すように転写用基板20を用意し、図4(d)に示すように薄膜状の有機半導体材料21を結晶成長させる工程を行う。これにより、結晶性が一定ではなく結晶粒が集まった状態の結晶により有機半導体材料21が構成される。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
続いて、第1実施形態と同様の分析手法により、有機半導体材料21を構成する各結晶粒の転写用基板20上における結晶の配向方向、大きさ、位置を分析し、それをマップ化し、データとして転写装置に記憶しておく。例えば、転写用基板20をX−Y平面として見立てて、そのX−Y平面状における座標と結晶粒ごとの結晶の配向方向、大きさ、位置を記憶する。そして、必要に応じて、有機半導体材料21のうち転写すべき部分をチャネル領域の形状に合わせて結晶粒ごとに切り出しておき、図4(e)に示すようにソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体材料21を転写する。このとき、結晶粒界を避けて転写することで、結晶粒界がチャネル領域に含まれないようにしている。結晶粒によってはチャネル領域の形成用としての大きさに満たない場合もあるため、その場合には、その結晶粒をチャネル領域の形成用から除くようにしている。逆に、結晶粒が大きい場合には、同じ結晶粒から複数箇所、チャネル領域の形成用に取り出すようにしても良い。
Subsequently, the crystal orientation direction, size, and position on the
このとき、デバイス形成用基板12に複数形成されたソース電極16およびドレイン電極17それぞれについて、チャネル長方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるように、転写用基板20をX−Y平面上において平行移動および回転させる。これにより、図4(f)に示すように、デバイス形成用基板12に形成された各ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15が形成される。そして、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向に対して、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができる。
At this time, for each of the
このように、結晶性が一定ではなく結晶粒が集まった状態の結晶によって有機半導体材料21が構成される場合にも、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向と有機半導体材料21の結晶の配向方向とが所望の関係となるようにできる。したがって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even when the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に対して、有機TFT11の構造を異ならせたものであり、その他に関しては第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the structure of the
本実施形態では、図5に示すボトムゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11を備えた有機半導体装置の製造工程について説明する。ボトムゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11は、第1実施形態に対して有機半導体薄膜15がソース電極16およびドレイン電極17よりも先にゲート絶縁膜14の上に形成される構造であり、有機半導体薄膜15がソース電極16およびドレイン電極17の下に形成されている。その他の構造については、第1実施形態で説明したボトムゲート/ボトムコンタクト構造のものと同様である。
In the present embodiment, a manufacturing process of an organic semiconductor device including the
このような構造の有機TFT11については、次のようにして製造する。まず、図6(a)、(b)に示す工程として、図3(a)、(b)と同様の工程を行い、デバイス形成用基板12の上にゲート電極13およびゲート絶縁膜14を形成する。そして、図6(c)に示す工程として有機半導体薄膜15を形成したのち、図6(d)に示す工程としてソース電極16およびドレイン電極17を形成し、その後、図6(e)に示す工程として層間絶縁膜18を形成し、必要に応じて図示しない保護膜を成膜する。
The
このようにして、図5に示すボトムゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11を製造することができるが、このときの有機半導体薄膜15を形成する工程の際に、第1、第2実施形態と同様の手法により有機半導体薄膜15を形成する。
In this way, the
ただし、この場合には有機半導体薄膜15を形成する前に未だソース電極16およびドレイン電極17を形成していないため、ソース電極16およびドレイン電極17の形成予定位置に、有機半導体薄膜15を転写する。これにより、図6(d)に示す工程において、ソース電極16およびドレイン電極17を形成したときに、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15が形成される。また、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向に対して、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができる。したがって、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
However, in this case, since the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態も、第1、第2実施形態に対して、有機TFT11の構造を異ならせたものであり、その他に関しては第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment also differs from the first and second embodiments in the structure of the
本実施形態では、図7に示すトップゲート/ボトムコンタクト構造の有機TFT11を備えた有機半導体装置の製造工程について説明する。トップゲート/ボトムコンタクト構造の有機TFT11は、デバイス形成用基板12の表面に有機半導体薄膜15やソース電極16およびドレイン電極17が形成され、その上にゲート絶縁膜14を介してゲート電極13が形成される構造である。有機半導体薄膜15はソース電極16およびドレイン電極17の上に形成されている。その他の構造については、第1実施形態で説明したボトムゲート/ボトムコンタクト構造のものと同様である。
In the present embodiment, a manufacturing process of an organic semiconductor device including the
このような構造の有機TFT11については、次のようにして製造する。まず、図8(a)に示す工程として、デバイス形成用基板12を用意したのち、図8(b)に示す工程としてソース電極16およびドレイン電極17を形成し、さらに、図8(c)に示す工程として有機半導体薄膜15を形成する。続いて、図8(d)に示す工程として有機半導体薄膜15やソース電極16およびドレイン電極17を覆うようにゲート絶縁膜14を形成したのち、図8(e)に示す工程として、ゲート絶縁膜14の上におけるソース電極16およびドレイン電極17の間と対応する位置にゲート電極13を形成する。そして、層間絶縁膜18を形成し、その後、必要に応じて図示しない保護膜を成膜する。
The
このようにして、図7に示すトップゲート/ボトムコンタクト構造の有機TFT11を製造することができるが、このときの有機半導体薄膜15を形成する工程の際に、第1、第2実施形態と同様の手法により有機半導体薄膜15を形成する。これにより、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができる。したがって、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this way, the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態も、第1、第2実施形態に対して、有機TFT11の構造を異ならせたものであり、その他に関しては第1、第2実施形態と同様であるため、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. The present embodiment also differs from the first and second embodiments in the structure of the
本実施形態では、図9に示すトップゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11を備えた有機半導体装置の製造工程について説明する。トップゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11は、第4実施形態に対して有機半導体薄膜15がソース電極16およびドレイン電極17よりも先にゲート絶縁膜14の上に形成される構造であり、有機半導体薄膜15がソース電極16およびドレイン電極17の下に形成されている。その他の構造については、第4実施形態で説明したトップゲート/ボトムコンタクト構造のものと同様である。
In the present embodiment, a manufacturing process of an organic semiconductor device including the
このような構造の有機TFT11については、次のようにして製造する。まず、図10(a)に示す工程としてデバイス形成用基板12を用意したのち、この上に有機半導体薄膜15を形成する。続いて、図10(b)に示す工程としてソース電極16およびドレイン電極17を形成し、さらに、図10(c)に示す工程として有機半導体薄膜15やソース電極16およびドレイン電極17を覆うようにゲート絶縁膜14を形成する。さらに、図11(d)に示す工程として、ゲート絶縁膜14の上におけるソース電極16およびドレイン電極17の間と対応する位置にゲート電極13を形成する。そして、図10(e)に示す工程として、層間絶縁膜18を形成し、その後、必要に応じて図示しない保護膜を成膜する。
The
このようにして、図9に示すトップゲート/トップコンタクト構造の有機TFT11を製造することができるが、このときの有機半導体薄膜15を形成する工程の際に、第1、第2実施形態と同様の手法により有機半導体薄膜15を形成する。
In this way, the
ただし、この場合には有機半導体薄膜15を形成する前に未だソース電極16およびドレイン電極17を形成していないため、ソース電極16およびドレイン電極17の形成予定位置に、有機半導体薄膜15を転写する。これにより、図10(c)に示す工程において、ソース電極16およびドレイン電極17を形成したときに、ソース電極16およびドレイン電極17の間に有機半導体薄膜15が形成される。また、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向に対して、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができる。したがって、第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
However, in this case, since the
(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
例えば、上記各実施形態は、有機半導体薄膜15が備えられる有機TFT11の一例を示したのであり、勿論、他の構造の有機TFT11に本発明を適用しても良い。
For example, each of the above embodiments has shown an example of the
また、上記各実施形態において、転写用基板20から有機半導体材料21を転写することが容易に行えるように、有機半導体材料21を結晶成長させる前に、転写用基板20を表面処理しておくと好ましい。具体的には、予め自己組織化単分子膜(以下、SAM(Self-Assembled Monolayers)という)と呼ばれる紫外(UV)光照射による光パターニング可能な膜を転写用基板20の表面に形成しておく。そして、転写する際に、紫外光照射を行うことで、自己組織化単分子膜と転写用基板20との結合を切断しておく。これにより、転写用基板20から有機半導体材料21をデバイス形成用基板12側に転写する際に、容易に転写が行えるようになる。
In each of the above embodiments, the
また、上記第2実施形態では、デバイス形成用基板12に対して所定のレイアウトでソース電極16およびドレイン電極17を形成しておき、それに合わせて、転写用基板20をX−Y平面上において平行移動および回転させるようにした。これに対して、転写用基板20に形成した有機半導体材料21における結晶粒ごとの結晶の配向方向を分析したら、その分析結果に基づいて、各ソース電極16およびドレイン電極17のパターンを変更することもできる。このようにしても、ソース電極16およびドレイン電極17の配列方向に対して、有機半導体材料21の結晶の配向方向を一定な方向に揃えることができる。この場合、ソース電極16およびドレイン電極17の形成パターンを有機半導体材料21における結晶粒ごとの結晶の配向方向に応じて毎回変更することになる。しかしながら、ソース電極16およびドレイン電極17をインクジェット法などによって形成する場合には、容易に形成パターンを変更可能である。
In the second embodiment, the
11 有機TFT
12 デバイス形成用基板
12a アライメントマーク
13 ゲート電極
14 ゲート絶縁膜
15 有機半導体薄膜
16 ソース電極
17 ドレイン電極
20 転写用基板
20a アライメントマーク
21 有機半導体材料
11 Organic TFT
12
Claims (7)
前記アライメントマークを基準として、前記転写用基板上における前記有機半導体材料の結晶の配向方位を分析する工程と、
複数の有機電界効果トランジスタ(11)を形成するためのデバイス形成用基板(12)におけるチャネル領域の形成位置に、前記アライメントマークを基準として、前記複数の有機電界効果トランジスタすべてのソース電極(16)およびドレイン電極(17)の配列方向に対する前記有機半導体材料の結晶の配向方位を一定の方向に揃えて、前記転写用基板から前記有機半導体材料を前記デバイス形成用基板に転写することで前記有機半導体薄膜を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする有機電界効果トランジスタを備えた有機半導体装置の製造方法。 Preparing a transfer substrate (20) having an alignment mark (20a) and growing an organic semiconductor material (21) as a constituent material of the organic semiconductor thin film (15) on the transfer substrate;
Analyzing the orientation direction of the crystal of the organic semiconductor material on the transfer substrate with respect to the alignment mark;
The source electrode (16) of all of the plurality of organic field effect transistors at the formation position of the channel region in the device forming substrate (12) for forming the plurality of organic field effect transistors (11) with reference to the alignment mark. The organic semiconductor material is transferred from the transfer substrate to the device forming substrate by aligning the crystal orientation of the organic semiconductor material with respect to the arrangement direction of the drain electrode and the drain electrode (17) in a certain direction. And a step of forming a thin film. A method for manufacturing an organic semiconductor device comprising an organic field effect transistor.
前記転写する工程では、前記チャネル領域の形状に合わせて切り出された前記有機半導体材料を前記転写用基板から前記デバイス形成用基板に転写することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタを備えた有機半導体装置の製造方法。 Cutting the organic semiconductor material analyzed for the orientation orientation according to the shape of the channel region,
4. The transferring step, wherein the organic semiconductor material cut out in accordance with the shape of the channel region is transferred from the transfer substrate to the device forming substrate. The manufacturing method of the organic-semiconductor device provided with the organic field effect transistor of description.
前記転写する工程では、前記転写前に、紫外光照射を行うことで、前記転写用基板と前記自己組織化単分子膜との結合を切断することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタを備えた有機半導体装置の製造方法。 In the crystal growth step, the organic semiconductor material is crystal-grown after forming a self-assembled monomolecular film on the transfer substrate,
5. The transfer process according to claim 1, wherein, in the transfer step, the bond between the transfer substrate and the self-assembled monolayer is cut by irradiating with ultraviolet light before the transfer. A method for producing an organic semiconductor device comprising the organic field effect transistor according to one.
前記ソース電極およびドレイン電極を形成する工程では、前記転写用基板上における前記有機半導体材料の結晶の配向方位の分析結果に基づいて、前記複数の有機電界効果トランジスタすべてのソース電極およびドレイン電極の配列方向に対する前記有機半導体材料の結晶の配向方位が一定の方向に揃うように、前記ソース電極およびドレイン電極をパターン形成することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の有機電界効果トランジスタを備えた有機半導体装置の製造方法。 Forming a source electrode and a drain electrode of the plurality of organic field effect transistors,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode, the arrangement of the source electrode and the drain electrode of all the plurality of organic field effect transistors based on the analysis result of the crystal orientation of the organic semiconductor material on the transfer substrate 6. The organic electric field according to any one of claims 1 to 5, wherein the source electrode and the drain electrode are patterned so that orientation directions of crystals of the organic semiconductor material with respect to a direction are aligned in a certain direction. Manufacturing method of organic semiconductor device provided with effect transistor.
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