專利名稱：感光性sam膜的曝光方法及半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感光性SAM膜的曝光方法及半導(dǎo)體器件的制造方法， 特別涉及具有有機薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法、具有感光性的 自組織化單分子膜的曝光方法、使用了該膜的有機薄膜晶體管及其制造 方法、以及具有有機薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，對具有薄膜晶體管(TFT: Thin Film Transistor)器件的 顯示裝置進(jìn)行了各種研究開發(fā)。由于該TFT低耗電'省空間，所以開始 被用作手機、筆記本電腦、PDA等便攜式裝置的顯示裝置驅(qū)動用晶體 管。上述TFT大部分是利用以結(jié)晶硅或非晶硅為代表的無機半導(dǎo)體材 料制造的。這是因為可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造工序.制造技術(shù) 進(jìn)行制造。但是，使用半導(dǎo)體制造工序時，由于半導(dǎo)體成膜時的處理 溫度在350。C以上，所以能形成的襯底有限。特別是以塑料為代表的 撓性襯底的耐熱溫度大多在350。C以下，所以難以使用通常的半導(dǎo)體 制造工序來制造無機半導(dǎo)體材料的TFT。
最近，針對上述問題，正在研究開發(fā)能在低溫下制造的、使用有 機半導(dǎo)體材料的TFT器件(以下簡稱為有機TFT)。由于能在低溫下形成 有機半導(dǎo)體膜，所以也能在塑料等耐熱性低的襯底上形成有機TFT。 因此能制造目前還不存在的具有撓性的新型裝置。
作為形成有機TF T時的有機半導(dǎo)體膜的形成方法，可以根據(jù)有機 半導(dǎo)體材料從噴墨等印刷法、旋涂法、噴霧法、轉(zhuǎn)印法、蒸鍍法、浸 漬(dipping)法、澆鑄法等中選擇使用最適合的方法。例如，并五苯 衍生物等低分子化合物主要通過蒸鍍法等成膜，聚瘞吩衍生物等高分 子化合物可以由溶液成膜。作為具有有機薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件的制造方法的例子，例如可以舉出專利文獻(xiàn)l等。在該例子中，需要利 用毛細(xì)管現(xiàn)象抑制有機半導(dǎo)體材料的使用量。
最近，正在研究使用以噴墨、微分配、轉(zhuǎn)印法等為代表的印刷工
序，以少量有機半導(dǎo)體材料無浪費地制造TFT的溝道(channel)部， 由此進(jìn)一步降低價格。此外，也開始研究開發(fā)通過印刷來制造電極或 配線部。特開2004 - 080026號/>才艮 [專利文獻(xiàn)2]特開2003 - 1W1M號公才艮 [專利文獻(xiàn)3]特開2003 - 321479號 >才艮

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，使用印刷技術(shù)的TFT制造方法具有能夠降低價格的特 征。但是，在目前常用的印刷技術(shù)中，對位精度為10nm左右，即使 使用最新技術(shù)也只是數(shù)微米左右。因此，難以利用印刷工序制造微細(xì) 的TFT。特別是門電極(下部電極)和源/漏電才及(上部電極)的位 置發(fā)生偏移時，造成寄生容量增加或制造多個TFT時發(fā)生性能不均等 問題。利用噴墨法時，從噴嘴噴出的材料飛至襯底時發(fā)生上述位置偏 移。利用轉(zhuǎn)印法時，將材料從轉(zhuǎn)印輥轉(zhuǎn)印至襯底時發(fā)生上述位置偏移。
因此，目前，有機半導(dǎo)體膜形成、配線工序等采用印刷工序，絕 緣膜形成或接觸孔形成等采用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工序，電極形成采用印刷 或現(xiàn)有的半導(dǎo)體工序。此種情況下，由于是兩種方式的組合，所以， 光刻法相關(guān)裝置、印刷裝置、成膜裝置、蝕刻裝置等制造裝置涉及多 方面而變得復(fù)雜化，或由于在接觸孔形成工序、電極形成工序等中需 要光掩模，而導(dǎo)致制造成本增加。
作為對策，也開始討論不需要光掩模的無位置偏移的方法。例如， 在專利文獻(xiàn)2中7>開了下述方法使用感光性組合物，以源電才及和漏 電極作為掩模，通過從背面進(jìn)行光刻，形成無位置偏移的門電極圖案 (gate pattern)。使用該方法，能形成無位置偏移的圖案，但是，由 于包括感光性組合物的光刻工序，所以包括感光性組合物的涂敷、加熱、曝光、顯影等工序，并且使用相應(yīng)裝置，由此導(dǎo)致成本和時間增 加。如果采用在通常的半導(dǎo)體工序中使用的感光性組合物光刻工序， 則有可能不能使用撓性襯底等特殊襯底。另外，如果使用塑料等有機 類襯底作為襯底，則還存在溶解于感光性組合物溶劑中的問題。
作為上述感光性組合物，還研究了使用感光性自組織化單分子膜
(以下稱為感光性SAM: Self-Assembled Monolayer)的方法。上述感 光性SAM具有未曝光部分為疏液性、曝光部分為親液性的特征。利用 該特點，選擇性地在親液部印刷導(dǎo)電性材料溶液，形成電極或配線。 作為感光性SAM,報道了具有全氟烷基的硅烷偶聯(lián)劑、具有以抗蝕劑 為代表的感光性組合物的感光基團的硅烷偶聯(lián)劑等。為了使具有全氟 基團的感光性SAM表現(xiàn)出親液性，使用利用200nm左右的極短波長的 光切斷主《連的反應(yīng)，-f旦由于通常的撓性襯底不透射300nm以下的光， 所以在使用了撓性襯底的上述背面曝光中不發(fā)生反應(yīng)。具有抗蝕劑感
以，也包括能利用透過撓性襯底的光進(jìn)行反應(yīng)的感光性SAM。但是， 目前還存在下述問題，即為了使感光性SAM表現(xiàn)親液性，必須-使照射 量達(dá)到抗蝕劑光刻工序的IO倍左右，并且花費時間。
針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種使用印刷法在短時間 內(nèi)制造高性能有機薄膜晶體管的方法，所述有機薄膜晶體管具有 20nm左右的微細(xì)圖案形狀，具有下部電極和上部電極間隔絕緣膜對 置的電極，所述下部電極和上部電極在不使用光掩模的情況下，彼此 偏移lpm以內(nèi)對位。
本發(fā)明的要點之一如下所述。
感光性SAM膜的曝光方法，該方法是在村底上形成具有感光性、 感光前具有疏液性、感光后具有親液性的自組織化單分子膜(感光性 SAM膜)，
在使該襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態(tài)下或使感光面朝下 與液體接觸的狀態(tài)下，對上述襯底進(jìn)行曝光，其特征在于，光，
上述液體是含有芳香環(huán)的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑 中的至少一種。
(1) 此處，作為曝光光，可以是透過該村底的光，具體而言，曝
光光優(yōu)選為紫外光或可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光 光。曝光光波長的數(shù)值限定是指作為透過襯底的光優(yōu)選的波長范圍。
(2) 上述液體可以是能溶解感光后從SAM切斷的基團的液體。 更具體而言，優(yōu)選為含有芳香環(huán)的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機 溶劑中的至少一個。
本發(fā)明提供具有對應(yīng)于下述襯底的有機薄膜晶體管的半導(dǎo)體器件 的制造方法，所述制造方法使用印刷技術(shù)形成該器件，所述襯底通過 以下部電極作為掩模從背面進(jìn)行曝光的光刻工序，利用下部電極正上 方和其他部分的水或有機溶劑的接觸角之差，使上部電極與下部電極 自匹配i也進(jìn)^亍配置。
本發(fā)明的代表性方案是使用下述制造方法，即，只有上部電極和 下部電極的對位工序采用不使用光掩模、而是利用通過曝光源電極以 及漏電極材料而發(fā)生變化的水或有機溶劑接觸角之差的工序，而其他 所有工序均使用印刷法。使用透光性村底，在該透光性襯底上使用導(dǎo) 電性材料進(jìn)行印刷、燒成，由此制作不透光性的門電極(下部電極)。 利用印刷法在其上依次以必需的面積層合透光性絕緣膜、通過曝光改 變水或有機溶劑接觸角的感光性自組織化單分子膜溶液。然后， 一邊 將襯底浸漬在石威水溶液或有機溶劑中，或一邊使襯底表面(形成有感 光性自組織化單分子膜的面)與堿水溶液或有才幾溶劑4妄觸， 一邊以下 部電極為掩模從襯底背面曝光感光性自組織化單分子膜，然后用水沖 洗，使曝光部和未曝光部的水或有機溶劑接觸角之差變大，利用該差 值，通過印刷法印刷導(dǎo)電性材料溶液，可以形成與下部電才及對位的源 電極以及漏電極圖案。由此能使下部電極和上部電極精密對位。然后， 在下部電極正上方印刷或蒸鍍有機半導(dǎo)體材料，由此形成有機薄膜晶 體管。利用本發(fā)明的實施例，使用印刷法可以提供具有有機薄膜晶體管的
半導(dǎo)體器件，所述有機薄膜晶體管具有在ljim以內(nèi)被準(zhǔn)確對位的下部電 才及和上部電極間隔絕緣膜對置的電極。


圖1是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖2是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖3是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖4是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖5是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖6是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖7是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖8是表示本發(fā)明實施例2的晶體管的制造工序順序的平面 圖及剖面圖。圖9是表示具有本發(fā)明實施例3的晶體管的半導(dǎo)體器件的制 造工序順序的平面圖及剖面圖。圖10是表示具有本發(fā)明實施例3的晶體管的半導(dǎo)體器件的 制造工序順序的平面圖及剖面圖。圖11是表示本發(fā)明實施例4的晶體管的制造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖12是表示本發(fā)明實施例4的晶體管的制造工序順序的平 面圖及剖面圖。[圖13 ]圖13是表示本發(fā)明實施例4的晶體管的制造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖14是表示本發(fā)明實施例4的晶體管的制造工序順序的平 面圖及剖面圖。圖15是表示本發(fā)明實施例5的配線襯底的制造工序順序的 平面圖及剖面圖。圖16是表示本發(fā)明實施例5的配線襯底的制造工序順序的 平面圖及剖面圖。圖17是表示本發(fā)明實施例5的配線襯底的制造工序順序的 平面圖及剖面圖。
平面圖及剖面圖。圖19是表示本發(fā)明實施例5的配線襯底的制造工序順序的 平面圖及剖面圖。是本發(fā)明的操作工序圖。本發(fā)明的感光性自組織化單分子膜在液體中曝光時的襯底 狀態(tài)。本發(fā)明的感光性自組織化單分子膜在液體接觸曝光時的襯 底狀態(tài)。本發(fā)明的曝光中使用的裝置配置圖。 符號說明
本申請附圖中使用的符號說明如下所述。
l...件十底、2...下部電沖及、門配線/電才及、3…門絕緣月莫、4…感光性 自組織化單分子膜、5...曝光光、6…感光后進(jìn)行有積^咸處理使水接觸角 變小的自組織化單分子膜、7...上部電極、源電極以及漏電極、8...配線、 9…配線、IO...有機半導(dǎo)體、ll...配線、17...門配線的連接部、18…鄰 接的門配線/電極間的間隙、21...信號端子形成用下部電極、22…信號 端子、23…源電極、24...漏電極、25...通孔、26…保護膜、27…通孑L、28...配線、29…曝光用容器、30...形成有感光性SAM的村底、31…堿 水溶液或有機溶劑、32…曝光光源、33...透鏡系統(tǒng)、34...鏡子系統(tǒng)、35...
曝光光。
具體實施例方式
具體說明本申請發(fā)明的各方案之前，詳細(xì)說明本發(fā)明的主要方案 以及使用的具體材料等。
本發(fā)明的要點是有機薄膜晶體管的制造方法，所述有機薄膜晶體 管在由透光性材料形成的襯底上具有由有機半導(dǎo)體構(gòu)成的溝道部、與 上述溝道部連接的由透光性材料形成的絕緣膜、與上述絕緣膜連接的 由不透光性材料形成的門電極、被上述溝道部隔離的l對源電極以及 漏電極，其特征在于，在使上述襯底浸漬在堿水溶液或有機溶劑中的
述門電極作為掩模區(qū)域，從襯底背面進(jìn)行曝光，設(shè)定上述l對源電極 以及漏電才及兩電才及在門電才及側(cè)的端部。而且，優(yōu)選通過印刷法形成上 述溝道部、上述絕鄉(xiāng)彖力莫、上述門電才及、上述源電才及以及漏電才及。
的曝光工序為例，進(jìn)行如下說明。即，包括以下工序在透光性襯底 上部形成不透光性的門電極(下部電極)的工序；形成透光性門絕緣 膜至少覆蓋上述門電極的工序；和涂敷感光性自組織化單分子膜的工 序；使上述襯底浸漬在石威水溶液或有機溶劑中的工序或使上述襯底表 面與》威水溶液或有機溶劑接觸的工序；/人上述透光性襯底背面進(jìn)^亍曝
光的工序；上述曝光后，用水沖洗干凈的工序；通過在曝光部印刷導(dǎo) 電性材料溶液并進(jìn)行燒成，形成源電極以及漏電極(上部電極)的工 序；形成用于形成溝道部的有機半導(dǎo)體層的工序。
此種情況下，作為具體的順序，包括下面2個代表性的順序。即， 順序1是形成上述有機半導(dǎo)體膜的工序在形成上述上部電極材料層的 工序之前進(jìn)行。順序2是形成上述有機半導(dǎo)體膜的工序在形成上述上 部電極材料層的工序之后進(jìn)行。為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，更優(yōu)選形成不透光性門電極的工序、形 成上述門絕緣膜的工序、上述至少在上述門絕緣膜上形成電極材料層 的工序都使用印刷法進(jìn)行。
上述涂敷法的代表例包括噴墨法、微分配法、浸漬法、旋涂法、 以及轉(zhuǎn)印法等。實際上，本發(fā)明的目的是使用上述方法中的至少一種 形成各部分。
下面說明本發(fā)明的實施例中使用的具體材料等。
上述透光性襯底的代表例為硅化合物或有機化合物。作為透光性 襯底的具體例，可以舉出玻璃板或石英襯底、撓性樹脂制片材即所謂 的塑料膜。作為塑料膜，可以舉出聚對苯二曱酸乙二醇酯、聚萘二曱 酸乙二醇酯、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚醚醚酮、對聚苯硫、聚丙烯酸 酯、聚酰亞胺、聚碳酸酯、三乙酸纖維素、乙酸-丙酸纖維素等。塑 料膜具有撓性彎曲的特性。在要求裝置具有撓性的各種應(yīng)用中是有利 的。
作為上述導(dǎo)電性材料，可以采用納米微粒、絡(luò)合物、高分子的形 態(tài)，該導(dǎo)電性材料是由能分散于溶劑中形成液體材料的金屬、金屬氧 化物、或?qū)щ娦愿叻肿硬牧辖M成的油墨。
上述透光性絕緣膜材料為有機絕緣高分子類，作為例子，可以舉 出聚酰亞胺衍生物、苯并環(huán)丁烯衍生物、感光丙烯酸衍生物
(photoacryl derivatives )、聚苯乙烯衍生物、聚乙烯基苯酚書亍生物、 聚酯衍生物、聚碳酸酯衍生物、聚酯衍生物、聚乙酸乙烯酯衍生物、 聚氨酯衍生物、聚砜衍生物、丙烯酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂 等。此外，作為絕緣材料，可以舉出硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化 物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物等無機材料。另外，上 述絕緣膜可以是單層膜，也可以是多層膜，還可以在形成感光性自組 織化單分子膜時用金屬氧化物覆蓋表面。
作為上述有機半導(dǎo)體材料，可以舉出以并五苯、紅熒烯為代表的 多并苯衍生物、聚p塞吩衍生物、聚乙烯亞乙烯基(polyethylenevinylene ) 衍生物、聚吡咯衍生物、聚異硫茚衍生物、聚苯胺衍生物、聚乙炔衍生物、聚二乙炔衍生物、聚奧衍生物、聚芘衍生物、聚呻唑衍生物、 聚硒吩衍生物、聚苯并呋喃衍生物、聚亞苯基衍生物、聚P引咮衍生物、
聚噠喚衍生物、金屬酞菁衍生物、富勒烯(Fullerene)衍生物、以及 混合2種以上上述重復(fù)單元得到的聚合物或低聚物等。另外，可以根 據(jù)需要對上述有機半導(dǎo)體材料實施摻雜處理。為了提高有機半導(dǎo)體晶 體管性能，可以利用印刷有機半導(dǎo)體以前的工序?qū)τ袡C半導(dǎo)體和襯底 的粘合面進(jìn)行表面處理。還可以根據(jù)需要層合上述有機半導(dǎo)體。
上述感光性自組織化單分子膜材料為末端具有硅烷偶聯(lián)劑的化 合物，該化合物具有經(jīng)曝光而產(chǎn)生羥基的取代基。例如專利文獻(xiàn)3中 公開的一 系列具有硅烷偶聯(lián)劑的化合物。
作為上述有積"喊水溶液，可以舉出以氫氧化四甲4妄、氫氧化四丁 銨為代表的2w。/。 25wy。的氬氧化銨化合物水溶液，優(yōu)選2w。/。 5w。/。 水溶液。
作為上述有機溶劑，可以舉出以甲苯、二甲苯、苯酚、苯胺為代 表的芳香族化合物，以乙醚、四氫呋喃為代表的醚類，以甲醇、乙醇 為代表的醇類，以丙酮為代表的酮類，以氨、三乙胺為代表的胺類， 氯仿、全氟己烷等卣代有機化合物類。上述溶劑可以單獨使用，也可 以混合多種使用。
下面列舉上述感光性自組織化單分子膜材料的反應(yīng)例。例如，使 用專利文獻(xiàn)3中公開的(化學(xué)式l ) (5 -甲氧基-2-硝基-千基4-(三曱氧基曱硅烷基)丁烷磺酸酯)進(jìn)行說明。
上述(化學(xué)式l)通過三曱氧基甲硅烷基鍵合在金屬氧化物表面。在襯底表面上完全平展的狀態(tài)下，水接觸角為95度。如果在(化學(xué)式 1)于襯底表面上完全平展的狀態(tài)下，將表面朝下浸漬在氬氧化四甲 銨水溶液(2.38w。/。)中，乂人襯底背面照射350nm的光，則4建斷裂，經(jīng) 由(化學(xué)式2)，形成(化學(xué)式3)的化合物。
<formula>formula see original document page 14</formula>
(化學(xué)式2)
<formula>formula see original document page 14</formula>
(化學(xué)式3)
此時水接觸角為20度。經(jīng)過所有的處理后，未曝光部分的水接觸 角為95度。
上述導(dǎo)電性材料的溶劑是導(dǎo)電性材料可溶的溶劑，例如，可以使 用水、或作為有機溶劑的甲基戊基酮、乳酸乙酯、環(huán)己酮、丙二醇單 甲醚、丙二醇-1 -單曱醚-2-乙酸酯等常用的感光性組合物用溶 劑、乙醚、丙酮、四氫呋喃等醚類、甲苯、氯仿、乙醇等醇類等。也 可根據(jù)需要使用2種以上的混合溶劑。
上述感光性自組織化單分子膜的成膜方法的代表性例子是噴墨 法、；微分配法、浸漬法、旋涂法、以及轉(zhuǎn)印法等。
下面對本發(fā)明的幾個實施例進(jìn)行具體說明。在本實施例中，由于 使用的噴墨印刷裝置的位置精度、繪圖線寬最小值均為2(Him，所以 門電才及線寬為20pm。
說明上述曝光時的襯底的狀態(tài)。首先，將襯底浸漬在堿水溶液或 有機溶劑中進(jìn)行曝光時村底的狀態(tài)示于圖21。在曝光用容器29中裝入堿水溶液或有機溶劑31。在其中配置村底30， -f吏襯底整體浸漬在上述 堿水溶液或有機溶劑中。此時，根據(jù)需要用任意方法固定襯底。襯底 的表面和背面可以任意一面朝上。使用光掩模進(jìn)行曝光時，優(yōu)選村底 表面朝上；以配置在襯底內(nèi)的圖案作為光掩模進(jìn)行背面曝光時，優(yōu)選 村底表面朝下。接下來，將在襯底和液體接觸的狀態(tài)下進(jìn)行曝光時的 村底狀態(tài)示于圖22。在曝光用容器29中裝入石威水溶液或有機溶劑31。 在該狀態(tài)下，使襯底30的表面朝下，配置襯底使襯底表面與石威水溶液 或有機溶劑接觸。此時，襯底30可以在表面張力作用下懸浮于^5威水溶 液或有機溶劑中。
上述曝光時的曝光方法示于圖23。襯底的狀態(tài)可以是圖21、圖22 中所示的狀態(tài)中的任一種。圖23的情況下，可以是圖21的襯底狀態(tài)， 也可以是圖22的狀態(tài)。準(zhǔn)備發(fā)出含有感光性SAM的吸收波長的光的光 源32,使用透鏡系統(tǒng)33使從該光源發(fā)出的光35變成平行光。光源自身 是如同激光的平行光時，有時不需要透鏡系統(tǒng)。該平行光的大小必須 為襯底內(nèi)的圖案所需面積以上。用鏡子系統(tǒng)3 4對襯底垂直照射該平行 光。此處，光源位于襯底正上方時，不需要鏡子系統(tǒng)。另外，使用光 掩模時，可以配置在光源和透鏡系統(tǒng)之間、透鏡系統(tǒng)內(nèi)、透鏡系統(tǒng)和 鏡子系統(tǒng)之間、鏡子系統(tǒng)內(nèi)、鏡子系統(tǒng)和襯底間的任意位置。 (實施例l )
通過將硅晶片在0.1w。/。感光性自組織化單分子膜材料(5 -甲氧基 -2-硝基-節(jié)基4-(三甲氧基曱硅烷基)丁烷磺酸酯)的甲苯溶 液中浸漬20分鐘，在硅晶片上形成感光性SAM膜。此時襯底表面的水 接觸角為95度。準(zhǔn)備3張這樣的襯底。 一張在大氣中進(jìn)行曝光，其他 兩張在甲苯中.2.38w。/。氫氧化四甲銨水溶液(TMAH)中利用圖23 的曝光系統(tǒng)，使用高壓汞燈作為光源進(jìn)行曝光。
其結(jié)果是，為了徹底降低接觸角，在大氣中，需要40J/cn^的照 射量。在曱苯、TMAH中曝光時，與大氣中比較，照射量大約為六分 之一即6J/cm2即可使接觸角穩(wěn)定在20度。由此可知，通過在液體中 曝光，只需六分之一的照射量。需要說明的是，在甲苯中曝光時，在曝光后沖洗前于TMAH中浸漬1分鐘。 (實施例2)
圖1 ~圖8表示通過從村底背面曝光形成源電極以及漏電極的本實 施例制造工序順序的裝置的平面圖以及剖面圖。各圖中(a)為俯視 圖、(b)是(a)圖中線AA，處的剖面圖。在本申請說明書的制造工 序順序中表示的裝置的俯視圖以及剖面圖中，均以各圖的(a)表示 俯視圖、(b)表示剖面圖。
使用有機化合物聚碳酸酯作為透光性襯底1 ，使金納米微粒分散 于甲苯溶液中制成油墨，利用噴墨印刷法印刷線寬20pm的門電極形 狀，在200。C下加熱5分鐘，形成金門電極2(俯視圖圖l (a),剖 面圖圖l (b))。制成的門電極高約10iim。該金納米微粒的金屬 核粒徑平均為3.5nm,用丁石克醇鹽(butane thiolate )覆蓋金屬核的周 圍。在圖l (a)的俯視圖中的金門電極2形成為T字型，且分成縱一黃2 部分進(jìn)行描繪。該金門電極2將上述縱橫二部分作為一體構(gòu)成門電極 部。因此，或者是一體形成T字型，或者是至少以二部分形成T字型， 可任意采用，是否適合要考慮其制造方法。在本實施例的噴墨印刷中 適合采用分成二部分進(jìn)行掃描構(gòu)成T字型。另外，例如在采用轉(zhuǎn)印法 等的情況下，優(yōu)選一體化地轉(zhuǎn)印T字型。在以下各俯視圖例如圖2(a)、 圖3(a)、圖4(a)、圖5(a)、圖6(a)(以下不列舉所有附圖編 號)等中，在相同情況下在附圖中分成二部分進(jìn)行描繪。
接下來，利用噴墨印刷法由1 Ow %聚(甲基倍半硅氧烷)的曱基異丁 基酮溶液形成門絕緣膜形狀，在150。C下熱處理20分鐘，在需要的部 位形成門絕緣膜3 (俯視圖圖2(a),剖面圖圖2(b))。門纟色緣 膜3的膜厚約為100nm?？紤]到位置偏移，形成的圖案比后面形成的源 /漏電極的寬度大20(im。然后，將襯底在0.1w。/。感光性自組織化單分 子膜材料(5 -甲氧基-2-硝基-卡基4-(三甲氧基曱硅烷基)丁烷 磺酸酯)的曱苯溶液中浸漬10分鐘，用曱苯?jīng)_洗，干燥后，在110。C 下燒成10分鐘，在絕緣膜3上形成感光性自組織化單分子膜4 (俯視圖 圖3(a),剖面圖圖3(b))。曝光前的自組織化單分子膜的水接觸角為95度。
使襯底處于圖21所示的狀態(tài)，使用圖23的曝光系統(tǒng)，用光源高壓 汞燈從襯底背面曝光20分鐘(俯視圖圖4(a),剖面圖圖4(b))。 此時，作為使襯底浸漬的液體，使用2.38wM氫氧化四甲銨水溶液。 曝光后，用去離子水流水沖洗2分鐘。(俯視圖圖5(a)，剖面圖 圖5 (b))。該工序結(jié)束時，曝光部的自組織化單分子膜的水接觸角 為20度，未曝光部無變化，為95度。使用與門電極形成材料相同的金 納米纟效粒溶液，利用噴墨法在曝光部印刷源電才及以及漏電才及7，在 200"下燒成5分鐘(俯視圖圖6(a),剖面圖圖6(b))。電極圖案 7的膜厚約為5iim。此時的門電極與源電極以及漏電極的位置偏移是 0.5拜。
接下來，使用與門電極相同的金納米微粒曱苯溶液，利用噴墨印 刷法印刷配線8、配線9,在20(TC下加熱處理5分4中(俯—見圖圖7(a), 剖面圖圖7(b))。此時，配線的膜厚是0.5nm。然后，在門電極2 正上方的源電極7和漏電極7之間，使用5%有機半導(dǎo)體(區(qū)域規(guī)則性 (Regioregular )聚(3 -己基噻吩-2， 5 - 二基))的氯仿溶液，利 用噴墨印刷法印刷溝道部IO,在180。C下熱處理2分鐘(俯-現(xiàn)圖圖8 (a)，剖面圖圖8 (b))。溝道部9的厚度為5pm。
計算該晶體管的遷移率，為0.085cm2/Vs。該值是上下部兩電相^ 被認(rèn)為彼此無位置偏移的有機薄膜晶體管的特性。
也可以利用旋涂法形成上述絕緣膜3、有機半導(dǎo)體層IO。利用旋 涂法形成的有機薄膜晶體管的遷移率是相同的。但是，與利用旋涂法 形成的情形比較，上述印刷法具有不浪費各溶液使用量的優(yōu)點。 (實施例3)
本實施例利用與實施例2相同的方法，形成2個(19, 20)有4幾半 導(dǎo)體晶體管。圖9、圖10表示本實施例的俯視圖以及剖面圖。各晶體 管的形成方法與上述實施例1相同，但本實施例的構(gòu)成是在形成各晶 體管后，利用配線11連接其中的第1晶體管19的漏電極6和另 一個晶體 管20的第2門電極2。圖9表示俯視圖，圖10表示圖9中AA，剖面處的剖面圖。兩個晶體管的性能完全相同，可以制造無性能偏差的晶體管。
上述實施例2、 3是成本以及性能兩方面都為特別高性能的代表
<關(guān)于襯底〉除了將實施例2中的透光性襯底變?yōu)楣杌衔锏?玻璃襯底以外，與實施例2完全相同地進(jìn)行操作，形成有機薄膜晶體 管。該晶體管具有與塑料襯底同等的遷移率0.11cn^/Vs。
<關(guān)于導(dǎo)電性材料〉除了用銀納米微粒代替實施例2中的金納 米微粒以外，與實施例2完全相同地進(jìn)行操作，形成晶體管。該晶體 管的遷移率是0.077cm2/Vs。使用柏納米微粒時，遷移率是0.1cm2/ Vs,使用銅納米微粒時，遷移率是0.08cm2/Vs,具有與使用金納米 微粒時相同的性能。在上述各種材料中，雖然存在例如由金和銀的功 函數(shù)差引起的特性上的差異，但能夠充分實現(xiàn)本發(fā)明的目的。上述材 料中，金納米微粒在性能、或合成的難易、以及保存穩(wěn)定性諸方面都 是最有利的材料。另外，使用作為導(dǎo)電性高分子的被摻雜的PEDOT 時，遷移率是0.08cm2/Vs,具有與使用上述金屬納米微粒時同等的 性能。
<關(guān)于有機半導(dǎo)體材料〉除了用例如摻雜了翠綠亞胺鹽
與實施例1完全相同地操作，形成晶體管。該晶體管的遷移率是0.05cm2 /Vs。這樣的實施例也能充分實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
使用實施例2中的1.3wt。/。有機半導(dǎo)體聚(苯乙烯磺酸酯)/聚(s， 3-二氫噻吩并-[3， 4-b] -1, 4-二惡英)的水溶液，形成晶體 管。該晶體管的遷移率是0.078cm2/Vs。該實施例在成本方面略有利。
利用蒸鍍法、并使用并五苯的情況下，遷移率是0.09cn^/Vs。雖 然該情況下未利用印刷法，但由于只是一部分置換，所以在成本上沒 有大的差別。
<關(guān)于絕緣膜〉實施例2的絕緣膜使用0.5%環(huán)氧化聚丁二烯的 二曱苯溶液的情況下，遷移率是0.09cm2/Vs。該值與實施例2的值幾 乎相同。本實施例在成本方面略為有利。使用2 %聚羥基苯乙烯的甲基戊基酮溶液形成絕緣膜時的遷移率 是0.07cn^/Vs,能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。本實施例的聚羥基苯乙烯廉 價，而且具有可以使用安全溶劑甲基戊基酮的優(yōu)點。使用3%聚酰亞 胺的甲基戊基酮溶液時的遷移率是0.07cm2/Vs，能實現(xiàn)本發(fā)明的目 的。此種情況下，由于透射率略有下降，所以，感光性自組織化單分 子膜曝光時間延長。使用上述有機高分子化合物作為絕緣膜時，為了 形成感光性自組織化單分子膜，需要在絕緣膜表面形成硅氧烷化合物 膜或硅氮烷化合物膜，因此，成本、工序略有增加。
以上具體說明了上述各材料的幾個例子。
以上詳細(xì)說明了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，在有機半導(dǎo)體制造工序中， (1)利用印刷法在所需面積上印刷所需材料，(2)需要對位下部電 才及和上部電極的部位是通過下部電才及和上部電才及自匹配進(jìn)行對位而 形成的。因此，使用印刷法，能形成使下部電極和上部電極間隔絕緣 膜而準(zhǔn)確對位的電極襯底。如果使用本發(fā)明的印刷法，只需要在最小 的面積上使用必要材料即可完成，而且，不需要光掩?；蚩刮g劑光刻 工序，也不需要形成通孔等的蝕刻工序等。所以，可以大幅度降低制 造成本。
在本發(fā)明中，由于所有的工序都能在低溫下進(jìn)行，所以，即使在 襯底由塑料等柔軟的、具有受熱可變形的熱塑性材料形成的情況下， 也能使上部配線/電極相對于下部電極進(jìn)行自匹配形成電才及襯底。適 合用來制造使用上述襯底的撓性電子紙之類顯示器的襯底。 (實施例4)
在本實施例中，使用圖ll 圖14說明下述m行n列有源矩陣(active matrix)型薄膜晶體管襯底及其制造方法，所述m行n列有源矩陣型薄 膜晶體管襯底由在形成下部電極的至少一部分的m根門電極配線與形 成上部電極的至少一部分的n根信號配線的交差部形成的mxn個薄膜 晶體管形成。基本的制造順序與實施例3相同。首先，n個被相鄰配置 的具有開口的環(huán)狀矩形相互間通過至少1處以上的連接部17 (本實施 例中有2處)連接的m根門配線/電極2通過間隙18彼此鄰近配置(俯視圖圖ll (a),剖面圖圖ll (b))。特別是在間隙18的寬b和 各連接部17的寬a在環(huán)狀的具有開口的矩形之間的間隙c以下時，在該 間隙c處涂敷燒成導(dǎo)電性材料溶液，能使發(fā)揮信號配線/漏電極功能 的n根上部電極23越過連接部17上的親水區(qū)與下部電才及連接進(jìn)4亍自匹 配，形成直線形狀。在間隙18處浸透導(dǎo)電性材料溶液，上部電才及23之 間也不會發(fā)生短路。
在本實施例中，作為下部電極2的一部分， 一體形成的端子形成 用下部電極21被配置成包圍m根門配線/電極2的外周的狀態(tài)。為了防 止在端子形成用下部電極21外側(cè)的村底1的端部形成上部電極23,在 該部分貼附密封掩才莫，在形成上部電極23以后剝離即可。需要說明的 是，在本實施例中，使端子形成用下部電極21的信號端子部22的寬度 大于上部電極寬度c。這不僅因為增大上部電極端子面積即可降低與 后述的信號回路的接觸電阻，而且因為其可應(yīng)用于用導(dǎo)電性材料溶液 涂敷形成較長的信號配線23時的油墨蓄積。即，發(fā)揮以下作用形成 信號配線23時，沿寬為c的間隙滴下的導(dǎo)電性材料溶液過多時，導(dǎo)電 性材料溶液流入該信號端子部22，當(dāng)導(dǎo)電性材料溶液過少時，乂人該信 號端子22供給導(dǎo)電性材料溶液，以適量的導(dǎo)電性材料溶液形成上部電 極23 (俯視圖圖12 (a),剖面圖圖12 (b))。利用與實施例3 相同的方法和相同的材^K在該電^1襯底上形成半導(dǎo)體力荑10,在m才艮 門配線2和n根信號配線23的交差部形成mxn個薄膜晶體管(俯視圖 圖13 (a),剖面圖圖13 (b))。再于其上形成保護膜26。此時形 成通孔25,進(jìn)行配線。由此可以形成自匹配配置的有源矩陣型薄膜晶 體管襯底(俯視圖圖14 (a),剖面圖圖14 (b))。如上所述制 造晶體管的矩陣后，比較各晶體管的性能，可知制成了無偏差、性能 完全相同的晶體管。 (實施例5)
準(zhǔn)備只進(jìn)行了通孔27加工的印刷襯底1 (環(huán)氧樹脂制)(俯視圖 圖15 (a)，剖面圖圖15 (b)),進(jìn)行配線部分的制作。利用旋涂 法在襯底上涂敷2wX聚(甲基倍半硅氧烷)的甲基異丁基酮溶液，在150。C下熱處理20分鐘(俯視圖圖16(a)，剖面圖圖16(b))。 然后，將襯底在0.1w。/。感光性自組織化單分子膜材料(5-甲氧基-2-硝 基_千基4-(三甲氧基甲硅烷基)丁烷磺酸酯)的曱苯溶液中浸漬10分 鐘，用甲苯?jīng)_洗、干燥后，在110。C下燒成10分鐘，形成感光性自組 織化單分子膜4 (俯視圖圖17 (a),剖面圖圖17 (b))。 -使用 具有圖案描繪功能的激光曝光器，用波長為355nm的激光對通孔之間 進(jìn)行曝光。然后將襯底在2.38w %氫氧化四曱銨水溶液中浸漬1分4中， 用水洗凈(俯視圖圖18 (a)、剖面圖圖18 (b))。將銅納米微 粒分散在曱苯溶液中得到油墨，利用噴墨法在曝光部描繪圖案，180°C 下燒成10分鐘，在通孔之間形成配線28 (俯一見圖圖19 (a)、剖面 圖圖19(b))?？梢耘c市售的配線襯底無差異地進(jìn)行使用。
權(quán)利要求
1、感光性SAM膜的曝光方法，所述方法在襯底上形成具有感光性、感光前具有疏液性、感光后具有親液性的自組織化單分子膜即感光性SAM膜，在使所述襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態(tài)下或使感光面朝下與液體接觸的狀態(tài)下，對所述襯底進(jìn)行曝光，所述方法的特征在于，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環(huán)的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑中的至少一種。
2、 半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法在村底上形成門電極，在 所述襯底上及所述門電極上形成門絕緣膜，以導(dǎo)電性材^"的溶液狀態(tài) 為原料，利用涂敷法在所述門絕緣膜上形成感光性SAM膜，在使形成了所述S AM膜狀態(tài)的襯底的具有所述S AM膜的面浸漬 在液體中的狀態(tài)下或使感光面朝下與液體接觸的狀態(tài)下，對所述襯底 進(jìn)行曝光，除去所述SAM膜中感光的部分，在除去感光部分后露出的所述門 絕緣膜上形成l對源電極及漏電極， 所述方法的特征在于，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環(huán)的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑 中的至少一種。
3、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，構(gòu) 成所述襯底和所述絕緣膜的材料對曝光光的波長為透光性，構(gòu)成所述 門電極的材料對曝光光的波長為不透光性，所述源電極及漏電極的材料以金屬納米微粒溶液或?qū)щ娦愿叻肿尤芤簽樵?，通過從所述襯底背面進(jìn)行曝光，形成所述l對源電極 及漏電纟及兩電才及。
4、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所 述絕緣膜、所述門電極、所述源電極及漏電極通過印刷法形成。
5、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所 述感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)在曝光工序前后，所述襯 底與水或有機溶劑的接觸角的值發(fā)生變化。
6、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，曝 光所述感光性自組織化單分子膜時的所述液體是堿水溶液或有機溶 劑。
7、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用 于形成所述l對源電極和漏電極兩電才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性襯底上部形成不透光性的門電極的工序， 形成門絕緣膜至少覆蓋所述門電極的工序，形成感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)至少覆蓋所述絕緣 膜的工序，將所述透光性襯底浸漬在有機堿水溶液或有才幾溶劑中后，從所述 襯底背面曝光形成電極的工序，在所述曝光后用水進(jìn)行清洗的工序，在所述曝光部，利用導(dǎo)電性材料溶液形成源電極及漏電極的工序，形成用于形成溝道部的有機半導(dǎo)體層的工序。
8、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，用 于形成所述l對源電極和漏電極兩電才及的所述曝光工序具有以下工 序在透光性襯底上部形成不透光性的門電極的工序， 形成門絕緣膜至少覆蓋所述門電極的工序，形成感光性自組織化單分子膜(感光性SAM)至少覆蓋所述絕緣膜的工序，使所述透光性村底表面與有機堿水溶液或有機溶劑^妄觸后，從所 述村底背面?zhèn)绕毓庑纬呻姌O的工序，在所述曝光后用水進(jìn)行清洗的工序，在所述曝光部，利用導(dǎo)電性材料溶液形成源電極及漏電極的工序，形成用于形成溝道部的有機半導(dǎo)體層的工序。
9、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所 述形成有機半導(dǎo)體膜的工序在所述形成電極材料層的工序之后進(jìn)行。
10、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述襯底是撓性襯底。
11、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述襯底由硅化合物或有才幾化合物組成。
12、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 來自所述透光性襯底背面的曝光光的波長是所述感光性自組織化單 分子膜(感光性SAM)的光吸收波長。
13、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于， 所述涂敷法使用噴墨法、微分配法、澆鑄法、浸漬法、以及轉(zhuǎn)印法中 的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感光性SAM膜的曝光方法及半導(dǎo)體裝置的制造方法。由于使用印刷法產(chǎn)生位置偏移，所以難以形成間隔絕緣膜使下部電極和上部電極良好對位的電極襯底。使用光掩模進(jìn)行對位，大幅度降低成本。本發(fā)明公開的技術(shù)是感光性SAM膜的曝光方法，該方法在襯底上成膜具有感光性、感光前具有疏液性、感光后具有親液性的自組織化單分子膜(感光性SAM膜)，在使該襯底的所述成膜面浸漬在液體中的狀態(tài)下或使感光面朝下與液體接觸的狀態(tài)下，對所述襯底進(jìn)行曝光，其特征在于，曝光光是紫外光、可見光或波長為350nm以上800nm以下的曝光光，所述液體是含有芳香環(huán)的有機溶劑、醇類、醚類或酮類有機溶劑中的至少一種。
文檔編號H01L51/00GK101295139SQ200810005560
公開日2008年10月29日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者安藤正彥, 新井唯, 芝健夫 申請人:株式會社日立制作所