專利名稱：形成半導(dǎo)體薄膜的方法和制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，具體地涉及用于形成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的 方法，其能夠抑制由受熱導(dǎo)致的特性劣化，并且本發(fā)明涉及利用該形成方法制造薄膜半導(dǎo) 體器件的方法。
背景技術(shù)：
在利用有機(jī)半導(dǎo)體薄膜制造薄膜半導(dǎo)體器件(諸如有機(jī)薄膜晶體管(有機(jī)TFT)) 時(shí)，有機(jī)半導(dǎo)體薄膜可以通過應(yīng)用涂層/印刷工藝來形成。例如，由具有單一構(gòu)型的有機(jī)半 導(dǎo)體材料構(gòu)成的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜可以通過如下來獲得用通過將有機(jī)半導(dǎo)體材料溶解在溶 劑中所制備的溶液涂覆襯底，然后干燥所得的涂層。因此，與利用無機(jī)半導(dǎo)體材料(諸如 硅(Si)等)的常規(guī)半導(dǎo)體器件相比，可以嘗試增大襯底尺寸并降低制造成本。此外，涂層 /印刷工藝或類似工藝具有低的工藝溫度，因此能夠在塑料襯底上進(jìn)行加工，并且可以預(yù)期 薄膜半導(dǎo)體器件是具有柔性的半導(dǎo)體器件。作為此的實(shí)例，已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了通過在塑料襯底上 提供有機(jī)TFT來制備背板，并且利用該背板來制造平板顯示器件，諸如液晶顯示器件、OLED 顯示器件等。作為構(gòu)成有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的材料，例如，已經(jīng)研究了大量材料，諸如聚噻吩、 并五苯、紅熒烯等，并且業(yè)已報(bào)導(dǎo)了一些薄膜半導(dǎo)體器件的遷移率相當(dāng)于或高于利 用由非晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的遷移率(例如，參考"Applied Physics Letters “ ， {HYPERLINK “ http://scitation.aip.org/dbt/dbt.jsp KEY = APPLAB&Volume = 69"，Volume69}，Issue 26，1996，p. 4108-4110)。但是，利用有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件具有如下問題遷移率由于受熱而 下降。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)確認(rèn)，在受熱之前0. 14cm2/Vs的遷移率在氮?dú)夥罩屑訜岬?80°C 的狀態(tài)下變?yōu)?X10_4Cm2/VS的遷移率，遷移率因?yàn)槭軣岫陆档?/100或更小。因?yàn)橛?機(jī)半導(dǎo)體材料由于在氮?dú)夥罩屑訜岫粫?huì)被氧化，并且所用的有機(jī)半導(dǎo)體材料即使加熱到 180°C也不會(huì)熱分解，所以發(fā)現(xiàn)由于受熱導(dǎo)致的遷移率的劣化不是由有機(jī)半導(dǎo)體材料的性 質(zhì)改變?cè)斐傻?。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，以及提供一種 用于通過應(yīng)用該形成方法來制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法，所述形成半導(dǎo)體薄膜的方法能夠 抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率的降低以及由于遷移率的降低導(dǎo)致的特性劣化，并且能夠根據(jù) 簡(jiǎn)單的工藝形成具有改善的耐熱性的半導(dǎo)體薄膜。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法和用于制造薄膜半導(dǎo) 體器件的方法具有如下特征在襯底上涂覆或印刷溶液以形成薄膜，所述溶液是通過混合 包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種有機(jī)材料所制備的；通過干燥所述薄膜的過程使得所述多 種有機(jī)材料發(fā)生相分離，以形成多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜包括由所述有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體層。所述相分離產(chǎn)生了包括至少兩個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo) 體薄膜。通過調(diào)節(jié)構(gòu)成所述溶液的所述多種有機(jī)材料的分子量，實(shí)現(xiàn)所述多種有機(jī)材料的 相分離。如在下面的實(shí)例中所述的，通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了，在通過所述用于形成半導(dǎo)體薄膜的 方法所得到的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜中，與單層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜相比，由于受熱導(dǎo)致的 遷移率的劣化可以被抑制到低水平。因此，在利用該半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件中，防止 了由于受熱導(dǎo)致的特性劣化。抑制遷移率劣化的可能因素是通過多層結(jié)構(gòu)抑制了半導(dǎo)體薄 膜的熱膨脹。此外，具體地，在上述形成方法中，通過一次涂層步驟形成了多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體薄膜。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體薄膜和利用該薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件中，可以根 據(jù)非常簡(jiǎn)單的工藝得到多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，其能夠抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和 由于遷移降低導(dǎo)致的特性劣化。


圖1是通過應(yīng)用本發(fā)明的形成方法獲得的半導(dǎo)體薄膜的剖視圖。圖2是示出了 PaMS的分子量與TIPS并五苯/PaMS混合體系中根據(jù)Flory-Huggins 理論確定的混合Gibbs能(AGm)之間的關(guān)系的圖線。圖3是示出了其中各混合Gibbs能(AGm)被認(rèn)為是由等式(6)表示的變量的函 數(shù)的情形的實(shí)例的圖線。圖4是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第一實(shí)例的剖視構(gòu)造圖。圖5是示出了用于制造通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第一實(shí)例的過 程的剖視工藝圖。圖6是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例的剖視構(gòu)造圖。圖7是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第三實(shí)例的剖視構(gòu)造圖。圖8是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第四實(shí)例的剖視構(gòu)造圖。圖9是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第五實(shí)例的剖視構(gòu)造圖。圖10是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第六實(shí)例的剖視構(gòu)造 圖。圖11是示出了通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的第七實(shí)例的剖視構(gòu)造 圖。圖12是根據(jù)實(shí)施例的顯示器件的電路框圖。圖13是示出了作為根據(jù)實(shí)施例的電子設(shè)備的顯示器件的實(shí)例的剖視圖。圖14是示出了 PaMS的分子量與對(duì)于所得半導(dǎo)體薄膜測(cè)量的遷移率之間的關(guān)系的 圖線。圖15是利用具有各自分子量的PaMS分別制備的樣品1和4中的每一個(gè)的半導(dǎo)體 薄膜的SIMS曲線。圖16是利用具有各自分子量的PaMS分別制備的樣品1和4中的每一個(gè)的半導(dǎo)體 薄膜以及利用僅僅TIPS并五苯制備的對(duì)比例1的半導(dǎo)體薄膜的XRD譜。圖17是示出了 PS的分子量與對(duì)于所得半導(dǎo)體薄膜測(cè)量的遷移率之間的關(guān)系的圖線。圖18是利用環(huán)烯烴共聚物制備的半導(dǎo)體薄膜的SIMS曲線。圖19是利用聚甲基丙烯酸異丁酯制備的對(duì)比膜的SIMS曲線。圖20是示出了通過應(yīng)用樣品1和4中的每一個(gè)制備的薄膜晶體管的遷移率隨加 熱溫度的變化的圖線。圖21是示出了通過應(yīng)用樣品1和4中的每一個(gè)制備的薄膜晶體管的柵極電壓 Vg-漏極電路Id特性的圖線。
具體實(shí)施例方式下面將基于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。此后，將以如下次序描述這些實(shí)施例 半導(dǎo)體薄膜的構(gòu)造、用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法和利用半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件?！窗雽?dǎo)體薄膜〉圖1是通過應(yīng)用本發(fā)明獲得的半導(dǎo)體薄膜的構(gòu)造的實(shí)例的剖視圖。此圖中所示的 半導(dǎo)體薄膜1的特征在于，它是包含至少兩個(gè)層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層a和a'的所謂半導(dǎo)體復(fù) 合薄膜。如圖所示，這些半導(dǎo)體層a和a'可以以如下狀態(tài)布置在兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a' 之間還保持有由不同的材料作為主要組分所構(gòu)成的中間層b。在此情況下，兩個(gè)半導(dǎo)體層a 和a'可以由不同的材料構(gòu)成，或者由相同的材料構(gòu)成。此外，兩個(gè)半導(dǎo)體層的狀態(tài)不限于 使這些層被完全分離開的情形，構(gòu)成這些層的材料也可以在這些層之間的界面附近混合。中間層b由不同于兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'的材料的材料構(gòu)成，并且包含中間層b的 半導(dǎo)體薄膜1可以整體上具有期望的半導(dǎo)體性。因此，中間層b可以由例如具有比兩個(gè)半 導(dǎo)體層a和a'的傳導(dǎo)性更低的傳導(dǎo)性的絕緣材料構(gòu)成，或者由具有與兩個(gè)半導(dǎo)體層a和 a'的傳導(dǎo)性相同水平的傳導(dǎo)性的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。此外，作為中間層b的另一個(gè)實(shí)例，中 間層b可以由具有比兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'的傳導(dǎo)性更高的傳導(dǎo)性的傳導(dǎo)材料構(gòu)成。并且， 中間層b本身可以被構(gòu)造成層疊結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)中間層b由混合材料制成時(shí)，可以包含半導(dǎo) 體層a和a'的材料作為組成材料。除上述之外，半導(dǎo)體薄膜1可以通過將兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'直接層疊來構(gòu)造。在 此情況下，兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'由不同的材料構(gòu)成。此外，如果兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'中 的一個(gè)構(gòu)成半導(dǎo)體薄膜1的一個(gè)表面，則在兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'中的其余一個(gè)層的外側(cè)可 以設(shè)置另外的一個(gè)層。在上述半導(dǎo)體薄膜1中，有機(jī)半導(dǎo)體材料和諸如硅等的無機(jī)半導(dǎo)體材料被用作構(gòu) 成半導(dǎo)體層a和a'的以及構(gòu)成由半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的中間層b的半導(dǎo)體材料。作為有機(jī) 半導(dǎo)體材料，優(yōu)選使用低分子半導(dǎo)體材料，諸如并苯化合物、低聚噻吩衍生物、酞菁衍生物、 茈衍生物等。共軛低分子材料是多晶的或結(jié)晶的。有機(jī)半導(dǎo)體材料可以是高分子有機(jī)半導(dǎo) 體材料，諸如聚(3-己基-噻吩)等。具體地，構(gòu)成半導(dǎo)體層a和a'的材料優(yōu)選是共軛低 分子材料。另一方面，中間層b優(yōu)選由高分子材料構(gòu)成，并且該高分子材料可以是非晶的。此外，作為構(gòu)成中間層b的絕緣材料，可以使用有機(jī)絕緣材料和諸如氧化硅等的 無機(jī)絕緣材料。有機(jī)絕緣材料可以是低分子材料或高分子材料，并且當(dāng)存在交聯(lián)反應(yīng)的可 能時(shí)，材料可以是交聯(lián)的或不是交聯(lián)的。有機(jī)絕緣材料優(yōu)選是高分子絕緣材料。用作這樣 的材料的材料包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、尼龍、聚酰亞胺、環(huán)烯烴共聚物、
7環(huán)氧聚合物、纖維素、聚甲醛、聚烯烴聚合物、聚乙烯基聚合物、聚酯聚合物、聚醚聚合物、聚 酰胺聚合物、氟碳聚合物、可生物降解塑料、酚樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲 酸二烯丙基酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂、硅酮樹脂、包含不同聚合單元的 組合的共聚物等。此外，形成上述層疊結(jié)構(gòu)的各個(gè)層可以由單一成分來形成，或者可以利用包含多 種材料的混合物的混合材料來形成。此外，各個(gè)層的狀態(tài)不限于使中這些層被完全分離開 的情形，構(gòu)成這些層的材料也可以在這些層之間的界面附近混合。此外，各層的組分可以以 不同于另一個(gè)層中的組分比例存在。例如，半導(dǎo)體層a和a'的半導(dǎo)體材料可以存在于中 間層b中。在此情況下，組成比和構(gòu)成材料比與半導(dǎo)體層a和a'不同，使得半導(dǎo)體層a和 a'可以與作為另一層的中間層b區(qū)別開。此外，作為半導(dǎo)體薄膜1的特別優(yōu)選的實(shí)例，可以列舉利用多晶的或結(jié)晶的共軛 低分子材料的半導(dǎo)體層a/利用非晶高分子材料的絕緣中間層b/利用多晶的或結(jié)晶的共軛 低分子材料的半導(dǎo)體層a'。此外，作為半導(dǎo)體薄膜1的另一個(gè)實(shí)例，可以列舉包含如下層 的層疊結(jié)構(gòu)利用高分子半導(dǎo)體材料構(gòu)造的半導(dǎo)體層a和a'以及夾在半導(dǎo)體層a和a'之 間并利用與半導(dǎo)體層a和a'的不同類型的高分子半導(dǎo)體材料構(gòu)造的中間層b。在具有上述層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1中，優(yōu)選地選擇材料使得構(gòu)成半導(dǎo)體薄 膜1的多種材料的混合Gibbs能(AGm)表現(xiàn)為正值。這可以獲得如下的半導(dǎo)體薄 膜1 在將在下面所述的半導(dǎo)體薄膜1的形成過程中，多種有機(jī)材料自發(fā)地發(fā)生相分離 (phase-separated) 0此外，利用材料的分子結(jié)構(gòu)和分子量來作為選擇因素，選擇構(gòu)成這些 層的多種材料。作為實(shí)例，當(dāng)半導(dǎo)體層a利用作為共軛低分子材料的TIPS并五苯(6，13-雙(三 異丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯)來構(gòu)造時(shí)，中間層b利用作為高分子材料的聚(α _甲基 苯乙烯)(PaMS)、聚苯乙烯(PS)或環(huán)烯烴共聚物來構(gòu)造。在此情況下，數(shù)均分子量和重均分 子量為5，000或更大、優(yōu)選為20，000或更大的高分子材料以1 1的重量混合比應(yīng)用，使 得混合Gibbs能(AGm)為正值。如在下面的實(shí)例中描述的，通過實(shí)驗(yàn)已確定與具有單層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜相比， 具有上述層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率劣化。<用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法>接著，作為用于形成具有上述層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1的方法，將描述用于形成 如下的半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，通過應(yīng)用本發(fā)明，利用涂層或印刷形成的薄膜中的有機(jī)材 料自發(fā)地相分離。首先，將包括上述的有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種類型的有機(jī)材料溶解并混合在溶 劑中，以制備溶液。此時(shí)，例如，構(gòu)成中間層的有機(jī)材料(例如上述的有機(jī)絕緣材料)也被 溶解并混合在相同的溶劑中。在此，對(duì)用于形成具有層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1的層的多種類型的有機(jī)材料進(jìn)行 選擇，使得混合Gibbs能(AGm)具有正值。這樣，利用材料的分子結(jié)構(gòu)和分子量作為選擇 因素，選擇構(gòu)成各個(gè)層的材料。這樣的材料選擇使得在這些材料被溶解和混合在溶劑中并 被應(yīng)用的狀態(tài)下，構(gòu)成材料產(chǎn)生了相分離。就是說，考慮基于統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的混合系統(tǒng)，多種類型的材料是否混溶取決于整個(gè)系統(tǒng)的Gibbs能(G)，即由下面的等式(6)所表示的混合Gibbs能(AGm)。當(dāng)混合Gibbs 能(AGm)為負(fù)，則系統(tǒng)發(fā)生混溶，因?yàn)榛烊芫哂懈偷哪芰慷€(wěn)定。相反，當(dāng)混合Gibbs 能(AGm)為正，這系統(tǒng)發(fā)生相分離而不會(huì)混溶，因?yàn)榛旌舷到y(tǒng)具有高能量而不穩(wěn)定。[等式4]Δ Gm = Δ Hm-T · Δ Sm. . . (6)ΔΗ:系統(tǒng)的焓變?chǔ)?S:系統(tǒng)的熵變?chǔ)?開氏溫度在此，在等式(6)中所表示的系統(tǒng)的焓變(AHm)由混合的材料的類型決定，并且 是不依賴于高分子的分子量的量。相反，在等式(6)中所表示的系統(tǒng)的熵變(ASm)是依賴 于高分子的分子量的量。因此，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，即使利用相同類型的材料和相同的混合比，混合 Gibbs能(AGm)也隨著高分子的分子量的變化而變化。因此，還發(fā)現(xiàn)除了材料的分子結(jié)構(gòu)， 分子量也是用于構(gòu)成各個(gè)層的材料的重要選擇因素。此外，尤其在含有高分子材料的混合系統(tǒng)中，多種類型的材料是否混溶可以由 基于統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的利用格子(lattice)模型的Flory-Huggins理論來確定。具體地， 對(duì)于利用高分子材料和低分子材料構(gòu)造的混合系統(tǒng)，可以應(yīng)用根據(jù)下面的等式(1)的 Flory-Huggins理論的混合Gibbs能(Δ Gm)，并且當(dāng)混合Gibbs能為正值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生相分 離，而不會(huì)混溶。[等式5]AGm = kNTT ( χ 12 Φ ！ Φ 2)+kNTT ( Φ Jn Φ ^ Φ 2/χ · 1ηΦ2). . . (1)k. . . Boltzmann 常數(shù)Ντ. · ·格子點(diǎn)的總數(shù)(Ντ = NJxN2)其中N1...低分子量分子的數(shù)量N2...高分子量分子的數(shù)量χ...高分子量單元的數(shù)量T···絕對(duì)溫度(K)χ 12...相互作用參數(shù)(Flory χ參數(shù))φ ” · · N1/Ntφ 2· · · χΝ2/Ντ但是，等式(1)是用于有機(jī)溶劑和高分子的混合系統(tǒng)的Flory-Huggins理論。因 此，當(dāng)?shù)仁?1)的Flory-Huggins理論被應(yīng)用于低分子材料(低分子半導(dǎo)體材料)和高分 子材料的混合系統(tǒng)時(shí)，等式(1)中的高分子單元的數(shù)量χ可以根據(jù)低分子半導(dǎo)體材料的分 子量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此，實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述等式(1)的Flory-Huggins理論的混合Gibbs能量(Δ Gm)的 正值的目標(biāo)取決于構(gòu)成等式⑴的參數(shù)中的Χ12，Φ”四個(gè)參數(shù)的值。在四個(gè)參數(shù) 中，Φ1和Φ 2是分別取決于低分子量分子的數(shù)量、高分子量分子的數(shù)量和高分子單元的數(shù) 量χ的值。因此，由等式(1)還發(fā)現(xiàn)，除了被混合的材料的分子結(jié)構(gòu)之外，其分子量也是用 于構(gòu)成各個(gè)層的材料的重要選擇因素。此外，當(dāng)材料被選擇來以滿足由從上述的等式(1)提取的四個(gè)參數(shù)所組成的下面的等式(2)時(shí)，由低分子量分子和高分子量分子組成的系統(tǒng)發(fā)生相分離，而不會(huì)混溶。[等式6][ ( χ 12 φ j φ 2) + ( φ Jn Φ !+ Φ 2/x · In Φ 2) ] > 0· · · (2)另一方面，對(duì)于僅僅由多種高分子材料組成的混合體系，可以應(yīng)用根據(jù)下面的等 式(3)的Flory-Huggins理論的混合Gibbs能(Δ Gm)，并且當(dāng)混合Gibbs能為正值時(shí)，系統(tǒng) 發(fā)生相分離，而不會(huì)混溶。[等式7]AGm = kNTT ( X12 φ ^2) +kNTT ( Φ ^x1 · In Φ ^ Φ2/χ2 · In Φ2) · · · (3)k. . . Boltzmann 常數(shù)Ντ. · ·格子點(diǎn)的總數(shù)(Ντ = NJxN2)其中N1...高分子量分子1的數(shù)量N2...高分子量分子2的數(shù)量X1...高分子量分子1的單元的數(shù)量X2...高分子量分子2的單元的數(shù)量T. · ·絕對(duì)溫度(K)χ 12...相互作用參數(shù)(Flory χ參數(shù))Φ . . X1N1ZNtφ 2· · · χ2Ν2/Ντ實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述等式(3)的Flory-Huggins理論的混合Gibbs能量(Δ Gm)的正值 的目標(biāo)取決于構(gòu)成等式(3)的參數(shù)中的χ12，Φ1 $2，\和&五個(gè)參數(shù)的值。在五個(gè)參數(shù) 中，Φ1和Φ 2是分別取決于高分子量分子的數(shù)量以及高分子分子的單元的數(shù)量X1和X2的 值。因此，由等式(3)還發(fā)現(xiàn)，除了被混合的材料的分子結(jié)構(gòu)之外，其分子量也是用于構(gòu)成 各個(gè)層的材料的重要選擇因素。此外，當(dāng)材料被選擇來以滿足由從上述的等式(3)提取的五個(gè)參數(shù)所組成的下面 的等式(4)時(shí)，由多種高分子量材料組成的系統(tǒng)發(fā)生相分離，而不會(huì)混溶。[等式8][ ( χ 12 φ j φ2) + ( φ ^x1In Φ !+Φ2/χ2 · In Φ2) ] > 0· · · (4)作為實(shí)例，圖2示出了 PaMS的分子量與TIPS并五苯/聚(α-甲基苯乙烯)(PaMS) 混合體系中根據(jù)上述Flory-Huggins理論確定的混合Gibbs能(AGm)之間的關(guān)系?；旌?比為1 1。TIPS并五苯是構(gòu)成半導(dǎo)體層a和a'的共軛低分子半導(dǎo)體材料。此外，PaMS 是構(gòu)成中間層b的高分子絕緣材料。圖2的圖線表明即使使用相同類型的混合材料以及相同的混合比，混合Gibbs能 (AGm)也隨著高分子(PaMS)的分子量的變化而變化。具體地，當(dāng)高分子(PaMS)的分子量 為約10，000時(shí)，混合Gibbs能(AGm)變?yōu)?，而在分子量處于小于10，000的范圍內(nèi)時(shí)，混 合Gibbs能(AGm)變?yōu)樨?fù)，在分子量處于大于10，000的范圍內(nèi)時(shí)，混合Gibbs能(AGm) 變?yōu)檎?。此外，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)分子量增大到一定程度，混合Gibbs能(AGm)幾乎不再變化。 從這點(diǎn)來看，當(dāng)然地，熵和焓都有大的貢獻(xiàn)，并且利用材料的分子結(jié)構(gòu)和分子量作為因素， 考慮熵和焓之間的平衡來選擇材料。
從上述觀點(diǎn)來看，從被選擇成具有正值的混合Gibbs能(Δ Gm)的材料選擇導(dǎo)致相 分離成多層的組合，并在溶劑中溶解和混合，以制備溶液。但是，因?yàn)闇囟?T)也被包括在 熵變(ASm)中，所以系統(tǒng)的形成溫度也是重要的。因此，從被選擇成在約-20°C到200°C 的實(shí)用溫度范圍中的任意溫度下具有正值的混合Gibbs能(AGm)的材料選擇導(dǎo)致相分離 成多層的組合。此外，例如，當(dāng)用于形成薄膜半導(dǎo)體器件的襯底是塑料襯底時(shí)，約-20°C到 200°C的實(shí)用溫度范圍是襯底耐熱溫度。作為實(shí)例，當(dāng)作為共軛低分子材料的TIPS并五苯被用作半導(dǎo)體材料時(shí)，如上所 述，聚(α -甲基苯乙烯)(PaMS)、聚苯乙烯(PS)或環(huán)烯烴共聚物被用作高分子材料。在此 情況下，具有5，000或更大、優(yōu)選為20，000或更大的分子量的高分子材料被應(yīng)用，以獲得正 值的混合Gibbs能(AGm)0接著，所制備的溶液通過旋涂法、印刷法或諸如噴墨法的涂層方法等被涂覆或印 刷在襯底上，以形成薄膜。此外，在此，印刷法被認(rèn)為是一種涂層方法，并且由包括印刷法的 涂層方法形成的薄膜此后被稱為“涂層膜”。接著，涂層膜被干燥，以去除涂層膜中的溶劑，并使在涂層膜中包含的多種有機(jī)材 料自發(fā)地相分離。結(jié)果，有機(jī)材料發(fā)生相分離，以使得有機(jī)半導(dǎo)體材料分層，得到包含半導(dǎo)體層a和 a'的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜。此外，當(dāng)涂層膜包含有機(jī)絕緣材料時(shí)，獲得的半導(dǎo)體薄膜中 層疊了由有機(jī)絕緣材料組成的絕緣層。在此情況下，例如，獲得如下的半導(dǎo)體薄膜1 其中， 有機(jī)半導(dǎo)體材料沉積在涂層膜的界面?zhèn)纫孕纬砂雽?dǎo)體層，并且絕緣層被夾在兩個(gè)半導(dǎo)體層 a和a'之間作為中間層b。在此情況下，例如，兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'由相同的材料組成。此外，上述的干燥涂層膜的過程中，通過調(diào)節(jié)構(gòu)成涂層膜(即，溶液)的多種有機(jī) 材料中的每一種的分子量，實(shí)現(xiàn)涂層膜中的有機(jī)材料的自發(fā)相分離。作為另一實(shí)例，通過構(gòu) 成涂層膜(即，溶液)的多種有機(jī)材料的組合，實(shí)現(xiàn)相分離。上述形成方法通過一次涂層沉積可以獲得多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜。此外，不會(huì)發(fā) 生當(dāng)上層被沉積時(shí)充當(dāng)?shù)讓拥南聦颖桓g的問題。此外，具體地，如在下面的實(shí)例中所描述的，當(dāng)利用通過溶解和混合包括有機(jī)半導(dǎo) 體材料的多種有機(jī)材料制備溶液，來執(zhí)行涂層(印刷)沉積時(shí)，發(fā)現(xiàn)涂層/印刷性能提高， 從而提高了所得半導(dǎo)體薄膜的面內(nèi)均勻性。例如，當(dāng)?shù)头肿硬牧媳挥米饔袡C(jī)半導(dǎo)體材料時(shí)， 通過溶解該有機(jī)材料所制備的溶液難以具有涂層沉積所需要的粘度，并且在涂層和干燥之 后常常發(fā)生團(tuán)聚。膜由于團(tuán)聚而變?yōu)榉沁B續(xù)的，導(dǎo)致難以形成具有面內(nèi)均勻性的半導(dǎo)體薄 膜。因此，也已確認(rèn)，如上所述，當(dāng)包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種有機(jī)材料被溶解在 溶劑中時(shí)，高分子材料(例如高分子絕緣材料)被用作與有機(jī)半導(dǎo)體材料組合使用的另一 種有機(jī)材料，從而可以制備具有足夠粘度的溶液，并且在通過旋涂、噴墨等進(jìn)行涂層之后在 干燥步驟中很少發(fā)生團(tuán)聚，從而形成具有面內(nèi)均勻性的半導(dǎo)體薄膜。此夕卜，即使當(dāng)?shù)仁?1)和(3)各自的混合Gibbs能(AGm) < 0時(shí)，也可以通過如 圖3所示具有兩個(gè)或更多個(gè)最小值點(diǎn)％和a2的組合材料(假設(shè)混合Gibbs能是下面的等 式(5)所示的變量Φ的函數(shù))來引起相分離。[等式9]
11
φ = Φ2/(Φ1+Φ2). . · (5)在圖3的圖線中，凸起區(qū)域較之最小值點(diǎn) 和a2具有更高的能量。因此，在一些 情況下，對(duì)于達(dá)到最小值點(diǎn)^和a2來說多余的組分被排除到系統(tǒng)外，使得系統(tǒng)達(dá)到更低能 量的混合比，從而導(dǎo)致相分離。〈薄膜半導(dǎo)體器件-1>圖4是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第一 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-1是底接觸-底柵極(BCBG)型薄膜 晶體管，其中，柵電極13的圖案被形成在襯底11上。此外，柵極絕緣膜15被設(shè)置來覆蓋柵 電極13，并且源電極17s和漏電極17d通過圖案化被形成在柵極絕緣膜15上。源電極17s 和漏電極17d被彼此相反地設(shè)置在柵電極13的兩側(cè)，以將柵電極13夾在其間。在柵電極 與源電極和漏電極之間可以有重疊區(qū)域。此外，上述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1以與柵極絕 緣膜15、源電極17s和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置在源電極17s和漏電極17d上方。此外，具體地，在第一實(shí)例中，構(gòu)成上述半導(dǎo)體薄膜1的至少兩個(gè)半導(dǎo)體層中的一 個(gè)以與源電極17s、柵極絕緣膜15和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置。在此，例如，半導(dǎo)體薄膜 1(具有將中間層b夾在半導(dǎo)體層a和a'之間的三層結(jié)構(gòu))以覆蓋柵電極13(源電極17s 和漏電極17d被形成于柵電極13上)的狀態(tài)設(shè)置，并且半導(dǎo)體層a和a'中的半導(dǎo)體層a 以與源電極17s、柵極絕緣膜15和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置。這樣的半導(dǎo)體薄膜1通過 上述實(shí)例1或第二實(shí)例的形成方法來形成。在此，當(dāng)構(gòu)成半導(dǎo)體薄膜1的所有層由有機(jī)材料組成時(shí)，可以通過利用印刷方法 的低溫工藝得到半導(dǎo)體薄膜1。因此，塑料襯底可以被用作襯底11。在此情況下，通過使用 有機(jī)材料來構(gòu)造柵極絕緣膜15，可以通過使用印刷方法的低溫工藝來形成柵極絕緣膜15。 此外，柵電極13、源電極17s和漏電極17d可以通過如下的方法來形成常規(guī)的用于形成金 屬電極的濺射法、CVD法、鍍覆法或蒸鍍法，以及利用噴墨法、微接觸法或印刷法(諸如利用 Au、Ag等的納米顆粒的分散液、金屬絡(luò)合物溶液或?qū)щ姺肿尤芤旱慕z網(wǎng)印刷方法等)的低
IzImZC 乙 ο此外，在具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-1中，通過實(shí)驗(yàn)已確認(rèn)與將單層結(jié) 構(gòu)半導(dǎo)體薄膜用作有源層的構(gòu)造相比，利用參照?qǐng)D1所述的半導(dǎo)體薄膜1作為有源層可以 將由于受熱導(dǎo)致的遷移率的劣化抑制到低水平。結(jié)果，可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降 低和由于遷移率降低導(dǎo)致的特性劣化，從而允許改善耐熱性的意圖。接著，利用圖5的剖視工藝圖描述制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1的工藝。首先，如圖5(1)所示，準(zhǔn)備具有至少一個(gè)由絕緣材料組成的表面的襯底11。然后， 柵電極13被形成在襯底11上。在此情況下，首先，通過濺射法、蒸鍍法或鍍覆法，沉積例如 鎢(W)，鉭(Ta)，鉬(Mo)，鋁(Al)，鉻(Cr)，鈦(Ti)，銅(Cu)，鎳(Ni)等的金屬材料膜。然 后，通過光刻術(shù)在金屬材料膜上形成光刻膠圖案(沒有示出)，并且利用光刻膠圖案作為掩 ?？涛g金屬材料膜。結(jié)果，在襯底11上圖案化形成柵電極13。作為另一種方法，可以利用 含有金(Au)精細(xì)顆粒、銀(Ag)精細(xì)顆粒等的墨糊通過諸如噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷、 凹版印刷等的印刷技術(shù)，圖案化形成柵電極13。此后，如圖5(2)所示，作為有機(jī)絕緣層的柵極絕緣膜15以覆蓋柵電極13的狀態(tài) 沉積在襯底11上。此時(shí)，例如，通過涂層法或印刷法沉積有機(jī)高分子材料，諸如聚乙烯基酚、PMMA、聚酰亞胺、氟碳樹脂等。柵極絕緣膜15可以通過CVD法或?yàn)R射法利用無機(jī)材料 (諸如氧化硅、氮化硅等)來形成，或者可以通過上述方法的組合而被形成為有機(jī)高分子材 料和無機(jī)材料的多層膜。接著，源電極17s和漏電極17d被圖案化形成。源電極17s和漏電極17d可以通 過與用于形成柵電極13的方法相同的方法來形成。如果需要，可以對(duì)圖案化形成的源電極 17s和漏電極17d進(jìn)行表面處理，以形成金屬材料層，這在源電極17s和漏電極17d的表面 上形成低歐姆結(jié)。接著，如圖5(3)所示，涂覆或印刷通過溶解和混合包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多 種有機(jī)材料所制備的溶液，以在已經(jīng)形成了源電極17s和漏電極17d的柵極絕緣膜15上形 成涂層膜20。構(gòu)成涂層膜20的溶液通過如下來制備將用于形成半導(dǎo)體層(a，a')的有 機(jī)半導(dǎo)體材料和用于形成中間層(b)的有機(jī)絕緣材料溶解在溶劑中。所使用的多種有機(jī)材 料如上面在〈用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法〉中所述地來選擇。溶劑可以是任何溶劑，只要 其溶解所選擇的材料。此外，利用涂層法(諸如旋涂法、印刷法或噴墨法)，通過在襯底上涂覆或印刷所 制備的溶劑，形成利用該溶液的涂層膜20。接著，如圖5(4)所示，干燥涂層膜20，以去除涂層膜20中的溶劑，并且涂層膜20 中包含的多種有機(jī)材料自發(fā)地發(fā)生相分離成為多個(gè)層。結(jié)果，有機(jī)材料發(fā)生相分離，以使得 有機(jī)半導(dǎo)體材料層疊，形成包括半導(dǎo)體層a和a'的多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1。此外，如果 有機(jī)絕緣材料被包含在涂層膜20中，則獲得了層疊有由有機(jī)絕緣材料組成的絕緣層的半 導(dǎo)體薄膜1。在此情況下，例如，有機(jī)半導(dǎo)體材料被沉積，以在涂層膜的界面?zhèn)葮?gòu)成半導(dǎo)體層a， 并且獲得的半導(dǎo)體薄膜1包含被夾在兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'之間作為中間層b的絕緣層。 在此情況下，例如，兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'由相同材料組成。此外，如上面在〈用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法 > 中所述的，上述在干燥涂層膜的步 驟中有機(jī)材料的自發(fā)相分離依靠構(gòu)成涂層膜(即溶液)的多種有機(jī)材料的組合或多種有機(jī) 材料中的每一種的分子量來實(shí)現(xiàn)。如上所述，獲得與參考圖4描述的相同的底柵極_底接觸薄膜晶體管，作為薄膜半 導(dǎo)體器件10-1。此外，當(dāng)多個(gè)薄膜晶體管被形成在襯底11上時(shí)，通過圖案化半導(dǎo)體薄膜1來執(zhí)行 元件分離。在此情況下，半導(dǎo)體薄膜1可以在形成之后被圖案化?；蛘?，可以預(yù)先形成空白 圖案(沒有示出)，該圖案具有將半導(dǎo)體薄膜1的形成部分包圍在其中的形狀，然后可以在 圖案化的狀態(tài)下執(zhí)行涂層膜20的形成和相分離，以形成半導(dǎo)體薄膜1。此外，為了改善晶體管的可靠性和對(duì)環(huán)境的耐受性，薄膜晶體管優(yōu)選用由聚乙烯 醇、對(duì)二甲苯聚合物(parylene)、氮化硅、氧化硅等組成的保護(hù)膜覆蓋。并且，可以如上面在 < 用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法 > 中所述地從下層側(cè)依次分別 地沉積多個(gè)層，來形成具有至少兩個(gè)半導(dǎo)體層a和a'的半導(dǎo)體薄膜1?！幢∧ぐ雽?dǎo)體器件_2>圖6是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第二 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-2也是底接觸-底柵極(BCBG)型薄
13膜晶體管，其中，與圖4中所示的薄膜半導(dǎo)體器件(10-1)中的相同的構(gòu)件由相同的標(biāo)號(hào)表
7J\ ο該圖中所示的第二實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-2與圖2中所示的第一實(shí)例的薄膜 半導(dǎo)體器件10-1的不同之處在于如下的構(gòu)造半導(dǎo)體薄膜1在源電極17s和漏電極17d的 圖案臺(tái)階處被分開；而其它構(gòu)造與第一實(shí)例相同。這樣的構(gòu)造采用使上述半導(dǎo)體薄膜1以與柵極絕緣膜15、源電極17s和漏電極 17d接觸的狀態(tài)設(shè)置在源電極17s和漏電極17d上方的狀態(tài)，并且三層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1 的半導(dǎo)體層a以與源電極17s、柵極絕緣膜15和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置。但是，半導(dǎo)體 層a在其端表面與源電極17s和漏電極17d接觸。即使在具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-2中，如在第一實(shí)例中一樣，利用參照 圖1所述的半導(dǎo)體薄膜1作為有源層可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率降 低導(dǎo)致的特性劣化，從而允許改善耐熱性的意圖。具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-2通過如下來制備當(dāng)形成涂層膜20以制造 薄膜半導(dǎo)體器件10-1時(shí)，形成相對(duì)于源電極17s和漏電極17d的厚度具有足夠小的厚度的 涂層膜20。結(jié)果，涂層膜20在源電極17s和漏電極17d的臺(tái)階處被分開，由此通過涂層膜 20的相分離而獲得的半導(dǎo)體薄膜1被源電極17s和漏電極17d的上部分和下部分分開?！幢∧ぐ雽?dǎo)體器件_3>圖7是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第三 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-3是頂接觸-底柵極(TCBG)型薄膜 晶體管，其中，與圖4中所示的薄膜半導(dǎo)體器件(10-1)中的相同的構(gòu)件由相同的標(biāo)號(hào)表示。該圖中所示的第三實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-3與圖4中所示的第一實(shí)例的薄膜 半導(dǎo)體器件(10-1)的不同之處在于半導(dǎo)體薄膜1、源電極17s和漏電極17d的層疊次序，而 其它構(gòu)造與第一實(shí)例相同。就是說，源電極17s和漏電極17d隔著半導(dǎo)體薄膜1被圖案化形成在柵極絕緣膜 15上，所述柵極絕緣膜15覆蓋襯底11上的柵電極13。結(jié)果，上述半導(dǎo)體薄膜1以與柵極 絕緣膜15、源電極17s和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置在源電極17s和漏電極17d上。在第三實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-3中，柵極絕緣膜15與構(gòu)成上述半導(dǎo)體薄膜1 的多個(gè)半導(dǎo)體層中的一個(gè)(在此，半導(dǎo)體層a)接觸，并且源電極17s和漏電極17d以與另 一個(gè)(在此，半導(dǎo)體層a')接觸的狀態(tài)設(shè)置。即使在具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-3中，也如在第一實(shí)例中一樣，利用參 照?qǐng)D1所述的半導(dǎo)體薄膜1作為有源層可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率 降低導(dǎo)致的特性劣化，從而允許改善耐熱性的意圖。具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-3可以通過根據(jù)包括如下步驟的過程來制 備當(dāng)制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1時(shí)，形成柵極絕緣膜15，然后在形成源電極17s和漏電極 17d之前形成半導(dǎo)體薄膜1。〈薄膜半導(dǎo)體器件_4>圖8是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第四 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-4是頂接觸-頂柵極(TCTG)型薄膜 晶體管，其中，與圖4中所示的薄膜半導(dǎo)體器件(10-1)中的相同的構(gòu)件由相同的標(biāo)號(hào)表示。
該圖中所示的第四實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-4與圖4中所示的第一實(shí)例的薄膜 半導(dǎo)體器件(10-1)的不同之處在于構(gòu)件的層疊次序，而其它構(gòu)造與第一實(shí)例相同。就是說，源電極17s和漏電極17d隔著半導(dǎo)體薄膜1被圖案化形成在襯底11上， 柵極絕緣膜15以覆蓋這些電極的狀態(tài)設(shè)置。柵電極13被圖案化形成在柵極絕緣膜15上、 夾在源電極17s和漏電極17d之間的位置處。在這樣的構(gòu)造中，如在第一實(shí)例中一樣，上述半導(dǎo)體薄膜1以與柵極絕緣膜15、源 電極17s和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置在源電極17s和漏電極17d上，并且三層結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體薄膜1中的半導(dǎo)體層a'以與源電極17s、柵極絕緣膜15和漏電極17d接觸的狀態(tài)設(shè)置。即使在具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-4中，也如在第一實(shí)例中一樣，利用參 照?qǐng)D1所述的半導(dǎo)體薄膜1作為有源層可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率 降低導(dǎo)致的特性劣化，從而允許改善耐熱性的意圖。具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-4可以通過根據(jù)包括如下步驟的過程來制 備在襯底U上形成半導(dǎo)體薄膜1，接著形成柵電極17s和漏電極17d，然后依次形成柵極 絕緣膜15和柵電極13。每一個(gè)部分可以通過與制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1中的相同的方法 來形成?！幢∧ぐ雽?dǎo)體器件_5>圖9是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第五 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-5是底接觸-頂柵極(BCTG)型薄 膜晶體管，其中，與圖4中所示的薄膜半導(dǎo)體器件(10-1)和圖8中所示的薄膜半導(dǎo)體器件 (10-4)中的相同的構(gòu)件由相同的標(biāo)號(hào)表示。該圖中所示的第五實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-5與圖8中所示的第四實(shí)例的薄膜 半導(dǎo)體器件(10-4)的不同之處在于半導(dǎo)體薄膜1、源電極17s和漏電極17d的層疊次序，而 其它構(gòu)造與第四實(shí)例相同。就是說，源電極17s和漏電極17d被圖案化形成在襯底11上，并且半導(dǎo)體薄膜1 以覆蓋這些電極的狀態(tài)設(shè)置。柵極絕緣膜15被設(shè)置在半導(dǎo)體薄膜1上，而且柵電極13被 圖案化形成在柵極絕緣膜15上、夾在源電極17s和漏電極17d之間的位置處。在第五實(shí)例的薄膜半導(dǎo)體器件10-5中，柵極絕緣膜15與構(gòu)成上述半導(dǎo)體薄膜1 的多個(gè)半導(dǎo)體層中的一個(gè)(在此，半導(dǎo)體層a')接觸，并且源電極17s和漏電極17d以與 另一個(gè)(在此，半導(dǎo)體層a)接觸的狀態(tài)設(shè)置。即使在具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-5中，也如在第一實(shí)例中一樣，利用參 照?qǐng)D1所述的半導(dǎo)體薄膜1作為有源層可以抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率 降低導(dǎo)致的特性劣化，從而允許改善耐熱性的意圖。具有上述構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-5可以通過根據(jù)包括如下步驟的過程來制 備在襯底11上形成源電極17s和漏電極17d，進(jìn)一步形成半導(dǎo)體薄膜1，然后依次形成柵 極絕緣膜15和柵電極13。每一個(gè)部分可以通過與制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1中的相同的方 法來形成?！幢∧ぐ雽?dǎo)體器件_6>圖10是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第六
15實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-6是第五實(shí)例的底接觸_頂柵極 (BCTG)型薄膜晶體管的第一改進(jìn)實(shí)例，并且與第五實(shí)例的不同之處僅僅在于，源電極17s 和漏電極17d的表面形成與襯底11的表面共面的平面。在制造具有這樣的構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-6時(shí)，過程可以包括首先在襯底11 的表面?zhèn)刃纬蓽喜蹐D案，并形成源電極17s和漏電極17d以填充該溝槽圖案。在此情況下， 形成電極材料膜，然后拋光電極材料膜以僅僅在溝槽圖案中留下電極材料膜，從而填充該 溝槽圖案并按該圖案形成源電極17s和漏電極17d。然后，形成半導(dǎo)體薄膜1，然后依次形 成柵極絕緣膜15和柵電極13。這些構(gòu)件的形成可以通過與制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1相同 的方法來完成?！幢∧ぐ雽?dǎo)體器件_7>圖11是示出了利用通過應(yīng)用本發(fā)明形成的半導(dǎo)體薄膜的薄膜半導(dǎo)體器件的第七 實(shí)例的構(gòu)造剖視圖。該圖中所示的薄膜半導(dǎo)體器件10-7是第五實(shí)例的底接觸-頂柵極 (BCTG)型薄膜晶體管的第二改進(jìn)實(shí)例，并且與第五實(shí)例的不同之處僅僅在于，構(gòu)成半導(dǎo)體 薄膜1的半導(dǎo)體層被形成為填充源電極17s和漏電極17d的圖案臺(tái)階，并具有平坦表面。此外，根據(jù)該實(shí)施例的上述薄膜半導(dǎo)體器件根據(jù)需要進(jìn)一步由層間絕緣膜和鈍化 膜覆蓋，并且在布線之后使用。在制造具有這樣的構(gòu)造的薄膜半導(dǎo)體器件10-7時(shí)，過程可以包括首先在襯底11 的表面?zhèn)刃纬稍措姌O17s和漏電極17d。然后，作為第一層的半導(dǎo)體層a被形成到填充源電 極17s和漏電極17d的圖案臺(tái)階的厚度。接著，中間層b和半導(dǎo)體層a'被形成作為上層， 以形成半導(dǎo)體薄膜1。接著，依次形成柵極絕緣膜15和柵電極13。這些構(gòu)件的形成可以通 過與制造薄膜半導(dǎo)體器件10-1相同的方法來完成?！达@示器件〉接著，將描述使用有機(jī)電致發(fā)光元件EL的有源矩陣型顯示器件，作為使用通過應(yīng) 用在上述實(shí)施例中描述的本發(fā)明的制造方法所獲得的薄膜半導(dǎo)體器件的顯示器件的實(shí)例。圖12是顯示器件30的電路框圖。如該圖所示，顯示區(qū)域Ila和外圍區(qū)域lib被設(shè)置在顯示器件30的襯底11上。在 顯示區(qū)域Ila中，多根掃描線31和多根信號(hào)線33以矩陣形式布置，以形成像素陣列部分， 其中，像素a對(duì)應(yīng)于掃描線和信號(hào)線的各個(gè)交叉處來設(shè)置。此外，在外圍區(qū)域lib中，布置 驅(qū)動(dòng)掃描線31的掃描線驅(qū)動(dòng)電路35和根據(jù)發(fā)光信息將視頻信號(hào)(即，輸入信號(hào))供應(yīng)到 信號(hào)線33的信號(hào)線驅(qū)動(dòng)電路37。設(shè)置在掃描線和信號(hào)線的各個(gè)交叉處的像素電路例如由用于開關(guān)的薄膜晶體管 Trl、用于驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管Tr2、存儲(chǔ)電容器Cs以及有機(jī)發(fā)光元件EL組成。此外，上述的 薄膜晶體管10-1到10-7被用作薄膜晶體管Trl和Tr2。此外，從相應(yīng)的信號(hào)線33經(jīng)由用于開關(guān)的薄膜晶體管Trl (通過掃描驅(qū)動(dòng)電路35 驅(qū)動(dòng))寫入的視頻信號(hào)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器Cs中，并且對(duì)應(yīng)于所存儲(chǔ)的信號(hào)的量的電流 被從用于驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管Tr2供應(yīng)到有機(jī)電致發(fā)光元件EL，導(dǎo)致從有機(jī)電致發(fā)光元件 EL以對(duì)應(yīng)于電流值的亮度發(fā)射光。此外，用于驅(qū)動(dòng)的薄膜晶體管Tr2被連接到共用電源線 (Vcc)39。此外，上述的像素電路構(gòu)造僅僅是實(shí)例，并且根據(jù)需要，電容器元件可以被設(shè)置在像素電路中，或者像素電路可以通過設(shè)置多個(gè)晶體管來構(gòu)造。此外，根據(jù)像素電路的變化所 需的驅(qū)動(dòng)電路被添加到外圍區(qū)域lib。作為具有上述電路構(gòu)造的顯示器件30中的一個(gè)像素的剖視圖，圖13是示出了薄 膜晶體管Tr2和Trl、電容器元件Cs和有機(jī)電致發(fā)光元件EL所層疊的部分的剖視圖。如該圖中所示，例如，圖4所示的底接觸-底柵極結(jié)構(gòu)薄膜晶體管(10-1)被設(shè)置 作為各個(gè)像素中的薄膜晶體管Tr2和Trl中的每一個(gè)。薄膜晶體管Trl的源電極17s通過設(shè)置在柵極絕緣膜15中設(shè)置的連接孔15a連 接到薄膜晶體管Tr2的柵電極13。此外，柵極絕緣膜15被夾在薄膜晶體管Tr2的柵電極 13的延伸部分和源電極17s的延伸部分之間，以形成電容器元件Cs。此外，如圖12的電路 圖中所示，薄膜晶體管Trl的柵電極13、薄膜晶體管Trl的漏電極17d和薄膜晶體管Tr2的 源電極17s被分別延伸到掃描線31、信號(hào)線33和電源線39。上述薄膜晶體管Trl和Tr2和電容器元件Cs隔著例如保護(hù)膜而由層間絕緣膜41 覆蓋。層間絕緣膜41優(yōu)選被構(gòu)造為平坦化膜。連接孔41a被設(shè)置在層間絕緣膜41中，從 而到達(dá)薄膜晶體管Tr2的漏電極17d。此外，有機(jī)電致發(fā)光膜EL在各個(gè)像素中被設(shè)置在層間絕緣膜41上，從而通過連接 孔41a連接到薄膜晶體管Tr2。有機(jī)電致發(fā)光元件EL由設(shè)置在層間絕緣膜41上的絕緣圖 案43分離開。有機(jī)電致發(fā)光元件EL包括設(shè)置在層間絕緣膜41上的像素電極45。像素電極45被 形成為用于各個(gè)像素的導(dǎo)電圖案，并且通過設(shè)置在層間絕緣膜41中的連接孔41a連接到薄膜 晶體管Tr2的漏電極17d。此像素電極45被用作例如陽極，并且被構(gòu)造成具有光反射性。此外，像素電極45的外圍由絕緣圖案43覆蓋，用于分離開有機(jī)電致發(fā)光元件EL。 絕緣圖案43具有開口窗口 43a，其寬范圍地暴露像素電極45，使得開口窗口 43a用作有機(jī) 電致發(fā)光元件EL的像素孔。絕緣圖案43通過應(yīng)用利用例如光敏樹脂的用于圖案化的光刻 方法來構(gòu)造。此外，有機(jī)層47以覆蓋從絕緣圖案43暴露的像素電極45的狀態(tài)設(shè)置。有機(jī)層47 具有包括至少有機(jī)發(fā)光層的多層結(jié)構(gòu)，并且通過如下來形成根據(jù)需要從陽極(在此，像素 電極45)側(cè)依次層疊空穴注入層、空穴運(yùn)輸層、有機(jī)發(fā)光層、電子傳輸層、電子注入層以及 其它的層。此外，對(duì)于在各個(gè)有機(jī)電致發(fā)光元件中發(fā)射的光的波長(zhǎng)，圖案化形成有機(jī)層47， 使得至少包括有機(jī)發(fā)光層的多個(gè)層具有用于相應(yīng)的像素的不同構(gòu)造。并且，具有相應(yīng)波長(zhǎng) 的像素可以具有公共層。此外，當(dāng)有機(jī)電致元件EL被構(gòu)造為微諧振器結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)從有機(jī) 電致發(fā)光元件El中的每一個(gè)提取的波長(zhǎng)而調(diào)節(jié)有機(jī)層47的厚度。公共電極49以覆蓋上述有機(jī)層47并將有機(jī)層47夾在像素電極45和公共電極49 之間的狀態(tài)設(shè)置。公共電極49是處于提取有機(jī)電致發(fā)光元件EL的有機(jī)發(fā)光層中發(fā)射的光 那一側(cè)的電極，并且由具有透光性的材料組成。在此，像素電極45也充當(dāng)陽極，因此公共電 極49利用充當(dāng)至少處于與有機(jī)層47接觸的一側(cè)上的陰極的材料來構(gòu)造。此外，當(dāng)有機(jī)電致 發(fā)光元件EL被構(gòu)造為諧振器結(jié)構(gòu)時(shí)，公共電極49被構(gòu)造為具有半透射性/半反射性。此 外，如圖12的電路圖中所示，公共電極49被設(shè)為GND。此外，有機(jī)層47被夾在上述像素電極45和公共電極49之間的各個(gè)像素部分用作 充當(dāng)有機(jī)電致發(fā)光元件EL的部分。
并且，雖然在圖中沒有示出，但是顯示器件30以如下狀態(tài)構(gòu)造形成有各個(gè)有機(jī) 電致發(fā)光元件EL的那一側(cè)用由透光材料組成的密封樹脂覆蓋，并且由透光材料組成的反 向襯底被隔著密封樹脂接合。在如上所構(gòu)造的顯示器件30中，利用具有良好晶體管特性的薄膜晶體管(10-1) 來構(gòu)造，因此像素電極可以被穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)，從而允許改善顯示特性的意圖。在此，在上面的實(shí)施例中描述了利用參考圖4所述的底接觸-底柵極結(jié)構(gòu)薄膜晶 體管10-1的顯示器件。但是，上述顯示器件可以采用上述薄膜晶體管10-2到10-7中的任 意一種來代替薄膜晶體管10-1，并可以獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。此外，在上述實(shí)施例中，利用有機(jī) 電致發(fā)光元件EL的有源矩陣型顯示器件被舉例作為具有薄膜晶體管的顯示器件的實(shí)例。 但是，本發(fā)明的顯示器件可以廣泛地適用于具有薄膜晶體管的顯示器件，并且可以被應(yīng)用 于例如液晶顯示器和電泳顯示器?！措娮釉O(shè)備〉根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子設(shè)備可以廣泛地適用于具有上述的薄膜晶體管10-1 到10-7中的任意一種、連接到薄膜晶體管的導(dǎo)電圖案的各種電子設(shè)備。例如，該電子設(shè)備 可以應(yīng)用于諸如ID標(biāo)簽、傳感器等的電子設(shè)備，并且可以獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。而且，根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例的電子設(shè)備可以廣泛地適用于具有上述的顯示器件的各種電子設(shè)備。該電子設(shè) 備可以被應(yīng)用于任何領(lǐng)域的具有顯示器件的電子設(shè)備，其中，輸入到電子設(shè)備的視頻信號(hào) 或在電子設(shè)備中產(chǎn)生的視頻信號(hào)以圖像或圖片被顯示，所述電子設(shè)備例如為電子紙、數(shù)字 照相機(jī)、筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)、諸如移動(dòng)電話的便攜式終端裝置、攝像機(jī)等。實(shí)例 半導(dǎo)體薄膜的制備-1》聚(α-甲基苯乙烯)TIPS并五苯被用作有機(jī)半導(dǎo)體材料，聚(α-甲基苯乙烯)(PaMS)被用作不同的有 機(jī)材料，并且這些材料被混合和溶解在1，3，5_三甲基苯中，以制備溶液。此外，TIPS并五 苯被用作共軛低分子有機(jī)半導(dǎo)體材料。并且，PaMS被用作高分子絕緣材料。在此，作為PaMS (其為高分子絕緣材料)，使用具有下面的表1的〈樣品1到5>中 所示的各個(gè)分子量的PaMS，并且以TIPS并五苯PaMS = 1:1的混合比制備溶液。[表1]PaMS的分子量
MnMwMw/Mn<樣品1>196022001. 12<樣品2>27600282001. 02<樣品3>58000591001. 02<樣品4>1060001080001. 02<樣品5>8070008680001. 08
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而且，如表1所示，使用了具有窄分子量分布的PaMS，其中，數(shù)均分子量(Mn)和重 均分子量(Mw)的值彼此接近，并且重均分子量(Mw)/數(shù)均分子量(Mn)為約1.接著，通過旋涂將所制備的溶液涂覆到襯底上以形成涂層膜，所述襯底被構(gòu)造成 具有包含由交聯(lián)PVP (聚乙烯基苯酚)作為主要組分所組成的有機(jī)絕緣膜的表面。所形成 的涂層膜在60°c下、在氮?dú)夥罩懈稍?小時(shí)，以獲得半導(dǎo)體薄膜?！催w移率〉對(duì)于所得的半導(dǎo)體薄膜中的每一個(gè)測(cè)量遷移率。圖14示出了 PaMS的分子量(Mw) 與對(duì)于所得的半導(dǎo)體薄膜所測(cè)量的遷移率之間的關(guān)系。如圖14的圖線所示的，所使用的高 分子(PaMS)的分子量越高，遷移率越高。這與如利用圖2所述的如下結(jié)果充分一致混合 Gibbs能(AGm)隨著高分子(PaMS)的分子量增大而增大。此外，從圖14確定了通過將具 有5000或更大、優(yōu)選為20000或更大的分子量的高分子(PaMS)與半導(dǎo)體材料混合，可以獲 得具有足夠高的遷移率的半導(dǎo)體薄膜。〈濃度分布〉通過TOF-SIMS對(duì)所得的半導(dǎo)體薄膜中的每一個(gè)測(cè)量沿厚度方向的濃度分布。結(jié) 果被示于圖15。此外，在圖15中，CN和0是構(gòu)成襯底的表面的有機(jī)絕緣膜的組分。圖15(1)示出了利用具有20000或更大的分子量的PaMS(Mw = 108,000, Mn = 106, 000)制備的〈樣品4>的半導(dǎo)體薄膜的濃度分布曲線。如圖所示，在兩個(gè)分離的位置檢 測(cè)到TIPS并五苯中所包含的Si的峰，所述兩個(gè)分離的位置包括靠近表面的位置和靠近與 絕緣層(襯底)的界面的位置。這證明了在上述涂層溶液的干燥過程中，作為有機(jī)半導(dǎo)體 材料的TIPS并五苯和作為有機(jī)絕緣材料的PaMS發(fā)生了相分離，從而得到具有多層結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體薄膜1，其中，由PaMS作為主要組分所組成的中間層b被夾在由含Si的TIPS并五苯 所組成的半導(dǎo)體層a和a'之間，如圖1所示。另一方面，圖15(2)示出了利用具有20000或更小的分子量的PaMS(Mw = 2，200， Mn = 1960)制備的 < 樣品1>的半導(dǎo)體薄膜的濃度分布曲線。如圖所示，TIPS并五苯中所 包含的Si被稍微地局域化在表面上，但是在絕緣層(襯底)的檢測(cè)到高濃度的CN和0的 表面?zhèn)缺换揪鶆虻貦z測(cè)到。這證明了在上述涂層溶液的干燥過程中，作為有機(jī)半導(dǎo)體材 料的TIPS并五苯和作為有機(jī)絕緣材料的PaMS沒有發(fā)生相分離，從而僅僅得到具有單層結(jié) 構(gòu)的薄膜，其中，各組分基本均勻地混合在薄膜中。<x-射線衍射譜〉對(duì)于所得的半導(dǎo)體薄膜中的每一個(gè)測(cè)量χ-射線衍射譜。結(jié)果如圖16所示。圖16(1)示出了利用具有20000或更大的分子量的PaMS(Mw = 108,000, Mn = 106, 000)制備的〈樣品4>的半導(dǎo)體薄膜的譜圖。圖16(2)示出了利用具有5000或更小的 分子量的PaMS (Mw = 2，200,Mn = 1，960)制備的 < 樣品1>的半導(dǎo)體薄膜的χ-射線衍射譜圖。此外，圖6(3)示出了作為〈對(duì)比例1>的半導(dǎo)體薄膜的譜圖，所述作為〈對(duì)比例1> 的半導(dǎo)體薄膜利用通過僅僅將TIPS并五苯(有機(jī)半導(dǎo)體材料)溶解在1，3，5_三甲基苯中 而不使用有機(jī)絕緣材料所制備的溶液，根據(jù)相同的過程來形成。如圖16(1)所示，經(jīng)歷了作為有機(jī)半導(dǎo)體材料的TIPS并五苯和作為有機(jī)絕緣材料 的PaMS的相分離的 < 樣品4>的半導(dǎo)體薄膜表現(xiàn)出與圖16(3)中所示的具有僅僅由TIPS并五苯組成的單層結(jié)構(gòu)的〈對(duì)比例1>相同的衍射圖譜。這確定了在經(jīng)歷了相分離的〈樣 品4>的半導(dǎo)體薄膜中，TIPS并五苯在半導(dǎo)體層a和a'中的排列狀態(tài)與由TIPS并五苯組 成的并被形成為對(duì)比例1的單層結(jié)構(gòu)中的狀態(tài)保持相同。相反，如圖16(2)所示，在具有TIPS并五苯和PaMS基本均勻混合的單層結(jié)構(gòu)的< 樣品1>的半導(dǎo)體薄膜的X-射線衍射譜中沒有出現(xiàn)峰，并且表明TIPS并五苯不能在薄膜中 取向，從而導(dǎo)致無序的分子排列。在此，除了上述的 < 樣品1>到 < 樣品4>之外，利用具有大的數(shù)均分子量(Mn)和 重均分子量(Mw)的差異的PaMS (Mn = 500,Mw = 15，000)，即具有寬的分子量分布的PaMS， 形成同樣的膜。所得膜的遷移率的測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)出極小的遷移率。從此結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選地， 使用沒有分子量為2000或更小的分子的高分子材料。 半導(dǎo)體薄膜的制備_2>> 聚苯乙烯TIPS并五苯被用作有機(jī)半導(dǎo)體材料，聚苯乙烯(PS)被用作不同的有機(jī)材料，并且 這些材料被混合和溶解在1，3，5_三甲基苯中，以制備溶液。此外，TIPS并五苯被用作共軛 低分子有機(jī)半導(dǎo)體材料。并且，PS被用作高分子絕緣材料。在此，作為PS (其為高分子絕緣材料)，使用具有下面的表2的 < 樣品6到11>中 所示的各個(gè)分子量的PS，并且以TIPS并五苯PS=I 1的混合比制備溶液。[表 2]PS的分子量 同樣，如表2所示，使用了具有窄分子量分布的PS，其中，數(shù)均分子量(Mn)和重均 分子量(Mw)的值彼此接近，并且重均分子量(Mw)/數(shù)均分子量(Mn)為約1.接著，通過旋涂將所制備的溶液涂覆到襯底上以形成涂層膜，所述襯底被構(gòu)造成 具有包含由交聯(lián)PVP (聚乙烯基苯酚)作為主要組分所組成的有機(jī)絕緣膜的表面。所形成 的涂層膜在60°C下、在氮?dú)夥罩懈稍?小時(shí)，以獲得半導(dǎo)體薄膜。<遷移率>對(duì)于所得的半導(dǎo)體薄膜中的每一個(gè)測(cè)量遷移率。圖17示出了 PS的分子量(Mw) 20與對(duì)于所得的半導(dǎo)體薄膜所測(cè)量的遷移率之間的關(guān)系。如圖17的圖線所示的，所使用的高 分子(PS)的分子量越高，遷移率越高。這與如利用圖2所述的如下結(jié)果很好地一致混合 Gibbs能(AGm)隨著高分子(PS)的分子量增大而增大。此外，從圖17證明了通過將具有 5000或更大、優(yōu)選為20000或更大的分子量的高分子(PS)與半導(dǎo)體材料混合，可以獲得具 有足夠高的遷移率的半導(dǎo)體薄膜。 半導(dǎo)體薄膜的制備_3>> 環(huán)烯烴共聚物圖1所示的半導(dǎo)體薄膜按如下來形成首先，將TIPS并五苯(有機(jī)半導(dǎo)體材料) 和環(huán)烯烴共聚物(有機(jī)絕緣材料)混合和溶解在1，3，5_三甲基苯中，以制備溶液。重量混 合比為1 1。接著，通過旋涂將所制備的溶液涂覆到襯底上以形成涂層膜，所述襯底具有 由交聯(lián)PVP (聚乙烯基苯酚)作為主要組分所組成的有機(jī)絕緣膜。所形成的涂層膜在60°C 下、在氮?dú)夥罩懈稍?小時(shí)，以獲得薄膜?！礉舛确植肌低ㄟ^TOF-SIMS對(duì)所得薄膜測(cè)量沿厚度方向的濃度分布。結(jié)果被示于圖18。如圖 所示，在兩個(gè)分離的位置檢測(cè)到TIPS并五苯中所包含的Si的峰，所述兩個(gè)分離的位置包括 靠近表面的位置和靠近與絕緣層(襯底)的界面的位置。這證明了在上述涂層溶液的干燥 過程中，作為有機(jī)半導(dǎo)體材料的TIPS并五苯和作為有機(jī)絕緣材料的環(huán)烯烴共聚物發(fā)生了 相分離，從而得到具有多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1，其中，由環(huán)烯烴共聚物所組成的中間層b 被夾在由含Si的TIPS并五苯所組成的半導(dǎo)體層a和a'之間，如圖1所示。并且，由與利用PaMS的上述半導(dǎo)體薄膜的比較證明了，在涂層膜中在有機(jī)半導(dǎo)體 材料和有機(jī)絕緣材料之間的相分離不限于將諸如PaMS的芳香烴化合物用作有機(jī)絕緣材料 的情形，并且利用不具有芳香環(huán)的烯烴高分子材料也發(fā)生相分離。 對(duì)比例2的膜的制備》聚甲基丙烯酸異丁酯<對(duì)比例2>的膜按如下來形成首先，將作為低分子有機(jī)半導(dǎo)體材料的TIPS并五 苯和作為高分子絕緣材料的聚甲基丙烯酸異丁酯(Mw = 300，000,Mn = 140，000)混合和溶 解在1，3，5_三甲基苯中，以制備溶液。重量混合比為1 1。接著，通過旋涂將所制備的溶 液涂覆到襯底上以形成涂層膜，所述襯底具有由交聯(lián)PVP(聚乙烯基苯酚)作為主要組分所 組成的有機(jī)絕緣膜。所形成的涂層膜在60°C下、在氮?dú)夥罩懈稍?小時(shí)，以獲得 < 對(duì)比例 2>的膜?！礉舛确植肌低ㄟ^TOF-SIMS對(duì)所得對(duì)比膜測(cè)量沿厚度方向的濃度分布。結(jié)果被示于圖19。如 圖所示，在絕緣層(襯底)的檢測(cè)到高濃度的CN和0的表面?zhèn)缺换揪鶆虻貦z測(cè)到TIPS 并五苯中所包含的Si峰。這表明，在上述的涂層溶液的干燥過程中，在此形成的 < 對(duì)比例 2>的膜沒有產(chǎn)生作為有機(jī)半導(dǎo)體材料的TIPS并五苯和作為有機(jī)絕緣材料的聚甲基丙烯酸 異丁酯之間的相分離，從而形成單層結(jié)構(gòu)。由Flory-Huggins理論確定該系統(tǒng)的混合Gibbs能(Δ Gm)為Δ Gm < 0。就是說， 混溶與相分離相比在能量上是更有利的，因此，不像使用PaMS等那樣，并不發(fā)生相分離。因 此，作為半導(dǎo)體分子的TIPS并五苯被認(rèn)為是沒有取向的，并且不能獲得足夠的遷移率。在 實(shí)際的χ-射線衍射分析中，沒有獲得像TIPS并五苯取向那樣的衍射圖案。 薄膜半導(dǎo)體器件的制備>>
21
通過分別利用具有相應(yīng)分子量的PaMS形成 < 樣品1>和 < 樣品4>的半導(dǎo)體薄膜， 如下所述地形成利用圖4所描述的底接觸-底柵極(BCBG)型薄膜晶體管。首先，3英寸硅晶片被用作公共柵電極13，包括有機(jī)絕緣膜的柵極絕緣膜15被形 成在柵電極13上，源電極17s和漏電極17d的87個(gè)或更多個(gè)圖案被形成在柵極絕緣膜15 上。接著，上述樣品1的半導(dǎo)體薄膜和樣品4的半導(dǎo)體薄膜中的每一個(gè)被形成在柵極絕緣 膜15 (源電極17s和漏電極17d被形成于其上)上。結(jié)果，得到圖4所示的底接觸-底柵 極型薄膜晶體管。<器件的評(píng)價(jià)-1>對(duì)于如 < 樣品1>和 < 樣品4>中所形成的上述薄膜晶體管測(cè)量在氮?dú)夥罩须S加熱 溫度的遷移率變化。結(jié)果被示于圖20中。如圖所示，在如〈樣品4>中所獲得的薄膜晶體管 中，0. 2cm2/Vs的初始遷移率由于加熱而下降，但是即使加熱到180°C也維持在約0. 08cm2/ Vs。相反，在如 < 樣品1>中所獲得的薄膜晶體管中，0. 09cm2/Vs的初始遷移率由于加熱而 下降，并在180°C下降低到6Xl(T4Cm7VS。因此，發(fā)現(xiàn)與如 < 樣品1>中所獲得的薄膜晶體管相比，在如 < 樣品4>中通過應(yīng)用 本發(fā)明所獲得的薄膜晶體管中，初始遷移率高，并且即使在加熱到180°C的狀態(tài)下，遷移率 降低也被抑制到較低程度。因此，確認(rèn)了當(dāng)通過應(yīng)用本發(fā)明形成多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜1時(shí)，可以獲得由于 受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率降低導(dǎo)致的特性劣化可以被抑制的半導(dǎo)體薄膜和薄 膜半導(dǎo)體器件，從而改善了耐熱性。此外，可想到這樣的抑制遷移率劣化的因素是多層結(jié)構(gòu)抑制了加熱導(dǎo)致的半導(dǎo)體 薄膜的膨脹。由加熱導(dǎo)致的膨脹/收縮被認(rèn)為是由加熱導(dǎo)致的物理變化之一。薄膜晶體管 可以被認(rèn)為具有由不同有機(jī)材料層疊的結(jié)構(gòu)，并且這些層具有不同的熱膨脹系數(shù)，從而導(dǎo) 致在加熱時(shí)在層之間導(dǎo)致應(yīng)力的可能性。例如，已知的是，具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬M(fèi)a 和金屬M(fèi)b的疊層在室溫下是平坦的，但是在高溫下彎曲。這是由上下層的膨脹系數(shù)之間的 差異導(dǎo)致的現(xiàn)象。但是，這樣的彎曲可以通過Ma-Mb-Ma的三明治結(jié)構(gòu)來避免。這可能是由 于如下的事實(shí)雖然在金屬M(fèi)a和Mb之間由于熱膨脹發(fā)生應(yīng)力，但是當(dāng)將三明治結(jié)構(gòu)看作一 塊板時(shí)，該結(jié)構(gòu)減小了上下層之間由于熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力。并且，當(dāng)通過涂層形成半導(dǎo)體薄膜時(shí)，已知的是，薄膜晶體管的特性性能很大程度 上依賴于溶劑干燥步驟。例如，已經(jīng)報(bào)導(dǎo)了可以利用具有較高沸點(diǎn)的涂層溶劑獲得具有高 遷移率的薄膜晶體管(參考"Chem. Mater. “，16 (23)，2004，ρ· 4772-4776)。這可能是由 于如下的事實(shí)使用具有較高沸點(diǎn)的涂層溶劑降低了干燥步驟中涂層溶劑的干燥速率。此外，業(yè)已通過目測(cè)觀察確定了 當(dāng)如在上述的 < 樣品1>和 < 樣品4>中一樣，相 同的涂層溶劑(1，3，5_三甲基苯)被用于形成半導(dǎo)體薄膜時(shí)，在〈樣品4>的涂層膜的干燥 步驟中涂層溶劑的干燥速率降低。這可能是由于如下的事實(shí)通過混合作為高分子材料的 聚(α -甲基苯乙烯)(Mw = 108，000, Mn = 106，000)(其分子量大大高于作為有機(jī)半導(dǎo)體 材料的TIPS并五苯(有機(jī)半導(dǎo)體材料)的分子量)，限制了涂層溶劑的蒸發(fā)，導(dǎo)致干燥速率 降低。并且，這樣的干燥速率的降低被認(rèn)為有益于形成具有更高遷移率的薄膜晶體管。<器件的評(píng)價(jià)_2>利用如 < 樣品1>和 < 樣品4>中所形成的多個(gè)上述薄膜晶體管的87個(gè)薄膜晶體
22管，測(cè)量導(dǎo)通電流的變化。結(jié)果，如 < 樣品4>中所形成的薄膜晶體管的導(dǎo)通電流的變化為 11. 3%。另一方面，如 < 樣品1>中所形成的薄膜晶體管的導(dǎo)通電流的變化為54. %。因此，在通過應(yīng)用旋涂方法形成半導(dǎo)體薄膜時(shí)，通過利用自發(fā)相分離形成具有多 層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，證明了如下的效果導(dǎo)通電流的變化被抑制到利用單一有機(jī)半導(dǎo)體 材料形成半導(dǎo)體薄膜的情形的約1/5。<器件的評(píng)價(jià)_3>利用如 < 樣品1>和 < 樣品4>中所形成的多個(gè)上述薄膜晶體管的87個(gè)薄膜晶體 管，測(cè)量柵極電壓Vg-漏極電流Id特性。結(jié)果被示于圖21。該結(jié)果證明了如〈樣品4>中 所形成的薄膜晶體管的特性變化小于如 < 樣品1>中所形成的薄膜晶體管的特性變化。上述 < 器件的評(píng)價(jià)_2>和 < 器件的評(píng)價(jià)_3>的結(jié)果證明了，通過混合作為高分子 材料的聚(α “甲基苯乙烯)(Mw = 108，000, Mn = 106，000)(其分子量充分高于作為有機(jī) 半導(dǎo)體材料的TIPS并五苯(有機(jī)半導(dǎo)體材料)的分子量)，可以賦予涂層溶液一定程度的 粘度，從而提高了可涂性，并且防止了在干燥涂層膜的步驟中的進(jìn)一步團(tuán)聚，從而形成具有 面內(nèi)均勻性的半導(dǎo)體薄膜。
權(quán)利要求
一種用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，包括通過在襯底上涂覆或印刷溶液而形成薄膜，所述溶液是通過混合包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種有機(jī)材料所制備的；以及在用于干燥所述薄膜的過程中使得所述多種有機(jī)材料發(fā)生相分離，以形成多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜包括由所述有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體層。
2.如權(quán)利要求1所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，通過所述相分離形成包括 至少兩個(gè)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體薄膜。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，有機(jī)絕緣材料被用作所 述多種有機(jī)材料中的一種。
4.如權(quán)利要求3所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，通過所述相分離形成包括 中間層的半導(dǎo)體薄膜，其中，所述中間層由所述有機(jī)絕緣材料組成，并且被夾在所述兩個(gè)半 導(dǎo)體層中間。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，同一種半導(dǎo) 體材料通過所述相分離被分成兩個(gè)層，以形成由該同一種材料組成的所述兩個(gè)半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，利用有機(jī)半導(dǎo)體材料和高分子絕緣材料作為所述多種有機(jī)材料來形成所述薄膜，并且 使所述有機(jī)半導(dǎo)體材料和所述高分子絕緣材料發(fā)生相分離。
7.如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，利用多晶的或結(jié)晶的有機(jī)半導(dǎo)體材料和非晶的高分子絕緣材料作為所述多種有機(jī)材 料來形成所述薄膜，并且使所述有機(jī)半導(dǎo)體材料和所述高分子絕緣材料發(fā)生相分離。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，通過調(diào)節(jié)所 述有機(jī)材料中的高分子材料的分子量，使得所述多種有機(jī)材料發(fā)生相分離。
9.如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，所述多種有 機(jī)材料的混合Gibbs能表現(xiàn)為正值。
10.如權(quán)利要求9所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，當(dāng)所述多層結(jié)構(gòu)由高分子 材料和低分子材料構(gòu)成時(shí)，從由等式(1)表示的根據(jù)Flory-Huggins理論的包含高分子材 料的材料系統(tǒng)的混合Gibbs能(AGm)所提取的函數(shù)滿足下面的等式(2)AGm = kNTT ( χ 12 Φ ！ Φ 2) +kNTT ( Φ Jn Φ ^ Φ 2/x · In Φ 2). . . (1)[(χ12φ1φ2) + (φ11ηφ1+φ2/χ · 1ηΦ2)] > 0· · · (2)k. . . Boltzmann 常數(shù)Ντ. · ·格子點(diǎn)的總數(shù)(Ντ = N^xN2)其中N1...低分子量分子的數(shù)量N2...高分子量分子的數(shù)量χ. · ·高分子量單元的數(shù)量T...絕對(duì)溫度(K)χ 12...相互作用參數(shù)(Flory χ參數(shù))
11.如權(quán)利要求9所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，當(dāng)所述多層結(jié)構(gòu)由多種類 型的高分子材料構(gòu)成時(shí)，從由等式(3)表示的根據(jù)Flory-Huggins理論的高分子材料-高 分子材料系統(tǒng)的混合Gibbs能(AGm)所提取的函數(shù)滿足下面的等式(4)AGm = kNTT ( χ 12 Φ ！ Φ 2) +kNTT ( Φ ^x1 · In Φ ^ Φ 2/χ2 · In Φ 2)…(3)[(χ 12 φ i φ2) + ( φ /X1 · In Φ !+Φ2/χ2 · In Φ2) ] > 0· · · (4)k. . . Boltzmann 常數(shù)Ντ. · ·格子點(diǎn)的總數(shù)(Ντ = N^xN2)其中N1...高分子量分子1的數(shù)量N2...高分子量分子2的數(shù)量X1. · ·高分子量分子1的單元的數(shù)量X2. · ·高分子量分子2的單元的數(shù)量T...絕對(duì)溫度(K)X 12...相互作用參數(shù)(Flory χ參數(shù)) Φ ” · · X1VNt Φ2. . . χ2Ν2/Ντ。
12.如權(quán)利要求1-11中任意一項(xiàng)所述的薄膜半導(dǎo)體器件，其中，在由下面的等式(1)或 (3)表示的混合Gibbs能(AGm)被確定為由等式(5)所表示的Φ的方程的形式時(shí)，構(gòu)成所 述多層結(jié)構(gòu)的多種材料具有兩個(gè)最小值點(diǎn)AGm = kNTT ( χ 12 Φ ！ Φ 2) +kNTT ( Φ Jn Φ ^ Φ 2/x · In Φ 2). . . (1)Δ Gm = kNTT ( χ 12 Φ ! Φ 2) +kNTT ( Φ ^x1 · In Φ ^ Φ 2/χ2 · In Φ 2)…(3)φ = φ2/(φ1+φ2). . . (5)k. . . Boltzmann 常數(shù)Ντ. · ·格子點(diǎn)的總數(shù)(Ντ = N^xN2)其中N1...低分子量分子的數(shù)量N2...高分子量分子的數(shù)量χ. · ·高分子量單元的數(shù)量T...絕對(duì)溫度(K)χ 12...相互作用參數(shù)(Flory χ參數(shù))Φ ” · · N1ZNt Φ2· · · χΝ2/Ντ。
13.如權(quán)利要求1-12中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，數(shù)均分子 量和重均分子量為5，000或更大的高分子材料與所述有機(jī)半導(dǎo)體材料一起被用作所述多 種有機(jī)材料。
14.如權(quán)利要求13所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，所述高分子材料是聚 (α -甲基苯乙烯)，聚苯乙烯或環(huán)烯烴共聚物。
15.如權(quán)利要求1-14中任意一項(xiàng)所述的用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其中，所述有機(jī) 半導(dǎo)體材料是并苯材料。
16.一種用于制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法，包括如下步驟通過在襯底上涂覆或印刷溶液而形成薄膜，所述溶液是通過混合包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種有機(jī)材料所制備的；以及在用于干燥所述薄膜的過程中使得所述多種有機(jī)材料發(fā)生相分離，以形成多層結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體薄膜，所述多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜包括由所述有機(jī)半導(dǎo)體材料組成的半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明涉及形成半導(dǎo)體薄膜的方法和制造薄膜半導(dǎo)體器件的方法，提供一種用于形成半導(dǎo)體薄膜的方法，其能抑制由于受熱導(dǎo)致的遷移率降低和由于遷移率降低導(dǎo)致的特性劣化，并且能夠通過更簡(jiǎn)單的工藝形成具有改善的耐熱性的半導(dǎo)體薄膜。在襯底上涂覆或印刷通過混合包括有機(jī)半導(dǎo)體材料在內(nèi)的多種有機(jī)材料所制備的溶液以形成薄膜，并且通過干燥薄膜的過程使得所述多種有機(jī)材料發(fā)生相分離。結(jié)果，獲得多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜，其中，由有機(jī)絕緣材料組成的中間層被夾在兩個(gè)半導(dǎo)體層中間。
文檔編號(hào)H01L21/368GK101903993SQ20088012220
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者君島美樹, 大江貴裕 申請(qǐng)人:索尼公司