半導体装置の製造方法、および半導体装置、ならびに絶縁膜の形成方法
【課題】表面ラフネスを小さく抑えたゲート絶縁膜上に有機半導体材料からなる膜質の良好なチャネル層を形成することが可能で、半導体装置の高性能化を図ることが可能な製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上にゲート電極３を形成する。一定方向に配向させた絶縁性配向膜５を、ゲート電極３を覆う状態で基板１上に形成する。絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を形成し、絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を積層してなるゲート絶縁膜９を形成する。ゲート絶縁膜９上にソース／ドレイン電極１１を形成する。ソース／ドレイン電極１１を覆う状態でゲート絶縁膜９上に有機半導体材料からなるチャネル層１５を形成する。
【解決手段】基板１上にゲート電極３を形成する。一定方向に配向させた絶縁性配向膜５を、ゲート電極３を覆う状態で基板１上に形成する。絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を形成し、絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を積層してなるゲート絶縁膜９を形成する。ゲート絶縁膜９上にソース／ドレイン電極１１を形成する。ソース／ドレイン電極１１を覆う状態でゲート絶縁膜９上に有機半導体材料からなるチャネル層１５を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体を利用した半導体装置に好適な半導体装置の製造方法および半導体装置、さらにはこの半導体装置のゲート絶縁膜として好適な絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（thin film transistor）は、電子回路、特にはアクティブマトリックス型のフラットパネルディスプレイにおける画素トランジスタとして広く用いられている。
【０００３】
現在、大部分の薄膜トランジスタは、半導体層（活性層）としてアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンを用いるＳｉ系無機半導体トランジスタである。これらの製造は、半導体層の形成に化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）などの真空処理室を必要とする成膜方法を用いるため、プロセスコストが高い。また、高温での熱処理が必要であることから、基板に耐熱性が要求される。
【０００４】
これに対して、有機半導体を利用した有機薄膜トランジスタは、活性層となる半導体薄膜を低温で塗布成膜することが可能である。このため、低コスト化に有利であると共に、プラスチック等の耐熱性はないがフレキシブルな基板上への形成も可能である。また、ゲート絶縁膜として有機絶縁膜を用いる構成も提案されており、これによりさらなる低コスト化が可能となる。
【０００５】
ここで、有機半導体を利用した薄膜トランジスタの製造工程として、以下の手順が例示される。先ず、基板上にゲート電極を形成した後、このゲート電極を覆う状態でゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜の形成は、塗布法、スパッタ法、浸漬法などによって行われる。次に、ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成し、これらを覆う状態で有機半導体薄膜をチャネル層として塗布成膜する。
【０００６】
また、上記ゲート絶縁膜として用いられる有機絶縁膜の形成工程としては、以下の手順が例示される。先ず、ポリマー材料（ポリビニルフェノール：ＰＶＰ）と架橋剤［poly（melamine-co-formaldehyde）methylated］とを有機溶剤（propylene glycol monomethyl ether acetate：ＰＧＭＥＡ）中に混合させる。この際、ポリマー材料１１ｗｔ％，架橋剤４ｗｔ％を、有機溶剤中に混合させる。その後、さらに酸化チタン（ＴｉＯ2）からなるナノパーティクルを分散させ、塗布溶媒を調合する。次に、調合した塗布溶媒を基板上に回転塗布した後、加熱により有機溶剤を除去すると共に、ポリマー材料を架橋させる（以上、下記非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、２００４年１０月１１日、第８５巻、第１５号、ｐ３２９５−３２９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したような有機半導体を用いてチャネル層が構成された半導体装置においては、チャネル層の膜質が下地の表面ラフネスに大きく依存する。つまり、上述したボトムゲート型の半導体装置においては、チャネル層の下地はゲート絶縁膜およびソース／ドレイン電極で構成される。このため、ゲート絶縁膜およびソース／ドレイン電極の表面ラフネスにより、チャネル層の膜質が左右されることになる。
【０００９】
例えば、スピンコート法によって有機半導体材料からなるチャネル層を形成する場合、表面ラフネスが大きなゲート絶縁膜上においては、溶媒を蒸発させる工程で有機半導体の核成長が均一に進み難くなる。したがって、キャリア移動度の低い有機半導体層がチャネル層として形成される。これは、有機半導体を用いた半導体装置の高性能化を妨げる要因となる。
【００１０】
そこで本発明は、表面ラフネスを小さく抑えたゲート絶縁膜上に有機半導体を用いた膜質の良好なチャネル層を形成することが可能で、これにより高性能化を図ることが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供すること、また表面ラフネスを小さく抑えることが可能な絶縁膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するための本発明は、有機半導体を用いたチャネル層を有する半導体装置の製造方法であり、次の工程を行うことを特徴としている。
【００１２】
第１の製造方法では、先ず始めの工程で、基板上にゲート電極を形成する。そして、次の工程においては、一定方向に配向させた絶縁性配向膜をゲート電極を覆う状態で基板上に形成した後、この絶縁性配向膜上に絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、例えば有機絶縁膜または自己組織化膜として形成する。これにより、絶縁性配向膜上に絶縁膜を積層してなるゲート絶縁膜を形成する。その後の工程では、このゲート絶縁膜上に、ソース／ドレイン電極を形成する。そして次の工程では、ソース／ドレイン電極を覆う状態でゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層を形成する。
【００１３】
このような第１の製造方法によれば、絶縁性配向膜上に形成される絶縁膜がゲート絶縁膜の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜の表面層を構成する絶縁膜は、下地の絶縁性配向膜の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。これにより、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層が形成されることになる。したがって、ゲート絶縁膜の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層が形成される。
【００１４】
また、第２の製造方法では、先ず始めの工程で、一定方向に配向させた配向膜を転写基板上に形成した後、この配向膜上にゲート絶縁膜を形成する。その一方、素子基板上にゲート電極を形成する。そして次の工程においては、転写基板上に形成したゲート絶縁膜を、ゲート電極を覆う状態で素子基板上に転写する。その後の工程では、第１の製造方法と同様に、ゲート絶縁膜上に、ソース／ドレイン電極を形成し、さらにソース／ドレイン電極を覆う状態で、ゲート絶縁膜上に有機半導体からなるチャネル層を形成する。
【００１５】
このような第２の製造方法によれば、配向膜を介して転写基板上に形成したゲート絶縁膜が、転写基板上から素子基板側に転写される。このため、素子基板側に転写形成されたゲート絶縁膜は、配向膜の表面形状に追従した表面形状となる。これにより、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層が形成されることになる。このため、第１の方法と同様に、ゲート絶縁膜の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層が形成される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜が形成可能であるため、この上部に膜質の良好な有機半導体を用いたチャネル層を形成することができる。この結果、チャネル部におけるキャリアの移動度を高めることができ、半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した各実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下においては、本発明の半導体装置の製造方法および絶縁膜の形成方法を、薄膜トランジスタの作製に適用した各実施形態を説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図であり、この図に基づいて第１実施形態を説明する。
【００１９】
先ず図１（１）に示すように、基板１を用意し、この上部にゲート電極３を形成する。この基板１は、ポリイミド、ポリカーボネートなどのプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などを用いる。そして、基板１上へのゲート電極３の形成は、例えばマスクを用いた蒸着法により、金（Ａｕ）、導電性高分子、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性物質、またはこれらを組み合わせた材料をパターン成膜することにより行う。尚、ゲート電極３の形成方法は、蒸着法以外にも、リフトオフ法、シャドウマスク法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等で形成しても良い。
【００２０】
次に、ゲート電極３が形成された基板１上に、このゲート電極３を覆う状態で絶縁性配向膜５を形成する。この絶縁性配向膜５は、例えばポリイミド、ポリメチルメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる。このような絶縁性配向膜５の形成は、先ず、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコールを溶媒中に溶解させた溶液を基板１上に回転塗布し、次に塗布した材料膜に対してラビング法による配向処理を行い、その後、加熱硬化させることによって行う。
【００２１】
尚、絶縁性配向膜５の形成は、このようなラビング法による配向処理に限定されることはなく、光を照射することで配向性能が得られる材料を用いて行っても良い。また、斜方蒸着法によって、酸化シリコンなどの無機絶縁材料からなる絶縁性配向膜５を形成しても良い。
【００２２】
また、この絶縁性配向膜５は、下地を構成する基板１およびゲート電極３との密着性が良好な材料が選択して用いられることとする。例えば、基板１がガラス基板からなり、ゲート電極３が金（Ａｕ）からなる場合には、絶縁性配向膜５として例えばポリイミドを用いる。
【００２３】
次に、図１（２）に示すように、絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を成膜し、絶縁性配向膜５と絶縁膜７とからなるゲート絶縁膜９を形成する。この絶縁膜７は、回転塗布法、スパッタ法、ＣＶＤ法、浸漬法、キャスティング法等により形成する。また絶縁膜７の材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらには他の低分子系の有機絶縁膜、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、金属酸化物高誘電絶縁膜等、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００２４】
尚、この絶縁膜７は、下地である絶縁性配向膜５との密着性が良好な材料で、かつこの絶縁膜７によって構成されるゲート絶縁膜９として所望の特性が得られる材料を用いて構成されることとする。例えば絶縁性配向膜５が上述したポリイミドからなる場合、絶縁膜７として同様にポリイミドを用いることにより、絶縁性配向膜５との密着性が確実になる。ただし、絶縁膜７としてポリイミドを用いた場合、この絶縁膜７によってゲート絶縁膜９としての特性を確保することを目的として、絶縁性配向膜５を構成するポリイミドとは異なる組成とする。
【００２５】
次に、図１（３）に示すように、ゲート絶縁膜９上に、ソース／ドレイン電極１１を形成する。ソース／ドレイン電極１１の形成は、例えばマスクを用いた蒸着法により、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、導電性高分子等の導電性物質、またはこれらを組み合わせた材料をパターン成膜することにより行う。尚、ソース／ドレイン電極１１の形成方法は、蒸着法以外にも、リフトオフ法、シャドウマスク法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等で形成しても良い。
【００２６】
次で、図１（４）に示すように、ゲート絶縁膜９上に、ソース／ドレイン電極１１を覆う状態で、有機半導体材料からなるチャネル層１３を形成する。このチャネル層１３を構成する有機半導体材料としては、ペンタセン、フタロシアニン、ポリ３ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等、一般的な有機半導体材料が用いられる。なかでも、平坦な膜上（すなわちゲート絶縁膜９上）で成長しやすい半導体材料が望ましく、例えばペンタセン、テトラセン、アントラセン、フタロシアニンが好適に用いられる。そして、チャネル層１３は、これらの有機半導体材料を用いて、例えば蒸着法、スピンコート法、インクジェット法などにより薄膜状に成膜することにより形成する。
【００２７】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置１５を得る。この半導体装置１５は、基板１上のゲート電極３を覆うゲート絶縁膜９が、一定方向に配向させた絶縁性配向膜５と、この上部に積層形成された絶縁膜７とで構成されたものとなる。
【００２８】
尚、上述した工程においては、各膜の成膜を、真空装置を用いない方法、すなわち回転塗布法、浸漬法、キャスティング法、リフトオフ法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等の塗布法によって行うことにより、製造コストの削減が図られる。この場合、例えば配向性絶縁膜５および絶縁膜７は、有機絶縁膜として形成することにより、塗布法による成膜が可能となる。
【００２９】
そして、上述した第１実施形態の製造方法によれば、絶縁性配向膜５上に形成される絶縁膜７がゲート絶縁膜９の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜９の表面層を構成する絶縁膜７は、下地の絶縁性配向膜５の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。
【００３０】
これにより、図１（４）を用いて説明した工程では、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜９上に、有機半導体材料からなるチャネル層１３が形成されることになる。したがって、チャネル層１３の形成においては、ゲート絶縁膜９の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体材料からなるチャネル層１３が形成される。
【００３１】
この結果、チャネル層１３において、ソース／ドレイン電極１１間のゲート絶縁膜９と接するチャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になり、有機半導体材料からなるチャネル層１３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【００３２】
また、絶縁性配向膜５上における絶縁膜７は、下地である絶縁性配向膜５の配向性を引き継いで成膜されるため、絶縁性配向膜５−絶縁膜７間の密着性は良好に保たれる。したがって、ゲート絶縁膜９とその下地との密着性は、絶縁性配向膜５によって確保すれば良いことになる。また、ゲート絶縁膜９としての特性は絶縁膜７によって確保すれば良い。このことから、絶縁性配向膜５の材質は、下地との密着性のみを考慮して選択して良く、これにより、密着性の違う構造（例えば基板１とゲート電極３）の上にも、膜剥がれ等の欠陥無くゲート絶縁膜９を形成することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。この図に示す第２実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、ゲート絶縁膜の上層部分を構成する絶縁膜として、自己組織化膜（self-assembled monolayer：ＳＡＭ）を形成するところにあり、他の工程は同様であることとする。
【００３４】
すなわち、図２（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態で絶縁性配向膜５を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行う。
【００３５】
次に、図２（２）に示すように、絶縁性配向膜５上に、絶縁性の自己組織化膜（以下、自己組織化絶縁膜と記す）７’を成膜し、絶縁性配向膜５と自己組織化絶縁膜７’とからなるゲート絶縁膜９’を形成する。この自己組織化絶縁膜７’は、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）等からなり、自然沈降法、引き上げ法等、微粒子を自己組織化的に集合させて規則的に配列させる種々の方法によって形成される。
【００３６】
その後、図２（３）に示す工程では、自己組織化絶縁膜７’を最表面としたゲート絶縁膜９’上に、ソース-ドレイン電極１１を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（３）を用いて説明したと同様に行う。
【００３７】
次に、図２（４）に示す工程では、ゲート絶縁膜９’上に、ソース／ドレイン電極１１を覆う状態で、有機半導体材料からなるチャネル層１３を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（４）を用いて説明したと同様に行う。
【００３８】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置１５’を得る。この半導体装置１５’は、基板１上のゲート電極３を覆うゲート絶縁膜９’が、一定方向に配向させた絶縁性配向膜５と、この上部に積層形成された自己組織化絶縁膜７’とで構成されたものとなる。
【００３９】
そして、このような第２実施形態の製造方法では、絶縁性配向膜５上に形成される自己組織化絶縁膜７’がゲート絶縁膜９’の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜９’の表面層を構成する自己組織化絶縁膜７’は、下地の絶縁性配向膜５の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。
【００４０】
したがって、このような第２実施形態の製造方法であっても、第１実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層１３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層１３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。また、ゲート絶縁膜９’を構成する材料の選択性を広めることもできる。また、ゲート絶縁膜９’の表面層が、自己組織化絶縁膜７’からなるため、表面処理と同等の効果を得られるため、半導体の結晶性の向上と言った効果を得ることもできる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態の製造方法を説明するための断面工程図であり、この図に基づいて第３実施形態を説明する。
【００４２】
先ず、図３（１）に示すように、第１の基板となる転写基板３１上に、配向膜３３を形成する。この転写基板３１は、ポリイミド、ポリカーボネートなどのプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などからなる。この中でも、以下に説明するゲート絶縁膜の形成において、高温でのアニール処理を行う場合には、耐熱性の良好な材料基板が用いられることとする。また、配向膜３３の形成は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明した絶縁性配向膜（５）と同様に形成して良い。ただし、この配向膜３３は、次に形成するゲート絶縁膜３５に対して選択的に除去可能である材料を用いることとし、ここではポリビニルアルコー（ＰＶＡ）で構成されることとする。尚、この配向膜３３は、絶縁性であることに限定されることはない。
【００４３】
次に、この配向膜３３上に、ゲート絶縁膜３５を形成する。このゲート絶縁膜３５は、回転塗布法、スパッタ法、浸漬法、キャスティング法等により形成する。またゲート絶縁膜３５の材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、金属酸化物高誘電絶縁膜等、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００４４】
尚、このゲート絶縁膜３５は、配向膜３３の選択的な除去に対して耐性を有する材料で構成されることとする。また、ゲート絶縁膜３５として所望の特性が得られる材料を用いて構成されることとする。例えば配向膜５が上述したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる場合、ゲート絶縁膜３５を構成する材料としてポリイミドが用いられる。
【００４５】
次に、アニール処理を行うことにより、ゲート絶縁膜３５の高性能化を図る。例えば、ゲート絶縁膜３５がポリイミドで構成されている場合、アニール処理を１８０℃以上の高温で行うことにより、ゲート絶縁膜３５を構成するポリイミドの溶存溶媒を除去し、膜を緻密化させて高機能化を図る。
【００４６】
次に、図３（２）に示すように、第２の基板となる素子基板３７上に、ゲート電極３９を形成する。この素子基板３７は、プラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などからなる。この中でも特に、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチック基板を用いることで、フレキシブルに屈曲する半導体装置が得られる。またさらには、先の転写基板３１側に形成したゲート絶縁膜３５との密着性が良好な材料を選択して用いることとする。尚、ゲート電極３９の形成は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行う。
【００４７】
そして、先にゲート絶縁膜３５が形成された転写基板３１を、ゲート電極３９を形成した素子基板３７に対して対向配置させる。この際、ゲート絶縁膜３５とゲート電極３９とを内側に向けた状態とする。
【００４８】
そしてこの状態で、転写基板３１と素子基板３７とを互いに押し圧する。これにより、転写基板３１側のゲート絶縁膜３５を素子基板３７に対して接着させる。
【００４９】
その後、図３（３）に示すように、素子基板３７側から転写基板（３１）を剥ぎ取るとことにより、素子基板３７上にゲート電極３９を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５を転写させる。
【００５０】
この際、ゲート絶縁膜３５と共に、配向膜（３３）も素子基板３７側に転写される。そこで、ゲート絶縁膜３５を転写した後に、純水にてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる配向膜（３３）をエッチング除去する。これにより、ゲート電極３９が形成された素子基板３７上にゲート絶縁膜３５のみを残す。
【００５１】
その後、図３（４）に示すように、ゲート絶縁膜３５上にソース-ドレイン電極４１を形成し、さらにこれらのソース／ドレイン電極４１を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５上にチャネル層４３を形成する。これらの工程は、第１実施形態において図１（３）および図１（４）を用いて説明したと同様に行う。ただし、チャネル層４３は、配向している絶縁膜、すなわちゲート絶縁膜３５上に成長しやすい半導体材料を用いる事が望ましく、例えばペンタセンが好適に用いられる。
【００５２】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置４５が得られる。
【００５３】
尚、上述した工程においては、各膜の成膜を、真空装置を用いない方法、すなわち回転塗布法、浸漬法、キャスティング法、リフトオフ法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等の塗布法によって行うことにより、製造コストの削減が図られる。この場合、例えば配向膜３３およびゲート絶縁膜３５は、有機絶縁膜として形成することにより、塗布法による成膜が可能となる。
【００５４】
そして、上述した第３実施形態の製造方法によれば、配向膜３３を介して転写基板３１上に形成したゲート絶縁膜３５が、転写基板３１上から素子基板３７側に転写される。このため、素子基板３７側に転写形成されたゲート絶縁膜３５は、配向膜３３の表面形状に追従した表面形状となる。
【００５５】
これにより、図３（４）を用いて説明した工程では、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜３５上に、有機半導体からなるチャネル層４３が形成されることになる。したがって、このような第３実施形態の製造方法であっても、第１実施形態および第２実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層４３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層４３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【００５６】
また、図３（１）を用いて説明したように、耐熱性の良好な材料からなる転写基板３１上に形成したゲート絶縁膜３５に対して高温でのアニール処理を行うことで高性能化を図った後、このゲート絶縁膜３５を素子基板３７に転写することにより、耐熱性の低いプラスチック基板からなる素子基板３７上にも、高性能なゲート絶縁膜３５を形成することが可能になる。これにより、フレキシブルに屈曲する素子基板３７を用いて形成された半導体装置４５のさらなる高性能化を図ることが可能になる。
【００５７】
＜第４実施形態＞
図４は、第４実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。この図に示す第４実施形態が、上述した第３実施形態と異なるところは、ゲート絶縁膜として、自己組織化膜（self-assembled monolayer：ＳＡＭ）を形成するところにあり、他の工程は同様であることとする。
【００５８】
すなわち、図４（１）に示すように、転写基板３１上に配向膜３３を形成し、次にこの配向膜３３上に自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’を形成する。配向膜３３の形成は、第３実施形態において図３（１）を用いて説明したと同様に行う。また、この上部の自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’は、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）等からなり、自然沈降法、引き上げ法等、微粒子を自己組織化的に集合させて規則的に配列させる種々の方法によって形成される。
【００５９】
次に、図４（２）に示す工程では、第２の基板となる素子基板３７上にゲート電極３９を形成する。そして、先にゲート絶縁膜３５’が形成された転写基板３１を、ゲート電極３９を形成した素子基板３７に対して対向配置させた状態で、転写基板３１と素子基板３７とを互いに押し圧し、ゲート絶縁膜３５’を素子基板３７に対して接着させる。この工程は、第３実施形態において図３（２）を用いて説明したと同様に行う。
【００６０】
次に、図４（３）に示す工程では、素子基板３７側から転写基板（３１）を剥ぎ取るとことにより、素子基板３７上にゲート電極３９を覆う状態でゲート絶縁膜３５’を転写させる。また、ゲート絶縁膜３５’と共に素子基板３７側に転写された配向膜（３３）は、ゲート絶縁膜３５’に対して選択的にエッチング除去する。この工程は、第３実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に行う。
【００６１】
その後、図４（４）に示すように、ゲート絶縁膜３５’上にソース-ドレイン電極４１を形成し、さらにこれらのソース／ドレイン電極４１を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５’上にチャネル層４３を形成する。これらの工程は、第１実施形態において図１（３）および図１（４）を用いて説明したと同様に行う。
【００６２】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置４５’が得られる。
【００６３】
そして、上述した第４実施形態の製造方法によれば、配向膜３３を介して転写基板３１上に形成した自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’が、転写基板３１上から素子基板３７側に転写される。このため、素子基板３７側に転写形成されたゲート絶縁膜３５’は、配向膜３３の表面形状に追従した表面形状となる。
【００６４】
したがって、このような第４実施形態の製造方法であっても、第３実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層４３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層４３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。また、ゲート絶縁膜３５’が自己組織化膜からなるため、表面処理と同等の効果を得られるため、半導体の結晶性の向上と言った効果を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図２】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図３】第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図４】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板、３，３９…ゲート電極、５…絶縁性配向膜、７…絶縁膜、７’…自己組織化絶縁膜、９，９’，３５、３５’…ゲート絶縁膜、１１，４１…ソース／ドレイン電極、１３，４３…チャネル層、１５，１５’，４５，４５’…半導体装置、３１…転写基板（第１基板）、３３…配向膜、３７…素子基板（第２基板）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体を利用した半導体装置に好適な半導体装置の製造方法および半導体装置、さらにはこの半導体装置のゲート絶縁膜として好適な絶縁膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜トランジスタ（thin film transistor）は、電子回路、特にはアクティブマトリックス型のフラットパネルディスプレイにおける画素トランジスタとして広く用いられている。
【０００３】
現在、大部分の薄膜トランジスタは、半導体層（活性層）としてアモルファスシリコンまたは多結晶シリコンを用いるＳｉ系無機半導体トランジスタである。これらの製造は、半導体層の形成に化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）などの真空処理室を必要とする成膜方法を用いるため、プロセスコストが高い。また、高温での熱処理が必要であることから、基板に耐熱性が要求される。
【０００４】
これに対して、有機半導体を利用した有機薄膜トランジスタは、活性層となる半導体薄膜を低温で塗布成膜することが可能である。このため、低コスト化に有利であると共に、プラスチック等の耐熱性はないがフレキシブルな基板上への形成も可能である。また、ゲート絶縁膜として有機絶縁膜を用いる構成も提案されており、これによりさらなる低コスト化が可能となる。
【０００５】
ここで、有機半導体を利用した薄膜トランジスタの製造工程として、以下の手順が例示される。先ず、基板上にゲート電極を形成した後、このゲート電極を覆う状態でゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜の形成は、塗布法、スパッタ法、浸漬法などによって行われる。次に、ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成し、これらを覆う状態で有機半導体薄膜をチャネル層として塗布成膜する。
【０００６】
また、上記ゲート絶縁膜として用いられる有機絶縁膜の形成工程としては、以下の手順が例示される。先ず、ポリマー材料（ポリビニルフェノール：ＰＶＰ）と架橋剤［poly（melamine-co-formaldehyde）methylated］とを有機溶剤（propylene glycol monomethyl ether acetate：ＰＧＭＥＡ）中に混合させる。この際、ポリマー材料１１ｗｔ％，架橋剤４ｗｔ％を、有機溶剤中に混合させる。その後、さらに酸化チタン（ＴｉＯ2）からなるナノパーティクルを分散させ、塗布溶媒を調合する。次に、調合した塗布溶媒を基板上に回転塗布した後、加熱により有機溶剤を除去すると共に、ポリマー材料を架橋させる（以上、下記非特許文献１参照）。
【０００７】
【非特許文献１】「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、２００４年１０月１１日、第８５巻、第１５号、ｐ３２９５−３２９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したような有機半導体を用いてチャネル層が構成された半導体装置においては、チャネル層の膜質が下地の表面ラフネスに大きく依存する。つまり、上述したボトムゲート型の半導体装置においては、チャネル層の下地はゲート絶縁膜およびソース／ドレイン電極で構成される。このため、ゲート絶縁膜およびソース／ドレイン電極の表面ラフネスにより、チャネル層の膜質が左右されることになる。
【０００９】
例えば、スピンコート法によって有機半導体材料からなるチャネル層を形成する場合、表面ラフネスが大きなゲート絶縁膜上においては、溶媒を蒸発させる工程で有機半導体の核成長が均一に進み難くなる。したがって、キャリア移動度の低い有機半導体層がチャネル層として形成される。これは、有機半導体を用いた半導体装置の高性能化を妨げる要因となる。
【００１０】
そこで本発明は、表面ラフネスを小さく抑えたゲート絶縁膜上に有機半導体を用いた膜質の良好なチャネル層を形成することが可能で、これにより高性能化を図ることが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供すること、また表面ラフネスを小さく抑えることが可能な絶縁膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するための本発明は、有機半導体を用いたチャネル層を有する半導体装置の製造方法であり、次の工程を行うことを特徴としている。
【００１２】
第１の製造方法では、先ず始めの工程で、基板上にゲート電極を形成する。そして、次の工程においては、一定方向に配向させた絶縁性配向膜をゲート電極を覆う状態で基板上に形成した後、この絶縁性配向膜上に絶縁膜を形成する。この絶縁膜は、例えば有機絶縁膜または自己組織化膜として形成する。これにより、絶縁性配向膜上に絶縁膜を積層してなるゲート絶縁膜を形成する。その後の工程では、このゲート絶縁膜上に、ソース／ドレイン電極を形成する。そして次の工程では、ソース／ドレイン電極を覆う状態でゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層を形成する。
【００１３】
このような第１の製造方法によれば、絶縁性配向膜上に形成される絶縁膜がゲート絶縁膜の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜の表面層を構成する絶縁膜は、下地の絶縁性配向膜の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。これにより、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層が形成されることになる。したがって、ゲート絶縁膜の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層が形成される。
【００１４】
また、第２の製造方法では、先ず始めの工程で、一定方向に配向させた配向膜を転写基板上に形成した後、この配向膜上にゲート絶縁膜を形成する。その一方、素子基板上にゲート電極を形成する。そして次の工程においては、転写基板上に形成したゲート絶縁膜を、ゲート電極を覆う状態で素子基板上に転写する。その後の工程では、第１の製造方法と同様に、ゲート絶縁膜上に、ソース／ドレイン電極を形成し、さらにソース／ドレイン電極を覆う状態で、ゲート絶縁膜上に有機半導体からなるチャネル層を形成する。
【００１５】
このような第２の製造方法によれば、配向膜を介して転写基板上に形成したゲート絶縁膜が、転写基板上から素子基板側に転写される。このため、素子基板側に転写形成されたゲート絶縁膜は、配向膜の表面形状に追従した表面形状となる。これにより、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜上に、有機半導体からなるチャネル層が形成されることになる。このため、第１の方法と同様に、ゲート絶縁膜の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層が形成される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜が形成可能であるため、この上部に膜質の良好な有機半導体を用いたチャネル層を形成することができる。この結果、チャネル部におけるキャリアの移動度を高めることができ、半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した各実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下においては、本発明の半導体装置の製造方法および絶縁膜の形成方法を、薄膜トランジスタの作製に適用した各実施形態を説明する。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の製造方法を説明するための断面工程図であり、この図に基づいて第１実施形態を説明する。
【００１９】
先ず図１（１）に示すように、基板１を用意し、この上部にゲート電極３を形成する。この基板１は、ポリイミド、ポリカーボネートなどのプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などを用いる。そして、基板１上へのゲート電極３の形成は、例えばマスクを用いた蒸着法により、金（Ａｕ）、導電性高分子、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等の導電性物質、またはこれらを組み合わせた材料をパターン成膜することにより行う。尚、ゲート電極３の形成方法は、蒸着法以外にも、リフトオフ法、シャドウマスク法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等で形成しても良い。
【００２０】
次に、ゲート電極３が形成された基板１上に、このゲート電極３を覆う状態で絶縁性配向膜５を形成する。この絶縁性配向膜５は、例えばポリイミド、ポリメチルメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる。このような絶縁性配向膜５の形成は、先ず、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコールを溶媒中に溶解させた溶液を基板１上に回転塗布し、次に塗布した材料膜に対してラビング法による配向処理を行い、その後、加熱硬化させることによって行う。
【００２１】
尚、絶縁性配向膜５の形成は、このようなラビング法による配向処理に限定されることはなく、光を照射することで配向性能が得られる材料を用いて行っても良い。また、斜方蒸着法によって、酸化シリコンなどの無機絶縁材料からなる絶縁性配向膜５を形成しても良い。
【００２２】
また、この絶縁性配向膜５は、下地を構成する基板１およびゲート電極３との密着性が良好な材料が選択して用いられることとする。例えば、基板１がガラス基板からなり、ゲート電極３が金（Ａｕ）からなる場合には、絶縁性配向膜５として例えばポリイミドを用いる。
【００２３】
次に、図１（２）に示すように、絶縁性配向膜５上に絶縁膜７を成膜し、絶縁性配向膜５と絶縁膜７とからなるゲート絶縁膜９を形成する。この絶縁膜７は、回転塗布法、スパッタ法、ＣＶＤ法、浸漬法、キャスティング法等により形成する。また絶縁膜７の材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、さらには他の低分子系の有機絶縁膜、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、金属酸化物高誘電絶縁膜等、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００２４】
尚、この絶縁膜７は、下地である絶縁性配向膜５との密着性が良好な材料で、かつこの絶縁膜７によって構成されるゲート絶縁膜９として所望の特性が得られる材料を用いて構成されることとする。例えば絶縁性配向膜５が上述したポリイミドからなる場合、絶縁膜７として同様にポリイミドを用いることにより、絶縁性配向膜５との密着性が確実になる。ただし、絶縁膜７としてポリイミドを用いた場合、この絶縁膜７によってゲート絶縁膜９としての特性を確保することを目的として、絶縁性配向膜５を構成するポリイミドとは異なる組成とする。
【００２５】
次に、図１（３）に示すように、ゲート絶縁膜９上に、ソース／ドレイン電極１１を形成する。ソース／ドレイン電極１１の形成は、例えばマスクを用いた蒸着法により、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、導電性高分子等の導電性物質、またはこれらを組み合わせた材料をパターン成膜することにより行う。尚、ソース／ドレイン電極１１の形成方法は、蒸着法以外にも、リフトオフ法、シャドウマスク法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等で形成しても良い。
【００２６】
次で、図１（４）に示すように、ゲート絶縁膜９上に、ソース／ドレイン電極１１を覆う状態で、有機半導体材料からなるチャネル層１３を形成する。このチャネル層１３を構成する有機半導体材料としては、ペンタセン、フタロシアニン、ポリ３ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等、一般的な有機半導体材料が用いられる。なかでも、平坦な膜上（すなわちゲート絶縁膜９上）で成長しやすい半導体材料が望ましく、例えばペンタセン、テトラセン、アントラセン、フタロシアニンが好適に用いられる。そして、チャネル層１３は、これらの有機半導体材料を用いて、例えば蒸着法、スピンコート法、インクジェット法などにより薄膜状に成膜することにより形成する。
【００２７】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置１５を得る。この半導体装置１５は、基板１上のゲート電極３を覆うゲート絶縁膜９が、一定方向に配向させた絶縁性配向膜５と、この上部に積層形成された絶縁膜７とで構成されたものとなる。
【００２８】
尚、上述した工程においては、各膜の成膜を、真空装置を用いない方法、すなわち回転塗布法、浸漬法、キャスティング法、リフトオフ法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等の塗布法によって行うことにより、製造コストの削減が図られる。この場合、例えば配向性絶縁膜５および絶縁膜７は、有機絶縁膜として形成することにより、塗布法による成膜が可能となる。
【００２９】
そして、上述した第１実施形態の製造方法によれば、絶縁性配向膜５上に形成される絶縁膜７がゲート絶縁膜９の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜９の表面層を構成する絶縁膜７は、下地の絶縁性配向膜５の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。
【００３０】
これにより、図１（４）を用いて説明した工程では、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜９上に、有機半導体材料からなるチャネル層１３が形成されることになる。したがって、チャネル層１３の形成においては、ゲート絶縁膜９の表面上において均一に有機半導体を核成長させることができ、膜質の良好な有機半導体材料からなるチャネル層１３が形成される。
【００３１】
この結果、チャネル層１３において、ソース／ドレイン電極１１間のゲート絶縁膜９と接するチャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になり、有機半導体材料からなるチャネル層１３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【００３２】
また、絶縁性配向膜５上における絶縁膜７は、下地である絶縁性配向膜５の配向性を引き継いで成膜されるため、絶縁性配向膜５−絶縁膜７間の密着性は良好に保たれる。したがって、ゲート絶縁膜９とその下地との密着性は、絶縁性配向膜５によって確保すれば良いことになる。また、ゲート絶縁膜９としての特性は絶縁膜７によって確保すれば良い。このことから、絶縁性配向膜５の材質は、下地との密着性のみを考慮して選択して良く、これにより、密着性の違う構造（例えば基板１とゲート電極３）の上にも、膜剥がれ等の欠陥無くゲート絶縁膜９を形成することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。この図に示す第２実施形態が、上述した第１実施形態と異なるところは、ゲート絶縁膜の上層部分を構成する絶縁膜として、自己組織化膜（self-assembled monolayer：ＳＡＭ）を形成するところにあり、他の工程は同様であることとする。
【００３４】
すなわち、図２（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態で絶縁性配向膜５を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行う。
【００３５】
次に、図２（２）に示すように、絶縁性配向膜５上に、絶縁性の自己組織化膜（以下、自己組織化絶縁膜と記す）７’を成膜し、絶縁性配向膜５と自己組織化絶縁膜７’とからなるゲート絶縁膜９’を形成する。この自己組織化絶縁膜７’は、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）等からなり、自然沈降法、引き上げ法等、微粒子を自己組織化的に集合させて規則的に配列させる種々の方法によって形成される。
【００３６】
その後、図２（３）に示す工程では、自己組織化絶縁膜７’を最表面としたゲート絶縁膜９’上に、ソース-ドレイン電極１１を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（３）を用いて説明したと同様に行う。
【００３７】
次に、図２（４）に示す工程では、ゲート絶縁膜９’上に、ソース／ドレイン電極１１を覆う状態で、有機半導体材料からなるチャネル層１３を形成する。この工程は、第１実施形態において図１（４）を用いて説明したと同様に行う。
【００３８】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置１５’を得る。この半導体装置１５’は、基板１上のゲート電極３を覆うゲート絶縁膜９’が、一定方向に配向させた絶縁性配向膜５と、この上部に積層形成された自己組織化絶縁膜７’とで構成されたものとなる。
【００３９】
そして、このような第２実施形態の製造方法では、絶縁性配向膜５上に形成される自己組織化絶縁膜７’がゲート絶縁膜９’の表面層を構成することになる。このゲート絶縁膜９’の表面層を構成する自己組織化絶縁膜７’は、下地の絶縁性配向膜５の配向性を受け継いで形成されるため、その表面ラフネスは規則的でかつ小さく抑えられる。
【００４０】
したがって、このような第２実施形態の製造方法であっても、第１実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層１３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層１３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。また、ゲート絶縁膜９’を構成する材料の選択性を広めることもできる。また、ゲート絶縁膜９’の表面層が、自己組織化絶縁膜７’からなるため、表面処理と同等の効果を得られるため、半導体の結晶性の向上と言った効果を得ることもできる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態の製造方法を説明するための断面工程図であり、この図に基づいて第３実施形態を説明する。
【００４２】
先ず、図３（１）に示すように、第１の基板となる転写基板３１上に、配向膜３３を形成する。この転写基板３１は、ポリイミド、ポリカーボネートなどのプラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などからなる。この中でも、以下に説明するゲート絶縁膜の形成において、高温でのアニール処理を行う場合には、耐熱性の良好な材料基板が用いられることとする。また、配向膜３３の形成は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明した絶縁性配向膜（５）と同様に形成して良い。ただし、この配向膜３３は、次に形成するゲート絶縁膜３５に対して選択的に除去可能である材料を用いることとし、ここではポリビニルアルコー（ＰＶＡ）で構成されることとする。尚、この配向膜３３は、絶縁性であることに限定されることはない。
【００４３】
次に、この配向膜３３上に、ゲート絶縁膜３５を形成する。このゲート絶縁膜３５は、回転塗布法、スパッタ法、浸漬法、キャスティング法等により形成する。またゲート絶縁膜３５の材料としては、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、金属酸化物高誘電絶縁膜等、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。
【００４４】
尚、このゲート絶縁膜３５は、配向膜３３の選択的な除去に対して耐性を有する材料で構成されることとする。また、ゲート絶縁膜３５として所望の特性が得られる材料を用いて構成されることとする。例えば配向膜５が上述したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる場合、ゲート絶縁膜３５を構成する材料としてポリイミドが用いられる。
【００４５】
次に、アニール処理を行うことにより、ゲート絶縁膜３５の高性能化を図る。例えば、ゲート絶縁膜３５がポリイミドで構成されている場合、アニール処理を１８０℃以上の高温で行うことにより、ゲート絶縁膜３５を構成するポリイミドの溶存溶媒を除去し、膜を緻密化させて高機能化を図る。
【００４６】
次に、図３（２）に示すように、第２の基板となる素子基板３７上に、ゲート電極３９を形成する。この素子基板３７は、プラスチック基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などからなる。この中でも特に、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等のプラスチック基板を用いることで、フレキシブルに屈曲する半導体装置が得られる。またさらには、先の転写基板３１側に形成したゲート絶縁膜３５との密着性が良好な材料を選択して用いることとする。尚、ゲート電極３９の形成は、第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に行う。
【００４７】
そして、先にゲート絶縁膜３５が形成された転写基板３１を、ゲート電極３９を形成した素子基板３７に対して対向配置させる。この際、ゲート絶縁膜３５とゲート電極３９とを内側に向けた状態とする。
【００４８】
そしてこの状態で、転写基板３１と素子基板３７とを互いに押し圧する。これにより、転写基板３１側のゲート絶縁膜３５を素子基板３７に対して接着させる。
【００４９】
その後、図３（３）に示すように、素子基板３７側から転写基板（３１）を剥ぎ取るとことにより、素子基板３７上にゲート電極３９を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５を転写させる。
【００５０】
この際、ゲート絶縁膜３５と共に、配向膜（３３）も素子基板３７側に転写される。そこで、ゲート絶縁膜３５を転写した後に、純水にてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる配向膜（３３）をエッチング除去する。これにより、ゲート電極３９が形成された素子基板３７上にゲート絶縁膜３５のみを残す。
【００５１】
その後、図３（４）に示すように、ゲート絶縁膜３５上にソース-ドレイン電極４１を形成し、さらにこれらのソース／ドレイン電極４１を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５上にチャネル層４３を形成する。これらの工程は、第１実施形態において図１（３）および図１（４）を用いて説明したと同様に行う。ただし、チャネル層４３は、配向している絶縁膜、すなわちゲート絶縁膜３５上に成長しやすい半導体材料を用いる事が望ましく、例えばペンタセンが好適に用いられる。
【００５２】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置４５が得られる。
【００５３】
尚、上述した工程においては、各膜の成膜を、真空装置を用いない方法、すなわち回転塗布法、浸漬法、キャスティング法、リフトオフ法、スクリーン印刷法、またはインクジェット印刷法等の塗布法によって行うことにより、製造コストの削減が図られる。この場合、例えば配向膜３３およびゲート絶縁膜３５は、有機絶縁膜として形成することにより、塗布法による成膜が可能となる。
【００５４】
そして、上述した第３実施形態の製造方法によれば、配向膜３３を介して転写基板３１上に形成したゲート絶縁膜３５が、転写基板３１上から素子基板３７側に転写される。このため、素子基板３７側に転写形成されたゲート絶縁膜３５は、配向膜３３の表面形状に追従した表面形状となる。
【００５５】
これにより、図３（４）を用いて説明した工程では、表面ラフネスが規則的でかつ小さく抑えられたゲート絶縁膜３５上に、有機半導体からなるチャネル層４３が形成されることになる。したがって、このような第３実施形態の製造方法であっても、第１実施形態および第２実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層４３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層４３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。
【００５６】
また、図３（１）を用いて説明したように、耐熱性の良好な材料からなる転写基板３１上に形成したゲート絶縁膜３５に対して高温でのアニール処理を行うことで高性能化を図った後、このゲート絶縁膜３５を素子基板３７に転写することにより、耐熱性の低いプラスチック基板からなる素子基板３７上にも、高性能なゲート絶縁膜３５を形成することが可能になる。これにより、フレキシブルに屈曲する素子基板３７を用いて形成された半導体装置４５のさらなる高性能化を図ることが可能になる。
【００５７】
＜第４実施形態＞
図４は、第４実施形態の製造方法を説明するための断面工程図である。この図に示す第４実施形態が、上述した第３実施形態と異なるところは、ゲート絶縁膜として、自己組織化膜（self-assembled monolayer：ＳＡＭ）を形成するところにあり、他の工程は同様であることとする。
【００５８】
すなわち、図４（１）に示すように、転写基板３１上に配向膜３３を形成し、次にこの配向膜３３上に自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’を形成する。配向膜３３の形成は、第３実施形態において図３（１）を用いて説明したと同様に行う。また、この上部の自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’は、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）等からなり、自然沈降法、引き上げ法等、微粒子を自己組織化的に集合させて規則的に配列させる種々の方法によって形成される。
【００５９】
次に、図４（２）に示す工程では、第２の基板となる素子基板３７上にゲート電極３９を形成する。そして、先にゲート絶縁膜３５’が形成された転写基板３１を、ゲート電極３９を形成した素子基板３７に対して対向配置させた状態で、転写基板３１と素子基板３７とを互いに押し圧し、ゲート絶縁膜３５’を素子基板３７に対して接着させる。この工程は、第３実施形態において図３（２）を用いて説明したと同様に行う。
【００６０】
次に、図４（３）に示す工程では、素子基板３７側から転写基板（３１）を剥ぎ取るとことにより、素子基板３７上にゲート電極３９を覆う状態でゲート絶縁膜３５’を転写させる。また、ゲート絶縁膜３５’と共に素子基板３７側に転写された配向膜（３３）は、ゲート絶縁膜３５’に対して選択的にエッチング除去する。この工程は、第３実施形態において図３（３）を用いて説明したと同様に行う。
【００６１】
その後、図４（４）に示すように、ゲート絶縁膜３５’上にソース-ドレイン電極４１を形成し、さらにこれらのソース／ドレイン電極４１を覆う状態で、ゲート絶縁膜３５’上にチャネル層４３を形成する。これらの工程は、第１実施形態において図１（３）および図１（４）を用いて説明したと同様に行う。
【００６２】
以上により、ボトムゲート型の半導体装置４５’が得られる。
【００６３】
そして、上述した第４実施形態の製造方法によれば、配向膜３３を介して転写基板３１上に形成した自己組織化膜からなるゲート絶縁膜３５’が、転写基板３１上から素子基板３７側に転写される。このため、素子基板３７側に転写形成されたゲート絶縁膜３５’は、配向膜３３の表面形状に追従した表面形状となる。
【００６４】
したがって、このような第４実施形態の製造方法であっても、第３実施形態と同様に、膜質の良好な有機半導体からなるチャネル層４３が形成され、チャネル部分におけるキャリア移動度を高めることが可能になるため、有機半導体材料からなるチャネル層４３を用いた半導体装置の高性能化を図ることが可能となる。また、ゲート絶縁膜３５’が自己組織化膜からなるため、表面処理と同等の効果を得られるため、半導体の結晶性の向上と言った効果を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図２】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図３】第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図４】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…基板、３，３９…ゲート電極、５…絶縁性配向膜、７…絶縁膜、７’…自己組織化絶縁膜、９，９’，３５、３５’…ゲート絶縁膜、１１，４１…ソース／ドレイン電極、１３，４３…チャネル層、１５，１５’，４５，４５’…半導体装置、３１…転写基板（第１基板）、３３…配向膜、３７…素子基板（第２基板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
一定方向に配向させた絶縁性配向膜を、前記ゲート電極を覆う状態で前記基板上に形成する工程と、
前記絶縁性配向膜上に絶縁膜を形成し、当該絶縁性配向膜上に絶縁膜を積層してなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に有機半導体材料からなるチャネル層を形成する工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜として有機絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜として自己組織化膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
一定方向に配向させた配向膜を転写基板上に形成し、当該配向膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
素子基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記転写基板上のゲート絶縁膜を、前記ゲート電極を覆う状態で前記素子基板上に転写する工程と、
前記素子基板上に転写された前記ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に有機半導体材料からなるチャネル層を形成する工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜として有機絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜を形成した後、当該ゲート電極を前記素子基板上に転写する前に、熱処理によって当該ゲート絶縁膜の高性能化を図る工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜として自己組織化膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
基板上に形成されたゲート電極と、
一定方向に配向させた絶縁性配向膜と当該絶縁性配向膜上に積層形成された絶縁膜とからなり、前記ゲート電極を覆う状態で前記基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に設けられた有機半導体材料からなるチャネル層とを備えた
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
基板上に一定方向に配向させた配向膜を形成し、当該配向膜上に絶縁膜を形成する
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項１０】
一定方向に配向させた配向膜を第１の基板上に形成した後、当該配向膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記配向膜上の絶縁膜を、当該配向膜上から第２の基板上に転写する工程とを行う
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項１】
基板上にゲート電極を形成する工程と、
一定方向に配向させた絶縁性配向膜を、前記ゲート電極を覆う状態で前記基板上に形成する工程と、
前記絶縁性配向膜上に絶縁膜を形成し、当該絶縁性配向膜上に絶縁膜を積層してなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に有機半導体材料からなるチャネル層を形成する工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜として有機絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜として自己組織化膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
一定方向に配向させた配向膜を転写基板上に形成し、当該配向膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
素子基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記転写基板上のゲート絶縁膜を、前記ゲート電極を覆う状態で前記素子基板上に転写する工程と、
前記素子基板上に転写された前記ゲート絶縁膜上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に有機半導体材料からなるチャネル層を形成する工程とを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜として有機絶縁膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜を形成した後、当該ゲート電極を前記素子基板上に転写する前に、熱処理によって当該ゲート絶縁膜の高性能化を図る工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜として自己組織化膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
基板上に形成されたゲート電極と、
一定方向に配向させた絶縁性配向膜と当該絶縁性配向膜上に積層形成された絶縁膜とからなり、前記ゲート電極を覆う状態で前記基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたソース／ドレイン電極と、
前記ソース／ドレイン電極を覆う状態で前記ゲート絶縁膜上に設けられた有機半導体材料からなるチャネル層とを備えた
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
基板上に一定方向に配向させた配向膜を形成し、当該配向膜上に絶縁膜を形成する
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【請求項１０】
一定方向に配向させた配向膜を第１の基板上に形成した後、当該配向膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記配向膜上の絶縁膜を、当該配向膜上から第２の基板上に転写する工程とを行う
ことを特徴とする絶縁膜の形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２７５２５（Ｐ２００７−２７５２５Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０９４１０（Ｐ２００５−２０９４１０）
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月２０日（２００５．７．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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