半導体装置の製造方法
【課題】表面状態および膜質の均一性を保って有機半導体層をパターニングすることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】先ず第１の工程では、基板１上に有機半導体膜９を成膜する。次の第２工程では、有機半導体膜９上に保護パターン１１を形成する。その後第３工程では、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、パターニング表面を変質させることなく有機半導体層９をパターニングする。
【解決手段】先ず第１の工程では、基板１上に有機半導体膜９を成膜する。次の第２工程では、有機半導体膜９上に保護パターン１１を形成する。その後第３工程では、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、パターニング表面を変質させることなく有機半導体層９をパターニングする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にはパターニングされた有機半導体層を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低コストで大面積化が可能な半導体装置として、活性層に有機半導体層を用いた半導体装置が注目されている。このような有機半導体装置の製造においては、素子分離のためにフォトレジストをマスクに用いて有機半導体層をパターンエッチングすると、フォトレジスト中の溶剤が有機半導体層にダメージを与え、電気的な性質が劣化する問題があった。
【０００３】
そこで、有機半導体層上に、溶媒に対して安定な材料からなる保護膜を設け、この保護膜上にフォトレジストからなるマスクをパターン形成する方法が提案されている。この場合、先ずフォトレジストをマスクにしたエッチングによって保護膜をエッチングした後、酸素プラズマによって有機半導体層をエッチングする（下記特許文献１参照）。
【０００４】
また、インクジェット法のような印刷法を適用し、有機半導体層を予め所定の形状にパターン印刷することにより、フォトレジスト形成の際の有機半導体層に対する溶媒の影響を防止する方法も提案されている。この場合、パターン印刷された有機半導体層を覆う状態で、例えばシロキサン化合物を含有する保護膜を形成することにより、以降のプロセスにおいての有機半導体層のダメージも防止される（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４１３１７（特に段落００５７−００５８参照）
【特許文献２】特開２００８−３００５８０（特に段落０１７４−−０１７６参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に代表されるような、保護膜を介してフォトレジスト上から有機半導体層をエッチングする方法では、有機半導体層のエッチング表面が化学反応をともなって変質する。この変質によって形成された変質層は、寄生容量を発生する要因となったり、有機半導体層の特性を劣化させる要因となる。
【０００７】
また特許文献２に代表されるような、有機半導体層を予め所定の形状にパターン印刷する方法では、パターン印刷された有機半導体層の表面状態が不均一である。例えばインクジェット法によって有機半導体層をパターン印刷した場合であれば、パターンサイズに依存して有機半導体層の周縁が中心部よりも厚膜化する、いわゆるコーヒーステイン現象による膜厚ばらつきが発生する。このような有機半導体層の膜厚ばらつきは、素子特性の劣化を招く要因となる。
【０００８】
そこで本発明は、表面状態および膜質の均一性を保って有機半導体層をパターニングすることが可能で、これにより特性良好に素子分離が可能な半導体装置の製造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】
【０００９】
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、次の工程を順次行うことを特徴としている。先ず第１の工程では、基板上に有機半導体膜を成膜する。次の第２工程では、有機半導体膜上に保護パターンを形成する。その後第３工程では、保護パターンをマスクにして、有機半導体層を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、当該有機半導体層をパターニングする。
【００１０】
このような製造方法では、基板上に成膜した有機半導体層をパターニングする手順であるため、有機半導体層の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層のパターニングは、有機溶媒に対する溶解かまたは昇華によって行われるため、有機半導体層のパターニング面が変質することはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層のパターンが得られる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、表面状態および膜質の均一性を保ってパターニングされた有機半導体層を得ることができるため、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図４】第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図５】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図６】第５実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
１．第１実施形態（ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
２．第２実施形態（トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
３．第３実施形態（有機半導体層を相分離させたボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
４．第４実施形態（有機半導体層を相分離させたトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
５．第５実施形態（保護膜を２層設けたボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
尚、各実施形態においては共通する構成要素に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
≪１．第１実施形態≫
図１および図２は本発明に係る第１実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、これらの図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第１実施形態を説明する。
【００１５】
先ず図１（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、この上部にソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成するまでを通常の手順で行う。
【００１６】
例えば、基板１は少なくとも表面が絶縁性に保たれていれば良く、例えばＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等からなるプラスチック基板が用いられる。またステンレス（ＳＵＳ）等の金属箔を樹脂でラミネートした基板、さらにはガラス基板等を用いても良い。フレキシブルな屈曲性を得るためには、プラスチック基板や金属箔を用いた基板が適用される。
【００１７】
ゲート電極３のパターン形成は、例えば先ず、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料膜を成膜する。この金属材料膜の成膜は、例えばスパッタリング法、蒸着法、あるいはめっき法によって成膜する。その後、フォトリソグラフィーにより金属材料膜上にレジストパターン(図示省略）を形成し、これをマスクにして金属材料膜をエッチングし、ゲート電極３を得る。尚、ゲート電極３の形成方法が限定されることはなく、例えば印刷法を適用しても良い。
【００１８】
ゲート絶縁膜５の成膜は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料からなるゲート絶縁膜５であれば、ＣＶＤ法やスパッタリング法による成膜を行う。一方、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ＰＭＭＡ、ポリイミド、フッ素樹脂等の有機高分子材料からなるゲート絶縁膜５であれば、塗布法や印刷法による成膜を行なう。ここでは例えば架橋ポリマーＰＶＰを用いてゲート絶縁膜５を塗布成膜する。
【００１９】
ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄの形成は、ゲート電極３の形成と同様に行われる。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３ｇの幅方向両脇において、それぞれの端縁を対向配置した状態で形成される。ここでは例えば金（Ａｕ）からなるソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。
【００２０】
次に図１（２）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが形成された基板１上の全面に、有機半導体層９を成膜する。ここでは特に、有機溶媒Ａに溶解する有機半導体材料を用いて有機半導体層９を成膜することとする。一例として、有機溶媒Ａに1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンを用いた場合、これに溶解するエチルフェニルペリキサンテノキサンテン（ＥｔＰｈＰＸＸ）からなる有機半導体層９を成膜する。
【００２１】
このような有機半導体層９の成膜は、真空蒸着やＣＶＤ等の真空プロセス、さらにはスピンコート、スリットコート、グラビアコート等の塗布プロセスを適用することができる。真空プロセスのメリットは膜厚や膜質の面内ばらつきが小さく、また下地の濡れ性に成膜が左右されない観点から下地材料および有機半導体材料の選択の幅が広がる。一方、塗布法のメリットは簡便で低コスト、さらに大面積基板上への成膜が可能である。
【００２２】
次に図１（３）に示すように、有機半導体層９上においてソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。ここでは、先に成膜した有機半導体層９に対してダメージを与えることのなく保護パターン１１を形成することが重要である。このため例えば、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料とを用いた印刷法によって保護パターン１１を形成する。
【００２３】
このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。
【００２４】
このような保護パターン１１の形成に適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。このような印刷法により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため、保護パターン１１を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００２５】
次に図１（４）に示すように、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層９が、ＥｔＰｈＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層９を溶解させてパターニングする。
【００２６】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で有機半導体層９に対して有機溶媒Ａを供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００２７】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００２８】
次に図１（５）に示すように、保護パターン１１を有機半導体層９上にそのまま残し、さらに保護パターン１１上および有機半導体層９の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。このような保護膜１３の形成においては、保護パターン１１がマスクとなって有機半導体層９にダメージが加わることが防止される。このため、保護膜１３の形成方法が限定されることはない。また、保護膜１３は、ソース電極７ｓやドレイン電極７ｄまたはこれらと同一層からなる電極配線の必要部分を露出する形状に形成する。このため例えばここでは、印刷法によって保護膜１３をパターン形成する。
【００２９】
以上の後には例えば図２に示すように、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜１５を成膜し、この層間絶縁膜１５にドレイン電極７ｄに達する接続孔１５ａを形成し、さらに層間絶縁膜１５上に、第３層目の配線１７を形成する。層間絶縁膜１５は、例えばフォトジストを用い、スピンコート法によって成膜したフォトレジス膜に対して、リソグラフィー処理を行うことで接続孔１５ａを形成しても良い。この場合、保護膜１３によって有機半導体層９の側面が保護されるため、フォトレジスト中の溶剤が有機半導体層にダメージを与えることが防止される。また層間絶縁膜１５は、スクリーン印刷法により、予め接続孔１５ａを備えた形状として形成しても良い。配線１７は、接続孔１５ａを介して薄膜トランジスタＴｒ１のドレイン電極７ｄに接続する形状に形成する。このような配線１７は、先ず蒸着法によって配線膜を成膜し、次にリソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクにして配線膜をパターンエッチングして形成するか、またはスクリーン印刷法やインクジェット法のような印刷法を適用して形成する。
【００３０】
以上により半導体装置１９を完成させる。尚、この半導体装置１９を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線１７を画素電極として形成すれば良い。
【００３１】
以上説明した第１実施形態によれば、図１（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン１１をマスクにしてパターニングする手順である。このため、印刷によって予めパターン形成された有機半導体層と比較して、パターニング後の有機半導体層９の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層９のパターニングは、有機溶媒に対する溶解によって行われるため、パターニング面が変質した変質層が形成されることはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層９のパターンを得ることができる。この結果、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００３２】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、先の図１に基づいて第１実施形態の変形例を説明する。
【００３３】
先ず、上述した第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に、基板１上にゲート電極３、ゲート絶縁膜５、ソース電極７ｓ／ドレイン電極７ｄを形成するまでを行う。
【００３４】
次に、図１（２）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが形成された基板１上の全面に、有機半導体層９’を成膜する。ここで成膜する有機半導体層９’は、次に行う保護パターンの形成プロセスに対する耐性を有するとともに、保護パターンの構成材料よりも昇華温度が低い材料を用いて構成することが重要である。
【００３５】
このような有機半導体層９’の成膜は、第１実施形態と同様に、真空蒸着やＣＶＤ等の真空プロセス、さらにはスピンコート、スリットコート、グラビアコート等の塗布プロセスで行うことができる。ここでは例えば真空蒸着によって、ペンタセンからなる有機半導体層９’を成膜する。
【００３６】
次に、図１（３）に示す工程では、有機半導体層９’上においてソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１’を形成する。ここでは、第１実施形態と同様に、先に成膜した有機半導体層９’に対してダメージを与えることのなく保護パターン１１’を形成することが重要である。またこれと共に、有機半導体層９’よりも昇華温度が高い材料を用いて保護パターン１１’を形成することが重要である。
【００３７】
このような保護パターン１１’は、第１実施形態と同様に、有機半導体層９’を溶解させたり変質させることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料を用いた印刷法によって保護パターン１１’を形成する。このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１’を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１’を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため、保護パターン１１を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００３８】
次に、図１（４）に示す工程では、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で有機半導体層９’を昇華させてパターニング除去する。例えば保護パターン１１’がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなり、有機半導体層９’がペンタセンからなる場合であれば、１５０℃に設定した真空オーブンで１２時間のアニール処理を行う。これにより、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる保護パターン１１’が設けられていない部分において、ペンタセンからなる有機半導体層９’を昇華させて除去し、パターニングされた有機半導体層９’を得る。
【００３９】
尚、アニール処理の際に真空オーブン内において発生したガスから、有機半導体材料（ペンタセン）を回収して再利用することもできる。
【００４０】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９’を用いて形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００４１】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて保護パターン１１’を有機半導体層９’上にそのまま残し、さらに有機半導体層９’の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜１５を成膜し、この層間絶縁膜１５にドレイン電極７ｄに達する接続孔１５ａを形成し、さらに層間絶縁膜１５上に、第３層目の配線１７を形成し、半導体装置１９を完成させる。尚、この半導体装置１９を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線１７を画素電極として形成すれば良い。
【００４２】
以上説明した第１実施形態の変形例であっても、図１（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９’を、保護パターン１１’をマスクにしてパターニングする手順である。このため、印刷によって予めパターン形成された有機半導体層と比較して、パターニング後の有機半導体層９’の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層９’のパターニングは、有機半導体層９’の昇華によって行われるため、パターニング面が変質した変質層が形成されることはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層９’のパターンを得ることができる。この結果、第１実施形態と同様に、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００４３】
≪２．第２実施形態≫
図３は本発明に係る第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、この図面に基づいて、本発明をトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第２実施形態を説明する。
【００４４】
先ず図３（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００４５】
その後、このゲート絶縁膜５上に、有機半導体層９を成膜する。この有機半導体層９は、第１実施形態と同様であり、特定の有機溶媒Ａに溶解する有機半導体材料を用いて適宜選択された方法にて成膜することとする。ここでは一例として、特定の有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンを用いた場合、これに溶解するエチルフェニルペリキサンテノキサンテン（ＥｔＰｈＰＸＸ）からなる有機半導体層９を成膜する。
【００４６】
次に図３（２）に示すように、有機半導体層９上においてゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。この保護パターン１１は、第１実施形態と同様であり、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく形成されることが重要であり、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂを用いた印刷法によって形成さえる。例えば溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能である。
【００４７】
次に図３（３）に示すように、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層９が、ＥｔＰｈＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層９を溶解させてパターニングする。ここでは、たとえば浸漬、スピン塗布、スプレー等の方法で有機半導体層９に対して有機溶媒Ａを供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００４８】
有機半導体層９のパターニング後には、保護パターン１１を除去する。ここでは、上述した溶剤Ｂを用いることにより、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく、溶剤Ｂに保護パターン１１を溶解させて除去する。尚ここでは、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく保護パターン１１を溶解できる溶剤であれば、印刷に用いた溶剤Ｂ以外であっても保護パターン１１の除去に用いることができる。また保護パターン１１を溶解させた溶剤Ｂからは、精製によって保護パターン１１の構成材料を回収して際利用することもできる。
【００４９】
次に、図３（４）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３を幅方向両脇の有機半導体層９の上部において、それぞれの端縁をゲート電極３を挟んで対向配置した状態で形成される。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、印刷法やその他の公知のターニング方法によって形成でき、例えばメタルマスクを用いた金属材料の蒸着や、銀（Ａｇ）ペーストを用いたスクリーン印刷などによって形成する。
【００５０】
以上により、基板１上にトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ２は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００５１】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて有機半導体層９を覆う絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００５２】
以上説明した第２実施形態であっても、図３（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン１１をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００５３】
＜第２実施形態の変形例＞
以上の第２実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図３（１）を用いて説明した工程において成膜する有機半導体層９’は、有機溶媒Ａに対する溶解性が問われることはない。しかしながら、次に行う保護パターンの形成プロセスに対する耐性を有するとともに、保護パターンよりも昇華温度が低い材料を用いて構成することは、第１実施形態の変形例と同様である。
【００５４】
次に、図３（２）に示す工程で形成する保護パターン１１’は、先に成膜した有機半導体層９’に対してダメージを与えることなく、かつ有機半導体層９’よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要であることは、第１実施形態の変形例と同様である。
【００５５】
その後、図３（３）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で有機半導体層９’を昇華させてパターニング除去する。
【００５６】
以降は、第２実施形態と同様に行うことで、トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２を備えた半導体装置を完成させる。
【００５７】
以上説明した第２実施形態の変形例であっても、図３（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９’を、保護パターン１１’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００５８】
≪３．第３実施形態≫
図４は本発明に係る第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。この第３実施形態が第１実施形態と異なるところは、相分離によって有機半導体層を形成する手順にある。以下、この図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第３実施形態を説明する。
【００５９】
先ず、図４（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、さらにソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００６０】
その後、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが設けられたゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１を成膜する。この混合インク層３１は目的とする有機半導体材料と共に、他の有機材料（混合材料）を含有しており、次に行う相分離において有機半導体材料がゲート絶縁膜５側（基板１側）の下方に分離するように材料が組み合わせられていることとする。ここでは有機半導体材料としてＴＩＰＳペンタセン（6，13−bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene）を用い、有機材料としてポリαメチルスチレン（Poly-α-methylstyrene：ＰａＭＳ）を用い、これらをトルエンに溶解させたインクを用いた塗布法により、混合インク層３１を成膜する。
【００６１】
次に図４（２）に示すように、混合インク層（３１）内の有機半導体材料と有機材料とを相分離させ、基板１側を有機半導体材料からなる有機半導体層３１ｓとし、その上部に有機材料からなる絶縁層３１ｉを積層させた構成とする。このような相分離は、混合インク層（３１）を乾燥させることにより行われる。
【００６２】
次に、図４（３）に示すように、有機半導体層３１ｓおよび絶縁層３１ｉの積層部上において、ソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン３３を形成する。この際、有機半導体層３１ｓは、絶縁層３１ｉで保護されている。このため、保護パターン３３は、有機半導体層３１ｓへのプロセスダメージを考慮して形成する必要はなく、次に行う絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓの除去に対して耐性を有する材料を用いて形成されれば良い。
【００６３】
このような保護パターン３３は、例えば印刷法によって形成する。ここでは、第１実施形態と同様に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂またはサイトップ（登録商標）のようなフッ素系溶媒に溶解するアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン３３を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン３３の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン３３の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため保護パターン３３を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００６４】
ここで適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。
【００６５】
次いで、図４（４）に示すように、保護パターン３３をマスクにして、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを、有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。この有機溶媒Ａは、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓは溶解するが、保護パターン３３は溶解しないものであり、例えばトルエンであることとする。
【００６６】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓに対して有機溶媒Ａを供給する。尚、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料および有機材料を回収して再利用することもできる。
【００６７】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層３３ｓを用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００６８】
次に図４（５）に示すように、第１実施形態と同様に必要に応じて保護パターン３３をそのまま残し、さらに保護パターン３３上および有機半導体層３１sの側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。このような保護膜１３の形成においては、保護パターン１１がマスクとなって有機半導体層９にダメージが加わることが防止される。このため、保護膜１３の形成方法が限定されることはない。また、保護膜１３は、ソース電極７ｓやドレイン電極７ｄまたはこれらと同一層からなる電極配線の必要部分を露出する形状に形成する。このため例えばここでは、印刷法によって保護膜１３をパターン形成する。
【００６９】
以降は、第１実施形態において図２を用いて説明したと同様に、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００７０】
以上説明した第３実施形態であっても、図４（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓを、保護パターン３３をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓのパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００７１】
＜第３実施形態の変形例＞
以上説明した第３実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図４（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン３３’は、先に成膜した絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓよりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【００７２】
その後、図４（４）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン３３’をマスクにして、保護膜パターン３３’の昇華温度よりも低い温度で絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを昇華させてパターニング除去する。
【００７３】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１を備えた半導体装置を完成させる。
【００７４】
以上説明した第３実施形態の変形例であっても、図４（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓを、保護パターン３３’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓのパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００７５】
≪４．第４実施形態≫
図５は本発明に係る第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、この図面に基づいて、本発明をトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第４実施形態を説明する。
【００７６】
先ず図５（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜するまでを、他の実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００７７】
その後、このゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１’を成膜する。この混合インク層３１’は目的とする有機半導体材料と共に、他の有機材料（混合材料）を含有していることは第３実施形態と同様である。
【００７８】
その後、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが設けられたゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１’を成膜する。この混合インク層３１’は目的とする有機半導体材料と共に、他の絶縁性有機材料（混合材料）を含有しており、次に行う相分離において絶縁性有機材料がゲート絶縁膜５側（基板１側）の下方に分離するように材料が組み合わせられていることとする。ここでは有機半導体材料としてペリキサンテノキサンテン（ＰＸＸ）を用い、有機材料としてポリαメチルスチレン（Poly-α-methylstyrene：ＰａＭＳ）を用い、これらをトルエンに溶解させたインクを用いた塗布法により、混合インク層３１’を成膜する。
【００７９】
次に図５（２）に示すように、混合インク層（３１’）内の有機半導体材料と絶縁性有機材料とを相分離させ、基板１側を絶縁性有機材料からなる絶縁層３１ｉ’とし、その上部に有機半導体材料からなる絶縁層３１ｓ’を積層させた構成とする。このような相分離は、混合インク層（３１’）を乾燥させることにより行われる。尚、相分離によって得られた絶縁層３１ｉ’は、ゲート絶縁膜５と共に、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の一部を構成する層となる。
【００８０】
次いで、図５（３）に示すように、有機半導体層３１ｓ’上においてゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。この保護パターン１１は、第１実施形態と同様であり、有機半導体層３１ｓ’に対してダメージを与えることのなく形成されることが重要であり、有機半導体層３１ｓ’を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂを用いた印刷法によって形成さえる。例えば溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能である。
【００８１】
その後、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層３１ｓ’を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層３１ｓ’が、ＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層３１ｓ’を溶解させてパターニングする。ここでは、たとえば浸漬、スピン塗布、スプレー等の方法で有機半導体層３１ｓ’に対して有機溶媒Ａを供給する。この際、有機半導体層３１ｓ’と共に、絶縁層３１ｉ’がパターニングされても良い。尚、有機半導体層３１ｓ’を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００８２】
次に図５（４）に示すように、有機半導体層３１ｓ’のパターニング後には、保護パターン（１１）を除去する。ここでは、上述した溶剤Ｂを用いることにより、有機半導体層３１ｓ’および絶縁層３１ｉ’に対してダメージを与えることなく、溶剤Ｂに保護パターン（１１）を溶解させて除去する。尚ここでは、有機半導体層３１ｓ’に対してダメージを与えることなく保護パターン（１１）を溶解できる溶剤であれば、印刷に用いた溶剤Ｂ以外であっても保護パターン（１１）の除去に用いることができる。
【００８３】
以上の後には図５（５）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３を幅方向両脇の有機半導体層３１ｓ’の上部において、それぞれの端縁をゲート電極３を挟んで対向配置した状態で形成される。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、印刷法やその他の公知のターニング方法によって形成でき、例えばメタルマスクを用いた金属材料の蒸着や、銀（Ａｇ）ペーストを用いたスクリーン印刷などによって形成する。
【００８４】
以上により、基板１上にトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ２は、有機半導体層３１ｓ’を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００８５】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて有機半導体層３１ｓ’を覆う絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００８６】
以上説明した第４実施形態であっても、図５（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓ’を、保護パターン１１をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓ’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００８７】
＜第４実施形態の変形例＞
以上説明した第４実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図５（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン１１’は、先に成膜した絶縁層３１ｉ’および有機半導体層３１ｓ’よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【００８８】
その後、他の実施形態の変形例と同様に、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で絶縁層３１ｉ’および有機半導体層３１ｓ’を昇華させてパターニング除去する。
【００８９】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２を備えた半導体装置を完成させる。
【００９０】
以上説明した第４実施形態の変形例であっても、図５（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓ’を、保護パターン１１’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓ’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００９１】
≪５．第５実施形態≫
図６は本発明に係る第５実施形態の製造方法を示す断面工程図である。この第５実施形態が第１実施形態と異なるところは、保護パターンの下層に保護膜を設けて２層構造としたところにある。以下、この図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第５実施形態を説明する。
【００９２】
先ず、図６（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、さらにソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成し、これを覆う状態で有機半導体層９を成膜するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。ここでは有機半導体層９の成膜の一例として、例えばエタノールに溶解させたＴｉＰＳペンタセンをエタノールに溶解させたインクを用いて塗布成膜されることとする。
【００９３】
次に図６（２）に示すように、有機半導体層９の全面を覆う状態で保護膜４１を成膜する。ここでは先に成膜した有機半導体層９に対してダメージを与えることのなく保護膜４１を形成することが重要である。このため例えば、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料とを用いた塗布法や印刷法によって保護膜４１を形成する。
【００９４】
このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護膜４１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護膜４１を印刷法によって形成する。
【００９５】
ここでは例えば、ＰＶＡ水溶液をインク溶液として用いた塗布法によって保護膜４１を成膜することとする。
【００９６】
次に図６（３）に示すように、保護膜４１上において、ソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン４３を形成する。この際、有機半導体層９は、保護膜４１で保護されている。このため、保護パターン４３は、有機半導体層９へのプロセスダメージを考慮して形成する必要はなく、次に行う保護膜４１および有機半導体層９の除去に対して耐性を有する材料を用いて形成されれば良い。
【００９７】
このような保護パターン４３は、例えば印刷法によって形成する。ここでは、例えばポリスチレン（polystyrene：ＰＳ）をトルエンに溶解させたインクを用いた印刷法によって保護パターン４３を形成する。ここで適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン４３の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン４３の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため保護パターン４３を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００９８】
次に図６（４）に示すように、保護パターン４３をマスクにして、ＰＶＡからなる保護膜４１を水に溶解させてパターニング除去する。続いて、保護パターン４３をマスクにして、ＴｉＰＳペンタセンからなる有機半導体層９をエタノール(有機溶媒Ａ）に溶解させてパターニング除去する。
【００９９】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で保護膜４１および有機半導体層９に対して水またはエタノール（有機溶媒Ａ）を供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【０１００】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【０１０１】
以降は、他の実施形態と同様に、例えば図６（５）に示すように必要に応じて保護パターン４１を有機半導体層９上にそのまま残し、さらに有機半導体層９の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【０１０２】
以上説明した第５実施形態であっても、図６（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン４３をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【０１０３】
＜第５実施形態の変形例＞
以上説明した第５実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図６（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン４３’は、先に成膜した保護膜４１および有機半導体層９よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【０１０４】
その後、図６（４）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン４３’をマスクにして、保護膜パターン４３’の昇華温度よりも低い温度で保護膜４１および有機半導体層９を昇華させてパターニング除去する。
【０１０５】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１を備えた半導体装置を完成させる。
【０１０６】
以上説明した第５実施形態の変形例であっても、図６（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン４３’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【０１０７】
尚、以上の各実施形態およびその変形例においては、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法に本発明を適用した手順を説明した。しかしながら本発明はこれに限定されることはなく、有機半導体層をパターニングする工程を有する半導体装置の製造に広く適用可能であり、例えばトップゲート構造の薄膜トランジスタを有する半導体装置や、受光素子を有する半導体装置の製造に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…基板、９，９’，３１ｓ，３１ｓ’…有機半導体層、１１，１１’，３３，４３，４３’…保護パターン、１９…半導体装置、Ｔｒ１…薄膜トランジスタ（ボトムコンタクト・ボトムゲート構造）、Ｔｒ２…薄膜トランジスタ（トップコンタクト・ボトムゲート構造）
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にはパターニングされた有機半導体層を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低コストで大面積化が可能な半導体装置として、活性層に有機半導体層を用いた半導体装置が注目されている。このような有機半導体装置の製造においては、素子分離のためにフォトレジストをマスクに用いて有機半導体層をパターンエッチングすると、フォトレジスト中の溶剤が有機半導体層にダメージを与え、電気的な性質が劣化する問題があった。
【０００３】
そこで、有機半導体層上に、溶媒に対して安定な材料からなる保護膜を設け、この保護膜上にフォトレジストからなるマスクをパターン形成する方法が提案されている。この場合、先ずフォトレジストをマスクにしたエッチングによって保護膜をエッチングした後、酸素プラズマによって有機半導体層をエッチングする（下記特許文献１参照）。
【０００４】
また、インクジェット法のような印刷法を適用し、有機半導体層を予め所定の形状にパターン印刷することにより、フォトレジスト形成の際の有機半導体層に対する溶媒の影響を防止する方法も提案されている。この場合、パターン印刷された有機半導体層を覆う状態で、例えばシロキサン化合物を含有する保護膜を形成することにより、以降のプロセスにおいての有機半導体層のダメージも防止される（下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４１３１７（特に段落００５７−００５８参照）
【特許文献２】特開２００８−３００５８０（特に段落０１７４−−０１７６参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に代表されるような、保護膜を介してフォトレジスト上から有機半導体層をエッチングする方法では、有機半導体層のエッチング表面が化学反応をともなって変質する。この変質によって形成された変質層は、寄生容量を発生する要因となったり、有機半導体層の特性を劣化させる要因となる。
【０００７】
また特許文献２に代表されるような、有機半導体層を予め所定の形状にパターン印刷する方法では、パターン印刷された有機半導体層の表面状態が不均一である。例えばインクジェット法によって有機半導体層をパターン印刷した場合であれば、パターンサイズに依存して有機半導体層の周縁が中心部よりも厚膜化する、いわゆるコーヒーステイン現象による膜厚ばらつきが発生する。このような有機半導体層の膜厚ばらつきは、素子特性の劣化を招く要因となる。
【０００８】
そこで本発明は、表面状態および膜質の均一性を保って有機半導体層をパターニングすることが可能で、これにより特性良好に素子分離が可能な半導体装置の製造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】
【０００９】
このような目的を達成するための本発明の半導体装置の製造方法は、次の工程を順次行うことを特徴としている。先ず第１の工程では、基板上に有機半導体膜を成膜する。次の第２工程では、有機半導体膜上に保護パターンを形成する。その後第３工程では、保護パターンをマスクにして、有機半導体層を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、当該有機半導体層をパターニングする。
【００１０】
このような製造方法では、基板上に成膜した有機半導体層をパターニングする手順であるため、有機半導体層の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層のパターニングは、有機溶媒に対する溶解かまたは昇華によって行われるため、有機半導体層のパターニング面が変質することはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層のパターンが得られる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明によれば、表面状態および膜質の均一性を保ってパターニングされた有機半導体層を得ることができるため、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図４】第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図５】第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【図６】第５実施形態の製造方法を示す断面工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
１．第１実施形態（ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
２．第２実施形態（トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
３．第３実施形態（有機半導体層を相分離させたボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
４．第４実施形態（有機半導体層を相分離させたトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
５．第５実施形態（保護膜を２層設けたボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造例）
尚、各実施形態においては共通する構成要素に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
≪１．第１実施形態≫
図１および図２は本発明に係る第１実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、これらの図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第１実施形態を説明する。
【００１５】
先ず図１（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、この上部にソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成するまでを通常の手順で行う。
【００１６】
例えば、基板１は少なくとも表面が絶縁性に保たれていれば良く、例えばＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等からなるプラスチック基板が用いられる。またステンレス（ＳＵＳ）等の金属箔を樹脂でラミネートした基板、さらにはガラス基板等を用いても良い。フレキシブルな屈曲性を得るためには、プラスチック基板や金属箔を用いた基板が適用される。
【００１７】
ゲート電極３のパターン形成は、例えば先ず、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属材料膜を成膜する。この金属材料膜の成膜は、例えばスパッタリング法、蒸着法、あるいはめっき法によって成膜する。その後、フォトリソグラフィーにより金属材料膜上にレジストパターン(図示省略）を形成し、これをマスクにして金属材料膜をエッチングし、ゲート電極３を得る。尚、ゲート電極３の形成方法が限定されることはなく、例えば印刷法を適用しても良い。
【００１８】
ゲート絶縁膜５の成膜は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料からなるゲート絶縁膜５であれば、ＣＶＤ法やスパッタリング法による成膜を行う。一方、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ＰＭＭＡ、ポリイミド、フッ素樹脂等の有機高分子材料からなるゲート絶縁膜５であれば、塗布法や印刷法による成膜を行なう。ここでは例えば架橋ポリマーＰＶＰを用いてゲート絶縁膜５を塗布成膜する。
【００１９】
ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄの形成は、ゲート電極３の形成と同様に行われる。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３ｇの幅方向両脇において、それぞれの端縁を対向配置した状態で形成される。ここでは例えば金（Ａｕ）からなるソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。
【００２０】
次に図１（２）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが形成された基板１上の全面に、有機半導体層９を成膜する。ここでは特に、有機溶媒Ａに溶解する有機半導体材料を用いて有機半導体層９を成膜することとする。一例として、有機溶媒Ａに1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンを用いた場合、これに溶解するエチルフェニルペリキサンテノキサンテン（ＥｔＰｈＰＸＸ）からなる有機半導体層９を成膜する。
【００２１】
このような有機半導体層９の成膜は、真空蒸着やＣＶＤ等の真空プロセス、さらにはスピンコート、スリットコート、グラビアコート等の塗布プロセスを適用することができる。真空プロセスのメリットは膜厚や膜質の面内ばらつきが小さく、また下地の濡れ性に成膜が左右されない観点から下地材料および有機半導体材料の選択の幅が広がる。一方、塗布法のメリットは簡便で低コスト、さらに大面積基板上への成膜が可能である。
【００２２】
次に図１（３）に示すように、有機半導体層９上においてソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。ここでは、先に成膜した有機半導体層９に対してダメージを与えることのなく保護パターン１１を形成することが重要である。このため例えば、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料とを用いた印刷法によって保護パターン１１を形成する。
【００２３】
このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。
【００２４】
このような保護パターン１１の形成に適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。このような印刷法により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため、保護パターン１１を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００２５】
次に図１（４）に示すように、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層９が、ＥｔＰｈＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層９を溶解させてパターニングする。
【００２６】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で有機半導体層９に対して有機溶媒Ａを供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００２７】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００２８】
次に図１（５）に示すように、保護パターン１１を有機半導体層９上にそのまま残し、さらに保護パターン１１上および有機半導体層９の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。このような保護膜１３の形成においては、保護パターン１１がマスクとなって有機半導体層９にダメージが加わることが防止される。このため、保護膜１３の形成方法が限定されることはない。また、保護膜１３は、ソース電極７ｓやドレイン電極７ｄまたはこれらと同一層からなる電極配線の必要部分を露出する形状に形成する。このため例えばここでは、印刷法によって保護膜１３をパターン形成する。
【００２９】
以上の後には例えば図２に示すように、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜１５を成膜し、この層間絶縁膜１５にドレイン電極７ｄに達する接続孔１５ａを形成し、さらに層間絶縁膜１５上に、第３層目の配線１７を形成する。層間絶縁膜１５は、例えばフォトジストを用い、スピンコート法によって成膜したフォトレジス膜に対して、リソグラフィー処理を行うことで接続孔１５ａを形成しても良い。この場合、保護膜１３によって有機半導体層９の側面が保護されるため、フォトレジスト中の溶剤が有機半導体層にダメージを与えることが防止される。また層間絶縁膜１５は、スクリーン印刷法により、予め接続孔１５ａを備えた形状として形成しても良い。配線１７は、接続孔１５ａを介して薄膜トランジスタＴｒ１のドレイン電極７ｄに接続する形状に形成する。このような配線１７は、先ず蒸着法によって配線膜を成膜し、次にリソグラフィー法によって形成したレジストパターンをマスクにして配線膜をパターンエッチングして形成するか、またはスクリーン印刷法やインクジェット法のような印刷法を適用して形成する。
【００３０】
以上により半導体装置１９を完成させる。尚、この半導体装置１９を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線１７を画素電極として形成すれば良い。
【００３１】
以上説明した第１実施形態によれば、図１（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン１１をマスクにしてパターニングする手順である。このため、印刷によって予めパターン形成された有機半導体層と比較して、パターニング後の有機半導体層９の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層９のパターニングは、有機溶媒に対する溶解によって行われるため、パターニング面が変質した変質層が形成されることはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層９のパターンを得ることができる。この結果、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００３２】
＜第１実施形態の変形例＞
次に、先の図１に基づいて第１実施形態の変形例を説明する。
【００３３】
先ず、上述した第１実施形態において図１（１）を用いて説明したと同様に、基板１上にゲート電極３、ゲート絶縁膜５、ソース電極７ｓ／ドレイン電極７ｄを形成するまでを行う。
【００３４】
次に、図１（２）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが形成された基板１上の全面に、有機半導体層９’を成膜する。ここで成膜する有機半導体層９’は、次に行う保護パターンの形成プロセスに対する耐性を有するとともに、保護パターンの構成材料よりも昇華温度が低い材料を用いて構成することが重要である。
【００３５】
このような有機半導体層９’の成膜は、第１実施形態と同様に、真空蒸着やＣＶＤ等の真空プロセス、さらにはスピンコート、スリットコート、グラビアコート等の塗布プロセスで行うことができる。ここでは例えば真空蒸着によって、ペンタセンからなる有機半導体層９’を成膜する。
【００３６】
次に、図１（３）に示す工程では、有機半導体層９’上においてソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１’を形成する。ここでは、第１実施形態と同様に、先に成膜した有機半導体層９’に対してダメージを与えることのなく保護パターン１１’を形成することが重要である。またこれと共に、有機半導体層９’よりも昇華温度が高い材料を用いて保護パターン１１’を形成することが重要である。
【００３７】
このような保護パターン１１’は、第１実施形態と同様に、有機半導体層９’を溶解させたり変質させることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料を用いた印刷法によって保護パターン１１’を形成する。このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１’を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１’を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため、保護パターン１１を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００３８】
次に、図１（４）に示す工程では、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で有機半導体層９’を昇華させてパターニング除去する。例えば保護パターン１１’がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなり、有機半導体層９’がペンタセンからなる場合であれば、１５０℃に設定した真空オーブンで１２時間のアニール処理を行う。これにより、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）からなる保護パターン１１’が設けられていない部分において、ペンタセンからなる有機半導体層９’を昇華させて除去し、パターニングされた有機半導体層９’を得る。
【００３９】
尚、アニール処理の際に真空オーブン内において発生したガスから、有機半導体材料（ペンタセン）を回収して再利用することもできる。
【００４０】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９’を用いて形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００４１】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて保護パターン１１’を有機半導体層９’上にそのまま残し、さらに有機半導体層９’の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜１５を成膜し、この層間絶縁膜１５にドレイン電極７ｄに達する接続孔１５ａを形成し、さらに層間絶縁膜１５上に、第３層目の配線１７を形成し、半導体装置１９を完成させる。尚、この半導体装置１９を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線１７を画素電極として形成すれば良い。
【００４２】
以上説明した第１実施形態の変形例であっても、図１（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９’を、保護パターン１１’をマスクにしてパターニングする手順である。このため、印刷によって予めパターン形成された有機半導体層と比較して、パターニング後の有機半導体層９’の表面状態が均一なものとなる。また、有機半導体層９’のパターニングは、有機半導体層９’の昇華によって行われるため、パターニング面が変質した変質層が形成されることはなく、周縁部を含めて均一な膜質の有機半導体層９’のパターンを得ることができる。この結果、第１実施形態と同様に、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００４３】
≪２．第２実施形態≫
図３は本発明に係る第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、この図面に基づいて、本発明をトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第２実施形態を説明する。
【００４４】
先ず図３（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００４５】
その後、このゲート絶縁膜５上に、有機半導体層９を成膜する。この有機半導体層９は、第１実施形態と同様であり、特定の有機溶媒Ａに溶解する有機半導体材料を用いて適宜選択された方法にて成膜することとする。ここでは一例として、特定の有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンを用いた場合、これに溶解するエチルフェニルペリキサンテノキサンテン（ＥｔＰｈＰＸＸ）からなる有機半導体層９を成膜する。
【００４６】
次に図３（２）に示すように、有機半導体層９上においてゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。この保護パターン１１は、第１実施形態と同様であり、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく形成されることが重要であり、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂを用いた印刷法によって形成さえる。例えば溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能である。
【００４７】
次に図３（３）に示すように、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層９を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層９が、ＥｔＰｈＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層９を溶解させてパターニングする。ここでは、たとえば浸漬、スピン塗布、スプレー等の方法で有機半導体層９に対して有機溶媒Ａを供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００４８】
有機半導体層９のパターニング後には、保護パターン１１を除去する。ここでは、上述した溶剤Ｂを用いることにより、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく、溶剤Ｂに保護パターン１１を溶解させて除去する。尚ここでは、有機半導体層９に対してダメージを与えることなく保護パターン１１を溶解できる溶剤であれば、印刷に用いた溶剤Ｂ以外であっても保護パターン１１の除去に用いることができる。また保護パターン１１を溶解させた溶剤Ｂからは、精製によって保護パターン１１の構成材料を回収して際利用することもできる。
【００４９】
次に、図３（４）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３を幅方向両脇の有機半導体層９の上部において、それぞれの端縁をゲート電極３を挟んで対向配置した状態で形成される。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、印刷法やその他の公知のターニング方法によって形成でき、例えばメタルマスクを用いた金属材料の蒸着や、銀（Ａｇ）ペーストを用いたスクリーン印刷などによって形成する。
【００５０】
以上により、基板１上にトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ２は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００５１】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて有機半導体層９を覆う絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００５２】
以上説明した第２実施形態であっても、図３（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン１１をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００５３】
＜第２実施形態の変形例＞
以上の第２実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図３（１）を用いて説明した工程において成膜する有機半導体層９’は、有機溶媒Ａに対する溶解性が問われることはない。しかしながら、次に行う保護パターンの形成プロセスに対する耐性を有するとともに、保護パターンよりも昇華温度が低い材料を用いて構成することは、第１実施形態の変形例と同様である。
【００５４】
次に、図３（２）に示す工程で形成する保護パターン１１’は、先に成膜した有機半導体層９’に対してダメージを与えることなく、かつ有機半導体層９’よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要であることは、第１実施形態の変形例と同様である。
【００５５】
その後、図３（３）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で有機半導体層９’を昇華させてパターニング除去する。
【００５６】
以降は、第２実施形態と同様に行うことで、トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２を備えた半導体装置を完成させる。
【００５７】
以上説明した第２実施形態の変形例であっても、図３（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９’を、保護パターン１１’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００５８】
≪３．第３実施形態≫
図４は本発明に係る第３実施形態の製造方法を示す断面工程図である。この第３実施形態が第１実施形態と異なるところは、相分離によって有機半導体層を形成する手順にある。以下、この図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第３実施形態を説明する。
【００５９】
先ず、図４（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、さらにソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００６０】
その後、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが設けられたゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１を成膜する。この混合インク層３１は目的とする有機半導体材料と共に、他の有機材料（混合材料）を含有しており、次に行う相分離において有機半導体材料がゲート絶縁膜５側（基板１側）の下方に分離するように材料が組み合わせられていることとする。ここでは有機半導体材料としてＴＩＰＳペンタセン（6，13−bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene）を用い、有機材料としてポリαメチルスチレン（Poly-α-methylstyrene：ＰａＭＳ）を用い、これらをトルエンに溶解させたインクを用いた塗布法により、混合インク層３１を成膜する。
【００６１】
次に図４（２）に示すように、混合インク層（３１）内の有機半導体材料と有機材料とを相分離させ、基板１側を有機半導体材料からなる有機半導体層３１ｓとし、その上部に有機材料からなる絶縁層３１ｉを積層させた構成とする。このような相分離は、混合インク層（３１）を乾燥させることにより行われる。
【００６２】
次に、図４（３）に示すように、有機半導体層３１ｓおよび絶縁層３１ｉの積層部上において、ソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン３３を形成する。この際、有機半導体層３１ｓは、絶縁層３１ｉで保護されている。このため、保護パターン３３は、有機半導体層３１ｓへのプロセスダメージを考慮して形成する必要はなく、次に行う絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓの除去に対して耐性を有する材料を用いて形成されれば良い。
【００６３】
このような保護パターン３３は、例えば印刷法によって形成する。ここでは、第１実施形態と同様に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂またはサイトップ（登録商標）のようなフッ素系溶媒に溶解するアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン３３を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン３３の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン３３の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため保護パターン３３を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００６４】
ここで適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。
【００６５】
次いで、図４（４）に示すように、保護パターン３３をマスクにして、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを、有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。この有機溶媒Ａは、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓは溶解するが、保護パターン３３は溶解しないものであり、例えばトルエンであることとする。
【００６６】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓに対して有機溶媒Ａを供給する。尚、絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料および有機材料を回収して再利用することもできる。
【００６７】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層３３ｓを用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００６８】
次に図４（５）に示すように、第１実施形態と同様に必要に応じて保護パターン３３をそのまま残し、さらに保護パターン３３上および有機半導体層３１sの側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。このような保護膜１３の形成においては、保護パターン１１がマスクとなって有機半導体層９にダメージが加わることが防止される。このため、保護膜１３の形成方法が限定されることはない。また、保護膜１３は、ソース電極７ｓやドレイン電極７ｄまたはこれらと同一層からなる電極配線の必要部分を露出する形状に形成する。このため例えばここでは、印刷法によって保護膜１３をパターン形成する。
【００６９】
以降は、第１実施形態において図２を用いて説明したと同様に、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００７０】
以上説明した第３実施形態であっても、図４（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓを、保護パターン３３をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓのパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００７１】
＜第３実施形態の変形例＞
以上説明した第３実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図４（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン３３’は、先に成膜した絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓよりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【００７２】
その後、図４（４）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン３３’をマスクにして、保護膜パターン３３’の昇華温度よりも低い温度で絶縁層３１ｉおよび有機半導体層３１ｓを昇華させてパターニング除去する。
【００７３】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１を備えた半導体装置を完成させる。
【００７４】
以上説明した第３実施形態の変形例であっても、図４（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓを、保護パターン３３’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓのパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００７５】
≪４．第４実施形態≫
図５は本発明に係る第４実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、この図面に基づいて、本発明をトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第４実施形態を説明する。
【００７６】
先ず図５（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜するまでを、他の実施形態と同様に通常の手順で行う。
【００７７】
その後、このゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１’を成膜する。この混合インク層３１’は目的とする有機半導体材料と共に、他の有機材料（混合材料）を含有していることは第３実施形態と同様である。
【００７８】
その後、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄが設けられたゲート絶縁膜５上に、有機半導体材料を含有する混合インク層３１’を成膜する。この混合インク層３１’は目的とする有機半導体材料と共に、他の絶縁性有機材料（混合材料）を含有しており、次に行う相分離において絶縁性有機材料がゲート絶縁膜５側（基板１側）の下方に分離するように材料が組み合わせられていることとする。ここでは有機半導体材料としてペリキサンテノキサンテン（ＰＸＸ）を用い、有機材料としてポリαメチルスチレン（Poly-α-methylstyrene：ＰａＭＳ）を用い、これらをトルエンに溶解させたインクを用いた塗布法により、混合インク層３１’を成膜する。
【００７９】
次に図５（２）に示すように、混合インク層（３１’）内の有機半導体材料と絶縁性有機材料とを相分離させ、基板１側を絶縁性有機材料からなる絶縁層３１ｉ’とし、その上部に有機半導体材料からなる絶縁層３１ｓ’を積層させた構成とする。このような相分離は、混合インク層（３１’）を乾燥させることにより行われる。尚、相分離によって得られた絶縁層３１ｉ’は、ゲート絶縁膜５と共に、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の一部を構成する層となる。
【００８０】
次いで、図５（３）に示すように、有機半導体層３１ｓ’上においてゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン１１を形成する。この保護パターン１１は、第１実施形態と同様であり、有機半導体層３１ｓ’に対してダメージを与えることのなく形成されることが重要であり、有機半導体層３１ｓ’を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂを用いた印刷法によって形成さえる。例えば溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護パターン１１を印刷法によって形成する。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン１１の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン１１の形成が可能である。
【００８１】
その後、保護パターン１１をマスクにして、有機半導体層３１ｓ’を有機溶媒Ａに溶解させてパターニング除去する。有機半導体層３１ｓ’が、ＰＸＸからなる場合であれば、有機溶媒Ａとして1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに有機半導体層３１ｓ’を溶解させてパターニングする。ここでは、たとえば浸漬、スピン塗布、スプレー等の方法で有機半導体層３１ｓ’に対して有機溶媒Ａを供給する。この際、有機半導体層３１ｓ’と共に、絶縁層３１ｉ’がパターニングされても良い。尚、有機半導体層３１ｓ’を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【００８２】
次に図５（４）に示すように、有機半導体層３１ｓ’のパターニング後には、保護パターン（１１）を除去する。ここでは、上述した溶剤Ｂを用いることにより、有機半導体層３１ｓ’および絶縁層３１ｉ’に対してダメージを与えることなく、溶剤Ｂに保護パターン（１１）を溶解させて除去する。尚ここでは、有機半導体層３１ｓ’に対してダメージを与えることなく保護パターン（１１）を溶解できる溶剤であれば、印刷に用いた溶剤Ｂ以外であっても保護パターン（１１）の除去に用いることができる。
【００８３】
以上の後には図５（５）に示すように、ソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成する。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、ゲート電極３を幅方向両脇の有機半導体層３１ｓ’の上部において、それぞれの端縁をゲート電極３を挟んで対向配置した状態で形成される。これらのソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄは、印刷法やその他の公知のターニング方法によって形成でき、例えばメタルマスクを用いた金属材料の蒸着や、銀（Ａｇ）ペーストを用いたスクリーン印刷などによって形成する。
【００８４】
以上により、基板１上にトップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ２は、有機半導体層３１ｓ’を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【００８５】
以降は、第１実施形態において図１（５）および図２を用いて説明したと同様に、必要に応じて有機半導体層３１ｓ’を覆う絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し、半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【００８６】
以上説明した第４実施形態であっても、図５（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓ’を、保護パターン１１をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓ’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００８７】
＜第４実施形態の変形例＞
以上説明した第４実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図５（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン１１’は、先に成膜した絶縁層３１ｉ’および有機半導体層３１ｓ’よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【００８８】
その後、他の実施形態の変形例と同様に、保護パターン１１’をマスクにして、保護膜パターン１１’の昇華温度よりも低い温度で絶縁層３１ｉ’および有機半導体層３１ｓ’を昇華させてパターニング除去する。
【００８９】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、トップコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ２を備えた半導体装置を完成させる。
【００９０】
以上説明した第４実施形態の変形例であっても、図５（３）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層３１ｓ’を、保護パターン１１’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層３１ｓ’のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【００９１】
≪５．第５実施形態≫
図６は本発明に係る第５実施形態の製造方法を示す断面工程図である。この第５実施形態が第１実施形態と異なるところは、保護パターンの下層に保護膜を設けて２層構造としたところにある。以下、この図面に基づいて、本発明をボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造に適用した第５実施形態を説明する。
【００９２】
先ず、図６（１）に示すように、基板１上にゲート電極３を形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、さらにソース電極７ｓおよびドレイン電極７ｄを形成し、これを覆う状態で有機半導体層９を成膜するまでを、第１実施形態と同様に通常の手順で行う。ここでは有機半導体層９の成膜の一例として、例えばエタノールに溶解させたＴｉＰＳペンタセンをエタノールに溶解させたインクを用いて塗布成膜されることとする。
【００９３】
次に図６（２）に示すように、有機半導体層９の全面を覆う状態で保護膜４１を成膜する。ここでは先に成膜した有機半導体層９に対してダメージを与えることのなく保護膜４１を形成することが重要である。このため例えば、有機半導体層９を溶解させたり変質させたりすることのない溶媒Ｂと、この溶媒Ｂに対して溶解する材料とを用いた塗布法や印刷法によって保護膜４１を形成する。
【００９４】
このような溶媒Ｂとしては、水やフッ素系溶媒を用いることができる。溶媒Ｂとして水を用いた場合、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やシアノエチルプルラン（ＣｙＥＰＬ）等の水溶媒系樹脂からなる保護膜４１を印刷法によって形成する。また溶媒Ｂとしてフッ素系溶媒を用いた場合、サイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂からなる保護膜４１を印刷法によって形成する。
【００９５】
ここでは例えば、ＰＶＡ水溶液をインク溶液として用いた塗布法によって保護膜４１を成膜することとする。
【００９６】
次に図６（３）に示すように、保護膜４１上において、ソース電極７ｓ−ドレイン電極７ｄ間のゲート電極３上に重なる位置に、保護パターン４３を形成する。この際、有機半導体層９は、保護膜４１で保護されている。このため、保護パターン４３は、有機半導体層９へのプロセスダメージを考慮して形成する必要はなく、次に行う保護膜４１および有機半導体層９の除去に対して耐性を有する材料を用いて形成されれば良い。
【００９７】
このような保護パターン４３は、例えば印刷法によって形成する。ここでは、例えばポリスチレン（polystyrene：ＰＳ）をトルエンに溶解させたインクを用いた印刷法によって保護パターン４３を形成する。ここで適用する印刷法が特に限定されることはなく、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、乾式スタンプ印刷などから適宜の印刷法を選択して良い。印刷法の適用により、高スループット、低コストで保護パターン４３の形成が可能である。また特に、乾式スタンプ法を適用することにより、薄膜で高繊細な保護パターン４３の形成が可能であり、さらに薄膜平坦であるため保護パターン４３を残した場合に上層の作製が容易になる。
【００９８】
次に図６（４）に示すように、保護パターン４３をマスクにして、ＰＶＡからなる保護膜４１を水に溶解させてパターニング除去する。続いて、保護パターン４３をマスクにして、ＴｉＰＳペンタセンからなる有機半導体層９をエタノール(有機溶媒Ａ）に溶解させてパターニング除去する。
【００９９】
この際、例えば浸漬法、スピン塗布法、スプレー法等の方法で保護膜４１および有機半導体層９に対して水またはエタノール（有機溶媒Ａ）を供給する。尚、有機半導体層９を溶解させた有機溶媒Ａからは、精製によって有機半導体材料を回収して再利用することもできる。
【０１００】
以上により、基板１上にボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１が得られる。この薄膜トランジスタＴｒ１は、有機半導体層９を用いて基板１上に形成された他の薄膜トランジスタやその他の素子に対して素子分離されたものとなる。
【０１０１】
以降は、他の実施形態と同様に、例えば図６（５）に示すように必要に応じて保護パターン４１を有機半導体層９上にそのまま残し、さらに有機半導体層９の側面を覆う形状で絶縁性の保護膜１３を形成しても良い。そして、基板１上の全面を覆う状態で層間絶縁膜を成膜し、この層間絶縁膜にドレイン電極７ｄに達する接続孔を形成し、さらに層間絶縁膜上に、第３層目の配線を形成し半導体装置を完成させる。尚、この半導体装置を表示装置のパックプレーンとして用いる場合であれば、配線を画素電極として形成すれば良い。
【０１０２】
以上説明した第５実施形態であっても、図６（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン４３をマスクにして溶解させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【０１０３】
＜第５実施形態の変形例＞
以上説明した第５実施形態に対しても第１実施形態の変形例を適用することができる。この場合、図６（３）を用いて説明した工程で形成する保護パターン４３’は、先に成膜した保護膜４１および有機半導体層９よりも昇華温度が高い材料を用いて形成することが重要である。
【０１０４】
その後、図６（４）に示す工程では、第１実施形態の変形例と同様に、保護パターン４３’をマスクにして、保護膜パターン４３’の昇華温度よりも低い温度で保護膜４１および有機半導体層９を昇華させてパターニング除去する。
【０１０５】
以降は、第１実施形態と同様に行うことで、ボトムコンタクト・ボトムゲート構造の薄膜トランジスタＴｒ１を備えた半導体装置を完成させる。
【０１０６】
以上説明した第５実施形態の変形例であっても、図６（４）を用いて説明したように、基板１上に成膜した有機半導体層９を、保護パターン４３’をマスクにして昇華させてパターニングする手順である。このため第１実施形態と同様に、表面状態および膜質が均一な有機半導体層９のパターンを得ることができ、特性良好に素子分離を行うことが可能になる。
【０１０７】
尚、以上の各実施形態およびその変形例においては、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法に本発明を適用した手順を説明した。しかしながら本発明はこれに限定されることはなく、有機半導体層をパターニングする工程を有する半導体装置の製造に広く適用可能であり、例えばトップゲート構造の薄膜トランジスタを有する半導体装置や、受光素子を有する半導体装置の製造に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…基板、９，９’，３１ｓ，３１ｓ’…有機半導体層、１１，１１’，３３，４３，４３’…保護パターン、１９…半導体装置、Ｔｒ１…薄膜トランジスタ（ボトムコンタクト・ボトムゲート構造）、Ｔｒ２…薄膜トランジスタ（トップコンタクト・ボトムゲート構造）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に有機半導体層を成膜する第１工程と、
前記有機半導体層上に保護パターンを形成する第２工程と、
前記保護パターンをマスクにして前記有機半導体層を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、当該有機半導体層をパターニングする第３工程とを行う
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記保護パターンを印刷法によってパターン形成する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記保護パターンは、フッ素系樹脂または水溶性ポリマーからなる
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２工程では、前記有機半導体層よりも昇華温度が高い材料を用いて前記保護パターンを形成し、
前記第３工程では、前記保護パターンの昇華温度よりも低い温度で前記有機半導体層を昇華させる
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程の後、
前記有機半導体層に対して前記保護パターンを選択的に除去する第４工程を行う
請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程では、前記有機半導体層を有機溶媒に溶解させ、
前記第３工程の後に、前記有機半導体層を溶解させた有機溶媒中から有機半導体材料を回収する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程では、前記有機半導体層を昇華させると共に昇華させた当該有機半導体層の構成材料を回収する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に有機半導体層を成膜する第１工程と、
前記有機半導体層上に保護パターンを形成する第２工程と、
前記保護パターンをマスクにして前記有機半導体層を有機溶媒に溶解させるかまたは昇華させることにより、当該有機半導体層をパターニングする第３工程とを行う
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程では、前記保護パターンを印刷法によってパターン形成する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記保護パターンは、フッ素系樹脂または水溶性ポリマーからなる
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２工程では、前記有機半導体層よりも昇華温度が高い材料を用いて前記保護パターンを形成し、
前記第３工程では、前記保護パターンの昇華温度よりも低い温度で前記有機半導体層を昇華させる
請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程の後、
前記有機半導体層に対して前記保護パターンを選択的に除去する第４工程を行う
請求項１〜４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程では、前記有機半導体層を有機溶媒に溶解させ、
前記第３工程の後に、前記有機半導体層を溶解させた有機溶媒中から有機半導体材料を回収する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第３工程では、前記有機半導体層を昇華させると共に昇華させた当該有機半導体層の構成材料を回収する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７７４７０（Ｐ２０１１−７７４７０Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０２３４（Ｐ２００９−２３０２３４）
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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