半导体装置的制造方法

专利名称：半导体装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置的制造方法，并且具体地涉及包括图案化的有机半导体层 的半导体装置的制造方法。
背景技术：
近年来，包括有机半导体层作为活性层的半导体装置作为能够以低成本大面积制 造的半导体装置已经受到关注。制造这种有机半导体装置的一个问题是，当为了器件分离 使用光致抗蚀剂作为掩模通过蚀刻将有机半导体层图案化时，包含在光致抗蚀剂中的溶剂 破坏了有机半导体层，由此使其电性质劣化。
因此，已经提出了一种方法，其中，在通过使用光致抗蚀剂在保护膜上形成掩模图 案之前，通过使用具有耐溶剂性的材料在有机半导体层上形成保护膜。在这种情况下，在通 过氧等离子体蚀刻有机半导体层之前，使用光致抗蚀剂作为掩模来蚀刻保护膜(参见日本 未审查专利申请公开第2006-41317号(具体地，第0057和0058段))。
此外，已经提出了一种方法，其中，通过诸如喷墨印刷的印刷将有机半导体层形成 为预定的图案，以避免包含在光致抗蚀剂中的溶剂对有机半导体层的影响。在这种情况下， 如果包含例如硅氧烷化合物的保护膜形成为覆盖有机半导体层的印刷图案，则该保护膜防 止有机半导体层在随后的处理中被破坏(参见日本未审查专利申请公开第2008-300580号 (具体地，第0174至0176段))。发明内容
然而，通过使用其间具有保护膜的光致抗蚀剂来蚀刻有机半导体层的方法(如由 在日本未审查专利申请公开第2006-41317号(具体地，第0057和0058段)中公开的一种 方法所代表的)使有机半导体层的蚀刻表面发生化学变质(degrade)。通过变质所形成的 变质层促成寄生电容或使有机半导体层的特性劣化。
另一方面，将有机半导体层印刷为预定图案的方法(如由在日本未审查专利申请 公开第2008-300580号(具体地，第0174至0176段)中公开的一种方法所代表的)导致 了有机半导体层的印刷图案中的不均勻表面状态。例如，如果通过喷墨印刷来印刷有机半 导体层的图案，则其厚度根据图案尺寸随着称作咖啡污渍现象(coffeestain phenomenon) 的现象的结果(有机半导体层通过该现象变得其边缘比其中央更厚)而变化。这种厚度变 化使器件特性劣化。
因此，期望提供一种通过在保持均勻的表面状态和膜质量的同时将有机半导体层 图案化的半导体装置的制造方法，从而在保证良好特性的同时将器件分离。
根据本发明实施方式的半导体装置的制造方法包括以下步骤在基板上形成有机 半导体层；在有机半导体层上形成保护图案；以及使用保护图案作为掩模、通过使有机半 导体层溶解在有机溶剂中或使有机半导体层升华，而将该有机半导体层图案化。
由于这种方法采用了将形成在基板上的有机半导体层图案化的工序，所以有机半 导体层具有均勻的表面状态。另外，由于通过使有机半导体层溶在有机溶剂中解或使其升 华而将有机半导体层图案化，所以有机半导体层的图案化表面没有变质，从而使有机半导 体层的图案，包括其边缘，具有均勻的膜质量。
如上所述，根据本发明的实施方式，可以在保持均勻的表面状态和膜质量的同时 将有机半导体层图案化，从而可以在确保良好特性的同时将器件分离。


图IA至图IE是示出了根据本发明第一实施方式的半导体装置的制造方法的步骤 的截面图2是示出了根据本发明第一实施方式的半导体装置的制造方法的步骤的另一 截面图3A至图3E是示出了根据本发明第二实施方式的半导体装置的制造方法的步骤 的截面图4A至图4E是示出了根据本发明第三实施方式的半导体装置的制造方法的步骤 的截面图5A至图5F是示出了根据本发明第四实施方式的半导体装置的制造方法的步骤 的截面图；以及
图6A至图6E是示出了根据本发明第五实施方式的半导体装置的制造方法的步骤 的截面图。
具体实施方式
现在，将参考附图以如下顺序来描述本发明的实施方式
1.第一实施方式(包括底接触底栅薄膜晶体管的半导体装置的制造)
2.第二实施方式(包括顶接触底栅薄膜晶体管的半导体装置的制造)
3.第三实施方式(包括底接触底栅薄膜晶体管(包括通过相分离所形成的有机半 导体层)的半导体装置的制造)
4.第四实施方式(包括顶接触底栅薄膜晶体管(包括通过相分离所形成的有机半 导体层)的半导体装置的制造)
5.第五实施方式(包括底接触底栅薄膜晶体管(包括两层保护膜)的半导体装置 的制造)
在以下实施方式中，相同的元件由同一参考标号来表示，并且将省略其多余的描 述。
1.第一实施方式
图IA至图IE和图2是示出了根据本发明第一实施方式的包括底接触底栅薄膜晶 体管的半导体装置的制造方法的步骤的截面图。现在将参考附图描述第一实施方式。
参考图1A，首先，通过普通的工序而在基板1上形成栅电极3，形成栅极绝缘体5 以覆盖栅电极3，并且在栅电极3上形成源电极7s和漏电极7d。
基板1可以是至少在其表面上具有绝缘性质的任何基板，例如，诸如聚苯醚砜 (PES)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)的塑料基 板。基板1还可以为诸如不锈钢的金属箔的树脂层压基板或玻璃基板。为了柔性，使用塑 料基板或金属箔基板。
为了形成栅电极3的图案，例如，首先，形成诸如金(Au)、白金(Pt)、银(Ag)、钨 (W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)或者镍(Ni)的金属膜。该金属膜 例如通过溅射、蒸发或镀法而形成。然后通过光刻(photolithography)在金属膜上形成抗 蚀图案(未示出)，并且将该抗蚀图案用作掩模来蚀刻该金属膜，由此形成了栅电极3。栅 电极3可以通过任意方法而形成，例如，可以应用印刷来代替。
如果栅极绝缘体5由诸如氧化硅或氧化氮的无机材料形成，则通过化学气相沉 积(CVD)或溅射来形成栅极绝缘体5。另一方面，如果栅极绝缘体5由诸如聚乙烯基苯酚 (PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺或含氟聚合物的有机聚合物材料形成，则通过 涂覆或印刷来形成栅极绝缘体5。在该实施方式中，例如，使用交联PVP而通过涂覆来形成 栅极绝缘体5。
源电极7s和漏电极7d以与栅电极3相同的方式形成。源电极7s和漏电极7d被 形成为使得它们各自的边缘在栅电极3的宽度方向上的两侧彼此相对。在该实施方式中， 例如，源电极7s和漏电极7d由金(Au)形成。
然后参考图1B，在其上形成有源电极7s和漏电极7d的基板1的整个表面上形成 有机半导体层9。在该实施方式中，具体地，通过使用在有机溶剂A中可溶的有机半导体材 料来形成有机半导体层9。例如，如果所使用的有机溶剂A为1，2，3，4-四氢化萘，则通过使 用在1，2，3，4_四氢化萘中可溶的乙基苯基迫咕吨并咕吨(ethylphenylperixanthenoxant hene) (EthPhPXX)来形成有机半导体层9。
有机半导体层9可以通过诸如真空蒸发或CVD的真空处理或诸如旋涂、狭缝涂覆 (slit coating)、或照相凹板涂覆的涂覆处理而形成。真空处理的优点在于所得的膜在厚 度、质量上具有较小的面内变化，并且由于该处理不依赖于基板的可湿性，所以可用的基板 材料和有机半导体材料的选择范围大。另一方面，涂覆处理的优点在于其是一种简单、低成 本的处理，并且可以在大基板上形成膜。
然后参考图1C，在有机半导体层9上形成保护图案11，以与源电极7s和漏电极7d 之间的栅电极3重叠。在该步骤中，重要的是，在不破坏先前形成的有机半导体层9的情况 下形成保护图案11。因此，例如，使用不使有机半导体层9溶解或变质的溶剂B和在溶剂B 中可溶的材料通过印刷来形成保护图案11。
所使用的溶剂B可以为水或氟化溶剂。如果所使用的溶剂B为水，则使用诸如聚乙 烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(cyanoethyIpullulan) (CyEPL)的水性树脂(water-based resin)通过印刷来形成保护图案11。另一方面，如果所使用的溶剂B为氟化溶剂，则使用 诸如CYTOP(注册商标)的非晶含氟聚合物通过印刷形成保护图案11。
用于形成保护图案11的印刷处理没有特别限制，并且可以从例如丝网印刷、苯胺 印刷、照相凹版印刷、胶印、喷墨印刷以及干压印中选择适当的印刷处理。通过这种印刷处5理，可以以高产量和低成本来形成保护图案11。特别地，通过干压印，可以形成薄且细的保 护图案11，并且如果保留保护图案11，则由于保护图案11薄且平坦而可以容易地形成上层。
接着参考图1D，使用保护图案11作为掩模通过使有机半导体层9在有机溶剂A中 溶解，而将该有机半导体层图案化。如果有机半导体层9由EtPhPXX形成，则使用1，2，3， 4-四氢化萘作为有机溶剂A，通过使有机半导体层9溶解将该有机半导体层图案化。
在该步骤中，通过诸如浸渍、旋涂和喷涂的方法将有机溶剂A提供给有机半导体 层9。可以通过提纯从溶解有有机半导体层9的有机溶剂A中回收有机半导体材料用于再 利用。
因此，在基板1上形成了底接触底栅薄膜晶体管Trl。薄膜晶体管Trl与使用有机 半导体层9而形成在基板1上的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
参考图1E，当将保护图案11留在有机半导体层9上时，可以将绝缘保护膜13形成 为覆盖保护图案11和有机半导体层9的侧面的图案。在形成保护膜13时，保护图案11用 作掩模以防止对有机半导体层9的破坏。因此，保护膜13可以通过任何方法形成。另外， 保护膜13形成为使源电极7s、漏电极7d或由与源电极7s和漏电极7d相同的层形成的电 极线的适当部分暴露的图案。在该实施方式中，例如，通过印刷来形成保护膜13的图案。
此后，例如，如图2所示，形成层间绝缘体15，以覆盖基板1的整个表面，在层间绝 缘体15中形成通孔15a，以到达漏电极7d,并且在层间绝缘体15上形成互连线17作为第 三层。例如，层间绝缘体15可以是通过旋涂而形成的光致抗蚀剂膜，并且通孔1 可以通过 光刻而形成在光致抗蚀剂膜中。在这种情况下，保护膜13保护有机半导体层9的侧面，以 防止包含在光致抗蚀剂中的溶剂损坏有机半导体层9。也可以通过丝网印刷将层间绝缘体 15形成为具有通孔15a的图案。互连线17形成为经由通孔1 而连接至薄膜晶体管Trl 的漏电极7d的图案。可以通过蒸发形成互连膜、并且使用由平版印刷(lithography)形成 的抗蚀图案作为掩模而通过蚀刻将该互连膜图案化，来形成互连线17，或者可以通过诸如 丝网印刷或喷墨印刷的印刷来形成该互连线。
因此，完成了半导体装置19。如果将该半导体装置19用作显示器的底板，则可以 将互连线17形成为像素电极。
如使用图ID所描述的，第一实施方式采用了使用保护图案11作为掩模而将形成 在基板1上的有机半导体层9图案化的工序。因此，图案化的有机半导体层9比通过印刷 形成的有机半导体层的图案具有更均勻的表面状态。另外，由于通过使有机半导体层9溶 解在有机溶剂中而将有机半导体层图案化，所以在图案化的表面上没有形成变质层，从而 有机半导体层9的图案，包括其边缘，具有均勻的膜质量。结果，可以在确保良好特性的同 时将半导体装置19分离开。
第一实施方式的修改例
接下来，将参考图1描述第一实施方式的修改例。
首先，以与使用图IA在第一实施方式中描述的相同方式，在基板1上形成栅电极 3、栅极绝缘体5、源电极7s以及漏电极7d。
然后，参考图1B，在其上形成有源电极7s和漏电极7d的基板1的整个表面上形 成有机半导体层9'。在该步骤中，重要的是，通过使用对随后形成保护图案的处理有抗性CN 102034930 A说明书5/12 页(耐性)并升华温度低于保护图案的构成材料的材料，来形成有机半导体层9'。
如在第一实施方式中，可以通过诸如真空蒸发或CVD的真空处理或者诸如旋涂、 狭缝涂覆或照相凹板涂覆的涂覆处理来形成有机半导体层9'。在该修改例中，例如，通过 使用并五苯的真空蒸发来形成有机半导体层9'。
在图IC中所示的下一步骤中，在有机半导体层9'上形成保护图案11'，以与源 电极7s和漏电极7d之间的栅电极3重叠。在该步骤中，与在第一实施方式中相同，重要的 是，在不破坏先前形成的有机半导体层9'的情况下形成保护层11'。同时，重要的是，通 过使用升华温度高于有机半导体层9'的材料来形成保护图案11'。
如在第一实施方式中，使用不使有机半导体层9 ‘溶解或变质的溶剂B和在溶剂B 中可溶的材料、通过印刷来形成保护图案11'。所使用的溶剂B可以为水或氟化溶剂。如 果所使用的溶剂B为水，则使用诸如聚乙烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(CyEPL)的水性 树脂通过印刷来形成保护图案11'。另一方面，如果所使用的溶剂B为氟化溶剂，则使用诸 如CYTOP(注册商标)的非晶含氟聚合物通过印刷来形成保护图案11'。通过印刷，可以 以高产量和低成本来形成保护图案11'。特别地，通过干压印，可以形成薄且细的保护图 案11'，并且如果保留保护图案11'，则由于保护图案11'薄且平坦而可以容易地形成上 层。
在图ID中所示的下一步骤中，通过使用保护图案1Γ作为掩模以低于保护图案 11'的升华温度的温度使有机半导体层9'升华，而将该有机半导体层图案化。如果保护图 案11'由聚乙烯醇(PVA)形成并且有机半导体层9'由并五苯形成，则将有机半导体层9' 在设定为150°C的真空炉中退火12个小时。因此，通过从没有设置由聚乙烯醇(PVA)形成 的保护图案11'的区域中升华而去除了由并 五苯形成的有机半导体层9'，从而形成了图 案化的有机半导体层9'。
可以从退火期间在真空炉中产生的气体中回收有机半导体材料(并五苯)以用于 再利用。
因此，在基板1上形成了底接触底栅薄膜晶体管Trl。薄膜晶体管Trl与使用有机 半导体层9'形成的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
此后，以与使用图IE和图2在第一实施方式中描述的相同方式，当保护图案11' 适当保留在有机半导体层9'上时，可以将绝缘保护膜13形成为覆盖有机半导体层9'的 侧面的图案。然后形成层间绝缘体15，以覆盖基板1的整个表面，在层间绝缘体15中形成 通孔15a以到达漏电极7d,并且在层间绝缘体15上形成互连线17作为第三层。由此，完成 了半导体装置19。如果将该半导体装置19用作显示器的底板，则可以将互连线17形成为 像素电极。
如上文使用图ID所描述的，第一实施方式的修改例采用了通过使用保护图案 11'作为掩模而将形成在基板1上的有机半导体层9'图案化的工序。因此，图案化的有机 半导体层9'具有比通过印刷形成的有机半导体层的图案更均勻的表面状态。另外，由于通 过升华而将有机半导体层9'图案化，所以在图案化的表面上未形成变质层，使得有机半导 体层9'的图案，包括其边缘，具有均勻的膜质量。结果，与在第一实施方式中相同，可以在 确保良好特性的同时将半导体装置19分离开。
2.第二实施方式7
图3A至图3E是示出了根据本发明第二实施方式的包括顶接触底栅薄膜晶体管的 半导体装置的制造方法的步骤的截面图。现在将参考附图描述第二实施方式。
参考图3A，首先，如在第一实施方式中，通过普通的工序在基板1上形成栅电极3， 并且形成栅极绝缘体5，以覆盖栅电极3。
随后，在栅极绝缘体5上形成有机半导体层9。如在第一实施方式中，使用在特定 有机溶剂A中可溶的有机半导体材料通过适当选择的方法来形成有机半导体层9。在该 实施方式中，例如，如果所使用的有机溶剂A为1，2，3，4-四氢化萘，则通过使用在1,2,3, 4-四氢化萘中可溶的乙基苯基迫咕吨并咕吨^thPhPXX)来形成有机半导体层9。
然后参考图:3B，在有机半导体层9上形成保护图案11，以与栅电极3重叠。与在 第一实施方式中相同，重要的是，在不破坏有机半导体层9的情况下形成保护图案11，并且 使用不使有机半导体层9溶解或变质的溶剂B通过印刷来形成保护图案11。例如，如果 所使用的溶剂B为水，则使用诸如聚乙烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(CyEPL)的水性树 脂通过印刷来形成保护图案11。另一方面，如果所使用的溶剂B为氟化溶剂，则使用诸如 CYTOP(注册商标)的非晶含氟聚合物通过印刷来形成保护图案11。
然后参考图3C，使用保护图案11作为掩模通过使有机半导体层9溶解在有机溶 剂A中，而将该有机半导体层图案化。如果有机半导体层9由KW1PXX形成，则使用1，2，3， 4-四氢化萘作为有机溶剂A通过使有机半导体层9溶解而将有机半导体层图案化。在该步 骤中，例如，通过诸如浸渍、旋涂或喷涂的方法而将有机溶剂A提供给有机半导体层9。可以 通过提纯从溶解有有机半导体层9的有机溶剂A中回收有机半导体材料以用于再利用。
在有机半导体层9的图案化之后，去除保护图案11。在该步骤中，通过使保护图案 11在溶剂B中溶解，而将上述溶剂B用于去除保护图案11，而不破坏有机半导体层9。在该 步骤中，可以使用能够溶解保护图案11而不破坏有机半导体层9的任何溶剂来代替用于印 刷的溶剂B，以去除保护图案11。另外，可以通过提纯从溶解保护图案11的溶剂B中回收 保护图案11的构成材料用于再利用。
接下来参考图3D，形成源电极7s和漏电极7d。源电极7s和漏电极7d形成在有 机半导体层9上，使得它们各自的边缘在栅电极3的宽度方向上的两侧通过其间的栅电极 3而彼此相对。源电极7s和漏电极7d可以通过印刷或另一种图案化处理(诸如使用金属 掩模的金属蒸镀或使用银(Ag)浆的丝网印刷)来形成。
由此，在基板1上形成了顶接触底栅薄膜晶体管Tr2。薄膜晶体管Tr2与使用有机 半导体层9而形成在基板1上的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
此后，以与使用图IE和图2在第一实施方式中描述的相同方式，形成绝缘保护膜 13，以适当覆盖有机半导体层9。然后形成层间绝缘体，以覆盖基板1的整个表面，在该层 间绝缘体中形成通孔以到达漏电极7d，并且在该层间绝缘体上形成互连线作为第三层。由 此，完成了半导体装置。如果将该半导体装置用作显示器的底板，则可以将互连线形成为像 素电极。
如上文使用图3C所描述的，第二实施方式采用了使用保护图案11作为掩模而通 过使形成在基板1上的有机半导体层9溶解将该有机半导体层图案化的工序。因此，与在第 一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体层9的图案。结 果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。
第二实施方式的修改例
第一实施方式的修改例也可以应用于上述第二实施方式。在这种情况下，在使用 图3A描述的步骤中所形成的有机半导体层9'是否在有机溶剂A中可溶是不重要的。然而， 与在第一实施方式的修改例中相同，通过使用对随后形成保护图案的处理有抗性并升华温 度低于保护图案的材料来形成有机半导体层9'。
在图;3B中所示的下一步骤中，与在第一实施方式的修改例中相同，重要的是，在 不破坏先前形成的有机半导体层9'的情况下并且使用升华温度高于有机半导体层9'的 材料，来形成保护图案11'。
在图3C所示的下一步骤中，与在第一实施方式的修改例中相同，通过使用保护图 案11'作为掩模以低于保护图案11'的升华温度的温度使有机半导体层9'升华，而将该 有机半导体层图案化。
此后，与在第二实施方式中相同，完成了包括顶接触底栅薄膜晶体管Tr2的半导 体装置。
如上文使用图3C所描述的，第二实施方式的修改例采用了使用保护图案11'作 为掩模而通过使形成在基板1上的有机半导体层9'升华将该有机半导体层图案化的工 序。因此，与在第一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体 层9'的图案。结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离。
3.第三实施方式
图4A至图4E是示出了根据本发明第三实施方式的包括底接触底栅薄膜晶体管的 半导体装置的制造方法的步骤的截面图。第三实施方式与第一实施方式的不同在于有机半 导体层通过相分离而形成。现在将参考附图来描述第三实施方式。
参考图4A，首先，与在第一实施方式中相同，通过普通的工序在基板1上形成栅电 极3，形成栅极绝缘体5以覆盖栅电极3，并且形成源电极7s和漏电极7d。
随后，在其上形成有源电极7s和漏电极7d的栅极绝缘体5上形成包含有机半导 体材料的混合油墨层31。该混合油墨层31包含所需的有机半导体材料和另一有机材料(混 合材料)。选择这些材料的组合，使得在随后的相分离步骤中有机半导体材料朝着栅极绝缘 体5(基板1)向下分离。在该实施方式中，所使用的有机半导体材料为6，13_双(三异丙 基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS并五苯)，并且所使用的有机材料为聚α-甲基苯乙烯 (PaMS)。通过使用在甲苯中溶解以上材料所制备的油墨而利用涂覆来形成混合油墨层31。
然后参考图4Β，使混合油墨层31进行分为有机半导体材料和有机材料的相分离， 从而形成了在基板1侧的由有机半导体材料形成的有机半导体层31s和在有机半导体层 31s的顶部上的由有机材料形成的绝缘层31i的叠层。通过干燥混合油墨层31来执行相分1 O
然后参考图4C，在有机半导体层31s与绝缘层31i的叠层上形成保护图案33，以 与源电极7s和漏电极7d之间的栅电极3重叠。在该步骤期间，有机半导体层31s由绝缘 层31i来保护。因此，可以形成保护图案33，而无需考虑对有机半导体层31s产生破坏的处 理。即，保护图案33可以由对随后去除绝缘层31i和有机半导体层31s的处理有抗性的材 料形成。
保护图案33例如通过印刷来形成。在该实施方式中，与在第一实施方式中相同，使用诸如聚乙烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(CyEPL)的水性树脂或在氟化溶剂中可溶的 诸如CYTOP(注册商标)的非晶含氟聚合物、通过印刷来形成保护图案33。通过印刷，可以 以高产量和低成本来形成保护图案33。特别地，通过干压印，可以形成薄且细的保护图案 33，并且如果保留保护图案33，则由于保护图案11薄且平坦而可以容易地形成上层。
在该步骤中所使用的印刷处理没有特别限制，并且可以从例如丝网印刷、苯胺印 刷、照相凹版印刷、胶印、喷墨印刷以及干压印中选择适当的印刷处理。
接下来参考图4D，通过使用保护图案33作为掩模使绝缘层31i和有机半导体层 31s溶解在有机溶剂A中，而将该绝缘层和有机半导体层图案化。所使用的有机溶剂A为一 种溶解绝缘层31i和有机半导体层31s而不溶解保护图案33的溶剂(例如，甲苯)。
在该步骤中，通过诸如浸渍、旋涂、喷涂的方法将有机溶剂A提供给绝缘层31i和 有机半导体层31s。可以通过提纯从溶解有绝缘层31i和有机半导体层31s的有机溶剂A 中回收有机半导体材料和有机材料以用于再利用。
由此，在基板1上形成了底接触底栅薄膜晶体管Trl。该薄膜晶体管Trl与使用有 机半导体层31s而形成在基板1上的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
然后参考图4E，与在第一实施方式中相同，当适当保留保护图案33时，可以将绝 缘保护膜13形成为覆盖保护图案33和有机半导体层31s的侧面的图案。在形成保护膜13 时，保护图案33用作掩模以防止对有机半导体层31s的破坏。因此，保护膜13可以通过任 何方法来形成。另外，保护膜13还形成为使源电极7s、漏电极7d或由与源电极7s和漏电 极7d相同的层形成的电极线的适当部分暴露的图案。在该实施方式中，例如，通过印刷来 形成保护膜13的图案。
此后，以与使用图2在第一实施方式中描述的相同方式，形成层间绝缘体以覆盖 基板1的整个表面，在该层间绝缘体中形成通孔以到达漏电极7d，并且在该层间绝缘体上 形成互连线作为第三层。从而，完成了半导体装置。如果将半导体装置用作显示器的底板， 则可以将互连线形成为像素电极。
如上文使用图4D所描述的，第三实施方式采用了使用保护图案33作为掩模通过 使形成在基板1上的有机半导体层31s溶解而将有机半导体层图案化的工序。因此，与在第 一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体层31s的图案。 结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。第三实施方式的修改例
第一实施方式的修改例也可以应用于上述第三实施方式。在这种情况下，重要的 是，通过使用升华温度高于先前形成的绝缘层31i和有机半导体层31s的材料，而在使用图 4C所描述的步骤中形成保护图案33'
在图4D中所示的下一步骤中，与在第一实施方式的修改例中相同，通过使用保护 图案33'作为掩模以低于保护图案33'的升华温度的温度使绝缘层31i和有机半导体层 31s升华，而将它们图案化。
此后，与在第一实施方式中相同，完成了包括底接触底栅薄膜晶体管Trl的半导 体装置。
如上文使用图4D所描述的，第三实施方式的修改例采用了使用保护图案33'作 为掩模通过使形成在基板1上的有机半导体层31s升华而将该有机半导体层图案化的工 序。因此，与在第一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体层31s的图案。结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。
4.第四实施方式
图5A至图5F是示出了根据本发明第四实施方式的包括顶接触底栅薄膜晶体管的 半导体装置的制造方法的步骤的截面图。现在将参考附图来描述第四实施方式。
参考图5A，首先，与在其他实施方式中相同，通过普通的工序而在基板1上形成栅 电极3，并且形成栅极绝缘体5以覆盖栅电极3。
随后，在栅极绝缘体5上形成包含有机半导体材料的混合油墨层31'。与在第三 实施方式相同，混合油墨层31'包含所需的有机半导体材料和有机绝缘材料(混合材料)。 选择这些材料的组合，使得在随后的相分离步骤中有机绝缘材料朝着栅极绝缘体5 (基板 1)向下分离。在该实施方式中，所使用的有机半导体材料为迫咕吨并咕吨(PXX)并且所使 用的有机材料为聚α-甲基苯乙烯(PaMS)。通过使用在甲苯中溶解以上材料所制备的油 墨、利用涂覆来形成混合油墨层31'。
然后参考图5Β，使混合油墨层31'进行分成有机半导体材料和有机绝缘材料的 相分离，从而形成了在基板1侧的由有机绝缘层材料形成的绝缘层31i'和在绝缘层31i' 的顶部上的由有机半导体材料形成的有机半导体层31s'的叠层。通过干燥混合油墨层 31'来执行相分离。通过相分离形成的绝缘层31i'连同栅极绝缘体5构成了薄膜晶体管 的部分栅极绝缘体。
然后参考图5C，在有机半导体层31s'上形成保护图案11，以与栅电极3重叠。与 在第一实施方式中相同，重要的是，在不破坏有机半导体层31s'的情况下形成保护层11， 并且使用不使有机半导体层31s'溶解或变质的溶剂B、通过印刷来形成保护图案11。例 如，如果所使用的溶剂B为水，则使用诸如聚乙烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(CyEPL)的 水性树脂通过印刷形成保护图案11。另一方面，如果所使用的溶剂B为氟化溶剂，则使用诸 如CYTOP(注册商标)的非晶含氟聚合物通过印刷形成保护图案11。通过印刷，可以以高产 量和低成本形成保护图案11。特别地，通过干压印，可以形成薄且细的保护图案33。
随后，使用保护图案11作为掩模而通过使有机半导体层31s'在有机溶剂A中溶 解，将该有机半导体层图案化。如果有机半导体层31s'由PXX形成，则使用1，2，3，4-四氢 化萘作为有机溶剂A通过使有机半导体层31s'溶解，而将该有机半导体层图案化。在该步 骤中，例如，通过诸如浸渍、旋涂、喷涂的方法将有机溶剂A提供给有机半导体层31s'。在 该步骤中，可以与有机半导体层31s’ 一起将绝缘层31i'图案化。可以通过提纯从溶解有 有机半导体层31s'的有机溶剂A中回收有机半导体材料以用于再利用。
接着参考图5D，在有机半导体层31s'的图案化之后，去除保护图案11。在该步骤 中，通过使保护图案11溶解在上述溶剂B中而将溶剂B以去除保护图案，而不破坏有机半 导体层31s'和绝缘层31i'。在该步骤中，可以使用能够溶解保护图案11而不破坏有机 半导体层31s'的任何溶剂来代替用于印刷的溶剂B，以去除保护图案11。
然后参考图5E，形成源电极7s和漏电极7d。源电极7s和漏电极7d形成在有机 半导体层31s'上，使得它们各自的边缘在栅电极3的宽度方向上的两侧通过其间的栅电 极3而彼此相对。源电极7s和漏电极7d可以通过印刷或另一图案化处理(诸如使用金属 掩模的金属蒸镀或使用银(Ag)浆的丝网印刷)来形成。
因此，在基板1上形成了顶接触底栅薄膜晶体管Tr2。该薄膜晶体管Tr2与使用有机半导体层31s'而形成在基板1上的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
此后，以与使用图IE和图2在第一实施方式中描述的相同方式，可以形成绝缘保 护膜13，以覆盖有机半导体层31s ‘。接着形成层间绝缘体，以覆盖基板1的整个表面，在该 层间绝缘体中形成通孔以到达漏电极7d，并且在该层间绝缘体上形成互连线作为第三层。 由此，完成了半导体装置。如果将该半导体装置用作显示器的底板，则可以将互连线形成为 像素电极。
如上文使用图5C所描述的，第四实施方式采用了使用保护图案11作为掩模而通 过使形成在基板1上的有机半导体层31s‘溶解而将该有机半导体层图案化的工序。因此， 与在第一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体层31s' 的图案。结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。第四实施方式的修改例
第一实施方式的修改例也可以应用于上述第四实施方式。在这种情况下，重要的 是，通过使用升华温度高于先前形成的绝缘层31i'和有机半导体层31s'的材料，在使用 图5C描述的步骤中形成保护图案11'。
随后，与在其他实施方式的修改例中相同，通过使用保护图案1Γ作为掩模以低 于保护图案11'的升华温度的温度使绝缘层31i'和有机半导体层31s'升华，而将该绝 缘层和有机半导体层图案化。
此后，与在第一实施方式中相同，完成了包括顶接触底栅薄膜晶体管Tr2的半导 体装置。
如上文使用图5C所描述的，第四实施方式的修改例采用了使用保护图案11'作 为掩模通过使形成在基板1上的有机半导体层31s'升华而将该有机半导体层图案化的工 序。因此，与在第一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体 层31s'的图案。结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。
5.第五实施方式
图6A至图6E是示出了根据本发明第五实施方式的包括底接触底栅薄膜晶体管的 半导体装置的制造方法的步骤的截面图。第五实施方式与第一实施方式的不同在于在保护 图案下方设置了保护膜以形成双层结构。现在将参考附图描述第五实施方式。
参考图6A，首先，与在第一实施方式中相同，通过普通的工序而在基板1上形成栅 电极3，形成栅极绝缘体5以覆盖栅电极3，形成源电极7s和漏电极7d，并且形成有机半导 体层9以覆盖源电极7s和漏电极7d。在该实施方式中，例如，通过使用在乙醇中溶解TIPS 并五苯所制备的油墨利用涂覆来形成有机半导体层9。
然后参考图6B，形成保护膜41，以覆盖有机半导体层9的整个表面。在该步骤中， 重要的是，在不破坏先前形成的有机半导体层9的情况下形成保护膜41。因此，例如，利用 不使有机半导体层9溶解或变质的溶剂B和在溶剂B中可溶的材料、通过涂覆或印刷来形 成保护膜41。
所使用的溶剂B可以为水或氟化溶剂。如果所使用的溶剂B为水，则使用诸如聚 乙烯醇(PVA)或氰乙基普鲁兰多糖(CyEPL)的水性树脂通过印刷来形成保护膜41。另一方 面，如果所使用的溶剂B为氟化溶剂，则使用诸如CYTOP (注册商标)的非晶含氟聚合物通 过印刷来形成保护膜41。
在该实施方式中，例如，使用PVA水溶液作为油墨溶液通过涂覆来形成保护膜41。
然后参考图6C，在保护膜41上形成保护图案43，以与源电极7s和漏电极7d之间 的栅电极3重叠。在该步骤期间，有机半导体层9由保护膜41保护。因此，可以形成保护 图案43，而无需考虑对有机半导体层9产生破坏的处理。即，保护图案43可以由对随后去 除保护膜41和有机半导体层9的处理有抗性的材料形成。
例如，通过印刷来形成保护图案43。在该实施方式中，例如，使用在甲苯中溶解聚 苯乙烯(PQ所制备的油墨通过印刷来形成保护图案43。在该步骤中所使用的印刷处理没 有特别限制，并且可以从例如丝网印刷、苯胺印刷、照相凹版印刷、胶印、喷墨印刷以及干压 印中来选择适当的印刷处理。通过印刷，可以以高产量和低成本形成保护图案43。特别地， 通过干压印，可以形成薄且细的保护图案43，并且如果保留保护图案43，则由于保护图案 43薄且平坦而可以容易地形成上层。
接着参考图6D，使用保护图案43作为掩模通过使由PVA形成的保护膜41溶解在 水中，而将该保护膜图案化。然后使用保护图案43作为掩模通过使由TIPS并五苯形成的 有机半导体层9溶解在乙醇(有机溶剂A)中，而将该有机半导体层图案化。
在该步骤中，通过诸如浸渍、旋涂或喷涂的方法将水和乙醇(有机溶剂A)分别提 供给保护膜41和有机半导体层9。可以通过提纯从溶解有有机半导体层9的有机溶剂A中 回收有机半导体材料以用于再利用。
由此，在基板1上形成了底接触底栅薄膜晶体管Trl。薄膜晶体管Trl与使用有机 半导体层9而形成在基板1上的其他薄膜晶体管和其他器件分离。
此后，与在其他实施方式中相同，例如，如图6E中，当保护图案43适当保留在有机 半导体层9上时，可以将绝缘保护膜13形成为覆盖有机半导体层9的侧面的图案。然后形 成层间绝缘体以覆盖基板1的整个表面，在该层间绝缘体中形成通孔以到达漏电极7d，并 且在层间绝缘体上形成互连线17作为第三层。由此，完成了半导体装置。如果将半导体装 置用作显示器的底板，则可以将互连线形成为像素电极。
如上文使用图6D所描述的，第五实施方式采用了使用保护图案43作为掩模而通 过使形成在基板1上的有机半导体层9溶解来将该有机半导体图案化的工序。因此，与在第 一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体层9的图案。结 果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。第五实施方式的修改例
第一实施方式的修改例也可以应用于上述第五实施方式。在这种情况下，重要的 是，通过使用升华温度高于先前形成的保护膜41和有机半导体层9的材料，而在利用图6C 所描述的步骤中形成有机半导体层43'。
在图6D中所示的下一步骤中，与在第一实施方式的修改例中相同，通过使用保护 图案43'作为掩模以低于保护图案43'的升华温度的温度，使保护膜41和有机半导体层 9升华而将该保护膜和有机半导体层图案化。
此后，与在第一实施方式中相同，完成了包括底接触底栅薄膜晶体管Trl的半导 体装置。
如上文使用图6D所描述的，第五实施方式的修改例采用了使用保护图案43'作 为掩模而通过使形成在基板1上的有机半导体层9升华来将该有机半导体层图案化的工 序。因此，与在第一实施方式中相同，可以形成具有均勻的表面状态和膜质量的有机半导体 层9的图案。结果，可以在确保良好特性的同时将半导体装置分离开。
尽管本发明应用于上述实施方式和修改例中的包括底栅薄膜晶体管的半导体装 置的制造方法，但本发明不限于此。即，本发明可以应用于包括将有机半导体层图案化的步 骤的各种半导体装置的制造方法，例如，应用于包括顶栅薄膜晶体管的半导体装置的制造 方法或包括光检测器的半导体装置的制造方法。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、 子组合和变形，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤在基板上形成有机半导体层；在所述有机半导体层上形成保护图案；以及使用所述保护图案作为掩模、通过使所述有机半导体层溶解在有机溶剂中或使所述有 机半导体层升华，将所述有机半导体层图案化。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，形成所述保护图案的步骤包 括通过印刷来形成所述保护图案。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其中，所述保护图案由含氟聚合 物或水溶性聚合物形成。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，其中，形成所述保护图案的步骤包括使用升华温度高于所述有机半导体层的材料来形成所 述保护图案；以及将所述有机半导体层图案化的步骤包括以低于所述保护图案的升华温度的温度使所 述有机半导体层升华。
5.根据权利要求4所述的半导体装置的制造方法，在将所述有机半导体层图案化的步 骤之后，还包括从所述有机半导体层选择性地去除所述保护图案的步骤。
6.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，将所述有机半导体层图案化 的步骤包括使所述有机半导体层溶解在所述有机溶剂中；以及从溶解有所述有机半导体层的所述有机溶剂中回收有机半导体材料。
7.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，将所述有机半导体层图案化 的步骤包括使所述有机半导体层升华；以及回收从所述有机半导体层升华的构成材料。
全文摘要
本发明提供了半导体装置的制造方法，该制造方法包括以下步骤在基板上形成有机半导体层；在有机半导体层上形成保护图案；以及使用保护图案作为掩模、通过使有机半导体层溶解在有机溶剂中或使其升华，而将该有机半导体层图案化。
文档编号H01L51/05GK102034930SQ20101029192
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年10月2日
发明者小野秀树, 野元章裕 申请人:索尼公司