(57)【要約】【課題】多結晶芳香族有機半導体のパターンが形成された領域が基板の上に成長している半導体装置を提供する。【解決手段】本発明は、代表的には、基板表面を有する基板と、この基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子を含む第１の誘電体層と、芳香族部分を備えた有機半導体分子を含み、この基板の第１の領域上にある多結晶半導体層とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面を有する基板と、
前記基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子からなる第１の誘電体層と、
芳香族部分を備えた有機半導体分子からなり、前記基板の前記第１の領域上にある多結晶半導体層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記有機半導体分子が１０以上の整数であるｙ個の共役パイ電子を含み、前記第１の化合物の分子の前記第２の末端が少なくともｙ−８個の共役パイ電子を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
ゲート電極と、
ソース電極と、
ドレイン電極とをさらに備え、
前記ソース電極およびドレイン電極が、前記第１の領域上の前記多結晶半導体層のチャネル部分と接触し、そして前記チャネル部分の導電率を制御するために前記ゲート電極が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基板表面の第２の領域に共有結合している第３の末端と、多くともｙ−８個の共役パイ電子を含む第４の末端とを有する第２の化合物の分子を含む第２の誘電体層をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
基板表面を有する基板を設ける工程と、
前記基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子とからなる第１の誘電体層を設ける工程と、
芳香族部分を備えた有機半導体分子からなる、前記基板の前記第１の領域上にある多結晶半導体層を設ける工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
１０以上の整数であるｙ個の共役パイ電子を含む有機半導体分子を設ける工程をさらに含み、前記第１の化合物の分子の前記第２の末端が少なくともｙ−８個の共役パイ電子を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
ゲート電極を設ける工程と、
ソース電極を設ける工程と、
ドレイン電極を設ける工程と、
前記ソース電極とドレイン電極を前記第１の領域上の前記多結晶半導体層のチャネル部分と接触させて配置し、そして前記チャネル部分の導電率を制御するために前記ゲート電極を配置する工程とをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記基板表面の第２の領域に共有結合している第３の末端と多くともｙ−８個の共役パイ電子を含む第４の末端とを有する第２の化合物の分子からなる第２の誘電体層を設ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
基板表面を有する基板と、
前記基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子からなる第１の誘電体層と、
芳香族部分を備えた有機半導体分子からなり、前記基板の前記第１の領域上にある多結晶半導体層と、
ゲート電極と、
ソース電極と、
ドレイン電極とを備え、
前記ソース電極およびドレイン電極が、前記第１の領域上の前記多結晶半導体層のチャネル部分と接触し、そして前記チャネル部分の導電率を制御するために前記ゲート電極が配置されていることを特徴とする集積回路。
【請求項１０】
基板表面を有する基板を設ける工程と、
前記基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子からなる第１の誘電体層を設ける工程と、
芳香族部分を備えた有機半導体分子からなる、前記基板の前記第１の領域上にある多結晶半導体層を設ける工程と、
ゲート電極を設ける工程と、
ソース電極を設ける工程と、
ドレイン電極を設ける工程と、
前記ソース電極とドレイン電極を前記第１の領域上の前記多結晶半導体層のチャネル部分と接触させて配置し、そして前記チャネル部分の導電率を制御するために前記ゲート電極を配置する工程とを含む集積回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体素子および有機半導体デバイスを含む回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは一般に、電荷キャリアの輸送用チャネルの範囲を定めるアレイをパターン化した状態で半導体材料が存在する多層構造として形成される。たとえば、無機半導体層を誘電体基板表面に適用することができる。その後、電荷キャリアのチャネルを構成することを目的として、半導体層のパターンが形成された領域をその後に塗布されるエッチング用腐食液から保護するためにマスクを使用することができる。その後、エッチング用腐食液が、半導体の微細にパターン化されたアレイの後ろの基板上にチャネルを残して、マスクされていない領域の半導体を除去する。このようなパターン形成加工を行わないと、半導体デバイスが動作不能になったりあるいはクロストークが過大になったりする可能性がある。
【０００３】
無機半導体は一般に、大気温において剛性であり脆性がある。そのため、一般に、無機半導体で形成された半導体デバイスもまた剛性である。無数の最終用途としての半導体デバイスへの応用が発展するとともに、損傷せずに曲げることができ湾曲させることができる半導体デバイスの可用性が望ましくなっている。柔軟な半導体デバイス構造により、大面積デバイスのアレイを低コストで製造する能力の可能性もでてくる。
【０００４】
柔軟な半導体デバイスが必要とされる用途用の有機半導体を開発するために多くの研究がなされてきた。しかしながら、有機半導体は一般に、電荷キャリア輸送用チャネルのパターン化されたアレイを生成するエッチング工程を実施するために必要な苛酷な条件に耐え抜くことができない。したがって、半導体材料の連続層領域の除去を要さずに直接パターン化された半導体チャネルのアレイを設けるために、焼き付け工程が求められてきた。しかしながら、場合により、有機半導体の直接印刷法によっては、半導体チャネルのマイクロ・アレイ生成に必要な微細な特徴の解像度が許容再現精度で得られないことがあった。
【０００５】
たとえば、テトラセン(tetracene)は、単結晶内の電荷キャリア移動度が高いことから非常に興味のある有機半導体である。長さ５ミリメートル、幅５ミリメートルおよび厚さ０．２５ｍｍもの大きな寸法のテトラセンの単板状結晶が製造されている。たとえば、テトラセンの単結晶を含む各薄膜電解効果トランジスタは、室温でボルト−秒当たり約０．１平方センチメートル（ｃｍ２／Ｖｓ）から約１ｃｍ２／Ｖｓの範囲内の高いチャネル移動度を備えて作られる。しかしながら、テトラセン薄膜電解効果トランジスタは一般に移動度およびオン／オフ電流比率か低く、それらの回路への組み込みにはさらなる開発が必要である。それに加えて、テトラセンの蒸着では各結晶粒間の境界が、移動度の低下を招き、トランジスタまたはトランジスタを含むアレイなどの半導体デバイスを製造する場合にこのような結晶粒を使いものにならなくするはっきりと範囲が定まらない不規則な境界になる。
【０００６】
芳香族アセン半導体を含む半導体膜チャネルのパターン化されたアレイを生成する１つの取り組みには、後でペンタセンに転換されるペンタセン前駆体の直接印刷法が含まれていた。たとえば、「Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ  ｌｏｗ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｖｏｌｔａｇｅｓ」という名称のＤｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ等の米国特許第５，９８１，９７０号（１９９９年１１月９日交付）を参照のこと。また、Ａｆｚａｌｉ  Ａ．、Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ  Ｃ．Ｄ．およびＢｒｅｅｎ  Ｔ．Ｌ．の「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｆｒｏｍ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ」（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（３０）、８８１２−８８１３頁、２００２年７月３１日）についても参照のこと。前記文書の両方とも全体が本明細書に組み込まれている。
【０００７】
パターン化された有機半導体フィルムを形成する別の方法が、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ」と題し、その全体が本明細書に組み込まれているＫａｔｚの米国特許第６，４０３，３９７号（２００２年６月１１日交付）に開示されている。この方法は、有機半導体または有機半導体溶液のどちらかに対してより大きな親和性の領域とより小さな親和性の領域を選択的に与えるために表面処理を行うことを含んでいる。有機半導体、または半導体を含む溶液を処理された表面に被着させた場合、有機半導体、または親和性の小さな領域ないしは合成された膜から脱水された有機半導体溶液のどちらかが親和性の小さな領域に単に弱く付着したので、選択的除去が容易に行われた。このような除去が行われない場合でも、親和性の大きな領域上の有機半導体フィルムの部分は、フィルムの他の部分と比較してより高い電導性およびより良好なフィルム連続性を示した。
【特許文献１】米国特許第５，９８１，９７０号
【非特許文献１】Ａｆｚａｌｉ  Ａ．、Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ  Ｃ．Ｄ．およびＢｒｅｅｎ  Ｔ．Ｌ．、「Ｈｉｇｈ−ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｆｒｏｍ  ａ  ｎｏｖｅｌ  ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４（３０）、８８１２−８８１３頁、２００２年７月３１日
【特許文献２】米国特許第６，４０３，３９７号
【非特許文献２】Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｈｉｇｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、１０号、１３３９−１３４１頁、２０００年３月６日
【非特許文献３】Ｗ．Ｌｉ等、Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．、１１巻、４５８頁（１９９９）
【特許文献３】米国特許第５，６２５，１９９号
【特許文献４】米国特許第５，３４７，１４４号
【非特許文献４】Ｋｌａｕｃｋ、Ｈａｇｅｎ等、「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  ＩＣｓ」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、４３巻、３号、３月２日、６３〜７５頁
【非特許文献５】Ｂ．ｄｅ  Ｂｏｅｒ、Ｈ．Ｍｅｎｇ、Ｄ．Ｆ．Ｐｅｒｅｐｉｃｈｋａ、Ｊ．Ｚｈｅｎｇ、Ｙ．Ｃｈａｂａｌ、Ｆ．Ｗｕｄｌ、Ｐ．Ｇ．Ｖａｎ  Ｐａｔｔｅｎ、およびＺ．Ｂａｏ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｍｏｎｏ−  ａｎｄ  Ｄｉｔｈｉｏｌ  Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９、４２７２−４２８４頁、２００３年
【非特許文献６】Ｆｒｉｔｚ  Ｇ．およびＭａｔｅｒｎ  Ｅ．、「Ｃａｒｂｏｓｉｌａｎｅｓ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、ニューヨーク、１９８６年
【非特許文献７】Ｙ．Ｘｉａ、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５頁
【非特許文献８】Ｆｏｒｒｅｓｔ  Ｓ．Ｒ．著Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｌｍｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．、９７巻、１７９３頁（１９９７）
【非特許文献９】Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｎａｎｏ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  ａｓ  Ｇａｔｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７３巻、１８号、２６８１−２６８３頁、１９９８年１１月２日
【非特許文献１０】Ｊ．Ａｉｚｅｎｂｅｒｇ、Ａ．Ｊ．ＢｌａｃｋおよびＧ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」、Ｎａｔｕｒｅ３９８巻、４９５〜４９８頁（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電荷キャリア移動度が高い微細にパターン化された領域を有する有機半導体を含む半導体デバイスの必要性が依然としてある。さらに、簡単にはパターンが形成されない有機半導体を備えた半導体デバイスの製造方法の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、多結晶芳香族有機半導体のパターンが形成された領域が基板の上に成長している半導体装置を提供することにある。このバターン形成は、有機半導体の結晶の核形成を促進するかまたは抑制するために基板に加えられた材料によって導かれる。芳香族半導体の核形成を促進する材料は、芳香族半導体と相互作用を起こすことができる芳香族部分を含んでいる。芳香族半導体の核形成を抑制する代表的な材料としては、芳香族半導体と効果的に相互作用を起こすには不十分な共役パイ電子を有する非芳香族部分または芳香族部分が含まれる。
【００１０】
１つの実施形態において、基板表面を有する基板と、この基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子を含む第１の誘電体層とを備える半導体装置が提供される。芳香族部分を備えた有機半導体分子を含み、この基板の第１の領域上にある多結晶半導体層もまた提供される。
【００１１】
別の実施形態においては、この有機半導体分子が１０以上の整数であるｙ個の共役パイ電子を含み、上記第１の化合物の分子の第２の末端が少なくともｙ−８個の共役パイ電子を含むこのような半導体装置が提供される。
【００１２】
別の実施形態においては、上記基板表面の第２の領域に共有結合している第３の末端と、多くともｙ−８個の共役パイ電子を含む第４の末端とを有する第２の化合物の分子を含む第２の誘電体層を備えるこのような半導体装置が提供される。
【００１３】
その他の実施形態においては、基板表面を有する基板を設ける工程と、この基板表面の第１の領域に共有結合している第１の末端と、芳香族領域を有する第２の末端とを有する第１の化合物の分子を含む第１の誘電体層を設ける工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。さらに、芳香族部分を備えた有機半導体分子を含み、基板の第１の領域上にある多結晶半導体層が提供される。
【００１４】
本発明はこのような半導体装置の製造方法をさらに提供する。さらに別の実施形態においては、半導体装置を含む集積回路およびこのような集積回路の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明のより完全な理解、ならびに本発明の別の特徴や利点は、以下の詳細な説明および添付図から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本明細書の図面はある縮尺になっておらず、単に概略的に表したものであり、したがって様々な実施形態の特定寸法を描こうとするものではない。
【００１７】
実施形態について添付図を参照してより十分に説明する。しかしながら、本発明は様々な形で実施することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００１８】
多結晶芳香族有機半導体のパターンが形成された領域が基板の上に成長している半導体装置が提供されている。このバターン形成は、有機半導体の結晶の核形成を促進するかまたは抑制するために基板に加えられた材料によって導かれる。芳香族半導体の核形成を促進する材料は、芳香族半導体と相互作用を起こすことができる芳香族部分を含んでいる。代表的な実施形態においては、芳香族半導体の核形成を抑制する代表的な材料としては、芳香族半導体と相互作用を起こすことができる共役パイ電子を不十分に有する非芳香族部分または芳香族部分が含まれる。
【００１９】
図１は、一般に参照数字１０２および１０４で示される２つの薄膜トランジスタの代表的な実施形態１００を示す。薄膜トランジスタ１０２は、誘電体層１１０上に間隔を置いて配列したソース電極１０６およびドレイン電極１０８を含んでいる。このソース電極１０６およびドレイン電極１０８は、金、銀、白金、パラジウム、銅、またはこのような元素の合金を含む組成物などの、チオール部分(thiol moiety)が結合することができる組成物から製造される。薄膜トランジスタ１０４は、同一材料から製造され、誘電体層１１０上に間隔を置いて配列されたソース電極１１２およびドレイン電極１１４を含んでいる。このソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４のそれぞれの表面には、電極のチオール部分とその後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こすように配置された芳香族部分とを有する化合物を含む皮膜組成物でそれぞれ構成された半導体結晶核形成増大領域１１６、１２０、１１８および１２２が中央に設けられている。チオール部分が各電極の１つと結合するのに対して、この芳香族部分は各電極と結合しないためこのように配置される。ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４のそれぞれの表面には、各端部において、各電極と結合することができるチオール部分とその後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こすように配置された非芳香族部分とを有する化合物を含む皮膜組成物でそれぞれ構成された半導体結晶核形成抑制領域１２４と１２６、１３２と１３４、１２８と１３０、および１３６と１３８がさらに設けられている。チオール部分が各電極の１つと結合するのに対して、この非芳香族部分は各電極と結合しないためこのように配置される。多結晶半導体層１４０は、誘電体層１１０の上および半導体結晶核形成増大領域１１６と１１８の上にあり、電荷キャリア移動度が高いトランジスタ１０２のチャネル領域を形成している。多結晶半導体層１４２は、誘電体層１１０の上および半導体結晶核形成増大領域１２０と１２２の上にあり、電荷キャリア移動度が高いトランジスタ１０４のチャネル領域を形成している。半導体に適用されると、半導体と半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の芳香族部分の相互作用により多結晶半導体層１４０および１４２が形成される。
【００２０】
図２は、図１の線２−２に沿ってみた薄膜トランジスタ１０２および１０４の代表的な実施形態１００の断面図を示す。ソース電極１０６および１１２、およびドレイン電極１０８および１１４は誘電体層１１０上に支持されている。誘電体層１１０はゲート電極１４４上に支持されている。ゲート電極１４４は支持基板１４６上に支持されている。ソース電極１０６の半導体結晶核形成増大領域１１６、ドレイン電極１０８の半導体結晶核形成増大領域１１８、ソース電極１１２の半導体結晶核形成増大領域１２０、およびドレイン電極１１４の半導体結晶核形成増大領域１２２のそれぞれは、芳香族部分を含む皮膜組成物で構成されている。半導体層１４０は、ソース電極１０６、ドレイン電極１０８、および誘電体層１１０の上にある。半導体層１４２は、ソース電極１１２、ドレイン電極１１４、および誘電体層１１０の上にある。ソース電極１０６と１１２、ドレイン電極１０８と１１４、およびゲート電極１４４は、薄膜トランジスタ１０２および１０４が一部を形成する電気回路（図示してない）と連絡している。
【００２１】
図２について説明すると、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２は、選択された半導体の核形成を促進する誘電体材料で形成されており、結果として半導体層１４０および１４２がそれぞれ形成する。半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の厚さが厚すぎる場合は、半導体層１４０および１４２への電荷の注入が困難になる可能性がある。したがって、１つの実施形態において半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の厚さｔが約５ナノメータ以下であることが望ましい。半導体結晶核形成増大領域増大領域１１６〜１２２は、これら表面上への半導体結晶核群の生成を促進し、これら結晶核群はその後ともに成長してトランジスタ１０２および１０４のチャネル領域を構成する半導体層１４０および１４２を形成する。同時に、半導体核形成抑制領域１２４〜１３８により、選択された半導体の核形成が実質的により少ないかまたは事実上無いものが可能になる。１つの実施形態では、半導体核形成抑制領域１２４〜１３８が省略される。しかしながら、このように省略すると電極上での半導体結晶のランダムな核形成が可能になる。別の実施形態では、半導体層１４０および１４２が誘電体層１１０の表面１１１と実質的に面一になるように、各電極１０６、１０８、１１２および１１４が誘電体層１１０内に埋め込まれる。各電極１０６、１０８、１１２および１１４は、被着の前に誘電体層１１０をエッチングすることによってそのように埋め込むことができる。
【００２２】
代表的な薄膜トランジスタ１０２の動作においては、ゲート電極１４４に印加された電圧を用いてソース電極１０６とドレイン電極１０８の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。同様に、代表的な薄膜トランジスタ１０４の動作においては、ゲート電極１４４に印加された電圧を用いてソース電極１１２とドレイン電極１１４の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。代表的な薄膜トランジスタ１０２の下にあるゲート電極１４４の部分は、代表的な薄膜トランジスタ１０４の下にあるゲート電極１４４の部分と切り離し、電気的に絶縁することができる。薄膜トランジスタ１０２において、電荷キャリアはソース電極１０６とドレイン電極１０８の間を半導体層１４０経由で輸送される。同様に、薄膜トランジスタ１０４において、電荷キャリアはソース電極１１２とドレイン電極１１４の間を半導体層１４２経由で輸送される。
【００２３】
図３は、一般に参照数字３０２および３０４で示される２つの薄膜トランジスタの代表的な実施形態３００を示す。薄膜トランジスタ３０２は、誘電体層３１０上に間隔を置いて配列したソース電極３０６およびドレイン電極３０８を含んでいる。薄膜トランジスタ３０４は、誘電体層３１０上に間隔を置いて配列したソース電極３１２およびドレイン電極３１４を含んでいる。誘電体層３１０はＳｉＯ２またはアルキルシロキサンなどの珪素を含む材料から製造される。シロキサン類は一般式ＳｉＯＲ１Ｒ２Ｒ３を有する化合物であり、上式でＲ１、Ｒ２およびＲ３はＣｌ、−Ｏ−、ＣＨ３、−Ｏ−ＣＨ２ＣＨ３またはＲから成る群からそれぞれ独立に選択することができ、Ｒはたとえばアルキル基などの炭化水素部分である。このような誘電体層に関する背景情報は、参照により全体が本明細書に組み込まれている、Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｈｉｇｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、１０号、１３３９−１３４１頁、２０００年３月６日に与えられている。
【００２４】
トランジスタ３０２のソース電極３０６およびドレイン電極３０８の間の中央に配置される誘電体層３１０の一部には、芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成される半導体結晶核形成増大領域３１６がその上に設けられている。トランジスタ３０４のソース電極３１２およびドレイン電極３１４の間の中央に配置される誘電体層３１０の一部には、芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で同様に構成される半導体結晶核形成増大領域３１８がその上に設けられている。ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含むこのような皮膜の部分は、誘電体層３１０内の珪素に化学的に引き付けられ、これに並置されることになる。このような皮膜の芳香族部分はそれほど引き付けられず、したがって誘電体層３１０から向きがそれた場所に位置することになる。半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８の厚さが厚すぎる場合は、各半導体層３２６および３２８への電荷の注入が困難になる可能性がある。したがって、１つの実施形態において半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８の厚さｈが約５ナノメータ以下であることが望ましい。
【００２５】
半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を除いた誘電体層３１０の部分には、非芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成された同一の広がりをもつ半導体結晶核形成抑制領域３２０が設けられている。ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含むこのような皮膜の部分は、誘電体層３１０内の珪素に化学的に引き付けられ、これに並置されることになる。このような皮膜の非芳香族部分はそれほど引き付けられず、したがって誘電体層３１０から向きがそれた場所に位置することになる。誘電体基板３１０上で、領域３１６、３１８および３２０がいっしょになって、芳香族基を含む皮膜だけが半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８内に形成されるパターン化された皮膜の範囲を定めている。多結晶半導体は、トランジスタ３０２および３０４の半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８のそれぞれ上にあり、ソース電極およびドレイン電極と接触して電荷キャリア移動度が高いチャネル領域を形成する。
【００２６】
図４は、図３の線４−４に沿ってみた薄膜トランジスタ３０２および３０４の代表的な実施形態３００の断面図を示す。ソース電極３０６および３１２、およびドレイン電極３０８および３１４は誘電体層３１０上に支持されている。誘電体層３１０はゲート電極３２２上に支持されている。ゲート電極３２２は支持基板３２４上に支持されている。トランジスタ３０２および３０４の半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８は、それぞれ誘電体層３１０上に支持され、芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成されている。半導体層３２６は、ソース電極３０６、ドレイン電極３０８と接触していて、半導体結晶核形成増大領域３１６上にある。半導体層３２８は、ソース電極３１２、ドレイン電極３１４と接触していて、半導体結晶核形成増大領域３１８上にある。半導体結晶核形成抑制領域３３０、３３２および３３４は、ひとまとまりになって誘電体層３１０上に半導体核形成抑制領域３２０を形成し、非芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成されている。このソース電極３０６と３１２、ドレイン電極３０８と３１４、およびゲート電極３２２は、薄膜トランジスタ３０２および３０４が一部を形成する電気回路（図示してない）と連絡している。別の実施形態では、半導体層３２６および３２８が誘電体層３１０の表面３１１と実質的に面一になるように、各電極３０６、３０８、３１２および３１４が誘電体層３１０内に埋め込まれる。
【００２７】
図４について説明すると、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８は、選択された芳香族有機半導体の核形成を促進する芳香族部分を含む誘電材料で形成されてトランジスタ３０２および３０４のチャネル領域を構成する半導体領域３２６および３２８を形成する。同時に、半導体結晶核形成抑制領域３３０、３３２および３３４で構成される半導体核形成抑制領域３２０により、選択された芳香族有機半導体の核形成が実質的により少ないかまたは事実上無いものが可能になる。１つの実施形態では、半導体核形成抑制領域３２０が省略される。しかしながら、このように省略すると誘電体基板３１０上での半導体結晶のランダムな核形成が可能になる。
【００２８】
別の実施形態においては、図１および２に関して上で説明したように、図４に示されるソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４のそれぞれの表面に、各電極と結合することができるチオール部分とその後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こすように配置された芳香族部分とを有する化合物を含む皮膜組成物で構成された半導体結晶核形成増大領域１１６、１１８、１２０および１２２が中央に設けられている。図１および２に関して上でさらに説明したように、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４のそれぞれの表面には、各端部において、各電極と結合することができるチオール部分とその後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こすように配置された非芳香族部分とを含む組成物の皮膜で構成された半導体結晶核形成抑制領域１２４と１２６、１３２と１３４、１２８と１３０、および１３６と１３８がさらに設けられている。このようにして、図３に示される半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８、および図１に示される半導体結晶核形成増大領域１１６、１１８、１２０および１２２はひとまとまりになって、芳香族有機半導体の結晶の核形成を促進するパターン化された領域を構成している。さらに、図３に示される半導体結晶核形成抑制領域３２０、および図１に示される半導体結晶核形成抑制領域１２４〜１３８はひとまとまりになって、芳香族有機半導体の結晶の核形成を抑制するパターン化された領域を構成している。
【００２９】
代表的な薄膜トランジスタ３０２の動作においては、ゲート電極３２２に印加された電圧を用いてソース電極３０６とドレイン電極３０８の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。同様に、代表的な薄膜トランジスタ３０４の動作においては、ゲート電極３２２に印加された電圧を用いてソース電極３１２とドレイン電極３１４の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。代表的な薄膜トランジスタ３０２の下にあるゲート電極３２２の部分は、代表的な薄膜トランジスタ３０４の下にあるゲート電極３２２の部分と切り離し、電気的に絶縁することができる。薄膜トランジスタ３０２において、電荷キャリアはソース電極３０６とドレイン電極３０８の間を半導体層３２６経由で輸送される。同様に、薄膜トランジスタ３０４において、電荷キャリアはソース電極３１２とドレイン電極３１４の間を半導体層３２８経由で輸送される。
【００３０】
図５は、一般に参照数字５０２および５０４で示される２つの薄膜トランジスタの代表的な実施形態５００を示す。薄膜トランジスタ５０２は、半導体層５１０上に間隔を置いて配列したソース電極５０６およびドレイン電極５０８を含んでいる。薄膜トランジスタ５０４は、半導体層５１６上に間隔を置いて配列したソース電極５１２およびドレイン電極５１４を含んでいる。トランジスタ５０２および５０４は、ＳｉＯ２またはシロキサンなどの珪素を含む材料から製造された誘電体層５１８によって支持されている。
【００３１】
図６は、図５の線６−６に沿ってみた薄膜トランジスタ５０２および５０４の代表的な実施形態５００の断面図を示す。トランジスタ５０２のソース電極５０６およびドレイン電極５０８は半導体層５１０上に支持されている。トランジスタ５０４のソース電極５１２およびドレイン電極５１４は半導体層５１６上に支持されている。半導体層５１０は、芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成された増大領域などの半導体結晶核形成増大領域５２０上にある。半導体層５１６は、芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む組成物の皮膜で構成された増大領域などの半導体結晶核形成増大領域５２２上にある。半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２は誘電体層５１８上にある。ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含む皮膜の部分は、誘電体層５１８内の珪素に化学的に引き付けられ、これに並置されることになる。皮膜の芳香族部分はそれほど引き付けられず、したがって誘電体層５１８から向きがそれた場所に位置することになる。半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２の厚さが厚すぎる場合は、半導体層５１０および５１６への電荷の注入が困難になる可能性がある。したがって、１つの実施形態において半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２の厚さｄが約５ナノメータ以下であることが望ましい。
【００３２】
半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２を、非芳香族部分を含みかつＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分を含む皮膜で構成された半導体結晶核形成抑制領域５２４、５２６および５２８が囲んでいる。ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含むこのような皮膜の部分は、誘電体層５１８内の珪素に化学的に引き付けられ、これに並置されることになる。このような皮膜の非芳香族部分はそれほど引き付けられず、したがって誘電体層５１８から向きがそれた場所に位置することになる。半導体結晶核形成抑制領域５２４、５２６および５２８は、ひとまとまりになって、半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２を支持していない誘電体層５１８のそれらの部分の上に図５に示される半導体結晶核形成抑制領域５３０を形成する。誘電体基板５１８上で、領域５２０、５２２、５２４、５２６、および５２８がいっしょになって、芳香族基を含む皮膜だけが半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２内に形成されるパターン化された皮膜の範囲を定めている。半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２は、これら表面上への半導体結晶核群の生成を促進する。同時に、半導体核形成抑制領域５３０により、選択された芳香族有機半導体の核形成が実質的により少ないかまたは事実上無いことが可能になる。半導体結晶核形成増大領域５２０上の半導体層５１０は、ソース電極５０６およびドレイン電極５０８と接触して電荷キャリア移動度が高いチャネル領域を形成する。半導体結晶核形成増大領域５２２上の半導体層５１６は、ソース電極５１２およびドレイン電極５１４と接触して電荷キャリア移動度が高いチャネル領域を形成する。１つの実施形態では、半導体核形成抑制領域５３０が省略される。しかしながら、このように省略すると誘電体基板５１８上での半導体結晶のランダムな核形成が可能になる。誘電体層５１８はゲート電極５３２上に支持されている。ゲート電極５３２は支持基板５３４上に支持されている。ソース電極５０６と５１２、ドレイン電極５０８と５１４、およびゲート電極５３２は、薄膜トランジスタ５０２および５０４が一部を形成する電気回路（図示してない）と連絡している。
【００３３】
代表的な薄膜トランジスタ５０２の動作においては、ゲート電極５３２に印加された電圧を用いてソース電極５０６とドレイン電極５０８の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。同様に、代表的な薄膜トランジスタ５０４の動作においては、ゲート電極５３２に印加された電圧を用いてソース電極５１２とドレイン電極５１４の間の電荷キャリアの流れを制御することができる。代表的な薄膜トランジスタ５０２の下にあるゲート電極５３２の部分は、代表的な薄膜トランジスタ５０４の下にあるゲート電極５３２の部分と切り離し、電気的に絶縁することができる。薄膜トランジスタ５０２において、電荷キャリアはソース電極５０６とドレイン電極５０８の間を半導体層５１０経由で輸送される。同様に、薄膜トランジスタ５０４において、電荷キャリアはソース電極５１２とドレイン電極５１４の間を半導体層５１６経由で輸送される。
【００３４】
上記で説明したように、図１〜６は代表的なかつ非限定的な実施形態に関する。たとえば、図１〜６に示す実施形態はそれぞれ２つの薄膜トランジスタを示す。他の実施形態では望ましい任意の個数の薄膜トランジスタを含むことができる。たとえば、集積回路に複数の薄膜トランジスタを組み込むことができる。他の設計の薄膜トランジスタを用いることができる。
【００３５】
薄膜トランジスタに関して、本発明による他の実施形態を以下に説明する。しかしながら、本明細書の教示が半導体の横方向の不連続領域にパターンを形成することが必要な、薄膜トランジスタ以外のデバイスにもさらに適用できることが理解されるであろう。たとえば、ダイオードを類似の方法で製造することができる。本明細書の教示を用いて製造することができる他の代表的な半導体電子デバイスとして、発光素子、光検出デバイス、光電池、光伝導セル、フォトレジスト・セル、フォトダイオードおよび光スイッチが挙げられる。
【００３６】
薄膜トランジスタの製造で用いられる半導体結晶核形成増大領域および半導体核形成抑制領域を構成する各皮膜を形成するのに適当な組成物は、用いられる芳香族有機半導体の組成物および各組成物を付着させる基板の組成物に応じて選択される。１つの実施形態において、金、銀、白金、パラジウム、銅、またはこのような元素の合金を含む組成物から製造されたソース電極およびドレイン電極に皮膜が加えられる。チオール化合物はこれら元素に対し強い結合を形成する。したがって、この組成物は、組成物とソースおよびドレインの両電極との結合を容易にし、その後に加えられる芳香族有機半導体と相互作用を起こすことができるソースおよびドレイン各電極の表面から離れた方向へ組成物の他の部分を配向することを容易にするチオール基を備えることができる。別の実施形態では、ＳｉＯ２またはシロキサンなどの珪素を含む誘電体層に皮膜が加えられる。このような誘電体層は、ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する部分との相互作用を受け易い。Ｒとしては、たとえば、メチルまたはエチルが可能である。したがって、この組成物は、組成物とソースおよびドレインの両電極との結合を容易にし、その後に加えられる芳香族有機半導体と相互作用を起こすことができるソースおよびドレイン各電極の表面から離れた方向へ組成物の他の部分を配向することを容易にするＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基を含有する部分を備えることができる。使用される芳香族有機半導体の組成は、その後に加えられる芳香族有機半導体と相互作用を起こすことを意図した皮膜組成物の部分の構造を選択する際に考慮に入れられる。半導体結晶核形成増大領域を構成する皮膜を形成するための組成は、皮膜基板から遠くに配向された場合、その後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こし、この芳香族半導体の核形成を促進することができる芳香族部分をさらに含む。１つの実施形態において、このような芳香族部分は、選択された芳香族半導体中に存在する共役芳香族パイ電子の数からこのようなパイ電子を８個差し引いた数以上であるいくつかの共役芳香族パイ電子（以下においては「大きな影響を及ぼす量」のパイ電子と呼ぶ）を有するように選択される。別の実施形態においては、このような芳香族部分は、選択された芳香族半導体中に存在する共役芳香族パイ電子の数からこのようなパイ電子を２個差し引いた数以上の大きな影響を及ぼす量のいくつかの共役芳香族パイ電子を有するように選択される。半導体結晶核形成抑制領域を構成する皮膜を形成するための組成は、皮膜基板から遠くに配向された場合、その後に加えられる芳香族半導体と相互作用を起こし、この芳香族半導体の核形成を抑制することができる非芳香族部分をさらに含む。別法として、半導体結晶核形成抑制領域を構成する皮膜を形成するための組成は、選択された芳香族半導体中に存在する共役芳香族パイ電子の数からこのようなパイ電子を８個差し引いた数以下であるいくつかの共役芳香族パイ電子（以下においては「大きな影響を及ぼさない量」のパイ電子と呼ぶ）をさらに含む。
【００３７】
チオール化合物が用いられる実施形態においては、チオール基が金、銀、白金、パラジウム、銅、または合金から製造された電極との共有結合を形成する。したがって、この化合物の分子が、パターン化されて金の電極と接触する状態で配置される場合は、分子が、金の電極に面したチオール部分となじむことになり、その後、その分子を望ましいパターンで金の電極に固定する共有チオ結合を形成する。化合物上のこのようなチオール基の位置は、得られる半導体結晶核形成の増大領域および抑制領域の効果を最大にするように選ぶことができる。たとえば、チオール基は、この化合物の分子の縦軸の末端に配置することができ、その結果、得られた結合分子は電極表面に対して垂直に向けられる。このようにして、電極のパターンが形成された領域上にこの化合物分子の非常に規則正しい自己組み立て型の単分子層を作製することができる。複数のチオール基を有する化合物類は、分子と金電極間の複数の得られた結合部位が単分子層および芳香族有機半導体用の得られた核形成部位の規則正しい組み立てを劣化させるので、半導体結晶核形成増大領域の作製に関して使用するのにあまり好ましくない。
【００３８】
ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含む化合物が用いられる実施形態においては、珪素含有基は珪素を含む誘電体層との共有結合を形成する。したがって、この化合物の分子が、パターン化されて誘電体層と接触する状態で配置される場合は、分子が、誘電体基板に面した珪素含有部分となじむことになり、その後、その分子を望ましいパターンで誘電体層に固定する共有結合を形成する。化合物上のこのような珪素含有基の位置は、得られる半導体結晶核形成の増大領域および抑制領域の効果を最大にするように選ぶことができる。たとえば、珪素含有基は、この化合物の分子の縦軸の末端に配置することができ、その結果、得られた結合分子は電極表面に対して垂直に向けられる。このようにして、電極のパターンが形成された領域上にこの化合物分子の非常に規則正しい自己組み立て型の単分子層を作製することができる。複数の珪素含有基を有する化合物類は、分子と誘電体基板間の複数の得られた結合部位が単分子層および芳香族有機半導体用の得られた核形成部位の規則正しい組み立てを劣化させるので、半導体結晶核形成増大領域の作製に関して使用するのにあまり好ましくない。
【００３９】
基板表面上に半導体の核形成がいったん確立されると、そのあとに半導体の核から半導体の結晶が成長することができる。その結果、一般に離散的な多結晶半導体領域が希望に応じて、半導体付着物が実質的に無い領域かまたは比較的小さくかつ絶縁された結晶を特徴とする領域によって分離されたパターン化されたアレイとして成長する。このようにして、芳香族有機半導体を望ましいパターンで基板に加えて薄膜トランジスタを形成することができる。
【００４０】
正孔を輸送することができる代表的なｐ型半導体の場合は、電気伝導度は、式σ＝ｅｎμｄで近似され、上式でμｄは電荷移動度であり、ｅはキャリアの電荷であり、ｎは自由キャリアの密度である。したがって電気伝導度は移動度に比例する。移動度は容易に測定することができ、対応する電気伝導度近似することができる。芳香族有機半導体を含むデバイスの電気伝導度は結晶粒の大きさと分離に依存する。結晶粒の粒径分布によって、電荷キャリアが起点からたとえばソースとドレインの間等の目的地に輸送されるために、効果的に横断しなければならない結晶粒の個数が決まってくる。各結晶粒間の分離は非結晶領域の電気伝導度に対する影響を決定する。たとえば、特定の半導体材料に対する最大粒子間トンネル距離よりも長い距離だけ離れている結晶粒は電荷キャリアに対して非電導性の経路を構成するであろう。有機半導体の結晶粒内の電導性は電荷キャリアのエネルギーレベルおよび結晶内の分子重なりにも依存する。
【００４１】
使用することができる芳香族有機半導体の１つがテトラセンである。テトラセンは、４つの芳香族環を有する直線形アセンである。テトラセンのフィルムは正孔による導電輸送が可能である。たとえば、テトラセンの多結晶膜は一般に室温で約１０−５ｃｍ２／Ｖｓから約０．０１ｃｍ２／Ｖｓの範囲内の低い移動度を与える。対照的にテトラセンの結晶化が促進されるところでは、室温で約０．１ｃｍ２／Ｖｓから約１ｃｍ２／Ｖｓの範囲内の移動度を得ることができる。
【００４２】
１つの実施形態では、芳香族有機半導体としてモノクロロテトラセンが使用される。たとえば、この塩素原子は分子の内部ベンゼン環の１つと結合していてもよい。テトラセンは通常の溶媒に容易に溶解しない。テトラセンの塩化メチレンへの溶解度は約０．１２５ｍｇ／ｍｌであり、モノクロロテトラセン(monochlorotetracene)の塩化メチレンへの溶解度は約２５ｍｇ／ｍｌである。したがって、モノクロロテトラセンははるかに大きな溶解度を有し、たとえば塩化メチレンへの溶解度は比較すると約２００倍であり、それゆえ溶液からの結晶形成の増加が見込まれる。別法として、アルキル部分またはハロゲン部分などの他の置換基を有するテトラセンを使用することができる。一般に、芳香族半導体分子の非芳香族置換基はパイ結合を分断し、そのため各分子が格子状に積み重なる機能をそのように減少させ、早期に結晶化するのに用いることができる。この実施形態では、半導体結晶核形成増大領域を構成する皮膜用化合物の組成物は、大きな影響を及ぼす量のパイ電子を有するように選択される。１つの実施形態において、半導体結晶核形成増大領域を構成する皮膜用化合物の組成物には、たとえば、フェニル基が相互にパラ結合することがあるトリフェニル基を含んでいる。この実施形態において、この化合物中のフェニル基の１つは、化合物の金の基板への結合を容易にするチオール基を含んでいる。この目的のために、たとえば、半導体結晶核形成増大領域を形成するための皮膜化合物はトリフェニルチオールでもよい。さらにこの実施形態では、化合物中のフェニル基の１つが、珪素を含む誘電体層への結合を容易にするＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基を含むことができる。この目的のために、たとえば、半導体結晶核形成増大領域を形成するための皮膜組成物は、トリフェニル−トリクロロシラン(triphenyl-trichlorosilane)またはトリフェニル−トリエトキシラン(triphenyl-triethoxysilane)を含むことができる。別の実施形態では、芳香族有機半導体としてアントラセン(anthracene)が用いられる。この実施形態では、半導体結晶核形成増大領域を構成する皮膜用化合物の組成物は、大きな影響を及ぼす量のパイ電子を有するように選択される。
【００４３】
クロロテトラセンおよびアントラセンに関する前出の実施形態において、半導体結晶核形成抑制領域を形成するための皮膜の組成物は一般に大きな影響を及ぼさない程度の量のパイ電子を有する。クロロテトラセンおよびアントラセンに関する１つの実施形態では、半導体結晶核形成抑制領域を形成するための皮膜の組成物は、ビフェニル、フェニル、アルケン、カルボン酸、フッ素化炭化水素およびプロピルアミンを含む群から選択された部分を含む代表的な化合物を含む。したがって、金の基板上の半導体結晶核形成抑制領域を形成するための皮膜で使用する代表的な化合物には、ビフェニルチオール(biphenylthiol)、ベンジルチオール(benzylthiol)、ドデカンチオール(dodecanethiol)、ＮＨ２−（ＣＨ２）３ＳＨおよびＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１１ＳＨなどが含まれる。さらに、珪素を含む誘電体層上の半導体結晶核形成抑制領域を形成するための皮膜で使用する代表的な化合物には、ビフェニル−トリクロロシラン(biphenyl-trichlorosilane)、ビフェニル−トリエトキシシラン(biphenyl-triethoxysilane)、フェニル−トリクロロシラン(phenyl-trichlorosilane)、フェニル−トリエトキシシラン(phenyl-triethoxysilane)、ドデカン−トリクロロシラン(dodecane-trichlorosilane)、ドデカン−トリエトキシシラン(dodecane-triethoxysilane)、ＮＨ２−（ＣＨ２）３Ｓｉ−（ＯＲ）３、ＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１１Ｓｉ−（ＯＲ）３、ＮＨ２−（ＣＨ２）３Ｓｉ−Ｃｌ３、およびＨＯＯＣ−（ＣＨ２）１１ＳｉＣｌ３などが含まれる。
【００４４】
本明細書の教示が他の芳香族半導体および混合された芳香族半導体にも同様に適用されることが理解されるであろう。さらに別の実施形態では、５，５’−ビス−（４−エチルフェニル）２，２’−ビチオフェンまたは５，５’−ビス−（８−ヘキシルフロリン−１−イル）２，２’−ビチオフェンなどのビチオフェンが半導体として用いられる。別の代表的な実施形態においては、セクシチオフェンまたはベンゾチオフェンダイマーなどのチオフェンが半導体として用いられる。さらに使用することができる代表的なチオフェン化合物としては、長さが約４原子から約１２原子の線状アルキル鎖ないしはアルコキシアルキル鎖を持ち、置換されてないかまたは末端５の位置で置換されている２、５位置で結合したチオフェンのテトラマー、ペンタマー、およびヘキサマー；たとえば、ジヘキシルアントラジチオフェンを含むアントラジチオフェンおよび末端がジアルキルのその誘導体；レギオ規則性のポリ（３−ヘキシルチオフェン）；および、たとえば、１，４−ビス（５−（５−ヘキシルチエン−２−イル）チエン−２−イル）ベンゼン（ＤＨＴ４Ｐｈ）を含むチオフェン・オリゴマーについて説明されているように、約５環の長さで置換されてないまたは置換された、２、５位置で結合したチオフェン環と１、４位置で結合したベンゼン環の共オリゴマーなとが挙げられる。ＤＨＴ４Ｐｈは、全体が本明細書に組み込まれているＷ．Ｌｉ外の「Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．」（１１巻、４５８頁（１９９９））においてヘキシル化５環化合物および６環化合物に対して説明されている手順に従い、ベンゼン環の供給源として１，４−ジヨードベンゼンを用いて合成することができる。たとえばアントラセン、ペンタセンおよびヘキサセンなどの他の置換および非置換アセン類、他のビチオフェン類、他のチオフェン類、たとえば、銅フタロシアニンおよび過フッ素化銅フタロシアニンを含むフタロシアニン類、ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸ジイミド化合物、ナフタレン−１，４，５，８−テトラカルボン酸二無水物、および１１，１１，１２，１２−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタン等も使用できる。たとえば、Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ等の米国特許第５，９８１，９７０号、Ｂａｕｎｔｅｃｈ等の米国特許第５，６２５，１９９号、Ｇａｒｎｉｅｒ等の米国特許第５，３４７，１４４号，およびＫｌａｕｃｋ、Ｈａｇｅｎ外の「Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｐｅｎｔａｃｅｎｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ａｎｄ  ＩＣｓ」（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、４３巻、３号、３月２日、６３〜７５頁）を参照のこと。本項で引用した前記特許および論文は、全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００４５】
ペンタセンは、室温で約１ｃｍ２／Ｖｓから約５ｃｍ２／Ｖｓの範囲内の移動度を有する単結晶を製造することができるので、特に望ましい有機半導体である。しかしながら、ペンタセンは通常の溶媒に容易に溶解しない。１つの実施形態では、クロロペンタセンなど、溶媒への溶解度を高めたペンタセン誘導体が半導体として用いられる。さらにたとえば、テトラメチルペンタセンまたはテトラエチルペンタセンを用いることができる。別の実施形態では、溶解性のペンタセン前駆体を半導体として用い、後でペンタセン自体に転換する。ペンタセン前駆体は、たとえば、Ｄｉｍｉｔｒａｋｏｐｏｕｌｏｓ等の米国特許第５，９８１，９７０号に開示されている。
【００４６】
本明細書の教示が半導体結晶核形成増大領域を構成する他の皮膜組成物にも同様に適用されることが理解されるであろう。１つの実施形態において、半導体核形成増大領域を作るのに使用される組成物は、共役パイ結合を備えた少なくとも３つの芳香族環を有する芳香族部分を含む化合物を含む。別の実施形態では、この芳香族部分を含む化合物は、上記で説明したようにチオール基または反応性珪素含有基を備え、化合物分子の末端に配置された少なくとも３つの相互に結合されたベンゼン環を含む。この各ベンゼン環はアルキル結合によって相互に橋架けしてもよく、あるいは相互に縮合してもよい。各ベンゼン環は相互に直鎖の方向に向けてパラ位置で結合されてもよく、あるいは分岐部および非パラ位置結合を含んでもよい。たとえば、ｐ−テルフェニル、ｐ−クアテルフェニル、ｐ−ペンタフェニルおよびｐ−セクシフェニルなどのオリゴ（ｐ−フェニレン）を使用することができる。ｐ−テルフェニルおよびｐ−クアテルフェニルはＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から市販されている。ｐ−セクシフェニルはTokyo Kasei Kogyo Co. Ltd(東京化成工業株式会社)から市販されている。さらに別の実施形態では、非芳香族領域を化合物の芳香族領域とチオール基または反応性珪素基の間に介在させることができる。たとえば、全部または一部が飽和しているかまたは不飽和の、または全部または一部が脂環式部分を含有している炭素数が０から約１６の直鎖または枝分かれ鎖炭化水素基をそのように使用することができる。さらに別の実施形態では、反応性珪素基を含み、かつ少なくとも３つの芳香族環を含むモノチオール化アセンまたはアセンが芳香族化合物として用いられる。たとえば、アセンはアントラセン、テトラセンまたはペンタセンでよい。さらに別の実施形態では、ピリジンまたはピロール部分などの他の芳香族系によって、前記化合物中のベンゼン環が全部または一部置換される。化合物の混合物の使用は、一般に規則正しい自己組み立て型の単分子層を形成しないので、避けることが好ましい。
【００４７】
本明細書の教示が半導体結晶核形成抑制領域を構成する他の皮膜組成物にも同様に適用されることが理解されるであろう。この化合物は、たとえば、脂肪族化合物部分または脂環式部分を含んでもよく、この化合物は、非芳香族部分がその後に加えられる芳香族半導体と連携して機能するように設計される。その他の実施形態において、この化合物はさらに炭化水素、ヘテロ原子またはその他の荷電しているないしは非荷電の部分を含むことができる。たとえば、全部または一部が飽和しているかまたは不飽和の、または全部または一部が脂環式部分を含有している直鎖または枝分かれ鎖炭化水素部分を使用することができる。たとえば、炭素数が２から１６のアルケンチオールおよびシランを使用することができる。代表的な化合物としてウンデシルチオール、ドデシルチオール、ウンデシル−トリクロロシランおよびドデシル−トリエトキイシランが挙げられる。１つの実施形態において、半導体核形成抑制領域を作るのに使用される組成物は、芳香族半導体に対する親和性をさらに低減する荷電基を含む。このような荷電基は、チオール基または反応性珪素基が配置される化合物の縦軸末端とは反対の縦軸末端の位置かまたはその近くに位置することが望ましい。１つの実施形態では、負に荷電したカルボン酸、スルフォネート基またはホスホネート基がそのように化合物上に与えられる。別の実施形態では、正に荷電したアミノ基がそのように化合物上に与えられる。その他の実施形態において、この化合物はさらに炭化水素、ヘテロ原子またはその他の荷電しているないしは非荷電の部分を含むことができる。たとえば、この化合物は、トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル−トリエトキシシランまたは４−メルカプト−１−フルオロベンゼンなどのフッ素のようなハロゲンによって置換することができる。
【００４８】
別の実施形態では、半導体結晶核形成抑制領域を構成する皮膜組成物が、複数の芳香族環と一端におけるチオール基または反応性珪素基とを含み、他端に芳香族半導体を芳香族パイ結合の相互作用から保護するのに十分な量の非芳香族基を含む化合物を含む。さらに別の実施形態においては、半導体結晶核形成抑制領域を構成する皮膜組成物が、パターンが形成される基板上に非結晶性のランダムな状態で被着される化合物の分子を含む。
【００４９】
末端がチオールの共役オリゴマーを合成する一般的な手順は、Ｂ．ｄｅ  Ｂｏｅｒ、Ｈ．Ｍｅｎｇ、Ｄ．Ｆ．Ｐｅｒｅｐｉｃｈｋａ、Ｊ．Ｚｈｅｎｇ、Ｙ．Ｃｈａｂａｌ、Ｆ．Ｗｕｄｌ、Ｐ．Ｇ．Ｖａｎ  Ｐａｔｔｅｎ、およびＺ．Ｂａｏ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｍｏｎｏ−  ａｎｄ  Ｄｉｔｈｉｏｌ  Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９、４２７２−４２８４頁、２００３年にまとめられている。芳香族の末端を備えた末端が反応性珪素の化合物を合成する一般的な手順は、Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｈｉｇｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、１０号、１３３９−１３４１頁、２０００年３月６日にまとめられている。ＳｉＣｌ３化合物およびＳｉＯＲ３化合物を合成する一般的な手順は、Ｆｒｉｔｚ  Ｇ．およびＭａｔｅｒｎ  Ｅ．、「Ｃａｒｂｏｓｉｌａｎｅｓ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ、ニューヨーク、１９８６年に記載されている。前記文書はすべてその全体が本明細書に組み込まれている。
【００５０】
別の実施形態において、上記で説明した珪素含有誘電体層が酸化アルミニウムを含む誘電体層で置き換えられる。このような実施形態では、酸化アルミニウム基板に結合するために、加えられて半導体結晶核形成増大領域および半導体核形成抑制領域のパターンが形成された領域を生成する化合物中のリン酸基によってシラン基が置換される。さらに別の実施形態では、上記で説明した珪素含有誘電体層を別の金属酸化物を含む誘電体層で置換する。このような実施形態では、この金属酸化物基板に結合するために、カルボン酸基またはＣＯＮＨＯＨ基よってシラン基が置換される。
【００５１】
１つの実施形態において、図１および２に示されるクロロテトラセン多結晶半導体領域１４０および１４２をそれぞれ有する薄膜トランジスタ１０２および１０４は、図７に示す代表的な方法７００により製造される。
【００５２】
図７について説明すると、工程７０５で、シリコン・ウェーハが設けられて図２に示す支持基板１４６の役割を果たす。このシリコン・ウェーハはトランジスタ１０２および１０４の構造的支持を与え、二酸化珪素を含む酸化された誘電表面を有している。別の実施形態においては、他の材料で構成される支持基板が用いられるか、または支持基板１４６が省略される。
【００５３】
工程７１０で、この支持基板１４６にゲート電極１４４が加えられる。ゲート電極１４４は、真空中での元素状金の昇華、電着または非電着性金属析出等さまざまな従来の方法によって加えることができる。ゲート電極を事前に加えたシリコン・ウェーハも市販されている。さらに別の実施形態では、ゲート電極１４４がたとえば、銀、白金、パラジウム、銅、またはこのような元素の合金など他の電導性材料から製造される。
【００５４】
工程７１５で、ゲート電極１４４上に誘電体層１１０が設けられる。誘電体層１１０を生成するために、ゲート電極１４４に前駆体組成物が加えられる。たとえば、選択された前駆体組成物は溶剤に溶解し、表面開始成長法、スピンコート法またはキャスティング法によってゲート電極１４４に加えることができる。コート法およびキャスティング法では、誘電体層１１０は、たとえば、選択された被覆組成物ないしはキャスト組成物の乾燥処理、重合処理および／または硬化処理により固体の形に転換される。誘電体層１１０は、無機または有機組成物などの任意の誘電性前駆体組成物から製造することができる。この誘電性前駆体組成物は、モノマー、オリゴマーまたはポリマーの有機物質、または無機物質、およびこれらの混合物を含んでいてもよい。本明細書で使用されるような「混合物」という用語は、対応するモノマー類、オリゴマー類およびポリマー類から形成される共重合体類、ポリマーの混合物、およびこれらを含むその他の組成物ならびに無機物質を含むが製造された組成物を広く包含し、含むものである。別の実施形態において、誘電性前駆体組成物は、重合性でイミド、アクリレート、メタクリレート、イソシアネート、エポキシド、ビニルシラン、シルセスキオキサン、シクロアルケンまたはエタクリレートなどの誘電ボリマーを形成する有機化合物を含む。
【００５５】
工程７２０で、金のソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４が誘電体層１１０上に形成される。たとえば、鋼製シャドー・マスクを誘電体層１１０の表面上に配置し、曝露された表面上のこれらの部分を残してそこに電極を配置することができる。１つの実施形態において、領域１４０および１４２上のソース電極１０６とドレイン電極１０８の間のギャップおよびソース電極１１２とドレイン電極１１４の間のギャップは、それらの間の単一半導体結晶の橋かけ成長を容易にするためにできるだけ狭くなるように設計する。たとえば、このようなギャップは幅が約５ミクロン未満になることがある。部分的に形成されたトランジスタはその後ベルジャーなどの真空チャンバ内に置かれる。金属の金の供給源もまた真空チャンバ内に置かれ、加熱されて蒸発し、シャドー・マスク上に金を蒸着させてソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４を生成する。ソース電極およびドレイン電極を製造する他の材料を金の代わりに使用することができる。たとえば、銀、白金、パラジウム、銅、またはこのような元素の合金を用いることができる。
【００５６】
工程７２５で、金のソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４の曝露された表面が完全に洗浄される。たとえば、電極をピラニア溶液のような攻撃的な洗浄液にさらすことができる。代表的なピラニア溶液は硫酸（水中９８容積％）と過酸化水素（水中３０容積％）の容積比２：１の混合物を含む。約５分間などの適度な時間ピラニア溶液にさらした後、脱イオン超純水中で各電極を完全に水洗する。電極を完全に洗浄する他の従来の方法を用いることもできる。
【００５７】
工程７３０で、第１のチオール化合物が、ソフト・リソグラフィ法によりこのソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４に転写される。この方法に従い、第１のチオール化合物のソース電極およびドレイン電極への転写のために弾性のあるスタンプが作製される。１つの実施形態では、このような弾性スタンプはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から製造される。たとえば、シリコーン・エラストマー基材１０部をシリコーン・エラストマー硬化剤１部と完全に混合してこのスタンンプを形成することができる。他の方法においては、ポリウレタンなどの他のポリマーをスタンプに使用することができる。さらにくわしい背景は、Ｙ．ＸｉａおよびＧ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５頁に与えられており、これはその全体が本明細書に組み込まれている。
【００５８】
次に、半導体結晶核形成増大層または半導体核形成抑制層のどちらかで被覆されるソース電極およびドレイン電極上の領域に対して望ましい位置の決定に対応してパターンが形成される一段高くなった表面を有するシリコン・マスタ・ウェーハが形成される。このようなマスタ・ウェーハは、たとえば、従来のフォトレジスト・マスキング法およびエッチング法によって作製することができる。別の実施形態では、他の材料で構成されたマスタ・ウェーハを使用することができる。シリコン・マスタ・ウェーハのパターンが形成された表面は、その後、離型剤で、たとえば、フッ素化によって処理される。このようなフッ素化は、パターンが形成された表面をトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル−トリエトキシシランに曝露することによって行うことができる。この曝露はガス相において約１５分間実施することができる。別の実施形態においては、他の離型剤を使用することができる。ＰＤＭＳの混合物はその後パターンが形成されたシリコン・マスタ・ウェーハの表面上に注がれ、このマスタ・ウェーハは次にペトリ皿に置かれ、約摂氏６５度（℃）で少なくとも約２時間オーブン中で乾燥された。その後、硬化されたＰＤＭＳはパターン形成されたシリコン・マスタ・ウェーハから実用ナイフで取り除かれる。たとえば、Ｙ．ＸｉａおよびＧ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５頁を参照のこと。他の実施形態では、転写スタンンプを作製するために選択されたポリマーをマスタ・ウェーハに加える他の方法を採用することができる。たとえば、液体フィルム・キャスティング、スピン・キャスティングおよび蒸発性フィルム・キャスティングを用いることができる。
【００５９】
次に、末端がチオールの化合物を含む第１の溶液をＰＤＭＳスタンプ上に充填する。この第１のチオール溶液は、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を生成するかまたは半導体核形成抑制領域１２４〜１３８を生成するように設計することができる。１つの実施形態において、第１のチオール溶液は半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を生成するように設計された溶液を含む。この溶液は、たとえば（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオールなどの、上記で説明したように芳香族部分およびチオール基を含む化合物である。１つの実施形態において、塩化メチレンに溶解した（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオールの２ミリモル溶液を作製する。綿布アプリケータを（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオール溶液に浸し、ＰＤＭＳスタンプのパターンが形成された表面をぬぐう。その後、このＰＤＭＳスタンプは窒素気流で少なくとも約１分間乾燥させる。その後、過剰の（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオールを除去するために、ＰＤＭＳスタンプがいったん金の基板などの受容面に加えられる。第１のチオールをＰＤＭＳスタンプに加える他の方法には蒸着、液体フィルム・キャスティング、およびスピン・キャスティングなどがある。
【００６０】
ＰＤＭＳスタンプはその後、（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオールのパターン化された皮膜をソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上に加えるのに使用され、所望の半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を得る。半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２は、ソース電極およびドレイン電極上に望ましくは１分子の厚さを有する、（ｐ−テルフェニル）−ｐ−チオール分子の自己組み立て型単分子層（「ＳＡＭ」）である。このＳＡＭは、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を構成することを意図したソース電極およびドレイン電極上のパターン形成区域でそれ以上チオール結合が起こるのを阻止する。パターン化された皮膜はソース電極およびドレイン電極上で少なくとも約５分間静置したままにしておく。このようなＰＤＭＳスタンプはそれぞれいくつかの用途、たとえば、およそ６つの用途に使用することができる。背景情報はＹ．Ｘｉａ、Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５頁に与えられている。
【００６１】
他の実施形態においては、第１のチオールのパターン化された皮膜が、インク・ジェット印刷法、リソグラフィ法、および転写シートまたは網から所定の基板への直接または間接転写を含む各法のような方法によってソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上に加えられる。
【００６２】
工程７３５において、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４をすすぎ、乾燥させる。たとえば、ソース電極およびドレイン電極をイソプロパノールで２度すすぎ、その後、窒素気流で少なくとも約３０秒間乾燥させることができる。
【００６３】
工程７４０で、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４は第２のチオールに曝露される。第１のチオールが半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を生成するように設計される場合は、第２のチオールが半導体核形成抑制領域１２４〜１３８を生成するように設計される。１つの実施形態では、第２のチオール溶液が半導体核形成抑制領域１２４〜１３８を生成するように設計される。このような実施形態では、第２のチオールは、前に説明したようにチオール基および代表的な非芳香族領域を含むドデシルチオールなどの化合物である。１つの実施形態において、無水エタノールに溶解したドデシルチオールの２ミリモル溶液を作製する。工程７４０時に、第１のチオールは、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２を構成することを意図したパターン形成区域でそれ以上チオール結合が起こるのを阻止する。それゆえ、第２のチオールは、単に半導体核形成抑制領域１２４〜１３８を構成することを意図した残りの区域のソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４と結合するだけである。したがって、ソース電極およびドレイン電極は、３０分間などの適度な時間ドデシル溶液に単純に浸漬して半導体核形成抑制領域１２４〜１３８を形成することができる。１つの実施形態において、長手方向と平行な方向に、ソース電極およびドレイン電極をドデシル溶液に浸し、これらをこの溶液から引き出すことによって、これらの電極が上記のように浸漬される。この半導体核形成抑制領域１２４〜１３８は、ソース電極およびドレイン電極上に望ましくは１分子の厚さを備えたドデシル分子のＳＡＭである。この皮膜はソース電極およびドレイン電極上で少なくとも約５分間静置したままにしておく。別の実施形態において、第２のチオールは、インク・ジェット印刷法、フォトリソグラフィ法、および転写シートまたは網から所定の基板への直接または間接転写を含む各法のような方法によってソース電極およびドレイン電極に加えられる。
【００６４】
工程７４５において、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４を再度すすぎ、乾燥させる。たとえば、ソース電極およびドレイン電極をイソプロパノールで２度すすぎ、その後、窒素気流で少なくとも約３０秒間乾燥させることができる。
【００６５】
工程７５０で、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４は５−クロロテトラセンなどの選択された芳香族有機半導体の溶液に曝露される。有機半導体を被着させるのに浸し塗り法が用いられる実施形態では、５−クロロテトラセンはテトラセンより良好な溶解性をもたらすことができるので、より大きな結晶を作ることができる。ソース電極およびドレイン電極を有機半導体で飽和させた溶液中に浸すことによって核形成が容易になる実施形態では、テトラセンと５−クロロテトラセンのどちらも使用することができる。
【００６６】
１つの実施形態において、選択された半導体が溶媒で溶解されて溶液を形成し、その後この溶液が、ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上の半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２および半導体核形成抑制領域１２４〜１３８に塗布される。たとえば、半導体が溶解して溶液になるところでは、その後、半導体結晶増大領域上の溶液のそとに半導体が析出して多結晶半導体を成長させるようにソース電極およびドレイン電極の各表面をその溶液に浸漬することができる。この要領で、蒸発などによって溶媒が取り除かれるまで半導体分子が半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の表面と相互作用を起こすことができる。半導体の被着は、核形成を容易にするソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上の領域１１６〜１３８の能力によって決まる。半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の上で核形成を促進することによって多結晶半導体領域１４０および１４２の形成がそれぞれもたらされる。半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の真上の半導体結晶の核形成は、ソース電極１０６とドレイン電極１０８の間のギャップならびにソース電極１１２とドレイン電極１１４の間のギャップに橋架けもするこのような結晶の成長をもたらす。半導体核形成抑制領域１２４〜１３８の上で核形成を抑制することによってわずかに結晶化するかまたはまったく結晶化しない結果になる。この要領で、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２および半導体核形成抑制領域１２４〜１３８はひとまとまりになってパターン化された多結晶半導体領域１４０および１４２の形成を誘導する。
【００６７】
半導体溶液をそのように用いる場合、半導体核形成抑制領域１２４〜１３８のうちの１つに最初に接触する半導体分子は、電極表面を横切って流れることができ、半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２のうちの１つと接触する。このようにして、結晶半導体の被着は望ましい半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２上で起こり、半導体核形成抑制領域１２４〜１３８上では起こらない。半導体分子の溶媒中への溶解は、最初に形成された核から大きな半導体単結晶の成長を促す。たとえば、薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極にまたがる大きさの単結晶が形成されることもある。
【００６８】
別の実施形態においては、選択された半導体が蒸気の状態で半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２および半導体核形成抑制領域１２４〜１３８に加えられる。蒸着はペンタセンなどの溶解性の低い半導体オリゴマーで使用するのに特に望ましい。ソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４との接触の際の半導体の非選択的結合を避けるために、半導体の蒸着は一般に１秒当たり１オングストローム（Å／秒）未満の速度で、より好ましくは０．５Å／秒未満で行われ、ガス状媒介物中に浮遊する半導体の濃度は低濃度を用いている。蒸着速度は半導体濃度およびガス状サスペンションの流量に比例する。蒸着の実験的詳細の例は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれているＦｏｒｒｅｓｔ  Ｓ．Ｒ．著Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｉｌｍｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．、９７巻、１７９３頁（１９９７）で見ることができる。しかしながら、多くの場合、パターンが形成された表面への有機半導体の蒸着は解像度のよいパターンの核形成をもたらさない。
【００６９】
１つの代表的な実施形態において、モノクロロテトラセン半導体を容積比が４：１の塩化メチレンとクロロホルム混合液に溶解し、その後、ディップ・コート法によってソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上の半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２および半導体核形成抑制領域１２４〜１３８に塗布する。塩化メチレンは、蒸発によって容易に除去できるように比較的低い沸点を有することが望ましい。テトラヒドロフランなどの他の溶媒を用いることもできる。１つの実施形態では、モノクロロテトラセン半導体を塩化メチレンに溶解してミリリットル当たり１．１ミリグラム（ｍｇ／ｍｌ）の溶液を形成し、次にこの溶液を石英キュベットに注ぐ。石英キュベットは密封したアクリル・チャンバに収納して室温で一定の溶媒蒸気濃度を維持する。部分的に形成されたトランジスタはその後モノクロロテトラセン溶液に浸漬し、約０．０１ｍｍ／秒から約０．１ｍｍ／秒の範囲の一定速度で溶液から引き出した。この要領で、溶媒が取り除かれるまで半導体分子が半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２の表面と相互作用を起こすことができる。半導体結晶核形成増大領域１１６〜１２２および半導体核形成抑制領域１２４〜１３８はひとまとまりになってパターン化された多結晶半導体領域１４０および１４２の形成を誘導する。半導体皮膜はソース電極１０６と１１２およびドレイン電極１０８と１１４上で少なくとも約５分間静置したままにしておく。
【００７０】
他の実施形態では、選択された半導体を他の溶媒に溶解することができる。さらに他の実施形態では、液体フィルム・キャスティング、スピン・キャスティングおよび蒸発性フィルム・キャスティングなどの半導体を適用する他の方法を用いることができる。
【００７１】
工程７５５において、完成したトランジスタ１０２および１０４を再度すすぎ、乾燥させる。たとえば、トランジスタ１０２および１０４をイソプロパノールで２度すすぎ、その後、窒素ボックスの窒素気流で少なくとも約３０秒間乾燥することができる。
【００７２】
別の実施形態において、代表的なクロロテトラセン多結晶半導体領域３１６および３１８をそれぞれ有する図３および４に示される薄膜トランジスタ３０２および３０４は、図８に示す代表的な方法８００により製造される。
【００７３】
図８について説明すると、工程８０５で、シリコン・ウェーハが図７の工程７０５に関して上記で説明したのと同じやり方で設けられて、図４に示す支持基板３２４の役割を果たす。工程８１０で、図７の工程７１０に関して上記で説明したのと同じやり方でこの支持基板３２４にゲート電極３２２が加えられる。しかしながら、この実施形態ではチオール結合が使用されていないので、以下でさらに説明するようにゲート電極、およびソースおよびドレイン各電極は、必要があれば他の電導性材料および合金、ならびに電導性プラスチックやセラミックから製造することができる。工程８１５で、図７の工程７１５に関して上記で説明したのと同じやり方で、ゲート電極３２２上に誘電体層３１０が設けられる。工程８２０で、図７の工程７２０に関して上記で説明したのと同じやり方で金のソース電極３０６と３１２およびドレイン電極３０８と３１４が誘電体層３１０上に形成される。
【００７４】
工程８２５で、ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する第１の化合物が、ソフト・リソグラフィ法により誘電体層３１０に転写される。この方法に従い、図７の工程７３０に関して上記で説明したのと同じやり方で弾性のあるスタンプが作製される。次に反応性珪素原子を含有する化合物を含む第１の溶液がＰＤＭＳスタンプ上に充填される。この反応性珪素原子を含有する化合物を含む第１の溶液は、図３および４に示される半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を生成する、または半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４を生成するように設計することができる。１つの実施形態において、第１の溶液は、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を生成するように設計された、反応性珪素原子を含有する化合物を含む。この溶液は、（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３などの、上記で説明したように芳香族部分および反応性珪素原子を含有する部分を含む化合物である。
【００７５】
１つの実施形態において、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を形成するために（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３化合物の前駆体が望ましいパターンで加えられ、その後、その場で（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３化合物に転換される。１つの実施形態において、塩化メチレンに溶解したエチレン−トリエトキシシランなどのアルケン−ＳｉＯＲ３化合物の２ミリモル溶液を作製する。綿布アプリケータをエチレン−トリエトキシシラン溶液に浸し、ＰＤＭＳスタンプのパターンが形成された表面をぬぐう。その後、このＰＤＭＳスタンプは窒素気流で少なくとも約１分間乾燥させる。その後、過剰のエチレン−トリエトキシシランを除去するために、ＰＤＭＳスタンプがいったんＳｉＯ２ウェーハなどの受容面に加えられる。反応性珪素原子を含有する第１の化合物をＰＤＭＳスタンプに加える他の方法には蒸着、液体フィルム・キャスティング、およびスピン・キャスティングなどがある。
【００７６】
ＰＤＭＳスタンプはその後、エチレン−トリエトキシシラン化合物のパターン化された皮膜を誘電体層３１０上に加えるのに使用され、所望の半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８の前駆体を得る。エチレン−トリエトキシシラン中のエチレン部分の末端二重結合は、その後酸化によって、最初に−ＣＯＯＨ部分に、２番目に−ＣＯＣｌ部分に転換される。この酸化は、たとえば、ＫＭｎＯ４／ＮａＩＯ４／Ｋ２ＣＯ３の水溶液で行うことができる。−ＣＯＣｌ部分はそのあとに、化学式Ｒ−ＯＨを持ち、Ｒが有機半導体との相互作用にとって望ましい芳香族部分であるアルコールを用いて室温で１２０時間などの長時間にわたってエステル化することによって反応を行わせる。反応収率を高めるために水捕集装置を使用することができる。たとえば、このアルコールはヒドロキシ−（ｐ−テルフェニル）でよく、そのため半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８は（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３を含む。この前駆体の転換工程はすべて、誘電体層３１０を適当な試薬の溶液に単純に浸すことによって実施することができ、その後に水洗が続く。この半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８は、誘電体層３１０上に望ましくは１分子の厚さを有する（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３分子の自己組み立て型単分子層（「ＳＡＭ」）である。前駆体の利用および転換を含むこのような手順の利点の１つは、このような化合物の直接利用よりもより高度に規則正しい代表的な（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３の層の形成が可能になることである。別法として、代表的な（ｐ−テルフェニル）−ｐ−ＳｉＯＲ３は、液中で類似の反応を行うことによって合成することができる。背景情報は、Ｃｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｈｉｇｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｉｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ／Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７６巻、１０号、１３３９−１３４１頁、２０００年３月６日、およびＣｏｌｌｅｔ  Ｊ．等、「Ｎａｎｏ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｗｉｔｈ  ａｎ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  ａｓ  Ｇａｔｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、７３巻、１８号、２６８１−２６８３頁、１９９８年１１月２日に与えられており、この両者の全体は参照により本明細書に組み込まれている。
【００７７】
このＳＡＭは、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を構成することを意図した誘電体層３１０上のパターン形成区域で反応性珪素原子を含む化合物の結合がそれ以上起こるのを阻止する。パターン化された皮膜は誘電体層３１０上で少なくとも約５分間静置したままにしておく。他の実施形態においては、反応性珪素原子を含む第１の化合物のパターン化された皮膜が、インク・ジェット印刷法、フォトリソグラフィ法、および転写シートまたは網から所定の基板への直接または間接転写を含む各法のような方法によって誘電体層３１０に加えられる。
【００７８】
工程８３０において、誘電体層３１０をすすぎ、乾燥させる。たとえば、誘電体層３１０をイソプロパノールで２度すすぎ、その後、窒素気流で少なくとも約３０秒間乾燥することができる。
【００７９】
工程８３５で、誘電体層３１０は反応性珪素原子を含む第２の化合物に曝露される。反応性珪素原子を含む第１の化合物が半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を生成するように設計される場合は、反応性珪素原子を含む第２の化合物が半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４を生成するように設計される。１つの実施形態では、反応性珪素原子を含む第２の溶液が半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４を生成するように設計される。このような実施形態では、第２の化合物は、ドデシル−ＳｉＯＲ３のように前に説明したように反応性珪素原子および非芳香族領域を含む。１つの実施形態において、無水エタノールに溶解したドデシル−ＳｉＯＲ３の２ミリモル溶液を作製する。工程８３５の時に、反応性珪素原子を含む第１の化合物は、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８を構成することを意図したパターン形成区域でそれ以上反応性珪素原子を含む化合物の結合が起こるのを阻止する。それゆえ、反応性珪素原子を含む第２の化合物は、半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４を構成することを意図した残りの区域の誘電体層３１０と単に結合するだけである。したがって、誘電体層３１０は、３０分間などの適度な時間ドデシル−ＳｉＯＲ３溶液に単純に浸漬して半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４を形成することができる。この半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４は、誘電体層３１０上に望ましくは１分子の厚さを備えたドデシル−ＳｉＯＲ３分子のＳＡＭである。この皮膜は誘電体層３１０上で少なくとも約５分間静置したままにしておく。別の実施形態において、反応性珪素原子を含む第２の化合物は、インク・ジェット印刷法、フォトリソグラフィ法、および転写シートまたは網から所定の基板への直接または間接転写を含む各法のような方法によって誘電体層３１０に加えられる。
【００８０】
工程８４０で、工程８３０と同じやり方で誘電体層３１０を再度すすぎ、乾燥させる。
【００８１】
工程８４５で、誘電体層３１０は、図７の工程７５０に関して上記で説明したのと同じやり方で、５−クロロテトラセンなどの選択された芳香族有機半導体の溶液に曝露される。半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８の上で核形成を促進することによって多結晶半導体領域３２６および３２８の形成がそれぞれもたらされる。半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４の上で核形成を抑制することによってわずかに結晶化するかまたはまったく結晶化しない結果になる。この要領で、半導体結晶核形成増大領域３１６および３１８、および半導体核形成抑制領域３３０、３３２および３３４は、ひとまとまりになって、薄膜トランジスタのソース電極とドレイン電極にまたがる大きさの単結晶を含むこともあるパターン化された多結晶半導体領域３２６および３２８の形成を誘導する。工程８５０において、完成したトランジスタ３０２および３０４を再度すすぎ、乾燥させる。
【００８２】
別の実施形態において、図５および６に示される代表的なクロロテトラセン多結晶半導体領域５１０および５１６をそれぞれ有する薄膜トランジスタ５０２および５０４は、図９に示す代表的な方法９００により製造される。
【００８３】
図９について説明すると、工程９０５で、シリコン・ウェーハが図８の工程８０５に関して上記で説明したのと同じやり方で設けられて、図６に示す支持基板５３４の役割を果たす。工程９１０で、図８の工程８１０に関して上記で説明したのと同じやり方でこの支持基板５３４にゲート電極５３２が加えられる。工程９１５で、図８の工程８１５に関して上記で説明したのと同じやり方で、ゲート電極５３２上に誘電体層５１８が設けられる。工程９２０で、図８の工程８２５に関して上記で説明したのと全般的に同じやり方で、ＳｉＣｌ３基またはＳｉＯＲ３基などの反応性珪素原子を含有する第１の化合物が誘電体層５１８に転写される。１つの実施形態において、第１のこのような化合物は、ペンシルヴェニア州トゥーリィタウンのＧｅｌｅｓｔから市販されているトリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル−トリエトキシシランである。トリデカフルオロ−１，１，２，２−テトラヒドロ−オクチル−トリエトキシシランをエタノールに溶解して１重量％溶液を形成し、この溶液を保持しているＰＤＭＳスタンプを約２分間誘電体層５１８と接触した状態に置く。工程９２５において、１３０℃で約３０分間加熱乾燥させ、２−プロパノールですすぎを行い、窒素ガスで約３０秒間乾燥させることによって、図８の工程８３０に関して上記で説明したのと全般的に同じやり方で誘電体層５１８をすすぎ、乾燥させる。工程９３０で、誘電体層５１８は、図８の工程８３５に関して上記で説明したのと同じやり方で反応性珪素原子を含む第２の化合物に曝露される。工程９３５で、工程９２５と同じやり方で誘電体層５１８を再度すすぎ、乾燥させる。工程９４０で、誘電体層５１８は、図８の工程８４５に関して上記で説明したのと同じやり方で、５−クロロテトラセンなどの選択された芳香族有機半導体の溶液に曝露される。半導体結晶核形成増大領域５２０および５２２の上で核形成を促進することによって多結晶半導体領域５１０および５１６の形成がそれぞれもたらされる。工程９４５において、部分的に形成されたトランジスタ５０２および５０４を工程９２５に関して上記で説明したのと同じやり方で再度すすぎ、乾燥させる。工程９５０で、図８の工程８２０に関して上記で説明したのと同じやり方で金のソース電極およびドレイン電極５０６および５０８が半導体層５１０上に形成され、金のソース電極およびドレイン電極５１２および５１４が半導体層５１６上に形成される。
【００８４】
上記で説明したように、図７〜９は使用できる方法の代表的なかつ非限定的な実施形態に関する。図１〜６に示される代表的なデバイスの他の製造方法を用いることもできる。
【００８５】
１つの実施形態において、半導体分子の単結晶を選択的に成長させしたがってトランジスタ製造の模擬実験を行うために、マイコロコンタクト印刷法（μＣＰ）を用いて別のＳＡＭで金属表面にパターンを形成した。すべての溶剤および化学薬品は、試薬品等級であり、特に断りのない限り一般に認められたものが使用された。塩化メチレン、分析等級水酸化カリウム、無水エタノール、イソプロパノール、過酸化水素（水中３０重量％）、Ｈ２ＳＯ４（水中９５．８％）、アントラセン、テトラセン、およびテトラヒドロフランはすべてＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社（ウィスコンシン州ミルウォーキー市）から購入した。ポリメチレンシロキサン（ＰＤＭＳ）はＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ミシガン州ミッドランド市）から購入した。化合物１−メルカプトドデカンはＡｌｆａ  Ａｅｓａｒ社から購入した。化合物トリフェニルチオールおよびビフェニルチオールは、その全体が本明細書に組み込まれているＢ．ｄｅ  Ｂｏｅｒ、Ｈ．Ｍｅｎｇ、Ｄ．Ｆ．Ｐｅｒｅｐｉｃｈｋａ、Ｊ．Ｚｈｅｎｇ、Ｙ．Ｃｈａｂａｌ、Ｆ．Ｗｕｄｌ、Ｐ．Ｇ．Ｖａｎ  Ｐａｔｔｅｎ、およびＺ．Ｂａｏ、「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ  Ｍｏｎｏ−  ａｎｄ  Ｄｉｔｈｉｏｌ  Ｏｌｉｇｏｍｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｈｅｉｒ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」、Ｌａｎｇｍｕｉｒ、１９、４２７２−４２８４頁（２００３年）で説明されている手順を使用して合成した。トリフルオロエタンチオール、ベンゼンチオール、ＮＨ２−（ＣＨ２）３ＳＨ、およびＣＯＯＨ−（ＣＨ２）１１ＳＨはすべてＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から購入した。水溶液はすべて２回蒸留した水で作製した。
【００８６】
ＳＡＭ吸着用の金フィルム基板は、厚さ１ｎｍのチタンを基層にしてシリコン・ウェーハ上に金３０ナノメートル（ｎｍ）をスパッタリングすることによって作製した。金の基板はその後ピラニア溶液で洗浄し、水、アセトンおよびイソプロパノールで洗った。
シリコーン・エラストマー硬化剤１部に対してシリコーン・エラストマー基材１０部を混合することによってＰＤＭＳスタンンプを作製した。２つの成分を混合した後、ＰＤＭＳ混合物を、プラスチックのペトリ皿に置かれたパターン形成されたシリコン・ウェーハ「マスタ」の上に注意深く注ぎ、６５℃で少なくとも約２時間オーブン中で乾燥した。このパターン形成されたシリコン・マスタは、オーブンでの乾燥後に硬化されたＰＤＭＳがシリコン・ウェーハ・マスタから簡単に剥離するように、ＰＤＭＳを加える前にフッ素化したシランでガス相において１５分間前処理した。２時間熱処理した後、実用ナイフでパターン形成されたシリコン・マスタからＰＤＭＳを注意深く取り除いた。ＰＤＭＳ浮き出しスタンプのパターンが形成された正方形の寸法は１００マイクロメートル（μｍ）×１００μｍであり、各正方形はお互いに２００μｍずつ離れている。綿布アプリケータを２ミリモル（ｍＭ）のチオール溶液に浸し、このアプリケータでＰＤＭＳスタンプの端から端まで拭うことによってチオールで覆わたＰＤＭＳスタンプを作製した。その後、過剰のチオール分子を吹き飛ばすためにこのＰＤＭＳスタンプを窒素ガス気流で少なくとも約１分間乾燥させた。ＰＤＭＳ上にそれぞれＳＡＭをコーティングして６個までのスタンプ作成を行った。しかしながら、最初のスタンプ作成は、刻印してない領域上への過剰なチオールのクロスオーバーを避けるために使用しなかった。
【００８７】
化合物メルカプトドデカン、ＮＨ２−（ＣＨ２）３ＳＨ、およびＣＯＯＨ−（ＣＨ２）１１ＳＨは無水エタノール中２ｍＭの濃度で作製した。塩化メチレンを使用してトリフェニルチオール、ビフェニルチオールおよびベンジルチオールの２ｍＭ溶液を作製した。金でコーティングしたシリコン・ウェーハを、約１×２センチメートル（ｃｍ）の大きさの長方形の各片に切断し、ピラニア溶液で５分間処理した。次に、ＰＤＭＳスタンプに各チオールの１つを充填し、金の基板の上で注意深く「濡らした」。背景情報は、参照によってその全体が本明細書に組み込まれているＹ．ＸｉａおよびＧ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｓｏｆｔ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．１９９８、３７、５５０−５７５頁に与えられている。基板はその後イソプロパノールで２度すすぎ、窒素ガス気流下で乾燥される。この基板は、チオール処理した表面を選択された芳香族有機半導体に曝露するために、直ちにディップ・コーターで使用された。ＳＡＭパターン化された金の基板は、アントラセンまたはテトラセンの３ｍＭ溶液で満たされた石英キュベットに浸漬された。半導体を溶解する溶媒として塩化メチレンが使用された。基板は、溶剤をゆっくり蒸発させてアントラセンまたはテトラセンの飽和溶液に約２４時間浸漬し、その後、約１０μｍ／秒から約１００μｍ／秒の一定速度で溶液から引き出した。溶液５ｍｌにつき１２時間当たり溶剤約１ｍｌを蒸発させた。ディップ・コーターは密封したアクリル・チャンバ内に密閉して室温で一定湿度に維持した。各サンプルは、単結晶のパターン形成後、直ちに窒素ボックス内に置いた。
【００８８】
表１には、異なったＳＡＭ上に形成したアントラセンおよびテトラセンの各結晶が覆っている表面のパーセンテージが示されている。
【表１】
2005159367.tif 000003
【００８９】
このデータは、結晶が他のＳＡＭの場合よりもトリフェニルチオールで改質した表面上に選択的に成長していることを示している。結晶の表面被覆のパーセンテージはＳＡＭ中の芳香族環部分の減少とともに減少した。非芳香族ＳＡＭ上への結晶成長の表面被覆パーセンテージはトリフェニルチオールＳＡＭのそれより９０％少なかった。トリフェニルチオールＳＡＭではアントラセンに対して２３％の結晶成長があった。しかしながら、トリフェニルチオール皮膜で保護された表面のテトラセンに対する結晶成長は４．７％しかなく、他のＳＡＭの場合、テトラセンについては結晶成長が認められなかった。
【００９０】
表２には、金電極上に形成した芳香族ＳＡＭが覆っている表面が示されている。皮膜による保護が最も少ない表面上にはより多くの結晶が成長する。たとえば、トリフェニルチオールＳＡＭで作製した表面の結晶成長のほぼ７倍大きいが、トリフェニルチオールＳＡＭの表面被覆範囲は、ベンジルチオールに対する平方センチメートル当たり２．３５×１０−１０モルの表面被覆範囲と比較して平方センチメートル当たり１．９３×１０−１０モルである。
【表２】
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【００９１】
２つの異なるＳＡＭについてモノクロロテトラセンの結晶成長の検討を金の基板のパターン形成に拡張した。フェニルチオールを含む１つのＳＡＭは、結晶成長を誘導するために使用し、一方、ドデシルチオールまたは２，２，２−トリフルオロエタンチオールを含む他のＳＡＭは結晶成長を抑制した。モノクロロテトラセン結晶が核形成し、その後、トリフェニルチオールＳＡＭ上にだけ成長し、ビフェニルチオールまたはフェニルチオールＳＡＭ上には成長しなかった。配向したトリフェニルチオール単分子層と半導体分子間の強力なパイ−パイ相互作用がそれら表面間の界面エネルギーを低減し、その結果トリフェニルチオールＳＡＭ上の半導体の核形成の誘導時間が低減されたと理論づけられる。このことがトリフェニルチオール領域における選択的核形成とその後の活性が低いＳＡＭの減少をもたらした。参照により全体が本明細書に組み込まれているＪ．Ａｉｚｅｎｂｅｒｇ、Ａ．Ｊ．ＢｌａｃｋおよびＧ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ、「Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ  ｂｙ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ」、Ｎａｔｕｒｅ３９８巻、４９５〜４９８頁（１９９９）を参照のこと。図１０は、モノクロロテトラセンの核形成の前に、トリフェニルチオールで模様を刻印され（ｓｔａｍｐｅｄ）、その後メルカプトドデカンＳＡＭ中に浸漬された基板を示す。１００μｍ２の各正方形は、浸し塗り法で成長させた半導体モノクロロテトラセン（ＭＣＴ）結晶で構成されている。
【００９２】
化合物５−クロロテトラセンは以下のように合成する。化学薬品はすべてＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から購入し、それ以上精製せずに使用した。反応装置は火炎を用いて乾燥し、反応は窒素雰囲気下で行った。ＮＭＲ（１Ｈおよび１３Ｃ）スペクトルはＢｒｕｋｅｒの３６０ＭＨｚ分光計に記録し、化学シフトは、特に断りのない限り溶媒としてのＣＤＣｌ３中のトリメチルシランに対して測定した。元素分析はニュージャージ州マジソン市のＲｏｂｅｒｓｏｎ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓが行った。融点は補正しなかった。フラッシュ・カラム・クロマトグラフィはフラッシュ・シリカ（Ａｌｄｒｉｃｈ、２００〜４００メッシュ）上で実施した。無水塩化銅（ＣｕＣｌ２、１．７７ｇ、１３．２ミリモル）およびテトラセン（３ｇ、１３．２ミリモル）をＮ２下でクロロベンゼン（１００ｍｌ）の入ったフラスコに入れた。混合物を１００℃で３時間攪拌した。トルエン（５０ｍｌ）を加えた後、得られた混合物をろ過して未反応の塩化銅を除去し、回転蒸発によって溶剤を取り除いた。固形残留物を、容積比が１：１０のＣＨ２Ｃｌ２とヘキサンの混合液を用いてクロマトグラフで分析し、その後、容積比が３：１のＣＨＣｌ３とメタノールの混合液から再結晶化して小板形の結晶（１．２０ｇ、３４．８％）が得られた。融点は１８２℃である。１ＨＮＭＲはδ７．４３（ｍ、３Ｈ）、７．５２（ｔ、１Ｈ）、７．９８（ｔ、２Ｈ）、８．０７（ｄ、１Ｈ）、８．４７（ｄ、１Ｈ）、８．６２（ｓ、１Ｈ）、８．６５（ｓ、１Ｈ）、９．１２（ｓ、１Ｈ）。元素分析の結果は、Ｃ８２．１６、Ｈ４．２１、Ｃｌ１３．３８であった。Ｃ１８Ｈ１１Ｃｌについて計算するとＣ８２．２９、Ｈ４．２２、Ｃｌ１３．４９となる。
【００９３】
１つの実施形態で、ソース電極からドレイン電極へテスト・トランジスタを通して−５０Ｖの電圧がかけられた場合、半導体結晶核形成増大領域上の半導体の電荷キャリア移動度は、室温で少なくとも約１０−３ｃｍ２／Ｖｓ、好ましくは少なくとも約１０−２、より好ましくは少なくとも約０．１ｃｍ２／Ｖｓであることが好ましい。半導体結晶核形成増大領域上の半導体領域の構造は、少なくとも約１００ナノメータの平均結晶粒径を有することが望ましく、この結晶粒子は移動度の高い領域に接続していることが望ましい。１つの実施形態では、半導体核形成抑制領域は、結晶粒子が表面を覆っている範囲が小さいことを特徴としており、好ましくは結晶の成長がまったくなく、各結晶粒子が切り離されていて導電経路がない状態をもたらす。１つの実施形態において、半導体核形成抑制領域上の移動度は、室温で約０ｃｍ２／Ｖｓから約１０−４ｃｍ２／Ｖｓの範囲内であることが望ましい。１つの実施形態において、半導体結晶核形成増大領域上の半導体移動度は半導体核形成抑制領域上の移動度の少なくとも約１０倍の大きさである。
【００９４】
現在好ましい様々な態様の実施形態を背景に本発明を開示してきたが、本発明を添付の請求項と一致するその他の環境に適用することができることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】２つの薄膜トランジスタの代表的な実施形態を示す平面図である。
【図２】図１の代表的な実施形態を示す断面図である。
【図３】２つの薄膜トランジスタの別の代表的な実施形態を示す平面図である。
【図４】図３の代表的な実施形態を示す断面図である。
【図５】２つの薄膜トランジスタのさらに別の代表的な実施形態を示す平面図である。
【図６】図５の代表的な実施形態を示す断面図である。
【図７】図１および２に示された薄膜トランジスタの代表的な製造方法を示す流れ図である。
【図８】図３および４に示された薄膜トランジスタの代表的な製造方法を示す流れ図である。
【図９】図５および６に示された薄膜トランジスタの代表的な製造方法を示す流れ図である。
【図１０】モノクロロテトラセンへの曝露およびモノクロロテトラセンの選択的核形成の前に、基板がトリフェニルチオールで模様を刻印され、その後メルカプトドデカン中に浸漬された実験の結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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