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JP4483243B2 - Film, method for forming the same, and semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Film, method for forming the same, and semiconductor device and method for manufacturing the same Download PDF

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JP4483243B2 JP2003320229A JP2003320229A JP4483243B2 JP 4483243 B2 JP4483243 B2 JP 4483243B2 JP 2003320229 A JP2003320229 A JP 2003320229A JP 2003320229 A JP2003320229 A JP 2003320229A JP 4483243 B2 JP4483243 B2 JP 4483243B2
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Description

本発明は、自己組織化単分子膜(SAM)が有する半導体性という機能特性を活かした電子デバイスその他の用途に利用できる膜、及びその形成方法、並びに該膜を供えた半導体装置及びその製造方法に関する。   [Technical Field] The present invention relates to a film that can be used for electronic devices and other applications utilizing the functional property of semiconductor properties of a self-assembled monolayer (SAM), a method for forming the same, a semiconductor device provided with the film, and a method for manufacturing the same About.

近年、分子エレクトロニクスの研究が進展し、分子個々の性質を利用した、電子デバイスの原理確認等が報告されている。例えば、M,A<Reed, et al Appl. Phys. Lett. 78(2001) 3735では、機能分子を基本単位要素として、個体電極基板上に自己組織化させて2次元の自己組織化単分子膜(Self-assembled Monolayer: SAM)としてデバイス機能を発現させてやろうという試みや、機能を持っていないアルキル鎖で構成されたSAMの中に、電子的に機能活性をもつ分子を埋めこんでやり、STMチップ等で一分子のデバイス特性を計測する研究も報告されている(非特許文献1)。   In recent years, research on molecular electronics has progressed, and the confirmation of the principle of electronic devices utilizing the properties of individual molecules has been reported. For example, in M, A <Reed, et al Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 3735, a functional molecule is a basic unit element, and self-assembled on a solid electrode substrate to form a two-dimensional self-assembled monolayer. (Self-assembled Monolayer: SAM) Attempts to develop device functions, or embed electronically functional molecules in SAMs composed of non-functional alkyl chains. Research has also been reported on measuring device characteristics of a single molecule with an STM chip or the like (Non-patent Document 1).

これら分子単独の物性に依存した、電子デバイスを作成できれば、現存する無機電子デバイスとは異なり、はるかに縮小化したデバイス構成を設計、作成することが可能となる。例えば、液体分子を溶媒に溶解させ、インクジェット(IJ)技術によって微量溶液を作り、該微量溶液を薄膜作成に利用するマイクロ液体プロセスによって、容易にデバイスの作成が可能となる。   If an electronic device that depends on the physical properties of these molecules alone can be produced, it is possible to design and create a much smaller device configuration unlike existing inorganic electronic devices. For example, a device can be easily manufactured by a micro liquid process in which a liquid molecule is dissolved in a solvent, a micro solution is made by an inkjet (IJ) technique, and the micro solution is used for forming a thin film.

また、これらの方法では、有機物から作成できる点で、それぞれ用途、目的にあった分子材料設計が非常に容易で、テイラーメイドマイクロ電子デバイスを自由に作製して使用できる可能性がある。現在、ミューチップと呼ばれる超マイクロチップの応用が急速に広がり、ユビキタス社会の到来とともに膨大な需要が見込まれる。この超マイクロチップ製造に、電子デバイスの究極な形として、有機単分子構造が大きなポテンシャルを有する。   In addition, these methods can be made from an organic material, so that it is very easy to design a molecular material suitable for each application and purpose, and there is a possibility that a tailor-made microelectronic device can be freely produced and used. Currently, the application of ultra-microchips called muchips is expanding rapidly, and enormous demand is expected with the arrival of the ubiquitous society. The organic monomolecular structure has a great potential as the ultimate form of electronic devices in the manufacture of ultra-microchips.

しかしながら、従来の単分子膜デバイス構造では、大きな問題を含んでいた。先ず、単分子膜デバイスは、その構造自体が1分子膜を基本とする、非常に壊れやすく且つ欠損を作り易い構造をであるが故に、物性、例えば電気特性について、信頼できる分子膜の1V特性等を再現良く得ることが困難であった。また、単分子膜のような緻密なナノ構造を再現良く作製することは、技術的に非常に困難であった(Z,J, Donhauser et al Science 292(2001) 2303:非特許文献2、石田敬雄 表面科学 vol.24, No.2, pp83-89 (2003): 非特許文献3)。単分子膜デバイスの現状構造では、その分子膜レベルの特性を、電極間のリーク電流との区別をつけるのが難しい点に問題点が存在する。更に、現状では、その分子膜レベルの特性について、走査型プローブ顕微鏡以外には有効な検出手段がないことも問題である。
M,A<Reed, et al Appl. Phys. Lett. 78(2001) 3735 Z,J, Donhauser et al Science 292(2001) 2303 石田敬雄 表面科学 vol.24, No.2, pp83-89 (2003) また、近年、環境に対して温和な条件で、しかも簡易な設備にて半導体デバイスを設計、作製することが望まれていた。
However, the conventional monomolecular device structure has a big problem. First, the monomolecular film device has a structure that is based on a monomolecular film and is very fragile and easy to create a defect. Etc. were difficult to obtain with good reproducibility. In addition, it has been technically very difficult to reproducibly manufacture a dense nanostructure such as a monomolecular film (Z, J, Donhauser et al Science 292 (2001) 2303: Non-Patent Document 2, Ishida Takao Surface Science vol.24, No.2, pp83-89 (2003): Non-Patent Document 3). The current structure of monomolecular film devices has a problem in that it is difficult to distinguish the characteristics at the molecular film level from the leakage current between the electrodes. Furthermore, at present, there is a problem that there is no effective detection means other than the scanning probe microscope with respect to the characteristics at the molecular film level.
M, A <Reed, et al Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 3735 Z, J, Donhauser et al Science 292 (2001) 2303 Takao Ishida Surface Science vol.24, No.2, pp83-89 (2003) Also, in recent years, it has been desired to design and fabricate semiconductor devices with simple equipment under mild conditions for the environment. .

従って、本発明の目的は、SAMが有する半導体性という機能特性を活かした電子デバイスその他の用途に利用できる膜を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a film that can be used for electronic devices and other applications that take advantage of the functional property of SAM, which is semiconducting.

また、本発明の別の目的は、環境に対して温和な条件で、しかも簡易な設備にて電子デバイスその他の用途に利用できる膜の製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a method for producing a film that can be used for electronic devices and other applications under mild conditions with respect to the environment and with simple equipment.

本発明者は、鋭意研究した結果、金属粒子と自己組織化単分子膜とを複合させてなる膜が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。   As a result of earnest research, the present inventor has found that a film formed by combining metal particles and a self-assembled monolayer can achieve the above-mentioned object.

本発明は、前記知見に基づきなされたもので、〔1〕複数の金属粒子と、該複数の金属粒子それぞれを被覆してなる自己組織化単分子膜と、を含み、前記自己組織化単分子膜に被覆された複数の前記金属粒子は凝集しており、前記複数の金属粒子のそれぞれは銀または銅であり、前記自己組織化単分子膜は、CF2(CF27CH2CH2Si(OEt)3またはCH3(CH2nSH(n=5〜17)のいずれかを前記複数の金属粒子に自己集積させて形成されたものであることを特徴とする膜を提供するものである。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and includes [1] a plurality of metal particles, and a self-assembled monolayer film covering each of the plurality of metal particles, and the self-assembled monomolecule The plurality of metal particles coated on the film are aggregated, each of the plurality of metal particles is silver or copper, and the self-assembled monolayer is CF 2 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 Provided is a film formed by self-assembling any one of Si (OEt) 3 and CH 3 (CH 2 ) n SH (n = 5 to 17) on the plurality of metal particles. Is.

また、本発明は、〔2〕前記金属粒子が、1nm〜1000nmの粒径を有する、前記〔1〕記載の膜:〔3〕半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のチャネル領域を形成する半導体素子膜として利用される、前記〔1〕又は〔2〕の何れかに記載の膜:〔4〕複数の金属粒子の表面に自己組織化単分子膜を形成する工程と、該自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子の分散液を、インクジェット法又はディスペンサーによる方法によって、被塗布面に塗布する工程と、を少なくとも備え、前記複数の金属粒子のそれぞれは銀または銅であり、前記複数の金属粒子のそれぞれの表面に前記自己組織化単分子膜を形成する工程においては、CF2(CF27CH2CH2Si(OEt)3を前記複数の金属粒子のそれぞれに自己集積させることを特徴とする膜の形成方法:〔5〕前記分散液として、前記自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子が有機溶媒に分散された分散液を使用する、前記〔4〕記載の膜の形成方法:〔6〕前記分散液の固形分濃度が、20〜60wt%である、前記〔4〕又は〔5〕記載の膜の形成方法:〔7〕前記〔1〕〜〔3〕の何れかに記載の膜を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置:〔8〕ソース−ドレイン電極間において、前記膜を備える、前記〔7〕記載の半導体装置:〔9〕前記〔4〕〜〔6〕の何れかに記載の膜の形成方法を少なくとも使用する半導体装置の製造方法。:をそれぞれ提供するものである。 The present invention also provides: [2] The film according to [1], wherein the metal particles have a particle diameter of 1 nm to 1000 nm: [3] A semiconductor element forming a channel region between source and drain electrodes in a semiconductor element The film according to any one of [1] and [2], which is used as a film: [4] a step of forming a self-assembled monolayer on the surface of a plurality of metal particles, and the self-assembled monomolecule Applying a dispersion of a plurality of metal particles coated with a film to a surface to be coated by an inkjet method or a method using a dispenser, each of the plurality of metal particles being silver or copper, in the step of forming the self-assembled monolayer on the surface of each of the plurality of metal particles, CF 2 (CF 2) 7 CH 2 CH 2 Si (OEt) 3 to each of the plurality of metal particles A method for forming a film characterized by self-assembly: [5] A dispersion in which a plurality of metal particles coated with the self-assembled monolayer is dispersed in an organic solvent is used as the dispersion. [4] The film formation method according to [4]: [6] The film formation method according to [4] or [5], wherein the solid content concentration of the dispersion is 20 to 60 wt%: [7] The above [1] A semiconductor device comprising at least the film according to any one of [3] to [3]: [8] The semiconductor device according to [7], comprising the film between source and drain electrodes: [9] A semiconductor device manufacturing method using at least the film forming method according to any one of [4] to [6]. Are provided respectively.

〔膜〕
以下、本発明の膜について、その好ましい実施形態に基づき説明する。
〔film〕
Hereinafter, the film | membrane of this invention is demonstrated based on the preferable embodiment.

本発明の膜は、既述の通り、複数の金属粒子と、該複数の金属粒子それぞれを被覆してなる自己組織化単分子膜(SAM)と、を含むことを特徴とする。   As described above, the film of the present invention includes a plurality of metal particles and a self-assembled monomolecular film (SAM) formed by coating each of the plurality of metal particles.

本発明は、かかる構成からなるため、SAMが有する半導体性という機能特性を活かした半導体素子等の電子デバイスその他の用途に利用できる膜を提供することができる。   Since the present invention has such a configuration, it can provide a film that can be used for electronic devices such as a semiconductor element utilizing the functional property of semiconductor properties of SAM, such as a semiconductor element.

本発明の膜においては、自己組織化単分子膜が複数の金属粒子それぞれを被覆しているものであり、その被覆の厚み、状態や程度は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されない。例えば、金属粒子表面の全体を自己組織化単分子膜が被覆していてもよく、またSAMが有する半導体特性が得られる範囲で金属粒子表面の一部のみを自己組織化単分子膜が被覆しているものでもよい。   In the film of the present invention, the self-assembled monolayer film covers each of the plurality of metal particles, and the thickness, state and degree of the coating are not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, the entire surface of the metal particle may be covered with a self-assembled monolayer, or only a part of the surface of the metal particle may be covered with a self-assembled monolayer as long as the semiconductor characteristics of the SAM can be obtained. It may be what you have.

本発明に使用される金属粒子としては、特に、高密度に細密凝集できる導電性の良い金属ナノ微粒子であることが好ましい。   The metal particles used in the present invention are particularly preferably metal nanoparticles having good conductivity that can be densely and densely aggregated.

金属粒子の粒径としては、1〜1000nm、特に10〜100nmが好ましい。   As a particle size of a metal particle, 1-1000 nm, especially 10-100 nm are preferable.

また、金属粒子は、その種類に特に制限されるものではないが、特に、合成条件を最適化しやすく、安価供給が可能な点で、金、銀及び銅からなる群より選択された1種以上の導電性金属粒子であることが好ましい。   In addition, the metal particles are not particularly limited by the type, but in particular, one or more selected from the group consisting of gold, silver and copper in that the synthesis conditions are easy to optimize and can be supplied at low cost. The conductive metal particles are preferable.

本発明に使用される自己組織化単分子膜(SAM)を形成するための材料としては、機能有機分子が用いられる。   As a material for forming the self-assembled monolayer (SAM) used in the present invention, functional organic molecules are used.

ここで、自己組織化単分子膜とは、膜を形成させようとする材料を目的分子の溶液に浸すだけで自発的に形成する組織化される膜をいう。   Here, the self-assembled monomolecular film refers to an organized film that is spontaneously formed simply by immersing a material for forming a film in a solution of a target molecule.

自己組織化単分子膜を形成するための有機機能分子としては、例えば、全部又は一部がフッ素で置換されたアルキル基(フルオロアルキル基)を有する分子、チオフェン誘導体骨格を有する分子、フェニレン骨格を有する分子、または両方を含む分子等が挙げられる。   Examples of the organic functional molecule for forming a self-assembled monolayer include, for example, a molecule having an alkyl group (fluoroalkyl group) all or part of which is substituted with fluorine, a molecule having a thiophene derivative skeleton, and a phenylene skeleton. Or a molecule containing both of them.

かかる有機機能分子は、金属粒子との間で自己組織化単分子膜を形成し得るように、結合可能な官能基を有している。その官能基は、用いる金属粒子の種類等との関係に応じて選定される。有機機能分子における該金属粒子との結合可能な官能基としては、チオール基(−SH)、ジスルフィド基(−SS−)、シリル基(−Si−)等がある。   Such an organic functional molecule has a functional group that can be bonded so as to form a self-assembled monolayer with metal particles. The functional group is selected according to the relationship with the type of metal particles used. Examples of the functional group capable of binding to the metal particle in the organic functional molecule include a thiol group (—SH), a disulfide group (—SS—), a silyl group (—Si—), and the like.

特に好ましい有機機能分子の具体例としては、CF3(CF2)CH2CH2Si(OEt)3、CH3(CH2)SH、n=5−17等が挙げられる。 Specific examples of particularly preferred organic functional molecules include CF 3 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 Si (OEt) 3 , CH 3 (CH 2 ) n SH, n = 5-17, and the like.

本発明の膜においては、特に、微粒子間の電子移動を制御し易い点で、複数の金属粒子が自己組織化単分子膜を介して凝集されてなることが好ましい。更に自己組織化単分子膜の機能特性が一層活かされる点で、複数の金属粒子は六方最密状態乃至それに近い状態で凝集されていることが好ましい。   In the film of the present invention, it is preferable that a plurality of metal particles are aggregated through a self-assembled monomolecular film, particularly in terms of easy control of electron transfer between fine particles. Furthermore, it is preferable that the plurality of metal particles are aggregated in a hexagonal close-packed state or a state close thereto in that the functional characteristics of the self-assembled monolayer are further utilized.

本発明の膜は、その膜厚が20〜50Å程度のものが好ましい。   The film of the present invention preferably has a film thickness of about 20 to 50 mm.

本発明の膜は、その用途に特に制限されず、種々の用途に適用可能であるが、特に、電子デバイス膜、とりわけ半導体素子膜として使用することが好適である。   The film of the present invention is not particularly limited to its application and can be applied to various applications. In particular, the film is preferably used as an electronic device film, particularly as a semiconductor element film.

具体的には、電子デバイスの回路、配線膜や、半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のチャネル領域を形成する膜として適用できる。   Specifically, it can be applied as a film for forming a circuit region of an electronic device, a wiring film, or a channel region between source and drain electrodes in a semiconductor element.

特に、本発明の膜は、TFT等のトランジスタ構造に適用することが好ましい。   In particular, the film of the present invention is preferably applied to a transistor structure such as a TFT.

〔膜の形成方法〕
本発明に係る膜の形成方法は、前述した膜を形成する好ましい方法であって、
複数の金属粒子の表面に、自己組織化単分子膜を形成する工程と、
該自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子の分散液を、インクジェット法又はディスペンサーによる方法によって、被塗布面に塗布する工程と、
を少なくとも備えることを特徴とする。
(Method for forming film)
The method for forming a film according to the present invention is a preferred method for forming the film described above,
Forming a self-assembled monolayer on the surface of a plurality of metal particles;
Applying a dispersion of a plurality of metal particles coated with the self-assembled monolayer to a surface to be coated by an inkjet method or a method using a dispenser;
At least.

本発明の形成方法は、かかる構成からなるため、環境に対して温和な条件で、しかも簡易な設備にて半導体素子等の電子デバイスその他の用途に利用できる膜を提供できる。   Since the formation method of the present invention has such a configuration, it is possible to provide a film that can be used for electronic devices such as semiconductor elements and other applications under simple conditions with respect to the environment.

本発明に係る膜の形成方法において特に詳述しない事項については、前述した膜に関して詳細に説明した事項(例えば、膜の好適な態様等)が適宜適用される。   For matters not specifically described in detail in the method for forming a film according to the present invention, the matters described in detail with respect to the above-described film (for example, suitable aspects of the film) are appropriately applied.

((1)複数の金属粒子の表面に、自己組織化単分子膜を形成する工程)
本発明の形成方法において使用する複数の金属粒子は、従来から確立されている合成法によって得ることができる。金属粒子として例えば金属ナノ微粒子を合成する場合には、湿式又は乾式の合成手法を採用することができる(CMC出版;2002年「ナノ粒子の製造・応用・機器の最新技術」page9参照)。
((1) Step of forming a self-assembled monolayer on the surface of a plurality of metal particles)
The plurality of metal particles used in the forming method of the present invention can be obtained by a conventionally established synthesis method. For example, in the case of synthesizing metal nanoparticles as metal particles, a wet or dry synthesis method can be adopted (see CMC Publishing; 2002 “Latest Technology of Nanoparticle Production, Application, and Equipment” page 9).

湿式合成の手法を採用する場合には、例えば、次の逆ミセル法のようにして金属ナノ微粒子を合成することができる。   When employing a wet synthesis technique, for example, metal nanoparticles can be synthesized as in the following reverse micelle method.

即ち、逆ミセル法では、10nm程度の微小水滴が有機溶媒(例えば、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン等)中に分散された状態の分散液を用いて、該微小水滴中に反応前駆体及び必要に応じて界面活性剤等を含ませ、それらを分散させた状態で化学反応を起こさせることにより、金属ナノ微粒子を得る。   That is, in the reverse micelle method, using a dispersion liquid in which minute water droplets of about 10 nm are dispersed in an organic solvent (for example, cyclohexane, heptane, isooctane, etc.), a reaction precursor and, if necessary, the minute water droplets. By adding a surfactant or the like and causing a chemical reaction in a state where they are dispersed, metal nanoparticles are obtained.

金属ナノ微粒子の一例として銀微粒子を合成する場合、反応前駆体として例えばAgNO3,NaBH4,界面活性剤としてPentaethylene glycol dodecyl ether [C12H25(OCH2CH2)5OH]を分散させた状態で化学反応を起こさせる。かかる化学反応によって、微細のAg結晶微粒子が水滴中、核形成、成長して逆ミセル状態で規定された大きさにて微粒子ができ、銀ナノ微粒子が得られる。 When synthesizing silver fine particles as an example of metal nanoparticles, for example, AgNO 3 , NaBH 4 as a reaction precursor and Pentaethylene glycol dodecyl ether [C 12 H 25 (OCH 2 CH 2 ) 5 OH] as a surfactant are dispersed. Cause a chemical reaction in the state. By this chemical reaction, fine Ag crystal fine particles are nucleated and grown in water droplets to form fine particles having a size defined in a reverse micelle state, and silver nano-particles are obtained.

次に、上述のようにして合成した金属粒子を複数用いて、該複数の金属粒子の表面に、自己組織化単分子膜を形成する。自己組織化単分子膜の形成方法としては、例えば、複数の金属粒子を、本発明の膜を構成する自己組織化単分子膜を形成し得る有機機能分子等のSAM材料を有機溶媒(例えば、ジクロロメタン等)に溶解した溶液中に浸す方法等が挙げられる。   Next, a plurality of metal particles synthesized as described above are used to form a self-assembled monolayer on the surface of the plurality of metal particles. As a method for forming a self-assembled monolayer, for example, a plurality of metal particles, a SAM material such as an organic functional molecule capable of forming a self-assembled monolayer constituting the membrane of the present invention, an organic solvent (for example, And a method of immersing in a solution dissolved in dichloromethane or the like.

((2)金属粒子分散液を被塗布面に塗布する工程)
この工程では、自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子の分散液を、インクジェット法又はディスペンサーによる方法によって、被塗布面に塗布する。
((2) Step of applying metal particle dispersion liquid to coated surface)
In this step, a dispersion of a plurality of metal particles coated with a self-assembled monomolecular film is applied to a surface to be coated by an ink jet method or a dispenser method.

本発明においては、特にパターニングされたマイクロアレイデバイス作成等を作成できる点から、インクジェット法による飛翔、吐出によって上記複数の金属粒子の分散液を被塗布面に塗布することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to apply the dispersion liquid of the plurality of metal particles to the surface to be coated by flying and discharging by an inkjet method, in particular, because a patterned microarray device can be created.

上記複数の金属粒子を塗布する際には、SAMで被覆された該複数の金属粒子が有機溶媒中に分散された分散液を用いることが好ましい。かかる分散液は、前述のSAM材料を有機溶媒(例えば、ジクロロメタン等)に溶解した溶液中に複数の金属粒子を浸して自己組織化膜を形成する際に得られる分散液、即ち、SAMで被覆された該複数の金属粒子が有機溶媒(例えば、ジクロロメタン等)中に分散された分散液をそのまま使用することができる。   When applying the plurality of metal particles, it is preferable to use a dispersion liquid in which the plurality of metal particles coated with SAM are dispersed in an organic solvent. Such a dispersion is a dispersion obtained when a self-assembled film is formed by immersing a plurality of metal particles in a solution obtained by dissolving the above-described SAM material in an organic solvent (for example, dichloromethane). A dispersion liquid in which the plurality of metal particles thus prepared are dispersed in an organic solvent (for example, dichloromethane or the like) can be used as it is.

塗布する分散液の固形分濃度(複数の金属粒子の含有量)は、例えば20〜60wt%、望ましくは30〜50wt%である。分散液の濃度調整は、溶媒濃縮により固形分(複数の金属粒子)を増加させること等によって行うことができる。分散液の濃度調整に際しては、有機溶媒中に分散された複数の金属粒子の分散状態を低下させずに行うことが望ましく、上記溶媒濃縮によって上記濃度範囲内とすればそれが可能である。   The solid content concentration (content of a plurality of metal particles) of the dispersion to be applied is, for example, 20 to 60 wt%, desirably 30 to 50 wt%. The concentration of the dispersion can be adjusted by increasing the solid content (a plurality of metal particles) by solvent concentration. The concentration of the dispersion is preferably adjusted without lowering the dispersion state of the plurality of metal particles dispersed in the organic solvent, and can be achieved if the concentration is within the above range by the solvent concentration.

被塗布面としては、目的とする膜の用途に応じて適宜選定される。例えば、半導体素子膜の形成に際しては、シリコン基板等の基板や酸化膜等の、膜を形成させる所望の箇所が対象となる。   The surface to be coated is appropriately selected according to the intended use of the film. For example, when a semiconductor element film is formed, a desired portion where a film is formed, such as a substrate such as a silicon substrate or an oxide film, is an object.

また、SAMで被覆された金属微粒子を液体に分散させた状態でインクジェットによる吐出、パターニング法によって常温、常圧にて簡単に半導体デバイス薄膜等の本発明に係る膜を作成できる。
〔半導体装置〕
本発明の半導体装置は、前述した膜を少なくとも備えることを特徴とする。本発明の半導体装置は、かかる構成からなるため、有機機能分子等から形成される自己組織単分子膜と金属ナノ微粒子等の金属粒子との複合機能化によって、該金属粒子の導電増幅機能、自己組織単分子膜の機能半導体性という特徴を生かした優れた性能を有する装置である。
Also, a film according to the present invention, such as a semiconductor device thin film, can be easily prepared at room temperature and normal pressure by discharging by ink jet and patterning in a state where metal fine particles coated with SAM are dispersed in a liquid.
[Semiconductor device]
A semiconductor device according to the present invention includes at least the film described above. Since the semiconductor device of the present invention has such a structure, the composite amplification function of the self-organized monomolecular film formed from organic functional molecules and the metal particles such as metal nanoparticles makes the conductive amplification function of the metal particles self- It is a device with excellent performance that takes advantage of the feature of functional semiconductor properties of tissue monolayers.

特に、ソース−ドレイン電極間において、前記膜を備えることにより、例えば、図1に示すような、該膜をチャネル領域とする半導体素子を備える半導体装置を得ることができるため好ましい。   In particular, it is preferable to provide the film between the source and drain electrodes because, for example, a semiconductor device including a semiconductor element having the film as a channel region as shown in FIG. 1 can be obtained.

〔半導体装置の製造方法〕
本発明に係る半導体装置の製造方法は、前述した膜の形成方法を少なくとも工程に備える。
[Method of Manufacturing Semiconductor Device]
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes at least the process for forming the film described above.

本発明の製造方法によれば、かかる構成からなるため、従来の半導体装置の製造方法とは異なり、環境に対しても温和な条件にて半導体デバイスを設計、作成でき、設備もはるかに小さく、簡易になるため、デスクトップファクトリーとして大きな可能性を有する。   According to the manufacturing method of the present invention, because of such a configuration, unlike a conventional method of manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device can be designed and created under conditions that are mild to the environment, and the facilities are much smaller. Because it is simple, it has great potential as a desktop factory.

また、本発明の製造方法によれば、従来の分子デバイス設計指針に比較して、有機機能分子等から形成される自己組織単分子膜と金属ナノ微粒子等の金属粒子との複合機能化によって、該金属粒子の導電増幅機能、自己組織単分子膜の機能半導体性という特徴を生かした電子デバイスが作成できる。   In addition, according to the production method of the present invention, compared to conventional molecular device design guidelines, by the composite functionalization of self-organized monolayer formed from organic functional molecules and metal particles such as metal nanoparticles, An electronic device that makes use of the features of the conductive amplification function of the metal particles and the functional semiconductor property of the self-assembled monolayer can be produced.

本発明によれば、SAMが有する半導体性という機能特性を活かした電子デバイスその他の用途に利用できる膜を提供することができる。また、本発明によれば、環境に対して温和な条件で、しかも簡易な設備にて電子デバイスその他の用途に利用できる膜の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、かかる膜及びその形成方法を利用した優れた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film | membrane which can be utilized for the electronic device other applications using the functional characteristic called SAM which semiconductor has has can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a film that can be used for electronic devices and other applications under mild conditions with respect to the environment and with simple equipment. Furthermore, according to the present invention, an excellent semiconductor device using such a film and a method for forming the film and a method for manufacturing the semiconductor device can be provided.

本発明は、前述した各実施形態を好適に提供するものであるが、これらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。   The present invention suitably provides each of the embodiments described above, but is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、斯かる実施例により何等制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the examples.

実施例1については、図1を参照しつつ説明する。   The first embodiment will be described with reference to FIG.

銀、金などの導電性金属微粒子の表面に、機能性SAMを形成させる。そして、表面にSAMが形成された複数の金属粒子を溶媒に分散させた分散液を、インクジェット法により、図1に示すように、あらかじめパターニングされたソース−ドレイン間電極表面へ吐出させる。   A functional SAM is formed on the surface of conductive metal fine particles such as silver and gold. And the dispersion liquid which disperse | distributed the several metal particle in which SAM was formed in the surface to the solvent is discharged to the surface of the source-drain electrode patterned beforehand by the inkjet method, as shown in FIG.

分散液中の溶媒は表面で乾燥し、表面にSAMが形成された複数の金属微粒子のみで電極表面上ソース、ドレイン間で凝集固化した微粒子構造体、詳しくは薄膜状構造SAMの薄い膜を通して凝集した金属微粒子からなる膜が形成される。   The solvent in the dispersion is dried on the surface, and agglomerated through a thin film of a thin film structure SAM, specifically a fine particle structure in which a plurality of metal fine particles with SAM formed on the surface are aggregated and solidified between the source and drain on the electrode surface. A film made of the fine metal particles is formed.

このようにして、図1に示すように、Siからなるシリコン基板、SiOからなる酸化膜層、ソース電極、ドレイン電極、及びゲートを備え、該ソース−ドレイン電極間におけるチャネル領域として前記膜を有する半導体素子を得ることができる。尚、本実施例では、ボトムゲート型の素子を例にしているが、本発明に係る膜の形成が可能なアップゲート型の素子を形成することもできる。 Thus, as shown in FIG. 1, a silicon substrate made of Si, an oxide film layer made of SiO 2 , a source electrode, a drain electrode, and a gate are provided, and the film is used as a channel region between the source and drain electrodes. A semiconductor element having the same can be obtained. In this embodiment, a bottom gate type element is taken as an example, but an up gate type element capable of forming a film according to the present invention can also be formed.

このような金属粒子・機能有機分子の複合体構造ネットワークからなる膜を半導体素子膜として使用する。   A film comprising such a composite structure network of metal particles and functional organic molecules is used as a semiconductor element film.

本発明に係る膜を有するメリットとしては、まず、金属微粒子が分子膜間に存在するため金属より分子膜への電子注入が容易になり、電気信号の増幅効果を期待できる。   As a merit of having a film according to the present invention, first, metal fine particles exist between molecular films, so that electrons can be easily injected into the molecular film from the metal, and an electric signal amplification effect can be expected.

また、予想されるクーロンブロケード等の単一電子トンネル現象を利用して、厳密な極微量電コントロールが可能になる。さらに、金属微粒子を介した分子膜積層構造の電流−電圧特性ゆえ、1分子膜のみの測定にありがちな不安定性が解消される。   In addition, by using the expected single electron tunneling phenomenon such as Coulomb brocade, it is possible to perform strict micro-electric control. Furthermore, because of the current-voltage characteristics of the molecular film stack structure through metal fine particles, the instability that tends to occur in the measurement of only one molecular film is eliminated.

これらのメリットを活用して、3端子構造のTFT素子中、ソース(S)、ドレイン(D)間に形成された微粒子・SAMネットワークによって独自のマイクロトランジスタ物性の制御が可能になる。   Utilizing these merits, unique microtransistor physical properties can be controlled by the fine particle / SAM network formed between the source (S) and the drain (D) in the TFT element having a three-terminal structure.

実施例2については、図2を参照しつつ説明する。   Example 2 will be described with reference to FIG.

図2に示すように、S,D電極間の絶縁膜表面をあらかじめSAMにて親水、疎水2次元パターニングしておき、例えば、極性溶媒中に分散されたSAM機能化ナノ微粒子(ナノ微粒子として例えば、金、銀等を使用し、該微粒子表面をSAMで被覆する)の分散液をインクジェットで吐出させると、分散液はパターニングに沿って親水部のみに濡れ広がり、分散されたナノ微粒子も液体の濡れに沿って配列する。   As shown in FIG. 2, the surface of the insulating film between the S and D electrodes is previously subjected to hydrophilic and hydrophobic two-dimensional patterning with SAM. For example, SAM-functionalized nanoparticle dispersed in a polar solvent (for example, as nanoparticle , Gold, silver, etc., and the surface of the fine particles are coated with SAM). When the liquid dispersion is ejected by inkjet, the dispersion spreads only to the hydrophilic portion along the patterning, and the dispersed nano-particles are also liquid. Arrange along the wetting.

パターニングは、図2に示すように、Siの表面全体に、FAS−SAMを形成する。FAS−SAMは、CF3(CF2)CH2CH2Si(OEt)3にて形成されたSAMである。このSAMに対して、マスクを通して、UV照射を施すこと(UVパターニング)により、親水、疎水2次元パターニングが得られる。ここで、照射するUVは、170nm前後の短波長UVを使用する。 In the patterning, as shown in FIG. 2, FAS-SAM is formed on the entire surface of Si. FAS-SAM is a SAM formed of CF 3 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 Si (OEt) 3 . By applying UV irradiation to the SAM through a mask (UV patterning), hydrophilic and hydrophobic two-dimensional patterning can be obtained. Here, the short wavelength UV of around 170 nm is used for the irradiation UV.

インクジェット(IJ)での吐出後、分散溶媒は短時間に乾燥し、パターニングされた基板上には機能性SAMで被覆されたナノ金属微粒子の凝集固化された細線のみが残る。   After discharging by inkjet (IJ), the dispersion solvent is dried in a short time, and only the fine and solidified fine wires of the nanometal fine particles coated with the functional SAM remain on the patterned substrate.

この場合、表面パターニングをさらに細くすることで、究極には1ナノ微粒子のみの連なりを作成することが可能である。この1次元微粒子凝集細線にてIV測定を行なうことで、単分子膜の半導体特性を利用した分子デバイスを実現できる。   In this case, by further narrowing the surface patterning, it is ultimately possible to create a series of only one nanoparticle. By performing IV measurement with this one-dimensional fine particle aggregation thin wire, a molecular device utilizing the semiconductor characteristics of a monomolecular film can be realized.

本発明は、SAMが有する半導体性という機能特性を活かした電子デバイスその他の用途に利用できる膜、並びに、環境に対して温和な条件で、しかも簡易な設備にて電子デバイスその他の用途に利用できる膜の製造方法として、産業上の利用可能性を有する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for electronic devices and other applications that can be used for electronic devices and other applications that take advantage of the functional properties of SAM, and that can be used for electronic devices and other applications under mild conditions to the environment It has industrial applicability as a film manufacturing method.

図1は、実施例1に係る膜を備えた半導体素子及びその製造工程を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a semiconductor element including a film according to the first embodiment and a manufacturing process thereof. 図2は、実施例2に係る膜及びその形成工程を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a film and its formation process according to the second embodiment.

Claims (9)

複数の金属粒子と、
前記複数の金属粒子それぞれを被覆してなる自己組織化単分子膜と、
を含み、
前記自己組織化単分子膜に被覆された複数の前記金属粒子は凝集しており、
前記複数の金属粒子のそれぞれは銀または銅であり、
前記自己組織化単分子膜は、CF2(CF27CH2CH2Si(OEt)3を前記複数の金属粒子に自己集積させて形成されたものであることを特徴とする膜。
A plurality of metal particles;
A self-assembled monolayer formed by coating each of the plurality of metal particles;
Including
A plurality of the metal particles coated on the self-assembled monolayer are agglomerated,
Each of the plurality of metal particles is silver or copper,
The self-assembled monolayer is formed by self-assembling CF 2 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 Si (OEt) 3 on the plurality of metal particles.
前記金属粒子が、1nm〜1000nmの粒径を有する、請求項1記載の膜。 Wherein the metal particles have a particle size of 1 nm to 1000 nm, claim 1 Symbol placement of the membrane. 半導体素子におけるソース−ドレイン電極間のチャネル領域を形成する半導体素子膜として利用される、請求項1又は2に記載の膜。 The film according to claim 1 or 2 , which is used as a semiconductor element film for forming a channel region between a source and a drain electrode in a semiconductor element. 複数の金属粒子の表面に自己組織化単分子膜を形成する工程と、
前記自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子の分散液を、インクジェット法又はディスペンサーによる方法によって、被塗布面に塗布する工程と、
前記複数の前記金属粒子を凝集させた膜を形成する工程と、
を少なくとも備え、
前記複数の金属粒子のそれぞれは銀または銅であり、
前記複数の金属粒子のそれぞれの表面に前記自己組織化単分子膜を形成する工程においては、CF2(CF27CH2CH2Si(OEt)3を前記複数の金属粒子のそれぞれに自己集積させることを特徴とする膜の形成方法。
Forming a self-assembled monolayer on the surface of a plurality of metal particles,
Applying a dispersion of a plurality of metal particles coated with the self-assembled monolayer to a surface to be coated by an inkjet method or a method using a dispenser;
Forming a film in which the plurality of metal particles are aggregated;
Comprising at least
Each of the plurality of metal particles is silver or copper,
In the step of forming the self-assembled monolayer on the surface of each of the plurality of metal particles , CF 2 (CF 2 ) 7 CH 2 CH 2 Si (OEt) 3 is added to each of the plurality of metal particles. A method for forming a film, characterized by being integrated.
前記分散液として、前記自己組織化単分子膜により被覆された複数の金属粒子が有機溶媒に分散された分散液を使用する、請求項記載の膜の形成方法。 Wherein as a dispersion, the self-organizing a plurality of metal particles coated with monolayers uses variance liquid dispersed in organic solvent, forming method of claim 4, wherein the membrane. 前記分散液の固形分濃度が、20〜60wt%である、請求項又は記載の膜の形成方法。 The film forming method according to claim 4 or 5 , wherein a solid content concentration of the dispersion is 20 to 60 wt%. 請求項1〜の何れかに記載の膜を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。 Wherein a at least comprising a membrane according to any one of claims 1-3. ソース−ドレイン電極間において、前記膜を備える、請求項記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7 , comprising the film between a source and a drain electrode. 請求項の何れかに記載の膜の形成方法を少なくとも使用する半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device which at least use the method for forming a film according to any one of claims 4-6.
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