JP2006156983A

JP2006156983A - 半導体装置とその作製方法

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Publication number: JP2006156983A
Application number: JP2005313279A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Furukawa; 忍古川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】分子配向を有する有機半導体を作製する上で有機半導体層を配向させるために、ラビングによって有機半導体層を損傷させることなく、有機半導体層を配向させることを可能とし、また、絶縁膜をラビングして絶縁膜と有機半導体層との界面の平坦性を失うことなく、有機半導体層を配向させる方法を提供する。
【解決手段】本発明は、有機半導体装置の作製において、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を有する第一の基板に対して、配向膜が形成された第二の基板を有機半導体層と配向膜が接するように備え、有機半導体層を加熱したり、加熱に急冷もしくは徐冷を加えることで有機半導体層を高度に配向させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機半導体を用いた半導体装置の作製方法に関する。

近年、有機半導体の能動的機能性が注目され、有機半導体を用いた半導体素子が広く研究されている。材料設計が可能な点から、有機半導体に付加される機能性には無限の可能性があり、半導体として有機材料を利用するメリットは計り知れない。

しかし、有機半導体を用いた半導体素子は無機半導体を用いた半導体素子に比べ、一般的にキャリア移動度が低く、有機半導体素子のキャリア移動度をさらに改善することが有機半導体を半導体素子へ応用する課題のひとつとなっている。

有機半導体の基本構成ユニットは分子であり、主として分子間力によりその凝集構造が形成される。したがって有機半導体の膜質（アモルファス、多結晶、単結晶）や分子配列、分子配向は分子固有の形状（球状のもの、平面状のもの、直鎖状のものなど）、成膜方法や基板により左右される。

また、有機半導体を用いて薄膜を形成する場合には特に基板による拘束を受けて、分子の形状によって基板に対して分子は垂直配向もしくは平行配向することが知られている。

ペンタセンのようなπ共役系の直鎖状分子の場合、分子面がＦａｃｅ−ｔｏ−Ｆａｃｅで向き合ったスタッキング方向でπ電子相互作用が強く、キャリアが流れやすい。したがってπ共役系直鎖状分子が垂直配向した場合、分子長軸と直交する方向にキャリアが流れることになる。有機電界効果トランジスタのような横型の構造を採っている場合には、ペンタセンの分子配向が垂直配向している方がキャリア移動度に有利であることが理解される。

有機半導体の分子配列を制御し、また有機半導体層におけるキャリア移動が有利である（ソース電極、ドレイン電極間のキャリアが流れる方向に分子間のπ−πの重なりが生じるように）ように分子を配向させることで有機半導体を用いた半導体素子のキャリア移動度を向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０９−２３２５８９号公報

有機半導体の分子の配向を制御する方法としてラビング法が挙げられる。ラビング法とは有機半導体層を直接、または基板上に設けた配向膜を毛足の長い布などで一方向に擦ることにより有機半導体層中の分子への配向能力を得る方法である。大面積基板の配向処理が短時間に行え、全面に均一な分子の面内配向（一軸配向）を得ることができる。

ラビング法により分子を配向させた有機半導体層を半導体素子に用いることで、所望の分子配向を形成し、キャリア移動度を改善することができる。しかし有機半導体層にラビング処理を施して半導体素子に応用する場合にはいくつかの問題が発生する。

上記問題のひとつに、チャネルを形成する有機半導体層をラビングすると、有機半導体材料特有の軟質さから、ラビングによってチャネルを形成する有機半導体層を物理的に傷つけてＯＦＦ電流を増加させたり、ゲート絶縁膜破壊によるゲートリーク電流の原因になることが挙げられる。また第二に、ゲート絶縁膜をラビングし、その上に積層する有機半導体層の分子を配向させる場合、ゲート絶縁膜表面をラビング処理することによって微細な溝構造が形成されるため、チャネルが形成される有機半導体とゲート絶縁膜との界面に平坦な面を与えることができず、キャリア移動度を十分に向上させることが難しいといえる。

一方、有機半導体層上に配向膜を有さない場合、分子の配向を得ることは難しい。分子の配向が得られない場合、キャリア移動度は大きく低下する。そのため、分子配向を有する有機半導体を作製する上で、上記で挙げれたようなラビング法、つまり有機半導体層を直接ラビングするか、ゲート絶縁膜をラビングする必要がある。従って、本発明の有機半導体層上に配向膜を用いることで、ラビングによって有機半導体層を損傷させることなく、有機半導体層の分子を配向させることを可能とし、また、ゲート絶縁膜をラビングして、ゲート絶縁膜と有機半導体層との界面の平坦性を失うことなく、有機半導体層の分子を配向させる方法を提供することを課題とする。また、本発明は、良好な動作特性を示す有機半導体を用いた半導体装置を提供することを課題とする。

本発明の構成は、第一の基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に絶縁体層を形成し、絶縁体層上に、ソース電極、ドレイン電極、及び有機半導体膜を形成し、第二の基板上に配向膜を形成し、有機半導体膜の少なくとも一部と、配向膜とを接触させることを特徴としている。

また、本発明は、半導体装置の作製において、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を有する第一の基板に対して、配向膜が形成された第二の基板を有機半導体層と配向膜が接するように設け、有機半導体層を加熱し、溶融させて有機半導体層の分子を配向させることを特徴とする。また、有機半導体層を加熱して有機半導体層の分子を配向させた後、配向が戻らないように急冷を加えてもよい。

すなわち、本発明の構成は、第一の基板上に有機半導体膜の一部もしくは全部が表面に露出した半導体素子を形成し、第二の基板上に配向膜を形成し、前記有機半導体膜の少なくとも一部と配向膜とを接触させるように前記第一の基板および前記第二の基板を設け、前記有機半導体膜を加熱することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

上記構成において、半導体素子は、第一の基板の表面上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に絶縁体層を形成し、絶縁体層上にソース電極、及びドレイン電極を形成して設けられている。

また、本発明の別の構成は、半導体装置の作製において、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ソース電極、およびドレイン電極を有する第一の基板に対して、配向膜が形成された第二の基板を配向膜が第一の基板側になるように設け、第一の基板と第二の基板との間に有機半導体層を形成して、有機半導体層の分子を配向させることを特徴とする。

言い換えると、第一の基板の第一の表面上にゲート電極、絶縁体層、ソース電極、およびドレイン電極を形成し、第二の基板の第二の表面上に配向膜を形成し、第一の基板の第一の表面と第二の基板の第二の表面とをシール材を用いて貼り付け、シール材と、第一の表面及び第二の表面に囲まれた領域に有機半導体材料を注入することを特徴としている。

すなわち、第一の基板上にゲート電極、絶縁体層、ソース電極、およびドレイン電極を形成し、第二の基板上に配向膜を形成し、前記第一の基板上に開口部を有するシールパターンを形成し、前記第二の基板上に設けられた前記配向膜が前記第一の基板側になるようにして、前記第一の基板と前記第二の基板とを重ね合わせ、前記開口部から有機半導体材料を注入して、前記シールパターンと前記第一の基板と前記第二の基板に囲まれた領域に充填することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

また、上記構成において、第一の基板上に設けられるゲート電極、絶縁体層、ソース電極、およびドレイン電極は、第一の基板上にゲート電極を形成し、ゲート電極上に絶縁体層を形成し、絶縁体層上にソース電極をおよびドレイン電極を形成する構成である。

また、本発明の別の構成は、第一の基板上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極上に絶縁体層を形成し、前記絶縁体層上にソース電極、およびドレイン電極を形成し、第二の基板上に配向膜を形成し、前記第一の基板上に開口部を有するシールパターンを形成し、前記第二の基板上に設けられた前記配向膜が第一の基板側になるようにして、前記第一の基板と前記第二の基板とを重ね合わせ、前記開口部から有機半導体材料を注入して、前記シールパターンと前記第一の基板と前記第二の基板に囲まれた領域に充填することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

なお、上記構成において、有機半導体膜及び有機半導体材料は、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリフルオレンからなる群から選ばれたいずれか一つを用いてもよい。

また、上記構成において、配向膜は、ラビリング法によって作製された膜、ＳｉＯ等を用いて斜方蒸着膜、延伸された高分子鎖を表面に持つ膜、シラン化合物のような界面活性剤によって作製された膜、偏向紫外線から照射を受けた膜からなる群から選ばれたいずれか一つを用いてもよい。

また、本発明は、ゲート電極、ゲート絶縁体層、ソース電極、ドレイン電極および有機半導体層を有する第一の基板に対して、配向膜が形成された第二の基板を有機半導体層と配向膜が接するように設けられた構造を有することにより有機半導体層の分子を配向させることを特徴とする。

すなわち、本発明の構成は、絶縁表面を有する第一の基板と、第一の基板上に設けられた第一の導電膜と、前記第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた一対の第二の導電膜と、前記一対の第二の導電膜上に設けられた有機半導体膜と、前記有機半導体膜の少なくとも一部と接するように設けられた配向膜と、前記配向膜上に設けられた第二の基板とを有することを特徴とする半導体装置である。

さらに、本発明の別の構成は、絶縁表面を有する第一の基板と、前記第一の基板上に設けられた第一の導電膜と、前記第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた有機半導体膜と、前記有機半導体膜上に設けられた一対の第二の導電膜と、前記有機半導体膜の少なくとも一部と接するように設けられた配向膜と前記配向膜の上に設けられた第二の基板とを有し、前記配向膜の少なくとも一部は前記一対の第二の導電膜との間に有することを特徴とする半導体装置である。

なお、上記構成において、有機半導体膜及び有機半導体材料は、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリフルオレンからなる群から選ばれたいずれか一であってもよい。

また、上記構成において、配向膜は、ラビリング法によって作製された膜、ＳｉＯ等を用いて斜め方向に蒸着した斜方蒸着膜、延伸された高分子鎖を利用した延伸膜、シラン化合物等の界面活性剤で処理した膜、偏向紫外線から照射された膜からなる群から選ばれたいずれか一つを用いてもよい。

本発明では、有機半導体層を形成した後、有機半導体層の配向膜に接している面側から配向を形成するため、有機半導体層を直接ラビングした場合のダメージによるＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加を抑制することができる。また、絶縁表面を直接ラビングした場合のダメージも無いことから、チャネルを形成する有機半導体とゲート絶縁体との界面の平坦性を損なうことなく、有機半導体層の分子において、大部分の配向が揃った、もしくは高い割合で配向が揃った有機半導体層を得ることができる。従って、有機半導体層におけるキャリア移動度を増加させると共に、良好な特性を示す半導体装置を提供することができる。

本発明により、有機半導体とゲート絶縁体との界面の平坦性を保ちつつ、配向による有機半導体層のキャリア移動度を向上させることができる。

以下、本発明の一態様について説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
（実施の形態１）

本発明の半導体装置とその作製方法の一態様について図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。

第１の基板１０１上にゲート電極１０２を形成する。ゲート電極１０２の形成方法について特に限定は無く、成膜した導電層をフォトリソグラフィ法によって所望の形状に加工して形成してもよいし、または、導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。また、ゲート電極１０２を形成する材料についても特に限定は無く、例えばアルミニウム、銅、金、銀等を用いることが出来る。また、第１の基板１０１についても特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。

次に、ゲート電極１０２を覆うゲート絶縁体層１０３を形成する。ゲート絶縁体層１０３について特に限定はなく、例えば、酸化珪素や窒化珪素等の絶縁物をＣＶＤ法等によって成膜して形成してもよいし、陽極酸化法を用いてゲート電極表面を酸化することにより形成してもよい。この他、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリビニルフェノールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してゲート絶縁体層１０３を形成してもよい。

次にゲート絶縁体層１０３の上に、ソース電極１０４、ドレイン電極１０５を形成する。ソース電極１０４、ドレイン電極１０５について特に限定は無く、金、銀、タングステン等の無機導電物の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を含む有機導電物等を用いて形成すればよい。また、ソース電極１０４、ドレイン電極１０５の形成方法についても特に限定はなく、スパッタリング装置や蒸着装置等の成膜装置を用いて形成した導電層を所望の形状に加工することによって形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

次にゲート絶縁体層１０３、ソース電極１０４、ドレイン電極１０５の上に有機半導体層１０７を形成する。有機半導体層１０７は有機半導体であれば特に限定はなく、ポリチオフェンやポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレンに代表されるような共役高分子でもよいし、ペンタセンやフタロシアニンに代表されるような低分子でもよい。有機半導体層１０７の形成方法についても特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、気相輸送法といった薄膜形成法などが代表的なものとして挙げられる。

上記工程を経て構成される構造を素子１０６とする。

次に配向膜１０８を備えた第２の基板１０９を、配向膜１０８が有機半導体層１０７と向かい合うようにして配置する（図１（Ａ））。第２の基板１０９について特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。配向膜１０８についても特に限定はなく、例えばポリイミド、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してラビング等により配向させてあればよい。

次に配向膜１０８を備えた第２の基板１０９を、配向膜１０８が有機半導体層１０７と接触するまで第１の基板１０１に近づける（図１（Ｂ））。有機半導体層１０７の分子を配向させる方法について特に限定はなく、例えば有機半導体層１０７と配向膜１０８を圧着し、加熱することにより有機半導体層１０７の熱的運動を活発にし、配向膜１０８により配向を持つ有機半導体層１１０を形成したり（図１（Ｃ））、有機半導体層１０７を加熱し、溶融させて分子を配向させ、有機半導体層１１０を形成する。また、有機半導体層１０７を加熱して分子を配向させた後、配向が戻らないように急冷を加えることで分子が高度に配向した有機半導体層１１０を形成することができる。さらに有機半導体層１１０の分子の配向が、キャリア移動が有利である（ソース電極、ドレイン電極間のキャリアが流れる方向に、分子間のπ−πの重なりが生じるように）ように有機半導体層１１０の分子を垂直配向もしくは水平配向させるものであればその効果は大きくなる。

配向膜１０８を備えた第２の基板１０９は、シール材１１１により第１の基板１０１に貼り合わせて封止基板として用いることができる（図２（Ａ））。また、有機半導体層１１０を形成した後に第２の基板１０９を取り除き、上部に封止基板を備えて封止構造を施したり、層間膜の形成等、さらにプロセスを追加して、半導体装置を形成してもよい（図２（Ｂ））。

さらに、同様の工程を経て第１の基板１０１上に素子１０６を複数有する半導体装置を形成することができる。（図２（Ｃ））。

以上のようにして、作製した本発明の半導体装置は、有機半導体層１０７を挟んでゲート絶縁体層１０３とは反対側に配向膜１０８を備える。すなわち、ゲート絶縁体層１０３と反対側の面から有機半導体層１０７の分子を配向させることにより、有機半導体層１０７を傷つけることなく配向させることができ、さらに有機半導体層１１０とゲート絶縁体層１０３との界面の平坦性を保持しているため、良好な動作特性を示す。
（実施の形態２）

本発明の半導体装置とその作製方法の一態様について図３（Ａ）〜（Ｃ）、図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。

第１の基板２０１上にゲート電極２０２を形成する。ゲート電極２０２の形成方法について特に限定は無く、成膜した導電層をフォトリソグラフィ法によって所望の形状に加工して形成してもよいし、または、導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。また、ゲート電極２０２を形成する材料についても特に限定は無く、例えばアルミニウム、銅、金、銀等を用いることが出来る。また、第１の基板２０１についても特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。

次に、ゲート電極２０２を覆うゲート絶縁体層２０３を形成する。ゲート絶縁体層２０３について特に限定はなく、例えば、酸化珪素や窒化珪素等の絶縁物をＣＶＤ法等によって成膜して形成してもよいし、陽極酸化法を用いてゲート電極表面を酸化することにより形成してもよい。この他、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリビニルフェノールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してゲート絶縁体層２０３を形成してもよい。

次にゲート絶縁体層２０３の上に有機半導体層２０５を形成する。有機半導体層２０５は有機半導体であれば特に限定はなく、ポリチオフェンやポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレンに代表されるような共役高分子でもよいし、ペンタセンやフタロシアニンに代表されるような低分子でもよい。有機半導体層２０５の形成方法についても特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、気相輸送法といった薄膜形成法などが代表的なものとして挙げられる。

次に有機半導体層２０５の上にソース電極２０６、ドレイン電極２０７を形成する。ソース電極２０６、ドレイン電極２０７について特に限定はなく、金、銀等の無機導電物の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を含む有機導電物等を用いて形成すればよい。また、ソース電極２０６、ドレイン電極２０７の形成方法についても特に限定はなく、スパッタリング装置や蒸着装置等の成膜装置を用いて形成した導電層を、所望の形状に加工することによって形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

上記工程を経て構成される構造を素子２０４とする。

次に配向膜２０８を備えた第２の基板２０９を、配向膜２０８が有機半導体層２０５と向かい合うようにして配置する（図３（Ａ））。第２の基板２０９について特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。配向膜２０８についても特に限定はなく、例えばポリイミド、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してラビング等により配向させてあればよい。

次に配向膜２０８を備えた第２の基板２０９を、配向膜２０８が有機半導体層２０５と接触するまで第１の基板２０１に近づける（図３（Ｂ））。有機半導体層２０５の分子を配向させる方法について特に限定はなく、例えば有機半導体層２０５と配向膜２０８を圧着し、加熱することにより有機半導体層２０５の熱的運動を活発にし、配向膜２０８により配向を持つ有機半導体層２１０を形成したり（図３（Ｃ））、有機半導体層２０５を加熱し、溶融させて分子を配向させて、有機半導体層２１０を形成する。また、有機半導体層２０５を加熱して分子を配向させた後に配向が戻らないように急冷を加えることで分子が高度に配向した有機半導体層２１０を形成することができる。さらに有機半導体層２１０の分子の配向が、キャリア移動が有利である（ソース電極、ドレイン電極間のキャリアが流れる方向に、分子間のπ−πの重なりが生じるように）ように有機半導体層２１０の分子を垂直配向もしくは水平配向させるものであればその効果は大きくなる。

配向膜２０８を備えた第２の基板２０９は、シール材２１１により第１の基板２０１に貼り合わせることにより封止基板として用いてもよい（図４（Ａ））。また、有機半導体層２１０を形成した後に第２の基板２０９を取り除き、上部に封止基板を備えて封止構造を施したり、層間膜の形成等、さらにプロセスを追加して、半導体装置を形成してもよい（図４（Ｂ））。

さらに、同様の工程を経て第１の基板２０１上に素子２０４を複数有する半導体装置を形成することができる。（図４（Ｃ））。

以上のようにして、作製した本発明の半導体装置は、有機半導体層２０５を挟んでゲート絶縁体層２０３とは反対側に配向膜２０８を備える。すなわち、ゲート絶縁体層２０３と反対側の面から有機半導体層２０５の分子を配向させることにより、有機半導体層２１０を傷つけることなく配向させることができ、さらに有機半導体層２１０とゲート絶縁体層２０３との界面の平坦性を保持しているため、良好な動作特性を示す。
（実施の形態３）

本発明の半導体装置とその作製方法の一態様について図５（Ａ）〜（Ｃ）、図６（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。

第１の基板３０１上にゲート電極３０２を形成する。ゲート電極３０２の形成方法について特に限定は無く、成膜した導電層をフォトリソグラフィ法によって所望の形状に加工して形成してもよいし、または、導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。また、ゲート電極３０２を形成する材料についても特に限定は無く、例えばアルミニウム、銅、金、銀等を用いることが出来る。また、第１の基板３０１についても特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。

次に、ゲート電極３０２を覆うゲート絶縁体層３０３を形成する。ゲート絶縁体層３０３について特に限定はなく、例えば、酸化珪素や窒化珪素等の絶縁物をＣＶＤ法等によって成膜して形成してもよいし、陽極酸化法を用いてゲート電極表面を酸化することにより形成してもよい。この他、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリビニルフェノールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してゲート絶縁体層３０３を形成してもよい。

次にゲート絶縁体層３０３の上に、ソース電極３０４、ドレイン電極３０５を形成する。ソース電極３０４、ドレイン電極３０５について特に限定は無く、金、銀、タングステン等の無機導電物の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を含む有機導電物等を用いて形成すればよい。また、ソース電極３０４、ドレイン電極３０５の形成方法についても特に限定はなく、スパッタリング装置や蒸着装置等の成膜装置を用いて形成した導電層を所望の形状に加工することによって形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

次に配向膜３０７を備えた第２の基板３０８を、配向膜３０７を内側にして第１の基板と向かい合うようにして配置する（図５（Ａ））。第２の基板３０８について特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。配向膜３０７についても特に限定はなく、例えばポリイミド、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してラビング等により配向させてあればよい。

素子３０６を有する第１の基板３０１に上記第２の基板３０８を備えた構造をセル３０９とする。

次にセル３０９に有機半導体層３１０を注入する（図５（Ｂ））。注入については特に限定はなく、有機半導体層３１０の溶液をセル３０９に注射器などを用いて注入してもよいし、セル３０９の第１の基板３０１と第２の基板３０８の間隔を狭くして毛管現象等を利用して注入してもよい。注入された有機半導体層３１０の分子は配向膜３０７によって配向する。さらに有機半導体層３１０の分子の配向が、キャリア移動が有利である（ソース電極、ドレイン電極間のキャリアが流れる方向に分子間のπ−πの重なりが生じるように）ように有機半導体層３１０の分子を垂直配向もしくは水平配向させるものであればその効果は大きくなる。

上記工程を経て構成される構造を素子３０６とする。

配向膜３０７を備えた第２の基板３０８は、シール材３１１により第１の基板３０１に貼り合わせることにより封止基板として用いることができる（図５（Ｃ））。また、有機半導体層３１０を形成した後に第２の基板３０８を取り除き、上部に封止基板を備えて封止構造を施したり、層間膜の形成等、さらにプロセスを追加して、半導体装置を形成してもよい（図６（Ａ））。

さらに、同様の工程を経て、第１の基板３０１上に素子３０６を複数有する半導体装置を形成することができる。（図６（Ｂ））。

以上のようにして、作製した本発明の半導体装置は、有機半導体層３１０を挟んでゲート絶縁体層３０３とは反対側に配向膜３０７を備える。すなわち、ゲート絶縁体層３０３と反対側の面から有機半導体層３１０の分子を配向させることにより、有機半導体層３１０を傷つけることなく分子を配向させることができ、さらに有機半導体層３１０とゲート絶縁体層３０３との界面の平坦性を保持しているため、良好な動作特性を示す。
（実施の形態４）

本実施の形態では、発光素子を有する本発明の半導体装置とその作製方法の一態様について図７（Ａ）〜（Ｃ）および図８（Ａ）（Ｂ）を用いて説明する。

第１の基板４０１上にゲート電極４０２を形成する。ゲート電極４０２の形成方法について特に限定は無く、成膜した導電層をフォトリソグラフィ法によって所望の形状に加工して形成してもよいし、または、導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。また、ゲート電極４０２を形成する材料についても特に限定は無く、例えばアルミニウム、銅、金、銀等を用いることが出来る。また、第１の基板４０１についても特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。

次に、ゲート電極４０２を覆うゲート絶縁体層４０３を形成する。ゲート絶縁体層４０３について特に限定はなく、例えば、酸化珪素や窒化珪素等の絶縁物をＣＶＤ法等によって成膜して形成してもよいし、陽極酸化法を用いてゲート電極表面を酸化することにより形成してもよい。この他、ポリイミド、ポリアミック酸、ポリビニルフェノールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してゲート絶縁体層４０３を形成してもよい。

次にゲート絶縁体層４０３の上に、ソース電極４０４、ドレイン電極４０５を形成する。ソース電極４０４、ドレイン電極４０５について特に限定は無く、金、銀、タングステン等の無機導電物の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を含む有機導電物等を用いて形成すればよい。また、ソース電極４０４、ドレイン電極４０５の形成方法についても特に限定はなく、スパッタリング装置や蒸着装置等の成膜装置を用いて形成した導電層を所望の形状に加工することによって形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

次にドレイン電極４０５と接触を持つように隣接して発光素子の陽極４０６を形成する。陽極４０６について特に限定は無く、インジウムと錫の酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）、金、銀、タングステン等の無機導電物の他、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等を含む有機導電物等を用いて形成すればよい。また、陽極４０６の形成方法についても特に限定はなく、スパッタリング装置や蒸着装置等の成膜装置を用いて形成した導電層を所望の形状に加工することによって形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

次に配向膜４０８および発光素子の陰極４０９を備えた第２の基板４１０を、配向膜４０８、発光素子の陰極４０９を内側にして第１の基板４０１と向かい合うようにして配置する。このとき、発光素子の陽極４０６と発光素子の陰極４０９が向い合うようにして配置する（図７（Ａ））。第２の基板４１０について特に限定はなく、ガラス、石英等の他、プラスチック、ポリカーボネート等の可撓性を有する基板を用いることができる。配向膜４０８についても特に限定はなく、例えばポリイミド、ポリビニルフェノールやポリビニルアルコールなどの有機物をキャスト法、スピナー法、印刷法、インクジェット法等の方法により塗布してラビング等により配向させてあればよい。発光素子の陰極４０９についても特に限定はなく、インジウムと錫の酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）、カルシウム、マグネシウム、リチウム等の無機導電物を用いて形成してもよいし、または導電物を含む液滴をインクジェット法等によって形成してもよい。

素子４０７が形成された第１の基板４０１に上記第２の基板４１０を備えた構造をセル４１１とする。

次にセル４１１に有機半導体層４１２を注入する（図７（Ｂ））。注入については特に限定はなく、有機半導体層４１２の溶液をセル４１１に注射器などを用いて注入してもよいし、セル４１１の第１の基板４０１と第２の基板４１０の間隔を狭くして毛管現象等を利用して注入してもよい。注入された有機半導体層４１２の分子は配向膜４０８によって配向する。配向させる方法について特に限定はなく、例えば有機半導体層４１２を加熱して分子を配向させた後、配向が戻らないように急冷を加えることで分子を配向した有機半導体層４１２に、大部分が揃った配向、もしくは高い割合で揃った配向を保持させることができる。さらにその配向が有機半導体層４１２におけるキャリア移動が有利である（ソース電極、ドレイン電極間のキャリアが流れる方向に分子間のπ−πの重なりが生じるように）ように有機半導体層４１２の分子を垂直配向もしくは水平配向させるものであればその効果は大きくなる。なお、このようにして陽極４０６、有機半導体層４１２、および陰極４０９を含む発光素子４１３が形成される。

なお、本実施例の有機半導体層には、Ｐ３ＨＴ（ポリ（３−ヘキシルチオフェン））、Ｆ８Ｔ２（ポリ（９，９’−ジオクチルフルオレンコビチオフェン））、ＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシロキシ）−１，４−フェニレンビニレン））、ＯＯ−ＰＰＶ（ポリ（２，５−ジオクチロキシ−１，４−フェニレンビニレン））、ＢｕＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−ブチル−５−（２’−エチルヘキシル）−１，４−フェニレンビニレン））、ＣＮ−ＰＰＶ（ポリ（２，５−ヘキシロキシ−１，４−フェニレンシアノビニレン））等を用いてもよい。

上記工程を経て構成される構造を素子４０７とする。

配向膜４０８を備えた第２の基板４１０は、シール材４１４により第１の基板４０１に貼り合わせることにより封止基板として用いることができる（図８（Ａ））。

さらに、同様の工程を経て第１の基板４０１上に素子４０７を複数有する半導体装置を形成することができる（図８（Ｂ））。

以上のようにして、作製した本発明の半導体装置は、有機半導体層４１２を挟んでゲート絶縁体層４０３とは反対側に配向膜４０８を備える。すなわち、ゲート絶縁体層４０３と反対側の面から有機半導体層４１２の分子を配向させることにより、有機半導体層４１２を傷つけることなく分子を配向させることができ、さらに有機半導体層４１２とゲート絶縁体層４０３との界面の平坦性を保持しているため、良好な動作特性を示す。
（実施の形態５）

上記実施の形態４を実施して形成された半導体装置は様々な電子機器に用いることができる。即ち、それら半導体装置を以下に示すような電子機器の表示部に組み込むことができる。

具体的な電子機器としては、テレビ受像機、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図９及び図１０に示す。

図９（Ａ）は、テレビ受像機であり、実施の形態４に示す半導体装置を筐体２００１に組みこんで完成させることができる。なお、半導体装置により、表示画面２００２が形成される。また、スピーカー２００３、操作スイッチ２００４などが適宜備えられている。

テレビ受像機に組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成されるテレビ受像機は、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

図９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６等を含む。なお、半導体装置により、表示部２１０２が形成される。

ビデオカメラに組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成されるビデオカメラは、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

図９（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示部２２０５等を含む。なお、半導体装置により、表示部２２０５が形成される。

モバイルコンピュータに組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成されるモバイルコンピュータは、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

図９（Ｄ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカー部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。なお、半導体装置により、表示部２４０２が形成される。

記録媒体に組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成される記録媒体は、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

図９（Ｅ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。なお、半導体装置により、表示部２５０２が形成される。

デジタルカメラに組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成されるデジタルカメラは、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

図１０は、実施の形態４に示す半導体装置を含む携帯電話機の一態様を示している。半導体装置２６０１はハウジング２６０２に脱着自在に組み込まれる。ハウジング２６０２は半導体装置２６０１のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。半導体装置２６０１を固定したハウジング２６０２はプリント基板２６０３に嵌着されモジュールとして組み立てられる。

半導体装置２６０１はＦＰＣ２６０４を介してプリント基板２６０３に接続される。プリント基板２６０３には、スピーカー２６０５、マイクロフォン２６０６、送受信回路２６０７、ＣＰＵ及びコントローラなどを含む信号処理回路２６０８が形成されている。このようなモジュールと、入力手段２６０９、バッテリ２６１０を組み合わせ、筐体２６１１に収納する。半導体装置２６０１の画素部は筐体２６１１に形成された開口窓から視認できるように配置する。

携帯電話機に組み込まれた半導体装置は、従来よりもＯＦＦ電流やゲートリーク電流の増加が抑制された良好な特性を有するため、これを含んで構成される携帯電話機は、消費電力を最小限に抑えたものとすることができる。

本実施の形態に係る携帯電話機は、その機能や用途に応じてさまざまな態様に変容し得る。例えば、半導体装置を複数備えたり、筐体を適宜複数に分割して蝶番により開閉式とした構成としても、上記した作用効果を奏することができる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。本発明の半導体装置の作製方法について説明する図。電子機器の一例を示す図。電子機器の一例を示す図。

Claims

第一の基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に絶縁体層を形成し、
前記絶縁体層上に、ソース電極、ドレイン電極、及び有機半導体膜を形成し、
第二の基板上に配向膜を形成し、
前記有機半導体膜の少なくとも一部と、前記配向膜とを接触させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
第一の基板上に有機半導体膜の一部もしくは全部が表面に露出した半導体素子を形成し、
第二の基板上に配向膜を形成し、
前記有機半導体膜の少なくとも一部と前記配向膜とを接触させ、
前記有機半導体膜を加熱することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項２において、
前記半導体素子は、前記第一の基板の表面上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極上に絶縁体層を形成し、前記絶縁体層上にソース電極、及びドレイン電極を形成して設けられることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項３において、
前記有機半導体膜は、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリフルオレンからなる群から選ばれたいずれか一であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
第一の基板の第一の表面上にゲート電極、絶縁体層、ソース電極、およびドレイン電極を形成し、
第二の基板の第二の表面上に配向膜を形成し、
前記第一の基板の前記第一の表面と前記第二の基板の前記第二の表面とをシール材を用いて貼り付け、
前記シール材と、前記第一の表面及び前記第二の表面に囲まれた領域に有機半導体材料を注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項５において、
前記第一の基板上に前記ゲート電極を形成し、前記ゲート電極上に前記絶縁体層を形成し、前記絶縁体層上に前記ソース電極をおよび前記ドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項５または請求項６のいずれか一つにおいて、
前記有機半導体材料は、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリフルオレンからなる群から選ばれたいずれか一で用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至請求項７において、
前記配向膜は、ラビリング法によって作製された膜、ＳｉＯ等を用いて斜め方向に蒸着した斜方蒸着膜、延伸された高分子鎖を利用した延伸膜、シラン化合物等の界面活性剤で処理した膜、偏向紫外線から照射された膜からなる群から選ばれたいずれか一つを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
絶縁表面を有する第一の基板と、
前記第一の基板上に設けられた第一の導電膜と、
前記第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた一対の第二の導電膜と、
前記一対の第二の導電膜上に設けられた有機半導体膜と、
前記有機半導体膜の少なくとも一部と接するように設けられた配向膜と、
前記配向膜上に設けられた第二の基板とを有することを特徴とする半導体装置。
絶縁表面を有する第一の基板と、
前記第一の基板上に設けられた第一の導電膜と、
前記第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に設けられた一対の第二の導電膜と、
前記有機半導体膜の少なくとも一部と接するように設けられた配向膜と、
前記配向膜の上に設けられた第二の基板とを有し、
前記配向膜の少なくとも一部は前記一対の第二の導電膜との間に
有することを特徴とする半導体装置。
請求項９または請求項１０のいずれか一つにおいて、
前記有機半導体膜は、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ペンタセン、フタロシアニン、ポリフルオレンからなる群から選ばれたいずれか一であることを特徴とする半導体装置。
請求項９乃至請求項１１において、
前記配向膜は、ラビリング法によって作製された膜、ＳｉＯ等を用いて斜方蒸着膜、延伸された高分子鎖を表面に持つ膜、シラン化合物のような界面活性剤によって作製された膜、偏向紫外線から照射を受けた膜からなる群から選ばれたいずれか一つであることを特徴とする半導体装置。