JP2006261426A - 有機半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高密度で低消費電力駆動が可能な有機半導体装置を提供する。
【解決手段】プラスチックからなるシート状の基板の両面に複数の有機トランジスタが形成された有機半導体装置であって、前記各有機トランジスタは、前記基板の面に互いに電気的に分離して形成されたソース電極、ドレイン電極と、これら電極を含む前記基板表面に形成された有機半導体層と、この有機半導体層表面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜に形成されたゲート電極とを備え、かつ前記基板を挟んで互いに対向して配置された複数の有機トランジスタのうち、所望のトランジスタのソ−ス電極またはドレイン電極は前記基板を貫通して形成されたビアフィルを通して電気的に接続されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機半導体装置およびその製造方法に関する。

従来の有機半導体装置は、特許文献１に記載のようにポリイミドのようなプラスチックからなるシート状の基板の主面に互いに電気的に分離して形成されたソース電極、ドレイン電極と、これら電極を含む前記基板表面に形成された有機半導体層と、この有機半導体層表面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜に形成されたゲート電極とを有する複数の有機トランジスタを備えている。なお、層間絶縁膜は前記有機トランジスタを含む全面に形成されている。このような有機半導体装置において、互いに隣接または隔てられた２つの有機トランジスタの電極（例えばドレイン電極）間を接続するにはそれらトランジスタのドレイン電極上の有機半導体層、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜を貫通するコンタクトホールをそれぞれ開口し、配線材料膜の堆積、パターニングにより前記コンタクトホールを通して各トランジスタのドレイン電極間（またはソース電極間）を接続するための配線を層間絶縁膜上に形成することによりなされる。

しかしながら、従来の有機半導体装置は基板の主面に有機トランジスタを形成するために高集積化に限界があった。また、２つの有機トランジスタの電極間接続は配線を層間絶縁膜上に引き回すことによりなされるために配線抵抗による信号伝播遅延の問題があった。
特開２００２−３５９３７４

本発明は、高密度で低消費電力駆動が可能な有機半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明によると、プラスチックからなるシート状の基板の両面に複数の有機トランジスタが形成された有機半導体装置であって、
前記各有機トランジスタは、前記基板の面に互いに電気的に分離して形成されたソース電極、ドレイン電極と、これら電極を含む前記基板表面に形成された有機半導体層と、この有機半導体層表面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜に形成されたゲート電極とを備え、かつ
前記基板を挟んで互いに対向して配置された複数の有機トランジスタのうち、所望のトランジスタのソ−ス電極またはドレイン電極は、前記基板を貫通して形成されたビアフィルを通して電気的に接続されていることを特徴とする有機半導体装置が提供される。

また本発明によると、プラスチックからなるシート状の基板の一方の面に複数のソース電極、ドレイン電極を互いに電気的に分離してそれぞれ形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極を含む前記基板上に有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜表面にゲート電極を形成する工程と、
前記複数のソース電極、ドレイン電極のうち、所望のソース電極またはドレイン電極が位置する前記基板にその基板の他方の面からビアホールを開口する工程と、
前記ビアホール内に導電材料を埋め込んでビアフィルを形成する工程と、
前記基板の他方の面に複数のソース電極、ドレイン電極を互いに電気的に分離してそれぞれ形成すると共に、所望のソース電極、ドレイン電極を前記ビアフィルを通して前記基板の一方の面の所望のドレイン電極、ソース電極と接続する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極を含む前記基板表面に有機半導体層を形成する工程と、
前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記有機半導体層上にゲート電極をゲート絶縁膜を介して形成する工程と
を含むことを特徴とする有機半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、プラスチックからなるシート状の基板の両面に有機トランジスタを形成し、かつそれら有機トランジスタの所望のソース電極またはドレイン電極を前記基板を貫通して形成されたビアフィルを通して接続した構造を有し、高密度で低消費電力駆動が可能な有機半導体装置およびその製造方法を提供できる。

以下、本発明に係る有機半導体装置を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図である。

プラスチック、例えばポリイミドからなるシート状の基板１は、両面に複数の第１、第２の有機トランジスタ１０，２０がそれぞれ形成されている。

前記第１有機トランジスタ１０は、基板１の一方の面に互いに電気的に分離して形成された例えばＣｒ／Ａｕからなるソース電極１１、ドレイン電極１２を備えている。有機樹脂、例えばポリチオフェンからなる有機半導体層１３は、前記電極１１，１２を含む基板１の一方の面に形成されている。例えば窒化ケイ素またはアルミナからなるゲート絶縁膜１４は、前記有機半導体層１３表面に形成されている。例えばＣｒ(拡散防止用バリアメタル)／Ａｕからなるゲート電極１５は、ソース電極１１、ドレイン電極１２間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜１４表面に形成されている。なお、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６は前記ゲート電極１５を含む前記ゲート絶縁膜１４の全面に形成されている。

前記第２有機トランジスタ２０は、基板１の他方の面に互いに電気的に分離して形成された例えばＣｒ／Ａｕからなるソース電極２１、ドレイン電極２２を備えている。有機樹脂、例えばポリチオフェンからなる有機半導体層２３は、前記電極２１，２２を含む基板１の他方の面に形成されている。例えば窒化ケイ素またはアルミナからなるゲート絶縁膜２４は、前記有機半導体層２３表面に形成されている。例えばＣｒ(拡散防止用バリアメタル)／Ａｕからなるゲート電極２５は、ソース電極２１、ドレイン電極２２間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜２４表面に形成されている。なお、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜２６は前記ゲート電極２５を含む前記ゲート絶縁膜２４の全面に形成されている。

このような第１、第２の有機トランジスタ１０，２０において、例えばそれらのドレイン電極１２，２２は前記基板１を貫通して形成されたビアホールに金属（例えばＡｕ）を埋め込んだビアフィル３１により互いに電気的に接続されている。

次に、前述した有機半導体装置の製造方法を図２〜図４を参照して説明する。

まず、図２に示すようにプラスチック、例えばポリイミドからなるシート状の基板１の一方の面に例えばＣｒ／Ａｕの二層構造膜を抵抗加熱蒸着等により成膜し、リソグラフィーおよびエッチングの技術によりパターニングして互いに電気的に分離されたソース電極１１、ドレイン電極１２を形成する。ソース電極１１、ドレイン電極１２を含む前記基板１の一方の面に有機樹脂、例えばポリチオフェンの溶液をインクジェット法、塗布法または印刷技術により各電極１１、１２が埋まるように塗付した後、熱処理して有機半導体層１３を形成する。つづいて、この有機半導体層１３表面に例えば窒化ケイ素またはアルミナをＣＤＶ法等により堆積してゲート絶縁膜１４を形成する。このゲート絶縁膜１４表面に例えばＡｌ膜をスパッタまたは抵抗加熱蒸着により成膜し、リソグラフィーおよびエッチングの技術によりパターニングしてソース電極１１、ドレイン電極１２間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜１４表面にゲート電極１５を形成することによって、前記基板１の一方の面に第１有機トランジスタ１０を作る。この後、全面に例えば酸化シリコンをＣＶＤ法により堆積して層間絶縁膜１６を形成する。

次いで、図３に示すように基板１を逆さにし、前記第１有機トランジスタ１０のドレイン電極１２の一部に対応する基板１部分をリソグラフィーおよびエッチングの技術によりビアホール３２を開口する。つづいて、このビアホール３２内に例えばＡｕ３３を埋め込んで前記ドレイン電極１２と接続されるビアフィル３１を形成する。

次いで、図４に示すようにシート状の基板１のビアフィル３１を含む他方の面に例えばＣｒ／Ａｕの二層構造膜を抵抗加熱蒸着等により成膜し、リソグラフィーおよびエッチングの技術によりパターニングして互いに電気的に分離されたソース電極２１、ドレイン電極２２を形成する。この時、ドレイン電極２２はビアフィル３１を通して第１有機トランジスタ１０のドレイン電極１２に接続される。つづいて、前記ソース電極２１、ドレイン電極２２を含む前記基板１の他方の面に有機樹脂、例えばポリチオフェンの溶液をインクジェット法、塗布法または印刷技術により各電極２１、２２が埋まるように塗付した後、熱処理して有機半導体層２３を形成する。つづいて、この有機半導体層２３表面に例えば窒化ケイ素またはアルミナをＣＤＶ法等により堆積してゲート絶縁膜２４を形成する。このゲート絶縁膜２４表面に例えばＡｌ膜をスパッタまたは抵抗加熱蒸着により成膜し、リソグラフィーおよびエッチングの技術によりパターニングしてソース電極２１、ドレイン電極２２間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜２４表面にゲート電極２５を形成することによって、前記基板１の他方の面に第２有機トランジスタ２０を作る。この後、全面に例えば酸化シリコンをＣＶＤ法により堆積して層間絶縁膜２６を形成する。

以上、実施形態によればプラスチックからなるシート状の基板１の両面に複数の第１、第２の有機トランジスタ１０，２０を形成することによって、従来のように基板の主面（一方の面）のみに有機トランジスタを形成する場合に比べて高集積度、高密度の有機半導体装置を得ることができる。

また、シート状の基板１を挟んで形成した第１、第２の有機トランジスタ１０，２０農地の所望のドレイン電極１２，２２（またはソース電極）を基板１に貫通して形成したビアフィル３１により相互に接続することによって、従来のような配線の引き回しスペースを省略できばかりか、接続抵抗を下げ、つまり駆動時の印加電圧を下げて低消費電力駆動を実現した有機半導体装置を得ることができる。

さらに、実施形態によれば前述した高集積度、高密度で低消費電力駆動が可能な有機半導体装置を比較的容易に製造し得る方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図。 本発明の実施形態に係る有機半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態に係る有機半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施形態に係る有機半導体装置の製造工程を示す断面図。

符号の説明

１…シート状の基板、１０…第１有機トランジスタ、１１、２１…ソース電極、１２，２２…ドレイン電極、１５、２５…ゲート電極、２０…第２有機トランジスタ、３１…ビアフィル。

Claims (3)

1. プラスチックからなるシート状の基板の両面に複数の有機トランジスタが形成された有機半導体装置であって、
   前記各有機トランジスタは、前記基板の面に互いに電気的に分離して形成されたソース電極、ドレイン電極と、これら電極を含む前記基板表面に形成された有機半導体層と、この有機半導体層表面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜に形成されたゲート電極とを備え、かつ
   前記基板を挟んで互いに対向して配置された複数の有機トランジスタのうち、所望のトランジスタのソ−ス電極またはドレイン電極は、前記基板を貫通して形成されたビアフィルを通して電気的に接続されていることを特徴とする有機半導体装置。
2. プラスチックからなるシート状の基板の一方の面に複数のソース電極、ドレイン電極を互いに電気的に分離してそれぞれ形成する工程と、
   前記ソース電極、ドレイン電極を含む前記基板上に有機半導体層を形成する工程と、
   前記有機半導体層表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記ゲート絶縁膜表面にゲート電極を形成する工程と、
   前記複数のソース電極、ドレイン電極のうち、所望のソース電極またはドレイン電極が位置する前記基板にその基板の他方の面からビアホールを開口する工程と、
   前記ビアホール内に導電材料を埋め込んでビアフィルを形成する工程と、
   前記基板の他方の面に複数のソース電極、ドレイン電極を互いに電気的に分離してそれぞれ形成すると共に、所望のソース電極、ドレイン電極を前記ビアフィルを通して前記基板の一方の面の所望のドレイン電極、ソース電極と接続する工程と、
   前記ソース電極、ドレイン電極を含む前記基板表面に有機半導体層を形成する工程と、
   前記ソース電極、ドレイン電極間のチャンネル領域を含む前記有機半導体層上にゲート電極をゲート絶縁膜を介して形成する工程と
   を含むことを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
3. 前記有機半導体層は、インクジェット法、塗布法または印刷技術により形成されることを特徴とする請求項２記載の有機半導体装置の製造方法。

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