JP2010034342A - Method for manufacturing semiconductor element, semiconductor element, light-emitting device, display device and driving substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、有機半導体材料を用いてチャネル層を形成する半導体素子の製造方法および半導体素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor element and a semiconductor element in which a channel layer is formed using an organic semiconductor material.
有機半導体を用いた有機半導体素子は、製造工程が複雑なシリコン半導体素子と比べると簡易な工程で製造することができ、低コストで製造することができる可能性がある。また有機半導体素子は、大面積で機械的にフレキシブルな素子を実現できる可能性があり、用途によってはシリコン半導体素子の代替品として使用される可能性があるので、有用な半導体素子の1つとして注目されている。有機半導体素子は、特に有機EL(Electro Luminescence)素子を用いた表示装置および液晶表示装置などの大型化が期待される表示装置や、折り曲げ可能なRFID(Radio Frequency Identification)タグなどへの適用が期待されている。 An organic semiconductor element using an organic semiconductor can be manufactured by a simple process as compared with a silicon semiconductor element having a complicated manufacturing process, and may be manufactured at a low cost. In addition, the organic semiconductor element may be able to realize a mechanically flexible element with a large area, and may be used as a substitute for the silicon semiconductor element depending on the application, so that it is one of useful semiconductor elements. Attention has been paid. The organic semiconductor element is expected to be applied particularly to a display device that is expected to increase in size, such as a display device using an organic EL (Electro Luminescence) element and a liquid crystal display device, or a bendable RFID (Radio Frequency Identification) tag. Has been.
有機半導体素子は、ソース/ドレイン電極間に形成されるチャネル層が有機半導体によって構成されている(例えば特許文献1および特許文献2参照)。例えば有機半導体素子および有機EL素子を用いる表示装置は、駆動素子またはスイッチング素子として機能する有機半導体素子を備え、この有機半導体素子に駆動される有機EL素子が有機半導体素子上に積層形成されている。一般的に、有機半導体素子は、チャネル層を保護するための保護膜が有機半導体膜の表面上に形成されている。このような保護膜の形成方法として、パリレン膜などの有機膜を化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)によって成膜する方法や、PVA等の水溶性の有機材料を水系溶媒に溶解させて塗布する方法などが提案されている。
In an organic semiconductor element, a channel layer formed between source / drain electrodes is composed of an organic semiconductor (see, for example,
しかしながら、CVDのような高度な真空プロセスを必要とする成膜方法にて保護膜を形成する場合には製造方法が複雑になるという問題があった。また、保護膜としてPVA等の水溶性の有機材料を使用した場合には、有機半導体膜と保護膜とが反応することによってチャネル層が損傷を受けるおそれがあり、半導体素子の信頼性に問題があった。 However, when the protective film is formed by a film forming method that requires an advanced vacuum process such as CVD, there is a problem that the manufacturing method becomes complicated. In addition, when a water-soluble organic material such as PVA is used as the protective film, the channel layer may be damaged by the reaction between the organic semiconductor film and the protective film, which causes a problem in the reliability of the semiconductor element. there were.
そこで、本発明は、水溶性の有機材料を用いて作製した半導体素子に比べて信頼性の高い半導体素子を簡易に製造することができる半導体素子の製造方法、半導体素子、発光装置、表示装置および駆動用基板を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a semiconductor element manufacturing method, a semiconductor element, a light-emitting device, a display device, and a semiconductor element that can easily manufacture a highly reliable semiconductor element as compared with a semiconductor element manufactured using a water-soluble organic material. An object is to provide a driving substrate.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体素子の製造方法は、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、ソース電極およびドレイン電極を形成するソース/ドレイン電極形成工程と、有機半導体材料を用いて有機半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、前記有機半導体膜の表面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、を含み、前記保護膜形成工程では、保護膜材料とフッ素系溶媒とを含む塗布液を前記有機半導体膜表面に塗布することによって前記保護膜を形成することを特徴としている。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a gate electrode forming step for forming a gate electrode and a source / drain electrode forming step for forming a source electrode and a drain electrode. And a semiconductor film forming step of forming an organic semiconductor film using an organic semiconductor material, and a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the organic semiconductor film. In the protective film forming step, The protective film is formed by applying a coating liquid containing a film material and a fluorinated solvent to the surface of the organic semiconductor film.
また、本発明にかかる半導体素子の製造方法は、前記保護膜材料が、フッ素系樹脂であることを特徴としている。 Moreover, the method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention is characterized in that the protective film material is a fluororesin.
また、本発明にかかる半導体素子は、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極と、有機半導体膜と、該有機半導体膜の表面に設けられる保護膜とを備え、前記保護膜がフッ素系樹脂によって構成されることを特徴としている。 The semiconductor element according to the present invention includes a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor film, and a protective film provided on a surface of the organic semiconductor film, and the protective film is made of a fluorine-based resin. It is characterized by being composed.
また、本発明にかかる半導体素子は、前記保護膜が、前記保護膜材料とフッ素系溶媒とを含む塗布液を前記有機半導体膜の表面に塗布することによって形成されて成ることを特徴としている。 The semiconductor element according to the present invention is characterized in that the protective film is formed by applying a coating liquid containing the protective film material and a fluorine-based solvent on the surface of the organic semiconductor film.
また、本発明にかかる表示装置は、上記した本発明にかかる半導体素子と、前記半導体素子によって駆動される発光素子と、を備えることを特徴としている。 In addition, a display device according to the present invention includes the above-described semiconductor element according to the present invention and a light-emitting element driven by the semiconductor element.
また、本発明にかかる駆動用基板は、基板と、該基板上に設けられる複数の上記した本発明による半導体素子と、を備えることを特徴としている。 A drive substrate according to the present invention includes a substrate and a plurality of the semiconductor elements according to the present invention provided on the substrate.
本発明は、チャネル層を形成する有機半導体膜表面に、簡易なプロセスである塗布法を用い保護膜を形成するとともに、有機半導体膜を溶解し難いフッ素系溶媒を用いることによって、保護膜を塗布法にて成膜するさいに有機半導体膜に与える損傷を抑えることができ、信頼性の高い半導体素子を簡易に製造することができる。 In the present invention, a protective film is formed on the surface of the organic semiconductor film for forming the channel layer by using a coating method that is a simple process, and the protective film is applied by using a fluorine-based solvent that hardly dissolves the organic semiconductor film. Damage to the organic semiconductor film during film formation by the method can be suppressed, and a highly reliable semiconductor element can be easily manufactured.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and width of each layer, the ratio of each layer, and the like are different from the actual ones. Also in the drawings, there are included portions having different dimensional relationships and ratios.
まず、本発明の実施の形態による有機EL表示装置について説明する。図1は、本実施の形態にかかる有機EL表示装置のブロック図の一例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態にかかる有機EL表示装置は、ディスプレイパネル603、およびこれに接続する走査駆動部604、データ駆動部605、駆動電圧生成部607、並びにこれらを制御する信号制御部606を有する。ディスプレイパネル603は、走査駆動部604に接続し各走査信号Vgを伝達する走査信号線G1〜Gn、およびデータ駆動部605に接続し各データ信号Vdを伝達するデータ信号線D1〜Dmなどの複数の信号線に接続されている。各走査信号線G1〜Gnは、略行方向に延伸しており、各データ信号線D1〜Dmは、略列方向に延伸している。ディスプレイパネル603は、走査信号線G1〜Gnおよび各データ信号線D1〜Dmにそれぞれ接続するように行列状に配列された複数の画素を備える。
First, an organic EL display device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of a block diagram of an organic EL display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the organic EL display device according to the present embodiment includes a
図2は、本実施の形態にかかる有機EL表示装置の一画素に対応する回路図である。図2に示すように、ディスプレイパネル603は、駆動電圧生成部607から出力される駆動電圧信号Vpを伝達する信号線L3をさらに含む。この信号線L3は、電流を供給する電源線として機能する。そして、図2に示すように、各画素は、半導体素子に相当するスイッチングトランジスタ21、駆動トランジスタ22、キャパシタ23および発光素子に相当する有機EL素子24を有する。また、図2に示す信号線L1は、この画素のデータ信号線に対応し、信号線L2は、この画素の走査信号線に対応する。
FIG. 2 is a circuit diagram corresponding to one pixel of the organic EL display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the
スイッチングトランジスタ21の入力端子は信号線L1に接続され、制御端子は信号線L2に接続されており、出力端子は駆動トランジスタ22の制御端子Ngに接続されている。スイッチングトランジスタ21は、走査信号線である信号線L2に印加される走査信号Vgに応じて、データ線であるL1に印加されているデータ信号Vdを駆動トランジスタ22に出力する。
The
駆動トランジスタ22の制御端子Ngは、スイッチングトランジスタ21に接続されており、出力端子Ndは、有機EL素子24に接続されている。駆動トランジスタ22の入力端子Nsは、信号線L3に接続されている。駆動トランジスタ22は、制御端子Ngと入力端子Nsとの間にかかる電圧Vgsの大きさに応じて大きさが制御される出力電流Iを有機EL素子24に供給する。この出力電流Iは、電源線として機能する信号線L3から入力端子Nsを介して供給されたものである。
The control terminal Ng of the
キャパシタ23は、駆動トランジスタ22の制御端子Ngと入力端子Nsとの間に設けられており、駆動トランジスタ22の制御端子Ngに印加されるデータ信号Vdを充電して一定の期間保持する。
The
有機EL素子24のカソード電極は、共通電圧Vcomに接続されており、アノード電極は、駆動トランジスタ22の出力端子Ndに接続されている。有機EL素子24は、駆動トランジスタ22の駆動によって、出力電流Iに応じた輝度で発光する。
The cathode electrode of the
次いで、本実施の形態にかかる半導体素子を説明するにあたり、上記した有機EL表示装置の一画素あたりの構造について説明する。なお、本実施の形態では、半導体素子として、有機EL表示装置の発光素子である有機EL素子24の発光動作を制御するためのスイッチングトランジスタ21および駆動トランジスタ22を例に説明する。
Next, in describing the semiconductor element according to the present embodiment, the structure per pixel of the organic EL display device described above will be described. In the present embodiment, the
図3は、本実施の形態における有機EL表示装置の一画素を構成する各素子の断面を示した図である。図3に示すように、本実施の形態における有機EL表示装置の画素100は、ガラス、プラスチックなどの基板1上に、スイッチングトランジスタ21、駆動トランジスタ22および有機EL素子24が形成される。なお、基板1は、本実施の形態によるスイッチングトランジスタ21および駆動トランジスタ22などの半導体素子が設けられる基板である。また、スイッチングトランジスタ21および駆動トランジスタ22などの半導体素子やこれらに接続された配線等が形成された基板1は、いわゆるアレイ基板(アクティブマトリクス基板ともいう)やTFT基板と称される基板であり、表示装置における発光素子(本実施の形態では有機EL表示装置の有機EL素子24)を駆動するための駆動用基板である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of each element constituting one pixel of the organic EL display device according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, in the
スイッチングトランジスタ21は、走査信号に応じてデータ線に印加されたデータ信号を駆動トランジスタ22に出力する機能を有し、駆動トランジスタ22は、制御端子と出力端子との間にかかる電圧の大きさに応じて大きさが制御される出力電流を有機EL素子24に供給する機能を有し、有機EL素子24は、駆動トランジスタ22の駆動によって、出力電流に応じた輝度で発光する。なお、画素100は、スイッチングトランジスタ21、駆動トランジスタ22および有機EL素子24以外に、駆動トランジスタ22の制御端子に印加されるデータ信号を充電して一定の期間保持するキャパシタをさらに備える。
The
スイッチングトランジスタ21は、制御端子として機能するゲート電極2aと、入力端子として機能するソース電極5aと、出力端子として機能するドレイン電極5bと、ソース電極5aおよびドレイン電極5bとの間に形成されチャネル層として機能する半導体膜6aとを有する。ゲート電極2aと、ソース電極5a、ドレイン電極5bおよび半導体膜6aとの間には、ゲート絶縁膜3が形成される。
The
駆動トランジスタ22は、制御端子として機能するゲート電極2bと、入力端子として機能するソース電極5cと、出力端子として機能するドレイン電極5dと、ソース電極5cおよびドレイン電極5dとの間に形成されチャネル層として機能する半導体膜6bとを有する。ゲート電極2bは、コンタクト4を介してスイッチングトランジスタ21のドレイン電極5bと接続する。ゲート電極2bと、ソース電極5c、ドレイン電極5dおよび半導体膜6bとの間には、ゲート絶縁膜3が形成される。なお、キャパシタは、ゲート電極2bの一部領域、ゲート絶縁膜3の一部領域およびソース電極5cの一部領域によって形成される。
The
有機EL素子24は、駆動トランジスタ22のドレイン電極5dとコンタクト11を介して接続するアノード電極12と、アノード電極12上に形成される有機膜13と、有機膜13上に形成されたカソード電極14とを備える。さらに、有機膜13は、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層および正孔障壁層によって構成され、アノード電極12から供給された電流量に応じた輝度で発光する。コンタクト11は、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dおよび半導体膜6a,6bと、有機EL素子24のアノード電極12との間に形成された層間絶縁膜10に設けられる。層間絶縁膜10とカソード電極14との間には、所定の層間膜15が積層される。また、カソード電極14の抵抗率増大を抑制するため、コンタクトを介してカソード電極14と接続する補助電極12bが設けられている。
The
カソード電極14は、透明膜または半透明膜で形成される。そして、カソード電極14上には、透明膜または半透明膜で形成された保護膜16および透明または半透明である上部基板17が設けられており、有機膜13から発せられた光を透過し、外部に出力することが可能である。したがって、この画素100は、トップエミッション型となる。
The
ここで、スイッチングトランジスタ21のチャネル層として機能する半導体膜6aおよび駆動トランジスタ22のチャネル層として機能する半導体膜6bは、1cm2/Vs以上の高いホール移動度を実現可能である半導体膜を形成することが可能な半導体材料、例えばペンタセン、テトラベンゾポルフィリンの前駆体、13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、2,7-Diphenyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene、6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene(通称:TIPS-pentacene)等の有機半導体材料で形成される。
Here, the
そして、半導体膜6a,6b上部表面には、有機半導体膜6a,6bの構成材料が不溶である溶媒に溶解する材料を用いて形成された第1の保護膜7a,7bがそれぞれ形成される。このような溶媒には、例えばフロリナート(住友3M社製)および旭硝子社製CT-Solv.180のような、絶縁性に優れ且つ不活性なフッ素系溶媒を使用することができる。また、溶媒としてフッ素系溶媒を使用した場合、これに融解させる保護膜材料には、例えばテフロン(登録商標)(Dupont社製のTEFLON AF2400など)などのような、フッ素系溶媒を構成する主な分子との溶解性を得やすいフッ素系樹脂材料を使用することが好ましい。また保護膜材料とフッ素系溶媒とを含む塗布液としてCytop CTL-809M(旭硝子社製)を用いることもできる。一般的にフッ素系樹脂材料は、半導体膜の構成材料が不溶であるフッ素系溶媒に可溶である性質を有するため、上記のようにフッ素系の材料を保護膜形成用の材料として組み合わせることで、より簡易に本実施の形態による半導体装置を製造することが可能となる。さらに、フッ素系樹脂材料は、半導体膜の構成材料とほとんど反応しないため、製造工程における安定性や、製品後の半導体装置の長寿命化などというメリットを得ることができる。
Then, on the upper surfaces of the
また、上部表面に第1の保護膜7a,7bが形成された半導体膜6a,6bの全表面を覆うように、第2の保護膜9が形成される。この第2の保護膜9は、第1の保護膜7a,7bと同様に、有機半導体膜6a,6bの構成材料が不溶である溶媒に溶解する材料、たとえばテフロン(登録商標)などのフッ素系樹脂材料を用いて形成される。このように、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9は、半導体膜6a,6b表面を全て覆うように形成されている。なお、第1の保護膜7a,7b上には、第1の保護膜7a,7b形成のために遮光膜8が形成される。
Further, the second
第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9は有機半導体膜6a,6bの構成材料が不溶である溶媒に溶解する材料を用いて形成されるため、半導体膜6a,6bの構成材料が第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9形成のために使用される溶媒に溶解することがないことから、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9形成時に半導体膜6a,6b表面に損傷が生じることがない。また、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9は半導体膜6a,6bとほとんど反応することがないため、この第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9が半導体膜6a,6bに損傷を与えることがない。そして、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9は、半導体膜6a,6b表面を全て覆うように形成されているため、層間絶縁膜10と半導体膜6a,6bとの接触を確実に防止できる。したがって、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9は、半導体膜6a,6bに損傷を与えることなく半導体膜6a,6bを安定して保護することができる。
Since the first
このように、図3に示す画素100においては、有機半導体膜6a,6bの構成材料が不溶である溶媒に溶解する材料を用いて第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9を形成することによって、スイッチングトランジスタ21および駆動トランジスタ22のチャネル層を適切に保持することができるため、スイッチングトランジスタ21および駆動トランジスタ22の信頼性を十分に保持することができる。
As described above, in the
つぎに、図3に示す画素100の製造方法について説明する。図4−1〜図4−8は、図3に示す画素100の製造方法を示す断面図である。まず、基板1直上に、ゲート電極2a,2b形成のために、スパッタ法、真空蒸着法などを用いて、金属膜、透明酸化物導電膜などを成膜した後、図4−1に示すように、フォトリソグラフィ法を用いてゲート電極2a,2bをパターニングする。基板1は、ガラス、プラスチックなどの絶縁基板であればよい。基板1は、柔軟性があり大きく変形させることが可能である、いわゆるフレキシブル基板であってもよい。また、画素100は、トップエミッション型であるため、基板1は必ずしも透明である必要はない。ゲート電極2a,2bは、Cr、Al、Cu、Ag、APC、Ti、TiN、Auなどの金属膜や、ITO,IZOなどの透明酸化物導電体などの導電性の高い導電体を含む材料を用いて形成される。ITO、ZTO、Ag、Au、Cuなどの無機酸化物半導体や金属で構成されるナノパーティクルを分散媒に分散させた塗布液を用いて、印刷法、インクジェットプリント法、スピンコート法などの塗布法によってゲート電極2a,2bを形成することも可能である。さらに、印刷法およびインクジェットプリント法を用いてゲート電極2a,2bを形成した場合には、フォトリソグラフィ工程を行なう必要がないため、マスク削減を図ることもできる。このゲート電極2a,2bは、たとえば200nmの膜厚で形成される。
Next, a method for manufacturing the
次いで、図4−2に示すように、撥液性の有機感光性樹脂などを材料としてゲート絶縁膜3を形成する。このゲート絶縁膜3は、各トランジスタの駆動能力を確保するために、好ましくは誘電率が1.5以上であり、500nm以下の膜厚で形成されることが望ましい。また、ゲート絶縁膜3は、十分に架橋されて1nm以下の平坦性が確保されていることが望ましい。ゲート絶縁膜3は、たとえばスピンコート法を含む塗布法など、材料に応じた方法を用いて形成される。また、ゲート絶縁膜3は、露光、現像後、250℃以下の熱処理によって形状保存が可能である材料が望ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, the
そして、図4−3に示すように、フォトリソグラフィ法などを用いて、ゲート電極2b上にコンタクトホール4aを形成する。基板洗浄および乾燥処理後、スピンコート法を用いて有機Agインクを基板1全面に塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて電極形状にパターニングすることによって、図4−4のように、コンタクト4と、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dとを一括形成する。このように、コンタクト4と、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dとを一括形成することによって、製造工程の簡略化を図ることが可能である。また、インクジョットプリント法、印刷法などを用いてコンタクト4とソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dとを形成することによって、マスク枚数の削減および工程数の削減を図ることも可能である。もちろん、コンタクト4と、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dとの形成のために、真空蒸着法、スパッタ法などを用いて、Auなどの仕事関数の高い金属膜、透明酸化物導電膜などを全面に成膜した後、フォトリソグラフィ法などを用いて、コンタクト4と、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dとをパターニングしてもよい。また、コンタクトホール4a内に導電性材料を埋め込んでコンタクト4を形成した後に、ソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dを形成してもよい。このソース電極5a,5c、ドレイン電極5b,5dは、たとえば500nmの膜厚で形成される。
Then, as illustrated in FIG. 4C, a
次いで、図4−5に示すように、ソース電極5a,5cとドレイン電極5b,5dとの間にチャネル層として機能する半導体膜6a,6bを形成する。半導体膜6a,6bは、例えばペンタセンやテトラベンゾポルフィリンの前駆体、13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene、2,7-Diphenyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene、6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene(通称:TIPS-pentacene)等を有する有機半導体材料によって形成される。半導体膜6a,6bは、塗布法など材料に応じた方法を用いて形成された後、フォトリソ法などを用いてパターニングされる。なお、インクジョットプリント法、印刷法などを用いて半導体膜6a,6bを形成することによって、マスク枚数の削減および工程数の削減を図ることも可能である。また、チャネル形成領域以外の領域に撥液処理を行なうとともにチャネル形成領域を親液性化した場合には、スピンコート法を用いて半導体膜6a,6bを選択的に形成することも可能になるため、マスク枚数の削減を図ることも可能である。この半導体膜6a,6bは、たとえば40〜100nmの膜厚で形成される。
Next, as shown in FIG. 4-5,
そして、テフロン(登録商標)などのフッ素系樹脂とフッ素系溶媒とを含む塗布液を塗布した後に溶媒を除去し、さらにチャネル形成領域にのみAlなどの遮光膜を形成し、この遮光膜をもとにフォトリソグラフィ法などを用いて、図4−6に示すように、半導体膜6a,6b上部表面に第1の保護膜7a,7bを形成する。もちろん、インクジョットプリント法、印刷法などを用いて第1の保護膜7a,7bを形成してもよい。この場合には、遮光膜8を形成する必要もなく、さらにマスク枚数の削減および工程数の削減を図ることができる。なお、この第1の保護膜7a,7bは、たとえば500nm〜1μmの膜厚で形成される。
Then, after applying a coating solution containing a fluorine resin such as Teflon (registered trademark) and a fluorine solvent, the solvent is removed, and a light shielding film such as Al is formed only in the channel formation region. In addition, as shown in FIG. 4-6, first
つぎに、図4−7に示すように、基板全面に、テフロン(登録商標)などのフッ素系樹脂を塗布して、第2の保護膜9を形成する。これらの第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9によって、半導体膜6a,6bの上部表面および側面表面の全てが覆われることとなる。そして、この第2の保護膜9上に、層間絶縁膜10を形成する。この層間絶縁膜10は、たとえば2〜10μmの膜厚の感光性樹脂によって形成される。次いで、フォトリソグラフィ法を用いて、図4−8に示すように、層間絶縁膜10にコンタクトホール11aを形成する。
4-7, a second
その後、コンタクトホール11a内に導電性材料を埋め込むことによって、図3に示すコンタクト11を形成する。そして、有機EL素子24のアノード電極12形成のために、真空蒸着法、スパッタ法などを用いて金属材料、透明酸化物導電材料などを全面に形成した後、フォトリソグラフィ法などを用いてアノード電極12および補助電極12bをパターニングする。このアノード電極12は、たとえばITO/Ag/ITOの積層膜によって形成される。なお、導電性材料の埋め込み処理を行なった後に、この導電性材料をそのまま電極形状にパターニングすることによって、コンタクト11と、アノード電極12および補助電極12bとを一括して形成してもよい。
Thereafter, the
次いで、層間膜15積層後、有機EL素子24を構成する有機膜13をアノード電極12上に塗布し、その後、透明または半透明の金属材料または酸化物導電体材料を用いてカソード電極14を形成する。このカソード電極14は、たとえばMgとAgとの合金材料によって形成される。そして、有機EL素子24保護用の透明膜または半透明膜の保護膜16を形成した後、上部基板17を保護膜16上に設けることによって、図3に示す画素100を得ることができる。なお、上部基板17に代えて、封止用の透明樹脂で保護膜16上を覆ってもよい。
Next, after the
このように、本実施の形態においては、塗布法を用いて第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9を形成する材料を成膜するため、必ずしも高度な真空プロセスを必要としないことから、装置構成の大きな装置を用いることなく簡易なプロセスで高信頼性の半導体素子を製造することができる。さらに、本実施の形態においては、各電極をナノパーティクル金属材料や有機Agなどを用いて形成する場合には、第1の保護膜7a,7bおよび第2の保護膜9までの全ての層を簡易な塗布法で形成することができるため、さらに簡易なプロセスで半導体素子を形成することができる上に半導体膜6a,6bに対するプロセス上のダメージをより低減することができる。
As described above, in the present embodiment, since the material for forming the first
なお、本実施の形態においては、いわゆるトップエミッション型の画素100を例に説明したが、これに限らず、いわゆるボトムエミッション型の構造を有する画素に使用したトランジスタに適用することももちろん可能である。
In this embodiment, the so-called top
また、本実施の形態においては、有機EL表示装置の発光素子である有機EL素子の発光動作を制御するトランジスタを例に説明したが、もちろんこれに限らず、RFIDタグ、商品タグ、メモリ素子、リングオシレーター、マイクロコンピューターなどのデジタル回路、アナログ回路の一部、若しくは全部に使用されるトランジスタであってもよく、トランジスタ上に他の素子を形成するものであればいずれにも適用可能である。 In the present embodiment, the transistor that controls the light emitting operation of the organic EL element that is the light emitting element of the organic EL display device has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the RFID tag, the product tag, the memory element, A transistor used for a digital circuit such as a ring oscillator or a microcomputer, or a part or all of an analog circuit may be used, and any transistor can be applied as long as it forms another element on the transistor.
以下の実施例および比較例では、以下の(1)(2)の2種類の有機半導体膜上に複数の種類の溶液をそれぞれ塗布し、塗布した溶液に対する各半導体膜の溶解性を観察した。さらに(2)については、有機半導体膜上に複数の種類の溶液をそれぞれ塗布する前後におけるトランジスタの特性を測定した。
(1)蒸着法により得られたPentaceneからなる半導体膜
(2)スピンコート法により塗布し、ベークにより十分に乾燥させて得られた6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene(通称:TIPS-pentacene)から成る半導体膜を備えるトランジスタ
In the following examples and comparative examples, a plurality of types of solutions were respectively applied on the following two types of organic semiconductor films (1) and (2), and the solubility of each semiconductor film in the applied solutions was observed. Further, for (2), the characteristics of the transistor before and after applying a plurality of types of solutions on the organic semiconductor film were measured.
(1) Semiconductor film made of Pentacene obtained by vapor deposition method (2) 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene (common name: TIPS-pentacene) obtained by applying by spin coating method and sufficiently drying by baking Transistor comprising a semiconductor film comprising
(実施例1)
Dupont社製TEFLON AF2400(フッ素系樹脂)を住友3M社製のフロリナート(フッ素系溶媒)に溶解させた塗布液1を(1)(2)の半導体膜にそれぞれ塗布したところ、各半導体膜は溶解しなかった。また、塗布液1を塗布する前後における(2)のトランジスタの半導体特性を測定し比較したところ、Ion/Ioff(トランジスタのON電流およびOFF電流)共に多少の特性変化は見られたが、正常なトランジスタ特性が確認できた。特性変化については、塗布液を乾燥させるために再度ベーク処理を行った影響もあると考えられる。
Example 1
When coating
(実施例2)
旭硝子社製Cytop CTL-809Mを各半導体膜にそれぞれ塗布したところ、各半導体膜は溶解しなかった。また、旭硝子社製Cytop CTL-809Mを塗布する前後における(2)のトランジスタの半導体特性を測定し比較したところ、Ion/Ioff共に多少の特性変化は見られたが、正常なトランジスタ特性が確認できた。特性変化については、塗布液を乾燥させるために再度ベーク処理を行った影響もあると考えられる。
(Example 2)
When Cytop CTL-809M manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was applied to each semiconductor film, each semiconductor film did not dissolve. In addition, when measuring and comparing the semiconductor characteristics of the transistor in (2) before and after applying Cytop CTL-809M manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., some characteristic changes were observed for both Ion and Ioff, but normal transistor characteristics were confirmed. It was. Regarding the characteristic change, it is considered that there is an influence of performing the baking process again to dry the coating solution.
(比較例)
アセトン、キシレン、THF(テトラヒドロフラン)、IPA(イソプロピルアルコール)およびフォトレジストを(1)(2)の半導体膜にそれぞれ塗布したところ、半導体膜にクラックが入るなど膜面に変化がみられた。フォトレジストとしては、PEGMEA(ポリエチレングリコールモノエチルアセテート)、シクロペンタノン、ガンマブチルラクトン、エタノール/ブタノール/酢酸ブチル等を溶媒として使用した市販のものを使用した。また、これらの溶液を塗布する前後における(2)のトランジスタの半導体特性を測定し比較したところ、トランジスタ動作は確認できなかった。また、確認できたとしてもIonが数桁低いなどの大幅な特性劣化が見られた。
(Comparative example)
When acetone, xylene, THF (tetrahydrofuran), IPA (isopropyl alcohol) and a photoresist were applied to the semiconductor films of (1) and (2), changes were observed on the film surface such as cracks in the semiconductor film. As the photoresist, a commercially available one using PEGMEA (polyethylene glycol monoethyl acetate), cyclopentanone, gamma butyl lactone, ethanol / butanol / butyl acetate or the like as a solvent was used. Further, when the semiconductor characteristics of the transistor (2) before and after the application of these solutions were measured and compared, transistor operation could not be confirmed. Even if it was confirmed, there was a significant deterioration in characteristics such as Ion being several orders of magnitude lower.
1 基板
2a,2b ゲート電極
3 ゲート絶縁膜
4,11 コンタクト
4a,11a コンタクトホール
5a,5c ソース電極
5b,5d ドレイン電極
6a,6b 半導体膜
7a,7b 第1の保護膜
9 第2の保護膜
8 遮光膜
10 層間絶縁膜
12 アノード電極
13 有機膜
14 カソード電極
16 保護膜
17 上部基板
21 スイッチングトランジスタ
22 駆動トランジスタ
24 有機EL素子
100 画素
DESCRIPTION OF
Claims (6)
ソース電極およびドレイン電極を形成するソース/ドレイン電極形成工程と、
有機半導体材料を用いて有機半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、
前記有機半導体膜の表面上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
を含み、
前記保護膜形成工程では、保護膜材料とフッ素系溶媒とを含む塗布液を前記有機半導体膜表面に塗布することによって前記保護膜を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。 A gate electrode forming step of forming a gate electrode;
A source / drain electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode;
A semiconductor film forming step of forming an organic semiconductor film using an organic semiconductor material;
A protective film forming step of forming a protective film on the surface of the organic semiconductor film;
Including
In the protective film forming step, the protective film is formed by applying a coating liquid containing a protective film material and a fluorine-based solvent on the surface of the organic semiconductor film.
前記保護膜は、フッ素系樹脂によって構成されることを特徴とする半導体素子。 A gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an organic semiconductor film, and a protective film provided on the surface of the organic semiconductor film;
The said protective film is comprised with a fluorine resin, The semiconductor element characterized by the above-mentioned.
前記半導体素子によって駆動される発光素子と、
を備えることを特徴とする表示装置。 A semiconductor element according to claim 3 or 4,
A light emitting element driven by the semiconductor element;
A display device comprising:
該基板上に設けられる請求項3または4記載の複数の半導体素子と、
を備えることを特徴とする駆動用基板。 A substrate,
A plurality of semiconductor elements according to claim 3 or 4 provided on the substrate;
A driving substrate comprising:
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