JP2018064033A - 半導体装置、表示装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の特性の低下を抑えることが可能な半導体装置、この半導体装置を用いた表示装置および電子機器を提供する。【解決手段】基板と、前記基板上に設けられた導電膜と、前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜とを備えた半導体装置。【選択図】図１

Description

本技術は、基板上に半導体素子を有する半導体装置、この半導体装置を用いた表示装置および電子機器に関する。

近年、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ:Thin Film Transistor）等の半導体素子は、様々な分野の電子機器に活用されている（例えば、特許文献１，２）。半導体素子を含む半導体装置では、しばしば有機絶縁膜が使用される。

特開２０１３−２３５５９８号公報 特開２０１４−１０３４１０号公報

このような半導体装置では、薄膜トランジスタ等の半導体素子の特性の低下を抑えることが望まれている。

半導体素子の特性の低下を抑えることが可能な半導体装置、この半導体装置を用いた表示装置および電子機器を提供することが望ましい。

本技術の一実施の形態に係る半導体装置は、基板と、基板上に設けられた導電膜と、導電膜を間にして、基板上に設けられた半導体素子と、半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜とを備えたものである。

本技術の一実施の形態に係る表示装置は、基板と、基板上に設けられた導電膜と、導電膜を間にして、基板上に設けられた半導体素子と、半導体素子と導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と、半導体素子上に設けられ、複数の画素を含む表示素子層とを備えたものである。

本技術の一実施の形態に係る電子機器は、上記本技術の表示装置を備えたものである。

本技術の一実施の形態に係る半導体装置、表示装置および電子機器では、半導体素子と導電膜との間に、多孔質性の有機絶縁膜を用いているので、無孔性の有機絶縁材料を用いた場合と比較して有機絶縁膜の比誘電率が低くなる。

本技術の一実施の形態に係る半導体装置、表示装置および電子機器によれば、多孔質性の有機絶縁膜を設けるようにしたので、基板上の導電膜と半導体素子との不要な相互作用を抑えることができる。よって、半導体素子の特性の低下を抑えることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。

本技術の一実施の形態に係る表示装置の概略構成を表す断面模式図である。 図１に示した半導体装置の構成を表す断面図である。 図２に示した有機絶縁膜の他の例について説明するための断面図である。 図１に示した表示装置の配線構成を説明するための平面模式図である。 図１に示した表示装置の製造方法の一工程を表す断面模式図である。 図５Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図５Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図５Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図５Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図６Ａに続く工程を表す断面模式図である。 比較例に係る半導体装置の概略構成を表す断面模式図である。 変形例に係る半導体装置の概略構成を表す断面模式図である。 図８に示した電界遮蔽層の構成について説明するための平面図である。 表示装置の機能構成を表すブロック図である。 撮像装置の構成を表すブロック図である。 電子機器の構成を表すブロック図である。

以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（多孔質の有機絶縁膜を有する表示装置の例）
２．変形例（電界遮蔽層（導電膜）が選択的な領域に設けられている例）
３．表示装置の機能構成例
４．撮像装置の例
５．電子機器の例

＜実施の形態＞
［構成］
図１は、本技術の一実施の形態に係る表示装置（表示装置１）の断面構成を模式的に表したものである。表示装置１は、例えば有機電界発光（ＥＬ：Electro-Luminescence）装置であり、半導体装置１０上に表示素子層１５を備えたものである。

図２は、半導体装置１０の構成を表している。半導体装置１０は、基板１１上に、例えば電界遮蔽層１２、絶縁膜１３およびＴＦＴ層１４をこの順に有している。ＴＦＴ層１４にはＴＦＴ１０ａが設けられている。基板１１の裏面（電界遮蔽層１２が形成されている面と反対側の面）には、金属薄膜１６が形成されている（図１）。

基板１１は、例えば可撓性基板（可撓性を有する基板）である。この基板１１の構成材料としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート），ＰＩ（ポリイミド），ＰＣ（ポリカーボネート）またはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などの樹脂材料が挙げられる。この他にも、例えばポリアミド、ＳＯＧ（スピンオングラス：spin-on-glass）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等が挙げられる。また、樹脂材料に限らず、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属膜に絶縁材料を成膜したものが用いられてもよい。あるいは、基板１１は、例えばガラスなどのリジッドな材料から構成されていても構わない。

電界遮蔽層１２は、例えば基板１１の全面にわたり連続して設けられ、固定電位に保持されている（電界遮蔽層１２には固定電位が供給されている）。具体的には、電界遮蔽層１２は、グランド（ＧＮＤ）電位（例えば０Ｖ）に保持される。詳細は後述するが、このような電界遮蔽層１２を設けることにより、バイアスストレスに起因するＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えることができる。ここでは電界遮蔽層１２が、本技術の「導電膜」の一具体例である。

電界遮蔽層１２の構成材料としては、導電膜、望ましくは透明導電膜が挙げられる。透明導電膜としては、例えば、インジウム，ガリウム，亜鉛，スズ，チタンおよびニオブ等のうちの少なくとも１種の元素の酸化物を主成分として含む酸化物半導体が挙げられる。中でも、透明導電膜として、例えば６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光を吸収しにくい材料、または縮体半導体が用いられることが望ましい。一例としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ｎ型の不純物が高濃度で拡散されたアモルファスシリコン（ｎ⁺型ａ−Ｓｉ）が挙げられる。電界遮蔽層１２は、これらの材料を含む単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。このような透明導電膜が用いられることにより、上層、例えばＴＦＴ層１４および表示素子層１５等に形成された金属配線において、欠陥箇所を修復する際（レーザーリペアの際）に、レーザ光による破損を生じにくくすることができる。但し、電界遮蔽層１２としては、上述した透明導電膜に限らず、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられても構わない。

電界遮蔽層１２の厚みは、例えば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、具体的には２０ｎｍである。電界遮蔽層１２のシート抵抗は、例えば１Ω／ｃｍ²以上１ＭΩ／ｃｍ²以下であり、特に本実施の形態のように絶縁膜１３が有機絶縁膜１３Ａを含む場合、１ｋΩ／ｃｍ²以上（例えば１ｋΩ／ｃｍ²程度）であることが望ましい。シート抵抗の値が１ｋΩ／ｃｍ²以上であることにより、ＴＦＴ層１４における不良箇所からのリーク電流に起因する焼損を抑制できるためである。

絶縁膜１３は、例えば電界遮蔽層１２を覆い、基板１１の全面にわたって設けられている。この絶縁膜１３は、電界遮蔽層１２の側から順に、有機絶縁膜１３Ａと、無機絶縁膜１３Ｂとを有している。例えば、有機絶縁膜１３Ａおよび無機絶縁膜１３Ｂがともに、基板１１の全面にわたって設けられている。

有機絶縁膜１３Ａは、電界遮蔽層１２を覆うように形成され、例えば電界遮蔽層１２が形成された基板１１の表面を平坦化する役割を担っている。本実施の形態では、この有機絶縁膜１３Ａが多孔質性の有機絶縁材料により構成されており、複数の気孔（空隙）１３ＡＰを含んでいる。詳細は後述するが、これにより有機絶縁膜１３Ａの比誘電率が下がり、ＴＦＴ１０ａの特性の低下を抑えることができる。

有機絶縁膜１３Ａは、例えば多孔質性のポリイミドまたはシロキサン系化合物等の有機絶縁材料により構成されている。気孔１３ＡＰの孔径は、ｎｍ単位であってもよく、μｍ単位であってもよい。気孔１３ＡＰの孔径は、例えば０．１μｍ〜５μｍである。有機絶縁膜１３Ａの気孔率は例えば３０％〜８０％である。有機絶縁膜１３Ａの厚みは例えば４μｍ以上２０μｍ以下である。

図３に示したように、有機絶縁膜１３Ａは平坦な最表層１３Ａ−１を有していてもよい。最表層１３Ａ−１は、有機絶縁膜１３Ａのうち、無機絶縁膜１３Ｂとの界面に設けられており、気孔１３ＡＰを有していない部分である。平坦な最表層１３Ａ−１は気孔１３ＡＰに起因した凹凸がないので、無機絶縁膜１３Ｂと良好な界面を形成することができる。

無機絶縁膜１３Ｂは、ＴＦＴ層１４と有機絶縁膜１３Ａとの間に設けられ、ＴＦＴ層１４の半導体層１４１（後述）の下面に接している。無機絶縁膜１３Ｂは、例えば半導体層１４１との間で良好な界面を形成する役割を担っている。この無機絶縁膜１３Ｂは、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_x），窒化シリコン（ＳｉＮ），酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）およびリン（Ｐ）がドープされたＳｉＯのうちの少なくとも１種を含む単層膜または積層膜である。また、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）が用いられてもよい。無機絶縁膜１３Ｂの厚みは、例えば２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。

ＴＦＴ層１４のＴＦＴ１０ａは、例えば、トップゲート型の薄膜トランジスタであり、絶縁膜１３上の選択的な領域に半導体層１４１を有している。この半導体層１４１上に、ゲート絶縁膜１４２を介してゲート電極１４３が形成されている。これらの半導体層１４１、ゲート絶縁膜１４２およびゲート電極１４３を覆うように、保護膜１４４と層間絶縁膜１４６Ａとが設けられている。保護膜１４４および層間絶縁膜１４６Ａには、半導体層１４１の一部に対向して、コンタクトホールＨ１が設けられている。層間絶縁膜１４６Ａ上には、そのコンタクトホールＨ１を埋め込むように、ソース・ドレイン電極１４５が形成され、これらの層間絶縁膜１４６Ａおよびソース・ドレイン電極１４５を覆って、層間絶縁膜１４６Ｂが形成されている。ＴＦＴ１０ａが、本技術の「半導体素子」の一具体例に相当する。

半導体層１４１は、絶縁膜１３上にパターン形成されている。この半導体層１４１は、ゲート電極１４３と対向する領域にチャネル領域（活性層）を含んでいる。半導体層１４１は、例えば、インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），亜鉛（Ｚｎ），スズ（Ｓｎ），チタン（Ｔｉ）およびニオブ（Ｎｂ）等のうちの少なくとも１種の元素の酸化物を主成分として含む酸化物半導体から構成されている。具体的には、酸化インジウム錫亜鉛（ＩＴＺＯ），酸化インジウムガリウム亜鉛（ＩＧＺＯ: ＩｎＧａＺｎＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ），酸化インジウムガリウム（ＩＧＯ），酸化インジウム錫（ＩＴＯ）および酸化インジウム（ＩｎＯ）等が挙げられる。あるいは、半導体層１４１は、低温多結晶シリコン（ＬＴＰＳ）または非結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）等から構成されていても構わない。

ゲート絶縁膜１４２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_x）、窒化シリコン（ＳｉＮ_x）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）および酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）等のうちの１種よりなる単層膜、またはそれらのうちの２種以上よりなる積層膜から構成されている。

ゲート電極１４３は、印加されるゲート電圧（Ｖｇ）によって半導体層１４１中のキャリア密度を制御すると共に、電位を供給する配線としての機能を有するものである。このゲート電極１４３の構成材料は、例えば、チタン（Ｔｉ），タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），アルミニウム（Ａｌ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），ネオジウム（Ｎｄ）および銅（Ｃｕ）のうちの１種を含む単体および合金が挙げられる。あるいは、それらのうちの少なくとも１種を含む化合物および２種以上を含む積層膜であってもよい。また、例えばＩＴＯ等の透明導電膜が用いられても構わない。

保護膜１４４は、例えば酸化チタン，酸化アルミニウム，酸化インジウムまたは酸化スズ等により構成され、水蒸気バリア膜として機能するものである。

層間絶縁膜１４６Ａ，１４６Ｂは、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）、ノボラック系樹脂等の有機材料により構成されている。あるいは、層間絶縁膜１４６Ａには、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜および酸化アルミニウム等の無機材料が用いられてもよい。

ソース・ドレイン電極１４５は、ＴＦＴ１０ａのソースまたはドレインとして機能するものであり、例えば、上記ゲート電極１４３の構成材料として列挙したものと同様の金属または透明導電膜を含んで構成されている。このソース・ドレイン電極１４５としては、電気伝導性の良い材料が選択されることが望ましい。

表示素子層１５は、複数の画素（後述の図４の画素ＰＸＬ）を含むと共に、ＴＦＴ１０ａが複数配置されたバックプレーンにより表示駆動される表示素子を含んでいる。表示素子としては、例えば有機ＥＬ素子などが挙げられる。有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ層１４側から順に、例えばアノード電極、有機電界発光層およびカソード電極を有する。アノード電極は、ＴＦＴ１０ａのソース・ドレイン電極１４５に接続されている。カソード電極には、例えば後述の配線ＷＬ２などを通じて、各画素に共通のカソード電位が供給されるようになっている。

金属薄膜１６は、例えば基板１１が可撓性基板（有機材料からなる基板）である場合等に、基板１１の保護および補強等を目的として基板１１の裏面側に貼り合わせられるものである。基板１１が金属膜を用いて構成される場合やガラスなどから構成される場合には、この金属薄膜１６は設けられていなくともよい。

図４は、表示装置１の配線構成（バックプレーンの構成）を説明するための平面模式図である。

基板１１上の表示領域１１０Ａには、Ｙ方向に沿って配線ＷＬ１が、Ｘ方向に沿って配線ＷＬ２がそれぞれ配置されている。表示領域１１０Ａの周辺領域１１０Ｂには、配線ＷＬ１，ＷＬ２に電位を供給するための端子部１２０，１２１が配置されている。

配線ＷＬ１，ＷＬ２は、例えば信号線、走査線、電源線および共通電位線などのうちのいずれかとして機能するものであり、これらの配線ＷＬ１，ＷＬ２の交わる点が１つの画素ＰＸＬに相当する。配線ＷＬ１，ＷＬ２は、表示領域１１０Ａから周辺領域１１０Ｂまで延設されており、周辺領域１１０Ｂにおいて、端子部１２０，１２１に接続されている。配線ＷＬ２は、例えば共通電位線（カソード線）を含み、周辺領域１１０Ｂにおいて、端子部１２０に接続されている。配線ＷＬ１は例えば配線ＷＬ１１，ＷＬ１２を含んでおり（後述の図９参照）、配線ＷＬ１１が電源線、配線ＷＬ１２が信号線として機能する。

端子部１２０，１２１は、配線ＷＬ１，ＷＬ２に電位を供給するためのものであり、図示しない電源に接続される。これらのうち、端子部１２０は、例えばカソード電位等の固定電位を供給する端子部を含んでいる。ここでは、端子部１２０，１２１が、矩形状の基板１１の２辺に設けられている構成を例示しているが、端子部１２０，１２１は、基板１１の１辺にのみ設けられていてもよいし、３辺または４辺に設けられていても構わない。

図４にはＴＦＴ１０ａを図示していないが、ここでは、１つの画素ＰＸＬに１つのＴＦＴ１０ａが配置された場合を想定している。但し、ＴＦＴ１０ａの数は限定されず、１つの画素ＰＸＬに、２以上のＴＦＴ１０ａが配置されていてもよい。

［製造方法］
上記のような表示装置１は、例えば次のようにして製造することができる。図５Ａ〜図６Ｂは、表示装置１の製造プロセスを工程順に表したものである。

まず、図５Ａに示したように、例えば可撓性基板よりなる基板１１の裏面に、ガラスなどよりなる支持基板２１０を貼り合わせた後、基板１１上に、上述した材料（例えば透明導電膜材料）よりなる電界遮蔽層１２を成膜する。成膜手法としては、例えばスパッタ法が挙げられ、膜厚は例えば２０ｎｍとすることができる。

続いて、図５Ｂに示したように、電界遮蔽層１２上に、上述した材料および厚みよりなる多孔質性の有機絶縁膜１３Ａを形成する。この際、例えばスピンコート法により上記多孔質性の有機絶縁材料を塗布した後、例えば所定の温度で焼成処理を行うことで、気孔１３ＡＰを有する有機絶縁膜１３Ａを形成することができる。例えば、この焼成処理により平坦な最表層１３Ａ−１が形成されてもよい。

続いて、図５Ｃに示したように、有機絶縁膜１３Ａ上に、上述した材料および厚みよりなる無機絶縁膜１３Ｂを形成する。形成手法としては、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法が挙げられる。

次に、図５Ｄに示したように、ＴＦＴ層１４を形成する。一例としては、図２に示したＴＦＴ１０ａを形成する。具体的には、まず、絶縁膜１３上に上述した材料（例えば酸化物半導体）よりなる半導体層１４１を、例えばスパッタ法等により成膜した後、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、所定の形状にパターニングする。続いて、上述した材料よりなるゲート絶縁膜１４２を、例えばＣＶＤ法等を用いて成膜する。この後、ゲート絶縁膜１４２上に、上述した材料からなるゲート電極１４３を、パターン形成した後、このゲート電極１４３をマスクとしてゲート絶縁膜１４２をエッチングすることでゲート絶縁膜１４２をパターニングする。続いて、保護膜１４４および層間絶縁膜１４６Ａを形成した後、半導体層１４１の一部に対向する領域に、コンタクトホールＨ１を形成する。この後、層間絶縁膜１４６Ａ上に、コンタクトホールＨ１を埋め込むように、上述した金属材料よりなるソース・ドレイン電極１４５を形成する。これにより、ＴＦＴ１０ａを形成することができる。

続いて、図６Ａに示したように、ＴＦＴ層１４上に、表示素子層１５を形成する。例えば表示素子層１５が有機ＥＬ素子を含む場合には、ＴＦＴ層１４上に、例えばアノード電極、有機電界発光層、およびカソード電極を含む表示素子層１５を形成する。

次に、図６Ｂに示したように、支持基板２１０の裏面側からレーザ光Ｌを照射して支持基板２１０を基板１１から剥離する。所謂ＬＬＯ（Laser Lift Off）の工程である。このとき、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａでは、気孔１３ＡＰによりレーザ光Ｌによる衝撃が緩和される。これにより、ＴＦＴ１０ａの特性および信頼性の低下を抑えることができる。最後に、基板１１の裏面に金属薄膜１６を形成することにより、図１に示した表示装置１が完成する。

［作用、効果］
本実施の形態の表示装置１では、外部から入力される映像信号に基づいて、表示素子層１５の各画素が表示駆動され、映像表示がなされる。このとき、半導体装置１０のＴＦＴ層１４では、例えば画素毎にＴＦＴ１０ａが電圧駆動される。具体的には、ある画素のＴＦＴ１０ａのゲート電極１４３に閾値電圧以上の電圧が供給されると、半導体層１４１が活性化され（チャネルを形成し）、これにより、一対のソース・ドレイン電極１４５間に電流が流れる。

本実施の形態の半導体装置１０では、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との間に多孔質性の有機絶縁膜１３Ａが設けられているので、無孔性の有機絶縁膜（後述の図７の有機絶縁膜１３０Ａ）を設けた場合と比べて、電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの不要な相互作用を抑えることができる。以下、これについて比較例を用いて説明する。

図７は、比較例にかかる半導体装置（半導体装置１００）の断面構成を表したものである。この半導体装置１００は、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との間に無孔性の有機絶縁膜（有機絶縁膜１３０Ａ）を有するものである。

半導体装置１０，１００に設けられた電界遮蔽層１２は、バイアスストレスに起因するＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えるためのものである。以下、これについて説明する。

ＴＦＴのゲート電極に閾値電圧以上の電圧を印加し、ソース・ドレイン電極間に電流が流れると、基板と半導体層との間に電界が生じる。電界遮蔽層１２が設けられていない場合には、この電界が基板に到達し、基板内で原因物質の発生が誘起される。あるいは、基板表面に電荷が発生する。このような原因物質や電荷が半導体層に影響を及ぼすので、バイアスストレスに起因したＴＦＴの閾値電圧の変動が生じる。

一方、半導体装置１０，１００では、基板１１とＴＦＴ１０ａとの間に電界遮蔽層１２が設けられているので、上記の電界が遮蔽される。即ち、電界に起因した基板１１内での原因物質の発生や基板１１表面の電荷の発生を防ぐことができる。よって、バイアスストレスに起因するＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えることができる。

しかしながら、半導体装置１００では、この電界遮蔽層１２に起因してＴＦＴ１０ａの特性が低下する虞がある。具体的には、電界遮蔽層１２と半導体層１４１，ゲート電極１４３またはソース・ドレイン電極１４５との間の寄生容量の発生や、電界遮蔽層１２に起因したバックチャネル効果である。ここで、バックチャネル効果とは、電界遮蔽層１２のグランド電位が、意図せずに半導体層１４１の電位を下げることから、ゲート電極１４３によるキャリア誘起の妨げとなり、結果的に閾値電圧を高電圧化してしまう現象である。一般的に知られているデュアルゲート構造のＴＦＴのように、電界遮蔽層１２がバックチャネル側から制御する第２のゲート電極として機能し、そこへ０Ｖが印加された状態と等価となる。この結果、所望のドレイン電流を得るために本来のゲート電極１４３へ印加される電圧が上昇し、デバイス全体としても消費電力の増加を招くことになる。

これに対し、半導体装置１０では、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との間に、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａが設けられている。換言すれば、有機絶縁膜１３Ａが複数の気孔１３ＡＰを含んでいる。無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａの比誘電率は低くなる。これにより、電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの間の寄生容量は小さくなり、電界遮蔽層１２に起因したバックチャネル効果も小さくなる。

また、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との間に、有機絶縁膜１３Ａとともに無機絶縁膜１３Ｂが設けられているので、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との距離を十分に保ち、寄生容量および電界遮蔽層１２に起因したバックチャネル効果の影響をより小さくすることができる。

このように、本実施の形態の半導体装置１０では、電界遮蔽層１２によりバイアスストレスに起因するＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えるとともに、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａにより電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの間の不要な相互作用を抑えることができる。よって、ＴＦＴ１０ａの特性の低下を抑えることができる。

以上説明したように本実施の形態では、電界遮蔽層１２とＴＦＴ層１４との間に多孔質性の有機絶縁膜１３Ａを設けるようにしたので、ＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えるとともに、ＴＦＴ１０ａの特性の低下を抑えることができる。

また、有機絶縁膜１３Ａが平坦な最表層１３Ａ−１を有することにより、無機絶縁膜１３Ｂとの間に良好な界面が形成される。これにより、半導体装置１０の特性および信頼性を高めるとともに、欠陥の発生を抑えることができる。

更に、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて、断熱性が高いので製造プロセスの高温化が可能となる。高温での製造が可能となることにより、半導体特性を向上させることができる。

加えて、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて、内部応力が低いので、製造工程での有機絶縁膜１３Ａの膜剥がれを防ぐことができる。また、膜剥がれしにくいことにより、有機絶縁膜１３Ａの厚みを大きくして、電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの寄生容量をより小さくすることも可能となる。更に、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、曲げ等の力が加えられた場合にも気孔１３ＡＰがつぶれるので、表示素子層１５への衝撃が抑えられる。よって、折り曲げ可能な表示装置１に好適である。加えて、前述のように、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａでは、レーザ光Ｌを照射する際（図６Ｂ）に、その衝撃が緩和される。具体的には、レーザ光Ｌを照射した際には、可撓性の基板１１が昇華して衝撃波が発生するが、この衝撃波が気孔１３ＡＰに吸収されるので、表示素子層１５には伝播しにくくなる。したがって、ＬＬＯ工程を要する表示装置、即ち、可撓性の基板１１を有する表示装置１に好適である。

以下の表１は、多孔質性のポリイミドからなる有機絶縁膜１３Ａの特性を表したものである（タイプＡ〜Ｃ）。これらタイプＡ〜Ｃの多孔質性の有機絶縁膜１３Ａと、タイプＤの無孔性の有機絶縁膜１３０Ａとの物性を以下の表２〜４で比較する。

タイプＡの有機絶縁膜１３Ａは、気孔１３ＡＰの孔径が１μｍ〜数μｍ、気孔率が６０〜８０％、最表面にも開孔を有し、固形分が〜１５ｗｔ％、粘度が０．１Ｐa・ｓ〜１０Ｐa・ｓのものである。タイプＢの有機絶縁膜１３Ａは、気孔１３ＡＰの孔径が１μｍ〜数μｍ、気孔率が５０〜８０％、最表面に開孔は無く（図３の最表層１３Ａ−１を有する）、固形分が〜２５ｗｔ％、粘度が０．１Ｐa・ｓ〜１００Ｐa・ｓのものである。タイプＣの有機絶縁膜１３Ａは、気孔１３ＡＰの孔径が〜３００ｎｍ、気孔率が３０〜７０％、最表面にも開孔を有し、固形分が〜２０ｗｔ％、粘度が０．１Ｐa・ｓ〜１００Ｐa・ｓのものである。上記の粘度は全て３０℃のものである。

表２は、タイプＣの有機絶縁膜１３Ａの誘電率と無孔性の有機絶縁膜１３０Ａ（タイプＤ）の誘電率とを表している。

タイプＤの有機絶縁膜１３０Ａの誘電率は３．２であったのに対し、タイプＣの有機絶縁膜１３Ａ（気孔率６５％）の誘電率は１．７０であった。このように、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて誘電率が下がる。このため、有機絶縁膜１３Ａを用いることにより、電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの間の寄生容量は小さくなり、電界遮蔽層１２に起因したバックチャネル効果も小さくなる。

表３は、タイプＢの有機絶縁膜１３Ａの熱伝導率とタイプＤの有機絶縁膜１３０Ａの熱伝導率とを表したものである。

タイプＤの有機絶縁膜１３０Ａの熱伝導率は０．１９Ｗ／ｍ・Ｋであったのに対し、タイプＢの有機絶縁膜１３Ａ（気孔率７０％）の熱伝導率は０．０５２Ｗ／ｍ・Ｋであった。このように、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて熱伝導率が小さくなる。このような断熱性の高い有機絶縁膜１３Ａでは、製造プロセスを高温化することが可能となる。

表４は、タイプＢの有機絶縁膜１３Ａの弾性率とタイプＤの有機絶縁膜１３０Ａの弾性率とを表したものである。

タイプＤの有機絶縁膜１３０Ａの弾性率は２７６０ＭＰａであったのに対し、タイプＢの有機絶縁膜１３０Ａ（気孔率７３％，５５％）の弾性率は５００ＭＰａ，９６０ＭＰａであった。このように、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａは、無孔性の有機絶縁膜１３０Ａに比べて弾性率が低くなる。即ち、内部応力が低くなるので、製造工程における膜剥がれを防ぐことができる。また、膜剥がれが生じにくい半導体装置１０では、有機絶縁膜１３０Ａの厚みを大きくしやすいので、より、電界遮蔽層１２とＴＦＴ１０ａとの間の寄生容量を小さくすることができる。

以下、本実施の形態の変形例について説明するが、以降の説明において上記実施の形態と同一構成部分については同一符号を付してその説明は適宜省略する。

＜変形例＞
図８は、上記実施の形態の変形例に係る半導体装置（半導体装置１０Ａ）の断面構成を表したものである。この半導体装置１０Ａの電界遮蔽層（電界遮蔽層１２Ａ）は、基板１１上の選択的な領域に設けられている。この点を除き、半導体装置１０Ａは上記実施の形態の半導体装置１０と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。

図９は、配線ＷＬ１，ＷＬ２とともに電界遮蔽層１２Ａの平面構成を表したものである。電界遮蔽層１２Ａは、例えば、島状部分１２Ａａと、この島状部分１２Ａａと電気的に接続された配線部分１２Ａｂとを有している。島状部分１２Ａａは、例えば画素ＰＸＬ毎に設けられ、例えばＴＦＴ１０ａの半導体層１４１と平面視的に重なる形状を有している。配線部分１２Ａｂは、画素ＰＸＬ毎に、例えばＸ方向（配線ＷＬ２と平行な方向）に沿って延在している。各配線部分１２Ａｂに、１列分の画素ＰＸＬに設けられた島状部分１２Ａａが連結されている。電界遮蔽層１２Ａも、電界遮蔽層１２と同様に、固定電位に保持されている。

この半導体装置１０Ａは、上記半導体装置１０と同様に、電界遮蔽層１２Ａにより、バイアスストレスに起因するＴＦＴ１０ａの閾値電圧の変動を抑えるとともに、多孔質性の有機絶縁膜１３Ａにより、電界遮蔽層１２ＡとＴＦＴ１０ａとの間の不要な相互作用を抑えることができる。更に、基板１１上の選択的な領域に設けられた電界遮蔽層１２Ａは、電界遮蔽層１２ＡとＴＦＴ１０ａとの間の寄生容量および、配線ＷＬ１と配線部分１２Ａｂとが交差する領域の寄生容量を小さくすることができる。

＜機能構成例＞
図１０は、上記実施の形態等において説明した表示装置１の機能ブロック構成を表すものである。

表示装置１は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、映像として表示するものであり、上述した有機ＥＬディスプレイの他にも、例えば液晶ディスプレイなどにも適用される。表示装置１は、例えばタイミング制御部２１と、信号処理部２２と、駆動部２３と、表示画素部２４とを備えている。

タイミング制御部２１は、各種のタイミング信号（制御信号）を生成するタイミングジェネレータを有しており、これらの各種のタイミング信号を基に、信号処理部２２等の駆動制御を行うものである。信号処理部２２は、例えば、外部から入力されたデジタルの映像信号に対して所定の補正を行い、それにより得られた映像信号を駆動部２３に出力するものである。駆動部２３は、例えば走査線駆動回路および信号線駆動回路などを含んで構成され、各種制御線を介して表示画素部２４の各画素を駆動するものである。表示画素部２４は、例えば有機ＥＬ素子または液晶表示素子等の表示素子（上述の表示素子層１５）と、表示素子を画素毎に駆動するための画素回路とを含んで構成されている。これらのうち、例えば、駆動部２３または表示画素部２４の一部を構成する各種回路に、上述のＴＦＴ１０ａが用いられる。

＜表示装置以外の適用例＞
上記実施の形態等では、有機絶縁膜１３Ａを有する半導体装置１０，１０Ａの適用例として表示装置１を例に挙げて説明したが、半導体装置１０，１０Ａは、表示装置１の他にも、図１１に示したような撮像装置（撮像装置２）に用いられてもよい。

撮像装置２は、例えば画像を電気信号として取得する固体撮像装置であり、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)またはＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどから構成されている。撮像装置２は、例えばタイミング制御部２５と、駆動部２６と、撮像画素部２７と、信号処理部２８とを備えている。

タイミング制御部２５は、各種のタイミング信号（制御信号）を生成するタイミングジェネレータを有しており、これらの各種のタイミング信号を基に、駆動部２６の駆動制御を行うものである。駆動部２６は、例えば行選択回路、ＡＤ変換回路および水平転送走査回路などを含んで構成され、各種制御線を介して撮像画素部２７の各画素から信号を読み出す駆動を行うものである。撮像画素部２７は、例えばフォトダイオードなどの撮像素子（光電変換素子）と、信号読み出しのための画素回路とを含んで構成されている。信号処理部２８は、撮像画素部２７から得られた信号に対して様々な信号処理を施すものである。これらのうち、例えば、駆動部２６または撮像画素部２７の一部を構成する各種回路に、上述のＴＦＴ１０ａが用いられる。

＜電子機器の例＞
上記実施の形態等において説明した表示装置１（または撮像装置２）は、様々なタイプの電子機器に用いることができる。図１２に、電子機器３の機能ブロック構成を示す。電子機器３としては、例えばテレビジョン装置、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、スマートフォン、タブレット型ＰＣ、携帯電話機、デジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等が挙げられる。

電子機器３は、例えば上述の表示装置１（または撮像装置２）と、インターフェース部３０とを有している。インターフェース部３０は、外部から各種の信号および電源等が入力される入力部である。このインターフェース部３０は、また、例えばタッチパネル、キーボードまたは操作ボタン等のユーザインターフェースを含んでいてもよい。

以上、実施の形態等を挙げて説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等に記載した各層の材料および厚みは列挙したものに限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよい。

また、上記実施の形態等では、トップゲート構造のＴＦＴ１０ａを例示したが、本技術はボトムゲート構造のＴＦＴ１０ａを有する半導体装置にも適用可能である。

更に、上記実施の形態等では、ＴＦＴ１０ａ（ＴＦＴ層１４）を含む半導体装置１０，１０Ａを例に挙げて説明したが、本技術の半導体装置は、ＴＦＴ以外の半導体素子を有するものであってもよい。ＴＦＴ以外の半導体素子は、例えば、容量素子または光電変換素子などの電極を有する様々なタイプの半導体素子である。

加えて上記実施の形態等では、電界遮蔽層１２，１２ＡとＴＦＴ層１４との間に、有機絶縁膜１３Ａおよび無機絶縁膜１３Ｂを有する絶縁膜１３を設けた場合について説明したが、絶縁膜１３がそれぞれ２層以上の有機絶縁膜および無機絶縁膜を有していてもよい。

上記実施の形態等において説明した効果は一例であり、本開示の効果は、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

尚、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
基板と、
前記基板上に設けられた導電膜と、
前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と
を備えた半導体装置。
（２）
更に、前記有機絶縁膜と前記半導体素子との間の無機絶縁膜を有する
前記（１）記載の半導体装置。
（３）
前記無機絶縁膜および前記有機絶縁膜は、前記基板の全面に設けられている
前記（２）記載の半導体装置。
（４）
前記半導体素子は、前記無機絶縁膜上の半導体層を有する薄膜トランジスタである
前記（２）または（３）記載の半導体装置。
（５）
前記半導体素子は、前記無機絶縁膜上に、前記半導体層、ゲート絶縁膜およびゲート電極をこの順に有する
前記（４）記載の半導体装置。
（６）
前記導電膜は、前記基板の選択的な領域に設けられている
前記（４）または（５）記載の半導体装置。
（７）
前記導電膜は、前記半導体層と平面視的に重なる島状部分を有する
前記（６）記載の半導体装置。
（８）
前記有機絶縁膜は平坦な最表層を有する
前記（１）乃至（７）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（９）
前記最表層には気孔が設けられていない
前記（８）記載の半導体装置。
（１０）
前記有機絶縁膜はポリイミドまたはシロキサン系化合物により構成されている
前記（１）乃至（９）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（１１）
前記導電膜は電界遮蔽層である
前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（１２）
前記導電膜は、前記基板の全面にわたって連続的に設けられている
前記（１）乃至（５）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（１３）
前記導電膜は固定電位に保持されている
前記（１）乃至（１２）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（１４）
前記基板は可撓性基板である
前記（１）乃至（１３）のうちいずれか１つ記載の半導体装置。
（１５）
基板と、
前記基板上に設けられた導電膜と、
前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と、
前記半導体素子上に設けられ、複数の画素を含む表示素子層と
を備えた表示装置。
（１６）
基板と、
前記基板上に設けられた導電膜と、
前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と、
前記半導体素子上に設けられ、複数の画素を含む表示素子層と
を備えた
表示装置を有する電子機器。

１…表示装置、１０，１０Ａ…半導体装置、１０ａ…ＴＦＴ、１１…基板、１２，１２Ａ…電界遮蔽層、１２Ａａ…島状部分、１２Ａｂ…配線部分、１３…絶縁膜、１３Ａ…有機絶縁膜、１３ＡＰ…気孔、１３Ａ−１…最表層、１３Ｂ…無機絶縁膜、１４…ＴＦＴ層、１５…表示素子層、１６…金属薄膜、１４１…半導体層、１４２…ゲート絶縁膜、１４３…ゲート電極、１４４…保護膜、１４５…ソース・ドレイン電極、１４６Ａ，１４６Ｂ…層間絶縁膜、１１０Ａ…表示領域、１１０Ｂ…周辺領域、１２０，１２１…端子部、２１０…支持基板、２…撮像装置、３…電子機器、２１，２５…タイミング制御部、２２，２８…信号処理部、２３，２６…駆動部、２４…表示画素部、２７…撮像画素部、３０…インターフェース部、Ｈ１…コンタクトホール、ＷＬ１，ＷＬ２…配線。

Claims (16)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた導電膜と、
   前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
   前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と
   を備えた半導体装置。
2. 更に、前記有機絶縁膜と前記半導体素子との間の無機絶縁膜を有する
   請求項１記載の半導体装置。
3. 前記無機絶縁膜および前記有機絶縁膜は、前記基板の全面に設けられている
   請求項２記載の半導体装置。
4. 前記半導体素子は、前記無機絶縁膜上の半導体層を有する薄膜トランジスタである
   請求項２記載の半導体装置。
5. 前記半導体素子は、前記無機絶縁膜上に、前記半導体層、ゲート絶縁膜およびゲート電極をこの順に有する
   請求項４記載の半導体装置。
6. 前記導電膜は、前記基板の選択的な領域に設けられている
   請求項４記載の半導体装置。
7. 前記導電膜は、前記半導体層と平面視的に重なる島状部分を有する
   請求項６記載の半導体装置。
8. 前記有機絶縁膜は平坦な最表層を有する
   請求項１記載の半導体装置。
9. 前記最表層には気孔が設けられていない
   請求項８記載の半導体装置。
10. 前記有機絶縁膜はポリイミドまたはシロキサン系化合物により構成されている
    請求項１記載の半導体装置。
11. 前記導電膜は電界遮蔽層である
    請求項１記載の半導体装置。
12. 前記導電膜は、前記基板の全面にわたって連続的に設けられている
    請求項１記載の半導体装置。
13. 前記導電膜は固定電位に保持されている
    請求項１記載の半導体装置。
14. 前記基板は可撓性基板である
    請求項１記載の半導体装置。
15. 基板と、
    前記基板上に設けられた導電膜と、
    前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
    前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と、
    前記半導体素子上に設けられ、複数の画素を含む表示素子層と
    を備えた表示装置。
16. 基板と、
    前記基板上に設けられた導電膜と、
    前記導電膜を間にして、前記基板上に設けられた半導体素子と、
    前記半導体素子と前記導電膜との間に設けられた多孔質性の有機絶縁膜と、
    前記半導体素子上に設けられ、複数の画素を含む表示素子層と
    を備えた
    表示装置を有する電子機器。

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