JP4672319B2 - 有機半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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。

有機半導体装置のチャネル部に用いられる有機材料は、酸素（酸化）、水素（還元）水分（酸化、還元）に対して弱く、さらに熱、荷電粒子に対しても弱いため、それらの要因によるダメージを防ぐ保護膜が必要である。特許文献１には、前記保護膜としてＳｉＯ_x膜を用いることが記載されている。しかしながら、ＳｉＯ_x膜は水素や水に対するブロッキング性能が低いために、有機材料の劣化を招く。

また、有機半導体装置の基板に用いられる有機樹脂系フィルム、いわゆるプラスチックフィルムは、水や水素、酸素を透過するためにこの基板からの水分等に侵入（透過）によっても有機材料の劣化を招く。
特開２００３−２８２２４２

本発明は、チャンネル部の有機樹脂層をプラスチックからなる基板側およびこの基板に対向する表面側から侵入する水、水素、酸素などから保護すること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。

本発明の第１の態様によると、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板と、
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を含む前記基板上に形成された窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）またはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層と、
少なくとも前記有機半導体層に形成され、この有機半導体層側から窒化ケイ素（ＳｉＮ _x ）層とＡｌＯ _x 層、ＳｉＯ _x Ｎ _y 層およびＳｉＯ _x 層から選ばれる少なくとも１つの層とをこの順序で積層した積層膜からなる保護層と
を具備したことを特徴とする有機半導体装置が提供される。

本発明の第２の態様によると、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板と、
前記基板上に形成された保護層と、
前記保護層上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記保護層上に形成された有機半導体層と、
前記有機半導体層上に形成された窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）からなるゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に少なくとも前記チャンネル領域に対向するように形成されたゲート電極と
を具備し、
前記保護層は、前記有機半導体層側から窒化ケイ素（ＳｉＮ _x ）層とＡｌＯ _x 層、ＳｉＯ _x Ｎ _y 層およびＳｉＯ _x から選ばれる少なくとも１つの層とをこの順序で積層した積層膜からなることを特徴とする有機半導体装置が提供される

本発明の第３の態様によると、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を含む前記基板上に窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）またはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記ゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する工程と、
少なくとも前記有機半導体層に窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）層を含む保護層を成膜した後、前記ＳｉＮ _x 層に窒素雰囲気中でＵＶレーザ光を照射することにより表面の窒化を促進し、緻密化する工程と
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。

本発明の第４の態様によると、ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板上に窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）層またはＡｌ₂Ｏ₃層を含む保護層を形成する工程と、
前記保護層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記保護層上に有機半導体層を形成する工程と、
前記有機半導体層上に窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）からなるゲート絶縁膜を成膜した後、前記ゲート絶縁膜に窒素雰囲気中でＵＶレーザ光を照射することにより表面の窒化を促進し、緻密化する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を少なくとも前記チャンネル領域と対向するように形成する工程と
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、外部からの水、酸素、水素などの浸入を阻止してチャンネル部の有機チャネル層を保護できるため、長寿命で信頼性の高い有機半導体装置およびその製造方法を提供できる。また、従来の封止ガラスや乾燥剤の必要性がなくなり、小型・軽量化の有機半導体装置を実現できる。

以下、本発明に係る有機半導体装置およびその製造方法を図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、この第１実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図である。

ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるフィルム状のプラスチック基板１上は、ゲート電極２が形成されている。ＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜３は、前記ゲート電極２を含むプラスチック基板１上に形成されている。互いに電気的に分離されたソース電極４およびドレイン電極５は、前記ゲート絶縁膜３上に形成されている。

有機樹脂層６は、前記ソース電極４およびドレイン電極５の間のチャンネル部に形成されている。保護層であるＳｉＮ_x層（例えばＳｉ₃Ｎ₄層）７は、有機樹脂層６、ソース電極４およびドレイン電極５を含む前記ゲート絶縁膜３上に形成されている。

前記ゲート電極２は、例えばＡｌ，Ｉｎ等から作られる。

前記ソース電極４およびドレイン電極５は、例えばＣｒ／Ａｕの積層金属から作られる。

前記有機樹脂としては、例えば低分子系材料ではフタロシアニン、ペンタセンなどが、高分子系材料ではポリチオフェン、ポリアニリンなどが用いられる。

前記ＳｉＮ_x層（例えばＳｉ₃Ｎ₄層）７は、１０〜２００ｎｍの厚さを有することが好ましい。

次に、前記構成の有機半導体装置の製造方法を図２（ａ），（ｂ）および図３を参照して説明する。

まず、図２の（ａ）に示すように例えばポリイミドのようなプラスチックからなるプラスチック基板１上にゲート電極材料膜を堆積した後、このゲート電極材料膜をリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極２を形成する。このゲート電極材料膜の堆積は、例えばＡｌ，Ｉｎなどの金属を真空蒸着またはスパッタする方法を採用することができる。つづいて、ゲート電極２を含むプラスチック基板１上にＣＶＤ法、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法、高周波ＲＦスパッタ法によりＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜３を堆積する。このゲート絶縁膜３は、この後の工程で形成される有機樹脂層に直接接し、かつ熱処理を受けることから、酸素の供給源となり易いＡｌ₂Ｏ₃に比べて窒化ケイ素で形成することが好ましい。なお、ゲート絶縁膜３としてＳｉＮ_x膜を堆積した後においてはＵＶレーザ光を窒素雰囲気中でそのＳｉＮ_x層表面に照射し、ＳｉＮ_x層表面の窒化を促進させてＳｉＮ_x層を緻密化するとともに、組成をストイキオメトリー（Ｓｉ₃Ｎ₄）に近づけて、化学的・構造的に安定化したＳｉ₃Ｎ₄層を形成することが好ましい。

次いで、前記ゲート絶縁膜３上にソース、ドレインの電極材料膜を堆積した後、この電極材料膜をリソグラフィ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４およびドレイン電極５を形成する。この電極材料膜の堆積は、例えばＣｒ膜、Ａｕ膜をこの順序で真空蒸着する方法等を採用することができる。つづいて、ソース電極４およびドレイン電極５間のチャンネル部に位置する前記ゲート絶縁膜３上に有機樹脂層６を形成する。この有機樹脂層６の成膜方法としては、ＣＶＤ、ＰＶＤ、または前述した有機樹脂の溶液を用いる塗布、インクジェットなどの多様な形成手法を適用することができる。

次いで、図２の（ｂ）に示すように前記有機樹脂層６およびソース電極４およびドレイン電極５を含むゲート絶縁膜３上に保護層であるＳｉＮ_x層７を成膜して有機半導体装置を製造する。このＳｉＮ_x層７は、１０〜２００ｎｍの厚さを有することが好ましい。このＳｉＮ_x層は、通常の高周波スパッタ法等により成膜することができるが、特に以下に説明するレーザアブレーション法により成膜することが好ましい。

図３は、このレーザアブレーション法に用いられる成膜装置を示す概略図である。円筒型の真空容器２１には、窒素ガスの導入口２２が設けられている。窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるターゲット２３は、前記真空容器２１内に配置され、ターゲット材料を均一に消費できるように回転軸２４により回転可能に支持されている。このターゲット２３は、窒化ケイ素のみをアブレーションする場合には窒化ケイ素単独からなるが、ＳｉＮ_x、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_x）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_x）など複数の材料を連続して成膜する場合には例えばそれらの材料が一方向に並んで配列された多元ターゲットを用い、かつ多元ターゲットをその複数材料の配列方向に移動可能な構成にすればよい。基板を保持する基板ホルダ２５は、前記真空容器２１内に前記ターゲット２３と対向して配置されている。なお、反射ミラー２６は前記基板ホルダ２５と対向するターゲット２３の表面近傍に移動可能に配置されている。

石英窓２７は、前記真空容器２１の外周側壁に取り付けられている。エキシマレーザ光発振器２８は、前記真空容器２１の外部に配置され、その発振器２８から出射されるエキシマレーザ光が前記石英窓２７に至る光路には反射ミラー２９およびレンズ３０が配置されている。なお、ＵＶレーザ光を照射する際にはエキシマレーザ光発振器２８の位置にＵＶレーザ光発振器が配置される。真空中に存在する残留元素の分析を行う質量分析計３１、アブレーション中に生成する分子の状態を観測するための分光スペクトロメータ３２およびターゲットの表面状態を観測するためののぞき窓３３は、前記真空容器２１の外周側壁にそれぞれ取り付けられている。図示しない排気管は、その一端が前記真空容器２１に連結され、かつ他端に真空ポンプのような排気設備に連結されている。

このような成膜装置において、前述した図２（ａ）図示の有機樹脂層６が形成されたプラスチック基板１を基板ホルダ２５に保持する。つづいて、高純度の窒素ガスを導入口２２を通して真空容器２１内に導入しながら、排気ポンプを作動して真空容器２１内のガスを排気管を通して排気することにより所定の真空度にする。

エキシマレーザ光発振器２８によりエキシマレーザ光を発振し、そのレーザ光をミラー２９で反射させ、レンズ３０で絞り、石英窓２７を通して窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるターゲット２３に照射することによりアブレーションさせ、その粒子を基板ホルダ２５のプラスチック基板の有機樹脂層およびソース電極およびドレイン電極を含むゲート絶縁膜上に堆積させ、ＳｉＮ_x層を形成する。つづいて、反射ミラー２６をターゲット２３を覆うように移動させた後、エキシマレーザ光発振器２８をＵＶレーザ光発振器に代え、ＵＶレーザ光を前記ミラー２９、レンズ３０および石英窓２７を通して反射ミラー２６に照射し、ここで反射させ、ＵＶレーザ光を窒素雰囲気中で基板ホルダに保持されたプラスチック基板のＳｉＮ_x層表面に照射する。このとき、ＳｉＮ_x層表面の窒化が促進されてＳｉＮ_x層を緻密化するとともに、組成をストイキオメトリー（Ｓｉ₃Ｎ₄）に近づけて、化学的・構造的に安定化したＳｉ₃Ｎ₄層（保護層）７を形成する。

以上、第１実施形態によればＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜３のチャンネル部に有機樹脂層６を形成し、この有機樹脂層６上に保護層であるＳｉＮ_x層７を形成する、つまり有機樹脂層６を水、酸素、水素に対するブロック性の高いＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜３と同ブロック性の高い保護層であるＳｉＮ_x層７で挟み込むことによって、有機樹脂層６への外部（表裏面側）からの水、酸素、水素の侵入を阻止することができる。その結果、長寿命で信頼性の高い有機半導体装置を提供できる。

また、第１実施形態の方法によれば長寿命で信頼性の高い有機半導体装置を製造することができる。特に、水、水素、酸素に対するブロッキング性能が高く、成膜時に有機樹脂層を酸素の雰囲気に曝すことのないＳｉＮ_x層７を保護層として成膜することによって、有機樹脂層の劣化を抑制できる。また、保護層であるＳｉＮ_x層７を高周波ＲＦスパッタ法に比べて熱・荷電粒子の影響が小さいレーザアブレーション法により成膜することによって、保護層の成膜時において有機樹脂層の劣化も抑制できるため、ＳｉＮ_x層７の成膜後も有機樹脂層６を良好な膜質状態を維持することが可能になる。

なお、第１実施形態では保護層をＳｉＮ_x層のみにより構成したが、これに限定されない。

例えば、図４に示すようにＳｉＮ_x層７上にＡｌＯ_x層、酸窒化ケイ素（ＳｉＯ_xＮ_y）層およびＳｉＯ_x層から選ばれる層８を堆積して２層構造の保護層を形成してもよい。このような層８をＳｉＮ_x層７上に形成することによって、ＳｉＮ_x層７による有機樹脂層６に対する応力を緩和することができる。特に、層８としてＡｌＯ_x層を用いれば、外部からの水、酸素、水素の侵入に対するブロック効果をＳｉＮ_x層７の単層に比べてより一層向上できる。

また、図５に示すようにＳｉＮ_x層７上にＳｉＯ_xＮ_y層９およびＳｉＯ_x層１０をこの順序で堆積して３層構造の保護層を形成してもよい。このように保護層を３層構造にすることによって、ＳｉＮ_x層７による有機樹脂層６に対する応力をより効果的に緩和することができる。なお、保護層を積層する場合には有機樹脂層６に接するＳｉＮ_x層７の厚さを５〜５０ｎｍと薄膜化することが好ましい。

（第２実施形態）
図６は、この第２実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図である。

ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるフィルム状のプラスチック基板４１上は、保護層である単一のＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２が形成されている。互いに電気的に分離されたソース電極４３およびドレイン電極４４は、前記ＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上に形成されている。有機樹脂層４５は、前記ソース電極４３およびドレイン電極４４の間のチャンネル部に位置するＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上に形成されている。

ＳｉＮ_x（例えばＳｉ₃Ｎ₄）からなるゲート絶縁膜４６は、前記ソース電極４３、ドレイン電極４４および有機樹脂層４５を含むＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上に形成されている。ゲート電極４７は、前記ゲート絶縁膜４６上に形成されている。

前記ＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２は、１０〜２００ｎｍの厚さを有することが好ましい。

前記ソース電極４３、ドレイン電極４４、有機樹脂層４５およびゲート電極は、前記第１実施形態と同様な材料から作られる。

次に、前記構成の有機半導体装置の製造方法を図７（ａ），（ｂ）を参照して説明する。

まず、図７の（ａ）に示すように例えばポリイミドのようなプラスチックからなるプラスチック基板４１上に例えば高周波スパッタ法により保護層であるＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２を形成する。この保護層４２は、この後の工程で形成される有機樹脂層に直接接し、かつ熱処理を受けることから、酸素の供給源となり易いＡｌ₂Ｏ₃に比べて窒化ケイ素で形成することが好ましい。なお、保護層としてＳｉＮ_x層を堆積した後においてはＵＶレーザ光を窒素雰囲気中でそのＳｉＮ_x層表面に照射し、ＳｉＮ_x層表面の窒化を促進させてＳｉＮ_x層を緻密化するとともに、組成をストイキオメトリー（Ｓｉ₃Ｎ₄）に近づけて、化学的・構造的に安定化したＳｉ₃Ｎ₄層を形成することが好ましい。

次いで、このＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上にソース、ドレインの電極材料膜を前記ゲート絶縁膜３上に堆積した後、この電極材料膜をリソグラフィ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４３およびドレイン電極４４を形成する。この電極材料膜の堆積は、例えばＣｒ膜、Ａｕ膜をこの順序で真空蒸着する方法等を採用することができる。つづいて、ソース電極４３およびドレイン電極４４間のチャンネル部に位置する前記ＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上に有機樹脂層４５を形成する。この有機樹脂層４５の成膜方法としては、ＣＶＤ、ＰＶＤ、または前述した有機樹脂の溶液を用いる塗布、インクジェットなどの多様な形成手法を適用することができる。

次いで、図７の（ｂ）に示すように前記有機樹脂層４５およびソース電極４３、ドレイン電極４４を含むＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２上にＳｉＮ_x（例えばＳｉ₃Ｎ₄）からなるゲート絶縁膜４６を形成する。このＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜４６は、通常のスパッタ法等により成膜することができるが、特に第１実施形態で説明したレーザアブレーション法により成膜し、成膜後のＳｉＮ_xにさらにＵＶレーザ光をすることが好ましい。この後、ゲート絶縁膜４６上にゲート電極材料膜を堆積した後、このゲート電極材料膜をリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極２を形成することによって有機半導体装置を製造する。このゲート電極材料膜の堆積は、例えば第１実施形態と同様な材料を用いる真空蒸着またはスパッタする方法を採用することができる。

以上、第２実施形態によれば保護層であるＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２のチャンネル部上に有機樹脂層４５を形成し、この有機樹脂層４５上にＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜４６を形成する、つまり有機樹脂層４５を水、酸素、水素に対するブロック性の高い保護層であるＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）４２と同ブロック性の高いＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜４６で挟み込むことによって、有機樹脂層４５への外部からの水、酸素、水素の侵入を阻止することができる。その結果、長寿命で信頼性の高い有機半導体装置を提供できる。

また、第２実施形態の方法によれば長寿命で信頼性の高い有機半導体装置を製造することができる。特に、水、水素、酸素に対するブロッキング性能が高く、成膜時に有機樹脂層を酸素の雰囲気に曝すことのないＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜４６を成膜することによって、有機樹脂層４５の劣化を抑制できる。また、ＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜４６を高周波スパッタ法に比べて熱・荷電粒子の影響が小さいレーザアブレーション法により成膜することによって、保護層の成膜時において有機樹脂層の劣化も抑制できるため、ゲート絶縁膜４６の成膜後も有機樹脂層４６を良好な膜質状態を維持することが可能になる。

なお、第２実施形態では保護層をＳｉＮ_x層（またはＡｌ₂Ｏ₃層）のみにより構成したが、これに限定されない。

例えば、図８に示すようにプラスチック基板４１にＡｌＯ_x、ＳｉＯ_xＮ_yおよびＳｉＯ_xから選ばれる層４８を堆積し、この層８上にＳｉＮ_x層４２を形成して２層構造の保護層にしてもよい。このような層４８をＳｉＮ_x層４２の形成に先立ってプラスチック基板４２上に形成することによって、ＳｉＮ_x層４２による有機樹脂層４５に対する応力を緩和することができる。特に、層４８としてＡｌＯ_x層を用いれば、外部からプラスチック基板４１を通過した水、酸素、水素の侵入に対するブロック効果をＳｉＮ_x層４２の単層に比べてより一層向上できる。前記ＡｌＯ_x、ＳｉＯ_xＮ_yおよびＳｉＯ_xから選ばれる層は１層に限らず、２層または３層であってもよい。

また、第１、第２の実施形態においてプラスチック基板に有機エレクトロルミネッセンス、有機太陽電池を有機トランジスタに隣接するように実装してもよい。

以下，本発明の実施例を前述した図面を参照して説明する。

（実施例１）
まず、ポリイミドからなる８インチ角のフィルム状のプラスチック基板１上に、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜を室温で真空蒸着した後、このゲート電極材料膜をリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極２を形成した。つづいて、ゲート電極２を含むプラスチック基板１上に１５０℃の温度下で高周波ＲＦスパッタ法により厚さ３００ｎｍのＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜３を堆積した。このＳｉＮ_xからなるゲート絶縁膜３の表面にＵＶランプ（波長：１７３ｎｍ）を窒素雰囲気中で５分間照射してＳｉＮ_x表面の窒化を促進し組成をＳｉ₃Ｎ₄に近づけ安定化させ、さらに酸素雰囲気中で３０秒間照射して表面のＣ系コンタミをＣＯの形で揮散除去した。ひきつづき、前記ゲート絶縁膜３上に真空蒸着法により厚さ１５ｎｍのＣｒ膜、厚さ１８５ｎｍのＡｕ膜をこの順序で堆積した後、この電極材料膜をリソグラフィ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４およびドレイン電極５を形成した。この後、ソース電極４およびドレイン電極５間のチャンネル部に位置する前記ゲート絶縁膜３上にポリチオフェンをスピンコータにより塗布し、乾燥することによって厚さ２５０ｎｍの有機樹脂層６を形成した（図２（ａ）図示）。

次いで、前述した図２（ａ）図示の有機樹脂層６が形成されたプラスチック基板１を図３の成膜装置を構成する真空容器２１の基板ホルダ２５に保持した。つづいて、高純度の窒素ガスを導入口２２を通して真空容器２１内に導入しながら、真空ポンプを作動して真空容器２１内のガスを排気管を通して排気することにより８×１０^-8Ｔｏｒｒの真空度にした。ひきつづき、エキシマレーザ光発振器２８により波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光を出力３００ｍＪ、パルス長２０ｎｍ、繰り返し周波数５０Ｈｚの条件で発振し、そのレーザ光をミラー２９で反射させ、レンズ３０で絞り、石英窓２７を通して回転する窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなるターゲット２３に照射することによりアブレーションさせ、その粒子を基板ホルダ２５のプラスチック基板の有機樹脂層およびソース電極およびドレイン電極を含むゲート絶縁膜上に堆積させ、厚さ３０ｎｍのＳｉＮ_x層を形成した。このとき、ターゲット２３上でのレーザフルエンスは、０．５−１０Ｊ／ｃｍ²であった。つづいて、反射ミラー２６をターゲット２３を覆うように移動させた後、ＡｒＦレーザ光（ＵＶレーザ光）を前記ミラー２９、レンズ３０および石英窓２７を通して反射ミラー２６に照射し、ここで反射させ、ＵＶレーザ光を窒素雰囲気中でプラスチック基板のＳｉＮ_x層表面に照射した。ここで、レーザ光はレンズ３０によりデフォーカスすることが好ましい。このとき、ＳｉＮ_x層表面の窒化が促進されてＳｉＮ_x層を緻密化するとともに、組成をストイキオメトリー（Ｓｉ₃Ｎ₄）に近づけて、化学的・構造的に安定化したＳｉ₃Ｎ₄層（保護層）７に変換させた。このように前記有機樹脂層６およびソース電極４およびドレイン電極５を含むゲート絶縁膜３上に保護層であるＳｉ₃Ｎ₄層７を成膜して有機半導体装置を製造した（図２（ｂ）図示）。

実施例１で製造された有機半導体装置を３日間大気雰囲気に放置後、トランジスタを動作させてしきい値電圧およびリーク電流の有無を調べた。その結果、しきい値電圧は大気雰囲気に放置前の初期値を示し、かつリーク電流の発生も認められなかった。

（実施例２）
まず、ポリイミドからなる８インチ角のフィルム状のプラスチック基板４１上に、１５０℃の温度下で高周波ＲＦスパッタ法により保護層である厚さ３０ｎｍのＳｉＮ_x層を堆積した。このＳｉＮ_x層４２の表面にＵＶランプ（波長：１７３ｎｍ）を窒素雰囲気中で５分間照射してＳｉＮ_x表面の窒化を促進し組成をＳｉ₃Ｎ₄に近づけ安定化させ、さらに酸素雰囲気中で３０秒間照射して表面のＣ系コンタミをＣＯの形で揮散除去した。つづいて、このＳｉ₃Ｎ₄層４２上に真空蒸着法により厚さ１５ｎｍのＣｒ膜、厚さ１８５ｎｍのＡｕ膜をこの順序で堆積した後、この電極材料膜をリソグラフィ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４３およびドレイン電極４４を形成した。この後、ソース電極４３およびドレイン電極４４間のチャンネル部に位置する前記ＳｉＮ_x層４２上にポリチオフェンをスピンコータにより塗布し、乾燥することによって厚さ２５０ｎｍの有機樹脂層４５を形成した（図７（ａ）図示）。

次いで、前述した図７（ａ）図示の有機樹脂層４５が形成されたプラスチック基板４１を図３の成膜装置を用い、実施例１と同様な条件でＡｒＦレーザ光のアブレーションおよび成膜されたＳｉＮ_x膜のＵＶレーザ光の照射を行って緻密でかつ組成をストイキオメトリー（Ｓｉ₃Ｎ₄）に近づけ、化学的・構造的に安定化した厚さ３００ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄層に変換させてゲート絶縁膜４６を形成した。つづいて、ゲート絶縁膜４６に厚さ２００ｎｍのＡｌ膜を室温で真空蒸着した後、このゲート電極材料膜をリソグラフィ技術によりパターニングしてゲート電極４７を形成した（第７図（ｂ）図示）。

実施例２で製造された有機半導体装置を３日間大気雰囲気に放置後、トランジスタを動作させてしきい値電圧およびリーク電流の有無を調べた。その結果、しきい値電圧は大気雰囲気に放置前の初期値を示し、かつリーク電流の発生も認められなかった。

本発明の第１実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図。 本発明の第１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。 レーザアブレーション法に用いられる成膜装置を示す概略図。 本発明の第１実施形態に係る別の有機半導体装置を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る別の有機半導体装置を示す断面図。 本発明の第１実施形態に係る有機半導体装置を示す断面図。 本発明の第１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。 本発明の第１実施形態に係る別の有機半導体装置を示す断面図。

符号の説明

１、４１…プラスチック基板、２、４７…ゲート電極、３、４６…ゲート絶縁膜、６、４５…有機樹脂層、７、４２…Ｓｉ₃Ｎ₄層。

Claims (6)

1. ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板と、
   前記基板上に形成されたゲート電極と、
   前記ゲート電極を含む前記基板上に形成されたＳｉＮ_xまたはＡｌ₂Ｏ₃からなるゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
   前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体層と、
   少なくとも前記有機半導体層に形成され、この有機半導体層側からＳｉＮ _x 層とＡｌＯ _x 層、ＳｉＯ _x Ｎ _y 層およびＳｉＯ _x 層から選ばれる少なくとも１つの層とをこの順序で積層した積層膜からなる保護層と
   を具備したことを特徴とする有機半導体装置。
2. ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板と、
   前記基板上に形成された保護層と、
   前記保護層上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
   前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記保護層上に形成された有機半導体層と、
   前記有機半導体層上に形成されたＳｉＮ _x からなるゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜上に少なくとも前記チャンネル領域に対向するように形成されたゲート電極と
   を具備し、
   前記保護層は、前記有機半導体層側からＳｉＮ _x 層とＡｌＯ _x 層、ＳｉＯ _x Ｎ _y 層およびＳｉＯ _x から選ばれる少なくとも１つの層とをこの順序で積層した積層膜からなることを特徴とする有機半導体装置。
3. ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板上にゲート電極を形成する工程と、
   前記ゲート電極を含む前記基板上にＳｉＮ _x またはＡｌ ₂ Ｏ ₃ からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
   前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記ゲート絶縁膜上に有機半導体層を形成する工程と、
   少なくとも前記有機半導体層にＳｉＮ _x 層を含む保護層を成膜した後、前記ＳｉＮ _x 層に窒素雰囲気中でＵＶレーザ光を照射することにより表面の窒化を促進し、緻密化する工程と
   を含むことを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
4. 前記保護層の前記ＳｉＮ _x 層は、レーザアブレーションにより成膜されることを特徴とする請求項３記載の有機半導体装置の製造方法。
5. ポリイミドまたはポリエチレンテレフタレートからなるプラスチック基板上にＳｉＮ _x 層またはＡｌ ₂ Ｏ ₃ 層を含む保護層を形成する工程と、
   前記保護層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
   前記ソース電極およびドレイン電極の間のチャンネル領域を少なくとも含む前記保護層上に有機半導体層を形成する工程と、
   前記有機半導体層上にＳｉＮ _x からなるゲート絶縁膜を成膜した後、前記ゲート絶縁膜に窒素雰囲気中でＵＶレーザ光を照射することにより表面の窒化を促進し、緻密化する工程と、
   前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を少なくとも前記チャンネル領域と対向するように形成する工程と
   を含むことを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
6. 前記ＳｉＮ _x からなるゲート絶縁膜は、レーザアブレーションにより成膜されることを特徴とする請求項５記載の有機半導体装置の製造方法。

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