JP4723675B2 - 半導体装置とその製造方法および画像表示装置 - Google Patents
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Description
1つは、スパッタリング等、真空チャンバーを要する真空系内での製造プロセスを何度も繰り返して各層を形成する必要があり、装置コスト、ランニングコストが非常に膨大なものとなっていた。例えば、各層の形成のために真空蒸着、ドープ、フォトリソグラフ、現像等の工程を何度も繰り返す必要があり、何十もの工程を経て素子を基板上に形成している。スイッチング動作の要となる半導体部分に関しても、p型、n型等、複数種類の半導体層を積層している。こうした従来のSi半導体による製造方法では、真空チャンバー等の製造装置の大幅な設計変更が必要とされる等の理由からディスプレイ画面の大型化のニーズに対応した設備の変更も容易ではない。
Si材料を用いたTFT素子の形成には例えば500〜1000℃と高い温度に加熱する工程が含まれるため、基板材料はこの高い工程温度でも使用できる材料に制限され、実際上はガラスを用いざるをえない。このため先に述べた電子ペーパあるいはデジタルペーパといった薄型ディスプレイを、Si半導体を用いたTFT素子を利用して構成した場合、ガラス基板のためにそのディスプレイは重く、柔軟性に欠け、落下等の衝撃で比較的容易に割れ等の破損が生じる。すなわち、ガラス基板上にTFT素子を形成して得られるディスプレイ装置では、携帯用薄型ディスプレイへのニーズを満たすことが困難である。
図1は、本発明の実施形態1に係る半導体装置100の断面構成を模式的に示す部分断面図である。この実施形態1の半導体装置では、スルーホール15内に有機半導体部50を設けている。すなわち半導体装置100は、スルーホール15が形成されている樹脂フィルム(フレキシブル基材)10と、スルーホール15の壁面(内壁)17に形成された金属層20と、スルーホール15の内部において金属層20を覆うように形成された絶縁層30と、絶縁層30の上に形成された有機半導体部50とを備えている。そして有機半導体部50には、ソース電極40sとドレイン電極40dとが電気的に接続されている。
ゲート電極20に電圧を加えると,ゲート電極近傍の有機半導体部50内で加えた電圧の極性に反発する電荷のキャリアが追い払われ(空乏層が発生し)、さらに、ある一定以上の電圧を加えると、絶縁層30と有機半導体部50の界面にゲート電極に印加した電圧の極性に引き合う電荷のキャリアが誘起され蓄積される。このような状態でソース電極40sとドレイン電極40dとの間に電圧を加えると、上記界面に蓄積されたキャリアはソース電極―ドレイン電極間の電界によって移動してドレインに吸収され、ソース電極―ドレイン電極間を電流が流れることになる。
樹脂フィルム10は、例えば、ポリイミド樹脂(PI)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリエチレンナフタレート樹脂(PEN)、またはアラミド樹脂から構成されており、これらの樹脂材料は、耐熱性、寸法安定性、ガスバリア性の性質に優れており、半導体装置100におけるフレシキブル基材(樹脂フィルム)10の材料として好ましい。樹脂フィルム10の厚さは、例えば、1〜25μmである。
すなわち、有機半導体は、無機半導体材料(例えば、ポリシリコンなど)と比較すると、低移動度であるのに加えて、空気ないし酸素雰囲気下ではその移動度は更に低下してしまう問題がある。したがって、印刷方式により有機半導体膜140を形成した後、酸素により有機半導体層140が劣化する場合があるという問題がある。
このことは、従来の半導体装置1000においてゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を含む配線層120、150をインクジェット方式等の印刷方式を用いて形成することにより生じていた以下の問題を解消できることを意味する。
図3は半導体装置100の第1の変形例である半導体装置101を示す断面図である。半導体装置101の有機半導体部50’は、その内部が中空となっている。このような中空構造は、例えば、有機半導体材料を溶媒に分散させてスルーホール15内に塗布した後、当該溶媒を消失(気化)させて、有機半導体材料をスルーホール15の壁面(絶縁層30の表面)に残すことによって形成できる。また、有機半導体材料をスルーホール15の壁面(絶縁層30の表面)に蒸着させることによっても形成できる。
半導体装置102の有機半導体部50’’の長さ(スルーホール15の貫通方向の長さ)は、スルーホール15の長さ(貫通方向の長さ)より短い。即ち、スルーホール15の長さ方向の一部のみが有機半導体部50’’により充填されている。そして、図5に示すようにソース電極40s’とドレイン電極40d’がスルーホール15の内部まで延在しており、この結果、ソース電極40s’とドレイン電極40d’はそれぞれ、スルーホール15の内部で有機半導体部50’’とオーミック接触している。
これにより半導体装置100では、インクジェット方式で、各層を形成する従来の半導体装置1000が有する以下の問題を生じない。
図9は本発明の実施形態2に係る半導体装置200の製造方法を示す断面図である。図9(e)に示す半導体装置200は複数の有機半導体部50(または、トランジスタ構造(TFT))を有する半導体装置である。
以下に、図9(a)から(e)を参照しながら、半導体装置200の製造方法を説明する。
効率的に形成することが可能となる。
図11は本発明の実施形態3にかかる半導体装置300を示す断面図である。半導体装置300は、その基板構造が積層構造を有している。半導体装置300は、スルーホール15の内部に有機半導体部50が形成された樹脂フィルム10を含む基板構造60と、基板構造60を挟む上基板構造62と下基板構造64とから構成されている。このような構成を持つ半導体装置300は、積層法を用いて容易に作製することもできる。
図12は本願発明にかかる画像表示装置(有機ELディスプレイ装置)500を示す切り取り斜視図である。画像表示装置500は、複数の発光素子56を規則的に配列した発光層600と、前記発光素子を駆動(ON/OFFの制御)するための半導体装置400が複数配置されている駆動回路層700と、駆動回路層700にデータライン92とスイッチングライン94を介して電流を供給するドライバ部800、850とを有している。
半導体装置400は、画像表示装置500の画素1つに対応する有機EL素子(発光素子)56を1つ有し、この発光素子56の発光を制御する発光素子制御装置である。以下に図13を参照しながら、半導体装置400について説明する。
12 接着層
14 樹脂フィルム
15,15A スルーホール
17 壁面
20 ゲート電極
22 配線
24 配線
25 配線パターン
30 絶縁層
40s,40s’,40s’’ ソース電極
40d,40d’,40d’’ ドレイン電極
42 透明電極
50,50’,50’’,50’’’ 有機半導体部
52 充填材料(絶縁材料)
56 有機EL素子
60 基板構造
62 上基板構造
64 下基板構造
70,72,74 ビア
86 補強フィルム
92,94 配線
100,101,101’,102,103,200,300,400 半導体装置
100A スイッチングトランジスタ
100B ドライバトランジスタ
500 画像表示装置
Claims (23)
- スルーホールを有する樹脂フィルムと、
前記スルーホールの内壁に配置されたゲート電極と、
前記スルーホールの内部で前記ゲート電極を覆う絶縁層と、
前記スルーホールの内部で前記絶縁層の上に配置された有機半導体と、
該有機半導体と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極とを含む半導体素子と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記ソース電極が前記有機半導体の前記一方の端部全面と接触していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ドレイン電極が前記有機半導体の前記他方の端部全面と接触していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記有機半導体が前記ソース電極と前記ドレイン電極と前記絶縁層とによりシールされていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の半導体装置。
- 前記有機半導体が中空部を有することを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の半導体装置。
- 前記有機半導体の前記中空部に絶縁材料が充填されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記ドレイン電極と前記ソース電極の少なくとも一方が、前記スルーホールの内部で前記有機半導体と接触することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の半導体装置。
- 前記樹脂フィルムが、第2スルーホールと該第2スルーホールに形成された導電性組成物とからなる第2ビアを有し、該第2ビアにより前記樹脂フィルムの一方の面に配置された配線と前記樹脂フィルムの他方の面に配置された配線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の半導体装置。
- 一方の面が第1接着層を介して前記樹脂フィルムの前記ソース電極側の表面と接触する第2樹脂フィルムと、該記第2樹脂フィルムに形成された第3スルーホールと該第3スルーホールに形成された導電性組成物とからなる第3ビアと、を有し、前記ソース電極が前記第3ビアを介して前記第2樹脂フィルムの他方の面に配置された配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の半導体装置。
- 前記ソース電極が前記第1接着層に埋設されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
- 一方の面が第2接着層を介して前記樹脂フィルムの前記ドレイン電極側の表面と接触する第3樹脂フィルムと、該記第3樹脂フィルムに形成された第4スルーホールと該第4スルーホールに形成された導電性組成物とからなる第4ビアと、を有し、
前記ドレイン電極が前記第4ビアを介して前記第3樹脂フィルムの他方の面に配置された配線と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の半導体装置。 - 前記ドレイン電極が前記第2接着層に埋設されていることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
- 前記有機半導体が高分子有機半導体から成ることを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の半導体装置。
- 前記有機半導体が低分子有機半導体から成ることを特徴とする請求項1〜13の何れかに記載の半導体装置。
- 前記樹脂フィルムが、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂およびアラミド樹脂から成る群より選択されるいずれか一つであることを特徴とする請求項1〜14の何れかに記載の半導体装置。
- 前記ソース電極及び前記ドレイン電極が、貴金属であることを特徴とする請求項1〜15の何れかに記載の半導体装置。
- 発光素子を配列した表示部と、該表示部に用いられる前記発光素子を駆動する駆動回路層とを具備し、前記駆動回路層は、請求項1〜16の何れかに記載の半導体装置を含むことを特徴とする画像表示装置。
- 請求項1〜16に何れかに記載の半導体素子をON/OFFするスイッチングトランジスタとして用いたことを特徴とする請求項17記載の画像表示装置。
- 請求項1〜16の何れかに記載の半導体素子を前記発光素子の発光を駆動するドライバトランジスタとして用いたことを特徴とする請求項17または18に記載の画像表示装置。
- 前記発光素子が、有機エレクトロルミネッセンスであることを特徴とする請求項17〜19の何れかに記載の画像表示装置。
- 樹脂フィルムにスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホールの内壁にゲート電極を配置する工程と、
前記スルーホールの内部で前記ゲート電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記スルーホールの内部で前記絶縁層の上に配置された有機半導体を形成する工程と、
前記有機半導体と電気的に接続するソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 第1の別の樹脂フィルムに前記ソース電極を埋設する工程と、
前記ソース電極を埋設した前記第1の別の樹脂フィルムを前記樹脂フィルム上に配置することにより前記ソース電極と前記有機半導体とを電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。 - 第2の別の樹脂フィルムに前記ドレイン電極を埋設する工程と、前記ドレイン電極を埋設した前記第2の別の樹脂フィルムを前記樹脂フィルム上に配置することにより前記ドレイン電極と前記有機半導体とを電気的に接続する工程と、
を含むことを特徴とする請求項21または22に記載の半導体装置の製造方法。
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