JP4836446B2

JP4836446B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4836446B2
Application number: JP2004359559A
Authority: JP
Inventors: 吉晴平形; 哲二石谷; 修次深井; 良太今林
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2024-12-13
Also published as: JP2005210086A

Description

本発明は、有機半導体膜を有する半導体素子及びその作製方法に関する。また、本発明は有機半導体素子を備えた半導体装置及びその作製方法に関する。

近年、薄膜半導体を有する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）を備えた表示装置に関する研究が進み実用化されている。このＴＦＴを備えた表示装置は、多数の画素を構成することが可能となることから高精細な表示装置を実現できる。またＣＲＴと比べ低電圧で動作可能なことから低消費電力なことが知られている。さらにＣＲＴのように大きな表示管を用いずに画面を構成できることから省スペース化が図れ、パーソナルコンピュータやＰＤＡ、そしてＴＶ等の表示部として広く使用されている。今後の表示装置としての要求には、さらなる薄型化、軽量化、フレキシブル化が挙げられ、プラスチック等の樹脂基板の採用に期待が高まる。しかしこれまでのＴＦＴは、半導体膜として非晶質珪素や結晶質珪素などの無機半導体材料を用いて作製されるものがほとんどであった。このため無機半導体材料を用いてＴＦＴを形成する場合には、半導体膜の形成に３５０℃を超える処理温度が必要となりプラスチック等の樹脂基板等の採用が制限されていた。

一方、半導体膜として有機半導体を用いた有機ＴＦＴの研究が進められている。有機ＴＦＴは、有機材料を使用しているので柔軟性に富んでいる。また無機半導体を用いたデバイスと比べると、より低温で形成することができるため、基板にプラスチック等の樹脂材料を使用できる。その結果、軽くて柔軟性があるデバイスを得ることができる。更に有機ＴＦＴは、印刷法、インクジェット法、蒸着法等によるプロセスの簡略化が期待できるだけでなく、安価な基板材料を用いる事ができるため、装置の製造価格を抑えることができ、コスト的に有利なことが見積もれる。

しかしながら、有機半導体は水、光又は酸素に触れることで酸化したり分解するので、有機半導体を大気中に放置しておくと電気特性の劣化を引き起こすというデメリットがある。

そのため、有機半導体を有するデバイスの電気特性評価は、真空中もしくは嫌気下（減圧下とも表記する）において測定が行われている。上記真空もしくは嫌気下の状態を維持するには、専用の装置を必要とするほか、真空室やグローブボックスでの測定のため、測定装置種々の制約をうける。さらに、これらの環境の維持にコストがかかるなど、実用の面から見ても不便である。大気中で用いるためには、有機半導体を有する全てのデバイスは、有機半導体が大気に晒されないように保護することが不可欠である。そこで本発明は、高価な専用の装置に依存せず、有機半導体が大気に晒されないような、低コストの有機ＴＦＴの作製方法を提供することを課題とする。また、材料の熱分解が問題とならないように低温での有機ＴＦＴの作製方法を提供することを目的とする。

上記問題を鑑み、本発明は保護膜として機能するフィルム状の保護体を有機半導体膜上に設けることを特徴とする。その結果、有機半導体膜を水、光又は酸素から保護することができる。

フィルム状の保護体は、フィルム状の支持体を接着剤等で固定して形成することができる。フィルム状の支持体は、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲であり、好ましくは可撓性を有する。フィルム状の支持体としては、密封性、耐湿性、絶縁性、及び耐薬品性を持ったものが好ましい。具体的にはポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられる。

本発明の有機半導体装置は、有機材料を有する半導体膜と、半導体膜を有する半導体素子と、半導体素子を含み構成される電気回路と、フィルム状の保護体とを有し、半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体（又は保護膜）が接着されていることを特徴とする。本発明の有機半導体装置は、絶縁表面を有する基板と、第一の基板上に設けられた有機材料を有する半導体膜と、半導体膜を有する半導体素子と、半導体素子を含み構成される電気回路と、フィルム状の保護体とを有し、半導体膜を覆うように、保護体が接着されていることを特徴とする。

本発明の有機半導体装置は、絶縁表面を有する基板と、有機材料を有する半導体膜と、半導体膜を有する半導体素子と、半導体素子を含み構成される電気回路と、フィルム状の保護体群とを有し、フィルム状の半導体体を覆うように、保護体群が接着されていることを特徴とする。

本発明の有機薄膜トランジスタは、絶縁表面上に設けられた第一の導電膜と、第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた第二の導電膜と、第二の導電膜上に設けられた有機半導体膜と、有機半導体膜上に設けられたフィルム状の保護体とを有することを特徴とする。

本発明の有機薄膜トランジスタは、絶縁表面上に設けられた第一の導電膜と、第一の導電膜上に設けられた絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた有機半導体膜と、有機半導体膜上に設けられた第二の導電膜と、有機半導体膜上に設けられたフィルム状の保護体とを有することを特徴とする。

本発明の有機半導体装置の作製方法は、有機材料を有する半導体膜を形成し、半導体膜を有する半導体素子を形成し、半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体を固定することを特徴とする。

本発明の有機半導体装置の作製方法は、絶縁表面を有する基板上に、有機材料を有する半導体膜を形成し、半導体膜を有する半導体素子を形成し、半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体を固定することを特徴とする。

本発明の有機半導体装置の作製方法は、絶縁表面を有する基板上に、有機材料を有する半導体膜を形成し、半導体膜を有する半導体素子を形成し、半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体群を固定することを特徴とする。

本発明の有機薄膜トランジスタの作製方法は、第一の導電膜を形成し、第一の導電膜上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に第二の導電膜を形成し、第二の導電膜上に有機半導体膜を形成し、有機半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体を固定することを特徴とする。

本発明の有機薄膜トランジスタの作製方法は、第一の導電膜を形成し、第一の導電膜上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上に有機半導体膜を形成し、有機半導体膜上に第二の導電膜を形成し、有機半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体を固定することを特徴とする。

本発明の有機半導体装置、及び有機薄膜トランジスタの作製方法において、有機半導体膜材料を蒸着又は塗布することにより有機半導体膜材料を形成する。

本発明の有機半導体装置、及び有機薄膜トランジスタの作製方法において、第一の導電膜、又は第二の導電膜は導電性ペーストを用いて形成することができる。また第一の導電膜、又は第二の導電膜はスクリーン印刷法、ロールコーター法又はインクジェット法により形成することができる。

本発明の有機半導体装置、及び有機薄膜トランジスタの作製方法において、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、エマルジョン系接着剤、合成ゴム系接着剤、弾性接着剤又は変性アクリレート系接着剤を用いて、半導体膜を覆うように、フォルム状の支持体を接着することにより、保護体、又は保護体群を固定することができる。

本発明の有機半導体装置、及び有機薄膜トランジスタの作製方法において、保護体又は保護体群をフィルム状のテープロールとして供給し、フィルム状のテープロールから半導体膜を覆うために必要な寸法分引き出し、引き出す方向にテンションを与えた状態で、ローラーにより半導体膜上に直接貼りつけ、所定の寸法で切断することができる。

以上のような本発明の有機半導体装置及び有機薄膜トランジスタは、低温で簡便に有機半導体膜の保護ができるため、高価な専用の装置を必要とせず、トータルコストを削減することができる。その結果、低価格な有機ＴＦＴを備えた半導体装置（デバイス）を提供することができる。

このような本発明により、有機半導体が大気に晒されて、水や光及び酸素に触れることによる酸化や分解から保護することが可能である。

また本発明は、少なくとも有機半導体膜上をフィルムで覆うだけのため、常圧・大気下で行なうことができる。そのため、試料の加熱・加圧は必要なく、有機材料の分解を防ぐことができる。また、低温で行なうことができるので、基板にプラスチック材料を使用でき、かつ、フィルム自体が軽く柔軟性富んでいるため、有機半導体の利点を損なうことなく、保護膜を作製できる。

さらに、有機半導体膜上にフィルムを接着する際に、減圧雰囲気下で処理してもよい。これにより空気等に触れる時間をより少なくするという利点があるだけでなく、フィルムを貼り付ける際の気泡を無くする事ができ、気泡混入による信頼性への悪影響も避けることができる。

更に本発明は、少なくとも有機半導体膜上をフィルムで覆うだけのため、大掛かりな装置が不要であり、安価に保護膜を形成できるため、トータルコストを削減することが可能であり、デバイスの製造価格を低く設定できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、有機半導体装置に半導体素子として用いられる有機薄膜トランジスタの形成方法について説明する。図１に示すように、絶縁表面上にゲート電極として機能する導電膜（以下、ゲート電極と表記する）１０１と、ゲート電極１０１を覆って設けられたゲート絶縁膜として機能する絶縁膜（以下、ゲート絶縁膜と表記する）１０２と、ゲート絶縁膜を介して設けられたソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜（以下、ソース電極及びドレイン電極と表記する）１０３とが形成された素子基板１１０を用意する。このとき好ましくは、ゲート電極の端部にかかるようにゲート絶縁膜を介してソース電極及びドレイン電極を設けるとよい。

絶縁表面を有する基板には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス基板等を用いることができる。また好ましくは、ポリエチレン−テレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックや、アクリル等の合成樹脂からなる基板を用いるとよい。このような合成樹脂から成る基板は、可撓性を有し、さらに軽量である。

また基板の平坦性を高めるため、化学的又は機械的ポリッシング法、いわゆるＣＭＰ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により、表面研磨してから用いると好ましい。ＣＭＰの研磨剤（スラリー）には、例えば、塩化シリコンガスを熱分解して得られるフュームドシリカ粒子をＫＯＨ水溶液に分散した研磨剤を用いることができる。

基板上には、必要に応じて下地膜を形成してもよい。下地膜は、基板中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐ機能を有する。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化チタン、窒化チタンなどの絶縁膜を用いて下地膜を形成することができる。

また導電膜は、導電性ペースト等を用い、スクリーン印刷法、ロールコーター法又は液滴吐出法により形成することができる。液滴吐出法は、選択的にパターンを形成可能な方法であり、導電膜や絶縁膜などの材料が混入された組成物の液滴（ドットとも表記する）を選択的に吐出（噴出）して導電膜を形成する方法である。液滴吐出法は、その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。

液滴吐出法により導電膜を形成する場合、溶媒に混在される導電体として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、若しくはアルミニウム（Ａｌ）、これらからなる合金、これらの分散性ナノ粒子、又はハロゲン化銀の微粒子を用いることができる。

また導電性ペーストとしては、導電性カーボンペースト、導電性銀ペースト、導電性銅ペースト、導電性ニッケルなどを用いることができる。導電性ペーストで所定のパターンに形成した後は、レベリング、乾燥後、１００〜２００℃で硬化させるとよい。

また導電膜は、スパッタリング法、スピンコート法、蒸着法などにより形成することもできる。また導電膜は、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。

また絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法、又は蒸着法により形成することができる。絶縁膜の材料は、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素膜（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）、ポリビニルアルコール、シロキサン、ポリシラザン等の有機化合物などを使用しても良い。シロキサンとは、珪素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、又は置換基にフッ素、アルキル基、又は芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有するポリマー材料、を出発原料として形成される。またポリシラザンとは、珪素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の結合を有するポリマー材料、いわゆるポリシラザンを含む液体材料を出発原料として形成される。無機材料としては、酸化珪素、又は窒化珪素を用いることができる。

またゲート絶縁膜として用いる絶縁膜には、ゲート電極を陽極酸化して得られる絶縁膜を用いてもよい。

そして、素子基板に有機半導体膜１０４を成膜する。有機材料としては、有機分子性結晶や有機高分子化合物材料を用いればよい。具体的な有機分子結晶は、多環芳香族化合物、共役二重結合系化合物、カロテン、マクロ環化合物又はその錯体、フタロシアニン、電荷移動型錯体（ＣＴ錯体）等が挙げられる。例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、６Ｔ（ヘキサチオフェン）、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）：ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）錯体、ＤＤＰＨ（ジフェニルピクリルヒドラジル）、色素、タンパク、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのペリレンテトラカルボン酸誘導体、ＮＴＣＤＡ（１，４，５，８―ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのナフタレンテトラカルボン酸誘導体などを用いることができる。また、具体的な有機高分子化合物は、π共役系高分子、カーボンナノチューブ、ポリビニルピリジン、フタロシアニン金属錯体、ヨウ素金属錯体などの高分子が挙げられる。特に骨格が共役二重結合から構成されるπ共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニレン、ポリチオフェン誘導体、ポリ（３アルキルチオフェン）、ポリパラフェニレン誘導体又はポリパラフェニレンビニレン誘導体を用いると好ましい。

また、有機半導体膜の成膜方法としては、素子基板に膜厚の均一な膜が形成できる方法を用いればよい。具体的な方法としては、蒸着法、塗布法、スピンコート法、バーコート法、溶液キャスト法、又はディッピング法を用いることができる。また有機半導体膜形成前処理として、被形成面に対してプラズマ処理を行ったり、密着性又は界面状態を向上させるための膜、例えば自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）や配向膜を形成してもよい。有機半導体膜形成後、加熱処理を施してもよい。例えば、大気圧下又は減圧下において、１００〜２００℃で加熱することができる。

また有機半導体膜形成後、高周波を印加してもよい。加えて加熱処理を施してもよい。なお本実施の形態では、有機材料であるペンタセンを真空蒸着法によって成膜することにより、ゲート絶縁膜１０２、並びにソース電極及びドレイン電極１０３上に有機半導体膜１０４を形成する。

以上のように有機半導体膜を有する半導体素子を形成することができる。特に本実施の形態のようにソース電極及びドレイン電極上に有機半導体膜が設けられた構造を、ボトムコンタクト型構造と表記する。

そして、少なくとも有機半導体膜上を、フィルム状の保護体１０５で覆う。フィルム状の保護体は、フィルム状の支持体を接着剤等で固定して形成することができる。

フィルム状の支持体は、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲であり、好ましくは可撓性を有する。フィルム状の支持体としては、密封性、耐湿性、絶縁性、及び耐薬品性を持ったものが好ましい。具体的にはポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられる。

また、密封性、耐湿性、絶縁性、及び耐薬品性を高めるため、フィルム状の支持体の表面及び裏面の少なくとも一方に、酸化ケイ素、窒素ケイ素、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、又は窒化アルミ等の無機材料を有する膜を成膜するとよい。またさらに、アクリル、ポリイミド、シロキサン、ポリシラザン、又は窒化カーボン系の有機材料を有する膜と、上記無機材料を有する膜とを積層して形成しても良い。

また、フィルム状の保護体を固定する場合には、密着性、密封性、耐湿性、絶縁性、及び耐薬品性を持った接着剤を用いると好ましい。具体的には、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、エマルジョン系接着剤、合成ゴム系接着剤、弾性接着剤又は変性アクリレート系接着剤などが挙げられる。このような接着剤を、フィルム状の支持体の一部に塗布した後、少なくとも有機半導体膜上に接着したり、少なくとも有機半導体膜上に接着剤を塗布した後にフィルム状の支持体を接着しても良い。また半導体素子全体に接着剤を塗布し、フィルム状の支持体を接着することもできる。所謂封止工程により、フィルム状の保護体
を形成することが出来る。また、フィルム状保護膜形成後に、接着剤および有機半導体膜の融点以下で基板に加熱処理を施してもよい。

このようなフィルム状の支持体を有するフィルム状の保護体としては、具体的に、ポリイミド製のフィルムにシリコンポリマーの接着剤が塗布されたテープ状またはシート状の支持体を用いることができる。このようなフィルム状の保護体は、密封性、耐湿性、絶縁性、及び耐薬品性に優れている。

このときフィルム状の保護体で覆う範囲は、少なくとも有機半導体膜上だけであればよいが、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極まで範囲を広げてもよい。但し、これら電極には電圧を印加したり、電流を検出したりするためのパッドが設けられているため、該パッドを完全に覆い隠さないよう注意する必要がある。

また複数の有機半導体膜に対して、フィルム状の保護体を固定してもよい。すなわち、素子基板上にある有機半導体膜を覆うように、フィルム状の保護体群を固定してもよい。具体的には、素子基板上に設けられた複数の有機半導体膜を覆うように、複数箇所に接着剤が塗布されたテープを張り合わせることができる。

また、フィルム状の保護体として有機材料又は無機材料を有する絶縁膜を形成しても良い。絶縁膜に用いる有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ポリビニルアルコール、レジスト又はベンゾシクロブテン、シロキサン、ポリシラザンを用いることができる。無機材料としては、酸化珪素、又は窒化珪素を用いることができる。絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、液滴吐出法、スピンコーティング法又はディップ法を用いて形成することができる。粘性の高い原料を用いて形成する場合、液滴吐出法、スピンコーティング法、又はディップ法を用いると好ましい。

図２には、フィルム状の保護体として接着剤を塗布したテープで、有機半導体膜上を覆う方法を示す。テープロール２０１からテープ２０２を引き出し、テープロール方向とテープ端方向にテンション（張力）を与えた状態で、ローラー２０３により有機半導体膜２０４上をテープで覆う。

また、有機半導体膜をフィルム状保護体で覆う方法は図２の形態に限定されず、異なる様々な形態で実施しても良い。図１０に、図２とは異なる形態の保護膜の形成方法を示す。

図１０には、フィルム状の保護体として接着剤を塗布したシート１００２で、有機半導体膜上をラミネート式に覆う方法を示す。基板１００１に接着剤を塗布したシート１００２を乗せ、貼り合わせ用のローラー１００３を持つ装置を用いて、基板１００１とシート１００２をローラー１００３で貼り合わせる。

図１０の装置は、ローラー１００３を回転させることで、図１０の矢印の方向に基板が進み、基板１００１とシート１００２を密着させながら基板の端から端まで貼り合わせることが可能である。また上記ローラー１００３は、内部に熱源を持ち、基板１００１とシート１００２に対して熱を加えながら貼り合わせることが可能である。

このとき、上記フィルム状の保護体として接着剤を塗布したシート１００２の形状は有機半導体層のみを覆う形でも、基板全体を覆う形でもよい。

また、基板１００１とシート１００２を貼り合わせる工程は減圧下で行なってもよい。減圧下で貼り合わせることにより、貼り合わせの際に気泡が発生するのを防ぐことができる。またシートをローラーで貼り合わせる際は、圧力を加えながら貼り合わせてもよい。圧力を加えることにより、基板と保護膜の密着性をより向上させることができる。

以上のようなボトムコンタクト型構造を有する半導体素子を用いて、スイッチング素子又は電気回路を形成することができる。例えば、スイッチング素子としては、液晶表示装置又は発光素子を有する表示装置（発光装置）の画素部に設けることができる。また電気回路としては該スイッチング素子を制御する回路等が挙げられる。また有機半導体素子を有する液晶表示装置又は発光装置を有機半導体装置と表記する。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、有機半導体膜形成後、ソース電極及びドレイン電極を形成する、トップコンタクト型構造の有機薄膜トランジスタを、図３を用いて説明する。

まず、実施の形態１と同様に、絶縁表面上にゲート電極３０１と、ゲート電極を覆って設けられたゲート絶縁膜３０２が形成された素子基板３１０を用意する。ゲート電極及びゲート絶縁膜の材料や作製方法は、実施の形態１を参照すればよい。

そして、素子基板に有機半導体膜３０３を成膜する。有機材料としては、有機分子性結晶や有機高分子化合物材料を用いればよい。具体的な有機分子結晶は、多環芳香族化合物、共役二重結合系化合物、カロテン、マクロ環化合物又はその錯体、フタロシアニン、電荷移動型錯体（ＣＴ錯体）等が挙げられる。例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、６Ｔ（ヘキサチオフェン）、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）：ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）錯体、ＤＤＰＨ（ジフェニルピクリルヒドラジル）、色素、タンパク、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのペリレンテトラカルボン酸誘導体、ＮＴＣＤＡ（１，４，５，８―ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのナフタレンテトラカルボン酸誘導体などを用いることができる。また、具体的な有機高分子化合物は、π共役系高分子、カーボンナノチューブ、ポリビニルピリジン、フタロシアニン金属錯体、ヨウ素錯体などの高分子が挙げられる。特に骨格が共役二重結合から構成されるπ共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニレン、ポリチオフェン誘導体、ポリ（３アルキルチオフェン）、ポリパラフェニレン誘導体又はポリパラフェニレンビニレン誘導体を用いると好ましい。

また、成膜方法としては、素子基板に膜厚の均一な膜が形成できる方法を用いればよい。具体的な方法としては、蒸着法、塗布法、スピンコート法、バーコート法、溶液キャスト法、又はディッピング法を用いればよい。

その後更に、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜３０４を形成する。この導電膜の材料としては、用いた有機半導体がｐ型の半導体の場合、その半導体膜とのオーミック接触を取るために仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。また、用いた有機半導体がｎ型の半導体の場合、仕事関数の小さい材料を用いることが望ましい。また、成膜方法としては、素子基板に膜厚の均一な膜が形成できる方法を用いればよい。導電膜の材料や作製方法は、実施の形態１を参照することができる。そして、有機半導体膜上を、フィルム状の保護体３０５で覆う。フィルム状の保護体の構成や作製手段は、実施の形態１を参照することができる。

以上のようなトップコンタクト型構造を有する半導体素子を用いて、スイッチング素子又は電気回路を形成することができる。例えば、スイッチング素子としては、液晶表示装置又は発光素子を有する表示装置（発光装置）の画素部に設けることができる。また電気回路としては該スイッチング素子を制御する回路等が挙げられる。また有機半導体素子を有する液晶表示装置又は発光装置を有機半導体装置と表記する。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態１に示したボトムコンタクト型のトランジスタを用いて形成する有機半導体装置について説明する。なお、有機半導体装置として発光装置を用いて説明する。

図８は、発光装置が有するパネル全体を示している。パネルは画素部を有し、加えて周辺駆動回路、又はその一部を有していてもよい。画素部は、複数の画素領域８０１を有し、その画素領域の一部の等価回路図を図９に示す。画素領域は、スイッチング用トランジスタ９０２、駆動用トランジスタ９０３、駆動用トランジスタに接続される発光素子９０４を有する。また加えて、駆動用トランジスタのゲート・ソース間電圧を保持するための容量素子９０５を有する。容量素子は、駆動用トランジスタのゲート容量で補える場合は、特に設ける必要はない。また本実施の形態では、画素領域に２つのトランジスタを有する形態を説明するが、３つ以上のトランジスタを有する形態であってもよい。例えば、容量素子に蓄積された電圧を放電するために、消去用トランジスタを設けてもよい。

消去用トランジスタにより、全ての画素に対する信号の書き込みを待つことなく、書き込み期間の開始と同時又は直後に点灯期間を開始することができるため、デューティ比を向上することが可能となる。

さらにこの点線領域９０１、つまり駆動用トランジスタ、及び発光素子の断面図を図４に示す。

まず、絶縁表面上に下地層４１１と、ゲート電極４０１と、ゲート電極を覆って設けられたゲート絶縁膜４０２と、ゲート絶縁膜を介して設けられたソース電極及びドレイン電極４０３とが形成された素子基板４００を用意する。ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極及びドレイン電極の材料や作製方法は、実施の形態１を参照すればよい。上記ドレイン電極４０３と電気的に接続するように画素電極４０４を設ける。本実施の形態では、表示素子として発光素子を用い、発光素子からの光を画素電極側から取り出す構造とするため、画素電極は透光性を有する。例えば、画素電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ、ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０％の酸化珪素（ＳｉＯ₂）を混合したＩＴＯ−ＳｉＯｘ（便宜上ＩＴＳＯ又はＮＩＴＯと表記する）を用いて形成することができる。

次に、画素電極４０４の端部を覆う絶縁物（絶縁層）４０５（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）を形成する。絶縁物４０５としては感光性の有機材料（アクリル、ポリイミドなど）、シロキサンなどを使用すれば良い。

そして画素電極４０４を覆うように電界発光層４０６が設けられ、電界発光層４０６の上に共通電極４０７が設けられる。共通電極は、透光性又は非透光性を有する電極材料から形成することができる。透光性を有する場合、電界発光層からの光が上方に出射する（共通電極側から発光する）上方出射型の発光装置、又は加えて下方に出射する（画素電極側から発光する）両面出射型の発光装置を形成することができる。

電界発光層の材料は、有機材料（低分子材料又は高分子材料を含む）、又は有機材料と無機材料の複合材料として用いることができる。また電界発光層は、液滴吐出法、塗布法又は蒸着法により形成することができる。高分子材料は、液滴吐出法又は塗布法が好ましく、低分子材料は蒸着法、特に真空蒸着法が好ましい。本実施の形態では、電界発光層として、低分子材料を真空蒸着法により形成する。

なお電界発光層が形成する分子励起子の種類としては一重項励起状態と三重項励起状態が可能である。基底状態は通常一重項状態であり、一重項励起状態からの発光は蛍光と呼ばれる。また、三重項励起状態からの発光は燐光と呼ばれる。電界発光層からの発光とは、どちらの励起状態が寄与する場合も含まれる。さらに、蛍光と燐光を組み合わせて用いてもよく、各ＲＧＢの発光特性（発光輝度や寿命等）により蛍光及び燐光のいずれかを選択することができる。

詳細な電界発光層は、画素電極４０４側から順に、ＨＩＬ（ホール注入層）、ＨＴＬ（ホール輸送層）、ＥＭＬ（発光層）、ＥＴＬ（電子輸送層）、ＥＩＬ（電子注入層）の順に積層されている。なお電界発光層は、積層構造以外に単層構造、又は混合構造をとることができる。

具体的には、ＨＩＬとしてＣｕＰｃやＰＥＤＯＴ、ＨＴＬとしてα−ＮＰＤ、ＥＴＬとしてＢＣＰやＡｌｑ₃、ＥＩＬとしてＢＣＰ：ＬｉやＣａＦ₂をそれぞれ用いる。また例えばＥＭＬは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光色に対応したドーパント（Ｒの場合ＤＣＭ等、Ｇの場合ＤＭＱＤ等）をドープしたＡｌｑ₃を用いればよい。

なお、電界発光層は上記材料に限定されない。例えば、ＣｕＰｃやＰＥＤＯＴの代わりに酸化モリブデン（ＭｏＯｘ：ｘ＝２〜３）等の酸化物とα−ＮＰＤやルブレンを共蒸着して形成し、ホール注入性を向上させることもできる。また電子注入層にベンゾオキサゾール誘導体（ＢｚＯＳと示す）を用いてもよい。

その後、素子基板に有機半導体膜４０８を成膜する。有機材料としては、有機分子性結晶や有機高分子化合物材料を用いればよい。具体的な有機分子結晶は、多環芳香族化合物、共役二重結合系化合物、カロテン、マクロ環化合物又はその錯体、フタロシアニン、電荷移動型錯体（ＣＴ錯体）等が挙げられる。例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、６Ｔ（ヘキサチオフェン）、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）：ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）錯体、ＤＤＰＨ（ジフェニルピクリルヒドラジル）、色素、タンパク、ＰＴＣＤＡ（３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのペリレンテトラカルボン酸誘導体、ＮＴＣＤＡ（１，４，５，８―ナフタレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド）などのナフタレンテトラカルボン酸誘導体などを用いることができる。また、具体的な有機高分子化合物は、π共役系高分子、カーボンナノチューブ、ポリビニルピリジン、フタロシアニン金属錯体、ヨウ素錯体などの高分子が挙げられる。特に骨格が共役二重結合から構成されるπ共役系高分子である、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチエニレン、ポリチオフェン誘導体、ポリ（３アルキルチオフェン）、ポリパラフェニレン誘導体又はポリパラフェニレンビニレン誘導体を用いると好ましい。

このとき、電界発光層、共通電極、及び有機半導体膜を蒸着法により形成する場合、各メタルマスクを用いて形成することができる。そのため、電界発光層、及び共通電極と、有機半導体膜は、どちらを先に作製してもよい。

そして、少なくとも有機半導体膜上をフィルム状の支持体４０９と接着剤４１０で構成されるフィルム状の保護体で覆う。フィルム状の保護体は少なくとも有機半導体膜を覆うように設ければよく、発光に影響しない範囲であればどのように設けても良い。例えば、画素領域全面を覆うように設けても良いし、画素部全面を覆うように設けても良い。フィルム状の保護体の構成や作製手段は、実施の形態１を参照することができる。

一般に電界発光層からなる発光素子は０．５〜２μｍ程度の段差が生じるが、フィルム状の支持体４０９は５０μｍから５００μｍ、接着剤４１０は２μｍから１００μｍの範囲の厚さを持ち、該発光素子の段差よりも大きく、接着剤が緩衝材の役割を果たすため、フィルム状の保護体は発光素子を均一に覆うことが可能である。

基板端面部の接着剤露出面積の総和は耐湿性の面から小さいことが望ましく、接着剤の厚さは薄いほうが有利となる。このため接着剤の厚さを見積もる場合は該発光素子の段差と緩衝性能とを合わせて考慮する必要がある。ここでは２０μｍ厚の接着剤を用いている。上記のような半導体素子を用いて、発光装置を形成することができる。特に、画素電極側から発光する下方出射型の発光装置を形成することができる。

本実施例では、本発明の保護方法を用いて有機半導体膜が保護された有機ＴＦＴのＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。本実施例では実施の形態１に基づいて、接着剤を塗布したテープで有機半導体膜を覆う方法でフィルム状保護体を有機半導体膜上に形成した。なお図５に示すように測定試料の有機ＴＦＴは、大気中において、石英基板上にタングステンからなるゲート電極５０１を設け、ゲート電極上にゲート絶縁膜を設け、ゲート絶縁膜上にタングステンからなるソース電極５０２とドレイン電極５０３を設け、ソース電極５０２とドレイン電極５０３との間に有機半導体膜が設けられている構造である。そして、各ソース電極５０２、ドレイン電極５０３、ゲート電極５０１には測定電圧を印加したり、電流を検出したりするための測定用パッド（ソース電極用パッド５０４、ドレイン電極用パッド５０５、ゲート電極用パッド５０６）が設けられている。

また、有機ＴＦＴのチャネル長はソース電極とドレイン電極との間（図５においてＬで示す）の長さで与えられ、Ｌは１００μｍであり、チャネル幅はソース電極とドレイン電極とが重なる領域の長さ（図５においてＷで示す）で与えられ、Ｗは８０００μｍである。また有機半導体の材料はペンタセンを用い、膜厚は５０ｎｍで成膜した。成膜方法としては蒸着法を用いた。蒸着後の条件は、以下のとおりである。
（１）フィルム状の保護体で覆う前の有機ＴＦＴの電気特性
（２）フィルム状の保護体で覆った後の有機ＴＦＴの電気特性
図６には条件（１），（２）におけるＶｄとして−１０Ｖの電圧を印加したときの、ドレイン電極の電流とゲート電圧とを測定したＶｇ−Ｉｄ特性の結果を示す。図６より、蒸着後に有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆う前後で、Ｖｇ−Ｉｄ特性の変化がないことが分かる。以上から、有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆うことによる有機ＴＦＴの特性の劣化はないことが分かる。

本実施例では、上記実施の形態１に基づき有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆った有機ＴＦＴの時間による電気特性の劣化を測定した。本実施例では実施の形態１に基づいて、接着剤を塗布したテープで有機半導体膜を覆う方法でフィルム状保護体を有機半導体膜上に形成した。以下に結果を示す。なお測定試料である有機ＴＦＴをフィルム状の保護体で覆う以外の作製条件は、実施例１と同様である。蒸着後の条件は、以下のとおりである。
（１）有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆い１６８時間大気中で放置した後の電気特性
（２）蒸着後そのまま１６８時間大気中で放置した後の有機ＴＦＴの電気特性
図７には条件（１），（２）におけるＶｄとして−１０Ｖの電圧を印加したときの、ドレイン電極の電流とゲート電極の電圧とを測定したＶｇ−Ｉｄ特性の結果を示す。図７より、（１），（２）を比較すると、有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆うことで、Ｖｇ−Ｉｄ特性のＯＮ電流の減少や閾値のプラス方向へのシフトを防げることが分かる。以上から、有機半導体膜上をフィルム状の保護体で覆うことにより、有機半導体を大気に晒されて、水や光及び酸素に触れることによる酸化や分解から保護することが可能であることが分かる。

本発明の有機半導体装置は、図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、電話機（携帯電話機も含む）や、テレビ受像機等に実装される表示装置として用いることができる。また、ＩＤカードの様な個人情報を管理する機能を有するカード等に実装してもよい。

図１１（Ａ）は携帯電話機の図であり、本体１１０２には表示部１１０１と、音声出力部１１０４、音声入力部１１０５、操作スイッチ１１０６、１１０７、アンテナ１１０３等によって構成されている。この携帯電話機は、動作特性が良く、信頼性の高いものである。本発明の有機半導体装置を表示部１１０１に組み込むことでこのような携帯電話機を完成できる。

図１１（Ｂ）は、本発明を適用して作製したテレビ受像機であり、表示部１１１１、筐体１１１２、スピーカー１１１３などによって構成されている。このテレビ受像機は、動作特性が良く、信頼性の高いものである。本発明の有機半導体装置を表示部１１１１に組み込むことでこのようなテレビ受像機を完成できる。

図１１（Ｃ）は、本発明を適用して作製したＩＤカードであり、支持体１１２１、表示部１１２２、支持体１１２１内に組み込まれた集積回路チップ１１２３等によって構成されている。なお、表示部１１２２を駆動するための集積回路１１２４、１１２５についても支持体１１２１内に組み込まれている。このＩＤカードは、信頼性の高いものである。また、例えば、表示部１１２２において、集積回路チップ１１２３において入出力された情報を表示し、どのような情報が入出力されたかを確認することができる。本発明の有機半導体装置を表示部１１２２に組み込むことでこのようなＩＤカードを完成できる。

本発明の有機薄膜トランジスタを示した断面図である。本発明のフィルム状の保護体の形成工程を示した図である。本発明の有機薄膜トランジスタを示した断面図である。本発明の発光装置を示した断面図である。本発明の有機薄膜トランジスタを示した上面図である。本発明に関する実験結果を示すグラフである。本発明に関する実験結果を示すグラフである。本発明の発光装置のパネル全体図である。本発明の発光装置が有する画素の等価回路図である。本発明のフィルム状の保護体の形成工程を示した図である。本発明を適用した電子機器等の図である。

符号の説明

１０１ゲート電極
１０２ゲート絶縁膜
１０３ドレイン電極
１０４有機半導体膜
１０５保護体
１１０素子基板
２０１テープロール
２０２テープ
２０３ローラー
２０４有機半導体膜
３０１ゲート電極
３０２ゲート絶縁膜
３０３有機半導体膜
３０４導電膜
３１０素子基板
３０５保護体
４００素子基板
４０１ゲート電極
４０２ゲート絶縁膜
４０３ドレイン電極
４０４画素電極
４０５絶縁物
４０６電界発光層
４０７共通電極
４０８有機半導体膜
４０９支持体
４１０接着剤
４１１下地層
８０１画素領域
９０１点線領域
９０２スイッチング用トランジスタ
９０３駆動用トランジスタ
９０４発光素子
９０５容量素子
１００１基板
１００２シート
１００３ローラー
１１０１表示部
１１０２本体
１１０３アンテナ
１１０４音声出力部
１１０５音声入力部
１１０６操作スイッチ
１１１１表示部
１１１２筐体
１１１３スピーカー
１１２１支持体
１１２２表示部
１１２３集積回路チップ
１１２４集積回路

Claims

絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極と、前記ゲート電極上の絶縁膜と、前記絶縁膜上の有機半導体膜と、を有するトランジスタを形成し、
前記有機半導体膜表面に接着剤を介してフィルムを貼り付けることを特徴とする半導体装置の作製方法。
絶縁表面を有する基板上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に一対の電極を形成し、
前記絶縁膜上に、前記一対の電極の一方と電気的に接続する第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に電界発光層を形成し、
前記電界発光層上に第２の電極を形成し、
前記絶縁膜上及び前記一対の電極上に有機半導体膜を形成し、
前記有機半導体膜表面に接着剤を介してフィルムを貼り付けることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項２において、
前記第２の電極表面及び前記一対の電極表面にも前記接着剤を介して前記フィルムを貼り付けることを特徴とする半導体装置の作製方法。