JPWO2009004793A1 - 半導体装置とその製造方法および画像表示装置 - Google Patents

半導体装置とその製造方法および画像表示装置 Download PDF

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Abstract

より高密度に半導体素子を形成できる半導体装置およびその製造方法を提供する。併せてこの半導体装置を用いた画像表示装置の提供もする。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、を有する半導体装置である。

Description

本発明は、有機半導体を有する半導体装置とその製造方法およびそれを備えた画像表示装置、とりわけ樹脂フィルム上に形成された、有機半導体を有する半導体装置とその製造方法およびそれを備えた画像表示装置に関する。
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとして、より軽量なフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽く、手軽に持ち運び可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパあるいはデジタルペーパへのニーズも高まりつつある（特許文献１など）。
一般に平板型（フラットパネル）ディスプレイ装置においては、液晶、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）、電気泳動等を利用した素子を用いて表示媒体を形成している。これらの表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度等を確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ素子）が主に用いられている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴＦＴ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されている。
ＴＦＴ素子には従来、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等のＳｉ半導体が用いられている。これらＳｉ半導体（必要に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子が製造される。
Ｓｉ半導体を用いたＴＦＴ素子の製造には以下に示す２つの問題がある。
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。
２つ目の問題は、使用する基材が耐熱性を有する材料に限られ、樹脂フィルム等の軽量で可撓性を有する基材が使用できないという問題である。
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。
この問題を解決できる半導体材料として、近年精力的に研究が進められているのが有機半導体材である。有機半導体は、高い電荷輸送性を有する有機化合物であり、有機ＥＬ素子用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザ発振素子や、有機薄膜トランジスタ素子（有機ＴＦＴ素子）への応用が可能である。
有機半導体を用いた半導体装置（有機半導体デバイス）は、比較的低い温度で形成でき、従って基材（基板）に関する耐熱性の制限が緩和され、透明樹脂基板等のフレキシブル基材上にも例えばＴＦＴ素子を形成することが可能となる。また、その分子構造を適切に改良することによって、溶液化した有機半導体を得ることができ、この有機半導体溶液をインク化し、インクジェット方式を含む印刷法を用いることで、不活性雰囲気中等の真空を必要としない条件での製造も可能となる。
印刷方式を用いた印刷エレクトロニクス技術は、低温プロセスの実施（脱高温）、真空プロセスの緩和（脱真空などの利点に加え）、フォトリソグラフ工程を実施しないプロセス（脱フォトリソ）を行うことができる。
図１５は、印刷方式を利用して製造する、有機半導体１３０を含む半導体デバイス（フレキシブル半導体デバイス）１０００の構成を模式的に示す断面図である。半導体デバイス（半導体装置）１０００は、樹脂基材（例えば、ＰＥＴ，ＰＩ）１１０の上に、印刷によって各層（１２０、１３０、１４０、１５０）が積層された構造を有している。図示した構成では、樹脂基板１１０の上に、順次、配線層１２０、有機半導体層１３０、絶縁膜１４０、配線層１５０が形成されている。具体的な構成は、適宜改変されるものの、有機半導体層１３０の周辺には、ソース電極１２０ｓ、ドレイン電極１２０ｄ、ゲート電極１５０ｇが配置され、有機ＴＦＴが構築される。
このように透明樹脂基板上にＴＦＴ素子を形成し、そのＴＦＴ素子により表示材料を駆動させることにより、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない（もしくは非常に割れにくい）ディスプレイとすることができる。
特開２００７−６７２６３号公報
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では、より一層の小型軽量化へのニーズが高く、これを実現するためには、半導体装置１０００の半導体素子をより高密度に形成する必要がある
同様に、据え置き型の液晶や有機ＥＬ等の画像表示装置においても、大型化を行いながら軽量化、薄型化を行っていくことへの強いニーズ、あるいは従来と同じスペースで画素数を増加させる高品位化（高解像度化）への強いニーズがあり、これらに対応していくためにも半導体装置１０００の半導体素子をより高密度に形成する必要がある。
しかし、半導体装置１０００は、樹脂１１０の上に平面的な各層（１２０、１３０、１４０、１５０）を順次積層していく構造であるため、形成される半導体素子の集積密度の向上に限界がある。
そこで、本発明は樹脂フィルム基材の内部に半導体素子を形成することにより、より高密度に半導体素子を形成できる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。また、この樹脂フィルム基材の内部に半導体素子を形成した半導体装置を用いた画像形成装置を提供することも目的とする。
本発明の第１の態様は、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である。
本発明の第２の態様は、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第１の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第３の態様は、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第１または第２の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第４の態様は、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第１〜３の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第５の態様は、前記有機物半導体は中空部を有することを特徴とする第１〜４の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第６の態様は、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第５の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第７の態様は、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化合物半導体と接触することを特徴とする第１〜６の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第８の態様は、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第１〜７の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第９の態様は、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第１〜８の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１０の態様は、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第９の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第１１の態様は、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第１〜１０の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１２の態様は、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第１１の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第１３の態様は、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第１〜１２の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１４の態様は、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第１〜１３の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１５の態様は、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何れか一つであることを特徴とする第１〜１４の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１６の態様は、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第１〜１５の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１７の態様は、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、第１〜１６の態様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である。
本発明の第１８の態様は、第１〜１６の態様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第１７の態様記載の画像表示装置である。
本発明の第１９の態様は、第１〜１６の態様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第１７または第１８の態様記載の画像表示装置である。
本発明の第２０の態様は、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第１７〜１９の態様何れかに記載の画像表示装置である。
本発明の第２１の態様は、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である。
本発明の第２２の態様は、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第２１の態様記載の半導体装置の製造方法である。
本発明の第２２の態様は、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第２１または２２の態様記載の半導体装置の製造方法である。
樹脂フィルムに設けたスルーホールの内部にゲート電極、絶縁層、有機半導体を含む半導体素子を配置した半導体装置を用いることで集積密度の高い半導体装置およびその製造方法の提供が可能となる。併せてこの半導体装置を用いることで、薄型化等の小型化、軽量化を実現した画像表示装置の提供も可能となる。
本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００に対応した回路要素を示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０１の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０１’の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０２の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０３の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。 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。 本発明の実施形態２に係る半導体装置２００の別の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る半導体装置３００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る画像表示装置５００を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態４にかかる半導体装置４００の構成を模式的に示す断面図である。 半導体装置４００の等価回路を示す図である。 従来の半導体装置１０００の構成を模式的に示す断面図である。
符号の説明
１０ 樹脂フィルム
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
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
・実施形態１
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。
これにより、有機半導体部５０、絶縁層３０、金属層２０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄによって半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）が形成されている。該半導体素子において、絶縁層３０はゲート絶縁膜として機能し、金属層２０はゲート電極として機能する。図１に示す実施形態では、金属層２０は、樹脂フィルム１０の表面（図１の樹脂フィルム１０の上面１０ａと下面１０ｂ）にも延在して形成され、この延在した金属層２０は、配線として使用される。この配線は、樹脂フィルム１０の上面１０ａと下面１０ｂの一方または両方に形成してもよい。
また、絶縁層３０は図１に示すように金属層２０の樹脂フィルム１０の上面１０ａ又は下面１０ｂに延在する部分を覆ってもよい。
ドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓとは、それぞれ有機半導体部５０の一方の端部（図１の実施形態では上方端部）と他方の端部（図１の実施形態では下方端部）に接して形成される。例えば貴金属等の金属から成るドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓは、有機半導体部５０とオーミック接触（電気的に接続）する。これにより、半導体装置１００において、図２に示すＴＦＴ素子が構成される。
このように、従来半導体素子（有機半導体素子）が形成されることがなかった基材（樹脂フィルム）１０のスルーホール内にＴＦＴ等の半導体素子を形成している。このため半導体装置１００は立体的にスペースを有効に活用できることから、高い密度で半導体素子を形成することが可能となる。
次に半導体装置１００の作動原理を示す。
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。
ゲート電極２０に印加される電圧を制御して上記界面に蓄積されたキャリア量を変調することにより，ドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓの間を流れる電流量を変化させて、例えばスイッチング動作を行うことができる。
以下に、半導体装置１００の各要素の詳細を説明する。
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。
樹脂フィルム１０に形成されたスルーホール１５は、例えば、レーザによって形成された断面円形（樹脂フィルム１０の平面に平行な断面）の貫通孔である。スルーホール１５の直径は、例えば、１〜２５μｍである。
スルーホール１５の壁面１７に形成される金属層２０は、例えば銅メッキからなり、例えば、厚さが０．１〜１８μｍである。金属層２０は好ましくはスルーホール１５の壁面１７全体を覆っているが、スルーホール１５の壁面１７の一部のみを覆ってもよい。また、上述のように金属層２０は、樹脂フィルム１０の上面１０ａの一部および／または樹脂フィルム１０の下面１０ｂの一部を覆うように形成してもよい。
金属層２０を覆うように形成される絶縁層３０は、例えば、ＰＶＡ(Poly Vinyl alcohol)、ＰＶＰ(Poly 4−Vinyl Phenol)、ＢＣＢ(Benzocyclobutene)およびポリシラザンの塗布により形成されるＳｉＯ２などからなる。絶縁層３０の厚さは、ゲート絶縁層として機能できる厚さであり、例えば５０〜３００ｎｍである。
有機半導体部５０は、スルーホール１５の内部に充填され、絶縁層３０と接触するように形成されている。絶縁層３０と有機半導体部５０との接触面積を大きくできることから、絶縁層３０のうちスルーホール１５の内部に位置する部分の表面（金属層２０と接していない方の表面）全てを有機半導体部５０で覆うのが好ましいが、一部分のみを有機半導体部５０により覆ってもよい。
有機半導体部５０を構成する有機半導体は種々のものを使用することが可能である。用いる有機半導体としては、移動度が高い材料が好ましく、例えば、ペンタセンを挙げることができる。有機半導体は大別すると、高分子材料（例えば、ポリチオフェン又はその誘導体）、低分子材料（例えば、ペンタセン、可溶化ペンタセン）、その他、ナノカーボン材料（例えば、カーボンナノチューブ、ＳｉＧｅナノワイヤ、フラーレン、修飾フラーレン）、無機有機混合材料（例えば、（Ｃ６Ｈ５Ｃ２Ｈ４ＮＨ３）とＳｎＩ４との複合系）があり、何れも有機半導体部５０に用いることができる。なお、有機半導体の他の例をさらに後述する。
図１に示すように有機半導体部５０の一方の端部（図１では上方の端部）にオーミック接触するドレイン電極４０ｄがゲート電極２０と分離されるように配置される。有機半導体部５０の他方の端部（図１では下方の端部）にオーミック接触するソース電極４０ｓがゲート電極２０と分離されるように配置される。
例えばソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄがそれぞれ絶縁層３０の角部（絶縁層３０の基材２０の上面ａと平行に延在する部分とスルーホール１５の壁面１７に平行な部分とが交わる部分が形成する角部）で絶縁層３０と密着する等により、有機半導体部５０を覆うソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄと絶縁層３０とにより有機半導体部５０をシールするのが好ましい。
この好ましい態様により従来の半導体装置１０００に生じる以下の問題を解決できる。
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。
半導体装置１００では、有機半導体部５０をシールすることでスルーホール１５内の有機半導体部５０と酸素（又は空気）との接触を抑制でき、これにより、有機半導体部５０を構成する有機半導体の経時劣化を抑制ないし緩和することが可能となる。
このように、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを絶縁層３０と密着させるだけで容易に、有機半導体部５０と酸素との接触を抑制できるのも本発明に係る半導体装置１００の極めて大きな利点の１つである。
なお、例えば金属層２０がスルーホール１５の壁面１７の一部にしか配置されていない等により、絶縁層３０が金属層２０を介してスルーホール１５の壁面１７の一部しか覆っていない場合には、ソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄと絶縁層３０とスルーホール１５の壁面１７とにより、有機半導体部５０をシールしてもよい。
また、図１に示すように、好ましくは有機半導体部５０の一方の端部（図１では上方の端部）はその全面がドレイン電極４０ｄとオーミック接触している。同様に、好ましくは有機半導体部５０の他方の端部（図１では下方の端部）はその全面がソース電極４０ｓとオーミック接触している。ソース電極４０ｓと有機半導体部５０との接触面積およびドレイン電極４０ｄと有機半導体部５０との接触面積が増加し、電気抵抗を低下させることが可能だからである。
ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄは、有機半導体部５０とオーミック接触が可能な例えば金（Ａｕ）のような貴金属の金属箔から構成されており、その厚さは、例えば、０．０２〜３μｍである。
上述のように半導体装置１００においては、ゲート電極２０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを全てメッキ等の金属箔により形成できる。
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。
すなわち、従来の半導体装置１０００では、通常の金属粒子を用いて配線層を形成すると、６００〜１０００℃と高い焼結温度が必要となり樹脂フィルム基材が使用できないという問題及びインクジェットノズルを詰まらせるという問題があり、インク溶液とナノオーダーに微細化した金属粒子（ナノペースト材料）との混合物を配線材料として用いている。
しかしナノペースト材料は極めて高価であること、さらにナノペースト材料から形成される配線は、ナノオーダーの金属粒子を焼結し形成するため、金属粒子表面の酸化膜等のため電気抵抗が大きいという問題が生じていた。
本実施形態にかかる半導体装置１００では、ナノペースト材料を用いる必要がないことら、従来の半導体装置１０００と比べゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を含む配線を安価に構成でき、かつ電気抵抗を大きく減少させることが可能となる。
次に半導体装置１００の変形例を示す。
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。
このように有機半導体部５０’が中空部を有する半導体装置１０１は、用いる有機半導体の量を低減できる等の効果および必要に応じこの中空部に他の材料を充填可能であるという効果を有する。
図４は、半導体装置１０１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’では、半導体装置１０１と同じく内部に空間を有する有機半導体部５０’が用いられている。そして、この空間が固形物により充填されている点が半導体装置１１０と異なる。
すなわち、半導体装置１１０’の有機半導体部５０’は、図４に示すように例えば絶縁材料５２のような他の材料が充填されている。例えば絶縁材料５２を有機半導体部５０’の内部に充填した場合，ソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄ間の漏れ電流の防止効果を高めるといった格別の効果を有する。
図５は、半導体装置１００の別の変形例である半導体装置１０２を示す断面図である。
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。
半導体装置１０２では、スルーホール１５の長さを変えることなく、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’との間の距離を短くできるという利点を有する。
なお、有機半導体部５０’’の一方の端部の面（端面）と絶縁層３０の樹脂フィルム１０の上面１０ａと平行に延在する部分(図５では絶縁層３０は、上面１０ａ側と下面１０ｂ側の両方に延在部を有するが、このどちらか一方）の表面とを同一平面（面一）となるようして、有機半導体部５０’’の他方の端面のみがスルーホール１５の内部に位置している半導体装置、すなわち、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’とのどちらか一方のみがスルーホール１５の内部で有機半導体部５０’’と接触している半導体装置も半導体装置１０２の技術的範囲に含まれる。
図６は、半導体装置１００の別の変形例である半導体装置１０３を示す断面図である。半導体装置１０３の有機半導体部５０’’’の両方の端部はそれぞれ凹部を有している。そして、ソース電極４０ｓ’’は有機半導体部５０’’’の一方の端部に設けられた凹部の内部まで延在しており、この一方の端部の凹部においてソース電極４０ｓ’’と有機半導体部５０’’’とはオーミック接触している。同様に、ドレイン電極４０ｄ’’は有機半導体部５０’’’の他方の端部に設けられた凹部の内部まで延在しており、この他方の端部の凹部においてドレイン電極４０ｄ’’と有機半導体部５０’’’とは接触している。
従って、ソース電極４０ｓ’’とドレイン電極４０ｄ’’とはそれぞれ、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。
半導体装置１０３は、スルーホール１５の長さを変えることなく、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’との間の距離を短くできるという半導体装置１０２と同じ利点に加えて、さらにスルーホール１５の半径を大きくすることなく、ソース電極４０ｓ’’と有機半導体部５０’’’との接触面積およびドレイン電極４０ｄ’’と有機半導体部５０’’’との接触面積を増加することができるという利点を有する。
なお、有機半導体部５０’’’がその端部の一方にのみ凹部を有し、従ってソース電極４０ｓ’’とドレイン電極４０ｄ’’のどちらか一方のみがスルーホール１５の内部で有機半導体部５０’’’と接触している半導体装置も半導体装置１０３の技術的範囲に含まれる。
また、実施形態１の変形例に用いる有機半導体部５０’、５０’’、５０’’’を形成する有機半導体材料は有機半導体部５０と同じである。同様にソース電極４０ｓ’、４０ｓ’’およびドレイン電極４０ｄ’、４０ｄ’’に用いる材料は、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄに用いる材料と同じである。
次に、図７（ａ）から図８（ｂ）を参照しながら、実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、樹脂フィルム１０を用意する。樹脂フィルム１０は、例えば、厚さ４μｍのアラミド樹脂フィルムを用いてよい。また、他の樹脂フィルム（例えば、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）を用いてもよい。
次に、図７（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成した後、スルーホール１５の壁面に金属メッキを施す。また、必要に応じて樹脂フィルム１０の上面１０ａおよび／または下面１０ｂにも金属メッキを施す。その後、その金属メッキをパターニングして、金属層２０を形成する。
スルーホール１５は、例えばレーザを照射することによって形成する。あるいは、他の方法（例えば、エッチングなど）を用いてスルーホール１５を形成してもよい。図７に示す実施形態では、樹脂フィルム１０の上方から見たスルーホール１５の形状は、円形であるが、他の形状（楕円形、長円形、矩形など）にすることも可能である。
金属層２０は、例えば銅（Ｃｕ）から形成されており、金属層２０は、例えばスルーホールメッキを利用して形成する。すなわち、樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成した後、銅によるスルーホールメッキを行って、スルーホール１５の壁面に銅メッキ（銅箔）を形成する。銅箔の厚さは、例えば約５μｍである。その後、樹脂フィルム１０の上面１０ａおよび下面１０ｂにある銅箔をパターニングして、図７（ｂ）に示した金属層２０を形成する。このパターニングは、銅箔をエッチングすることによって実行すればよい。この金属層２０は、ゲート電極２０として機能する。
次に、図７（ｃ）に示すように、金属層２０を覆うように絶縁層３０を形成する。絶縁層３０の形成は、例えば、絶縁材料を塗布することによって行うことができる。この絶縁層３０は、ゲート絶縁膜として機能することになる。
絶縁層３０を形成するための絶縁材料の具体的な塗布方法として、例えば、電着塗装法による電着塗膜の形成、スプレーコータを用いたスプレー法やインクジェット方式による塗膜の形成などが利用できる。なお、図７に示す実施形態では、金属層２０をパターニング後に絶縁層３０を形成しているが、金属層２０をパターニングする前に絶縁層３０をパターン形状に形成し、その絶縁層３０をエッチングレジストとして金属層２０をパターニングすることも可能である。この場合、絶縁層３０を形成する方法は、ディップにより全面に形成した後にパターン形状に加工する方法が簡便である。
次に、図８（ａ）に示すように、スルーホール１５の内部に有機半導体を含む材料を充填し、スルーホール１５の内部に有機半導体部５０を形成する。有機半導体部５０の形成は、例えば印刷によって行うことができる。
さらに、図８（ｂ）に示すように、有機半導体部５０の上端にドレイン電極４０ｄを形成し、下端にソース電極４０ｓを形成して半導体装置１００を得ることができる。ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄは、スルーホール１５内に有機半導体部５０が充填された樹脂フィルム１０の上（上面１０ａ、下面１０ｂ）に、金属層を形成した後、その金属層をパターニングして、ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを得てもよい。ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄは、金属層のパターニングによって形成する他、積層などによって形成することもできる。
このように半導体装置１００では、スルーホール１５の内部、すなわちスルーホール１５の壁面に囲まれた部分にゲート電極２０とゲート絶縁層３０と有機半導体部５０とが形成されることから、これらの要素を容易にかつ高精度に位置決めできる。
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。
すなわち、インクジェット方式で各層を形成する場合、所望の位置に所望の層が形成されるように、液状の材料をバンクその他の部材により所定の位置に精度良く保持する必要があり、バンクその他の部材の形成、ならびに、位置合わせ精度の問題が発生する。加えて、インクジェットによる印刷により、基材の上に、ソース電極層、ドレイン電極層、有機半導体層、絶縁層、ゲート電極層等の各層を何層も積載して有機半導体デバイスを形成することに起因して、有機半導体デバイスの平坦性を確保するために、有機デバイスの厚みが増加するという問題がある。さらに、このように印刷で何層も積層すると、例えば位置合わせの精度等に起因して歩留まりが低下するという問題を生じる。歩留まりは、半導体装置１０００が大型になるほど低下する傾向が強くなる。
とりわけ、半導体装置１０００を有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置に用いた場合、携帯電話レベル等に用いる小さい画面サイズであれば、印刷方式による上述した問題も甘受できる場合があるが、画面サイズが、大画面（例えば、１ｍ級の超大画面）になれば、上述の印刷方式の問題は顕著なものとなっていた。
しかし、半導体装置においては、スルーホール１５を所望の位置に形成することは、レーザ等を用いれば容易なことから、ＴＦＴ等の半導体素子を容易にかつ正確に位置決めできるためこのような問題が生じない。
・実施形態２
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。
図９（ａ）に示すように、樹脂フィルム１０を用意する。樹脂フィルム１０は、実施形態１で示したものと同じである。
次に、図９（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１０に複数のスルーホール１５を形成した後、金属層２０を形成する。金属層２０は、樹脂フィルム１０にスルーホールメッキを施した後、そのメッキにより形成された金属箔をパターニングにすることによって形成することができる。この金属箔のパターンニングにより、スルーホール１５の壁面を覆う部分を有する金属層２０と併せて樹脂フィルム１０上に配線パターン２５を形成することもできる。
このようにして配線パターン２５を得る方法は、印刷方式で配線を形成する従来の方法と異なり、メッキ等の金属膜であり高価な金属ナノペーストを用いないため低コストで配線パターンを得ることができる。また、配線パターン２５は銅配線であることから、金属ナノペーストによって作製された従来の配線パターンよりも顕著に電気抵抗の低い配線パターンを簡便に作製することができるという利点を有する。
次に、図９（ｃ）に示すように、金属層２０の上に絶縁層３０を形成する。絶縁層３０は、例えば、塗装法によって形成することができる。
次に、図９（ｄ）に示すように、金属層２０及び絶縁層３０が内壁上に積層されたスルーホール１５内に、有機半導体を含む材料を充填して、有機半導体部５０を形成する。有機半導体が高分子有機半導体（例えば、ポリチオフェン又はその誘導体）の場合、印刷プロセスによって有機半導体部５０を形成することが好ましい。また、有機半導体が低分子有機半導体（例えば、ペンタセン）の場合、蒸着プロセスによって有機半導体部５０を形成することが好ましい。
その後、図９（ｅ）に示すように、有機半導体部５０に接触するようにソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄを形成し、本実施形態にかかる半導体装置２００が得られる。なお、例えば図９（ｂ）からもわかるように、金属層２０のパターン形状は、有機半導体部５０にあわせて適時好適なものを決定することができる。
このように図９に示す製造方法を用いることにより複数の有機半導体部５０を効率的に形成することが可能となる。
なお、図９（ｅ）に示すように、半導体装置２００の複数のスルーホール１５の一部（図９（ｅ）の右側のスルーホール１５）について、トランジスタを形成せずに（即ち、絶縁層３０、有機半導体部５０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを形成せずに）、金属層２０をビア内部に導電性組成物として配置し、樹脂フィルム１０の一方の面の配線と他方の面を電気的に接続する接続用スルーホール（ビア）として用いてもよい。
また、実施形態２にかかる半導体装置２００は、詳細を図１０（ａ）から（ｆ）に示すように、銅箔を積層した樹脂フィルム１０から製造することもできる。
まず、図１０（ａ）に示すように、金属箔（ここでは銅箔）２０Ａが形成された樹脂フィルム１０を用意する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、銅箔２０Ａが積層されている樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、スルーホール１５の内壁に、銅箔２０Ａと接続する金属箔（ここでは、銅箔）をメッキによって形成した後、銅箔２０Ａをパターニングして、金属層２０を形成する。本実施形態では、スルーホール１５の内壁を覆う部位を有する金属層２０とともに、配線パターン２５もこのパターニングによって形成する。
次に、図１０（ｄ）に示すように、金属層２０を覆うように絶縁層３０を形成する。その後、図１０（ｅ）に示すように、スルーホール１５の内部に有機半導体部５０を形成する。上述した他の実施形態の場合と同様に、有機半導体部５０の形成は種々の手法のうち好適なものを適宜選択すればよく、例えば、塗布、印刷または注入によるものであってもよいし、蒸着によるものであってもよい。
・実施形態３
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。
基板構造体６０は、実施形態１で示した半導体装置１００からソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄを除いた構成を含んでおり、図８（ａ）、図９（ｄ）、図１０（ｅ）に示した基板構造と同様である。なお、図１１に示した基板（基板構造）６０では、有機半導体部５０が充填されたスルーホール１５に加えて、スルーホール１５Ａも形成されている。スルーホール１５Ａの壁面に金属層２０を有している。そして、スルーホール１５Ａと、この金属層２０より成る導電性組成物とから、層間接続用のビア７０を形成している。
半導体装置３００の上基板構造６２下面には接着層（または樹脂フィルム層）１２（上基板構造６２に含まれる）が形成されている。下基板構造６４の上面にも接着層（または樹脂フィルム層）１２（下基板構造６４に含まれる）が形成されている。上基板構造６２と下基板構造６４の一方（図１１では上基板構造６２）の接着層１２はソース電極４０ｓを埋め込んで形成されており、また他方（図１１では下基板構造６４）の接着層１２はドレイン電極４０ｄを埋め込んで形成されている。そして、それぞれの接着層１２を樹脂フィルム１０と接着させることによってソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄとを有機半導体部５０にオーミック接触させている。
このように半導体装置３００は、接着層１２を用いてソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを有機半導体部５０に接触させる構成を有していることから、基板構造６０にソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄをパターニングする工程を省略することができる。すなわち、予めパターニングされたソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを有する上基板構造６２および下基板構造６４を、基板構造６０に積層するだけで、有機半導体部５０に接触するソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを形成することができる。
また、積層法を用いると、ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄの有機半導体部５０との接触面を貴金属メッキすることも簡便に行うことができる。
上基板構造６２は上述の接着層１２とソース電極４０ｓに加えて、接着層１２の上に配置された樹脂フィルム１４と、該樹脂フィルム１４に設けたビアホール（スルーホール）及びこのビアホールの内部に充填された導電性組成物から成るビア７２と、前記樹脂フィルムの接着層１２と反対側の表面に配置された配線２２とを含む。
ソース電極４０ｓは、上基板構造６２の樹脂フィルム１４に形成されたビア７２を介して配線２２に接続されている。
一方、下基板構造６４は上述の接着層１２とドレイン電極４０ｄに加えて、接着層１２の上（図１３では接着層１２の下側）に配置された樹脂フィルム１４と、該樹脂フィルム１４に設けたビアホール（スルーホール）及びこのビアホールの内部に充填された導電性組成物から成るビア７２と、ビアホール（スルーホール）とその内部に配置された導電性組成物から成るビア７４と、前記樹脂フィルムの接着層１２と反対側の表面に配置された配線２４とを含む。
ドレイン電極４０ｄは、下基板構造６４の樹脂フィルム１４に形成されたビア７２を介して配線２４に接続されている。またビア７４は、基板構造６０の層間接続用スルーホール１５Ａに形成されたビア７０（メッキスルーホール部）と電気的に接続されている。
半導体装置３００では、樹脂フィルム１０にスルーホール１５が形成され、そのスルーホール１５の壁面に金属層２０と絶縁層３０が積層して形成され、その絶縁層３０の上に有機半導体部５０が形成された基板構造６０を上基板構造６２と下基板構造６４とで挟む層間接続構造を利用している。この結果、半導体装置の構造を簡単なものにすることができるとともに、その生産性を向上させることができる（即ち、高い生産性で半導体装置３００を形成できる）。
また、スルーホール１５内に有機半導体部５０を形成するため、従来のインクジェットを用いる場合に必要なバンクを省略することができ、有機半導体部５０の位置決め制御を容易に実行することができる。さらに、ソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄと絶縁層３０とにより有機半導体部５０をシールすることにより、有機半導体部５０の酸素（又は空気）との接触を抑制することができ、有機半導体部５０の経時劣化による移動度の低下を抑制ないし緩和することが可能となる。
加えて、スルーホール１５内に有機半導体部５０が形成されているので、図１５に示したような積み上げ式の従来の半導体装置１０００で生じる問題を回避することができる。すなわち、有機半導体部５０の平担性の問題は、スルーホール１５の壁面に沿って形成することにより解消することができ、また、位置精度の問題もスルーホール１５内に形成することで解決することができる。
さらに、スルーホール１５内に有機半導体部５０が形成されていることにより、基板１０の屈曲に対する応力の加わり方にムラが無く、すなわち、従来の半導体装置１０００と比較して、引張り応力と圧縮応力とのムラを抑制することができる。
実施形態３に係る有機半導体部５０を構成する有機半導体材料としては、上記説明と重複する内容もあるが、例えば、次のようなものを挙げることができる。（１）ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンおよびそれらの誘導体からなる群から選択されるアセン分子材料、（２）フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物およびペリレン系化合物からなる群から選択される顔料およびその誘導体、（３）ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン化合物およびトリアリールアミン化合物からなる群から選択される低分子化合物およびその誘導体、（４）ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂およびエチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂からなる群から選択される高分子化合物である。あるいは、有機半導体材料は、フルオレノン系、ジフェノキノン系、ベンゾキノン系、インデノン系、ポルフィリン系、ポリチオフェン系およびポリフェニレン系化合物であってもよい。
また、本実施形態のゲート電極２０、ソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄは、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、および、導電性ポリマとこれらの組み合わせからなる群から選択された材料で構成することができる。なお、ソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄは、Ａｕ層とＣｒ層とからなる二層電極、または、Ａｕ層とＰｔ層とからなる二層電極から構成してもよい。
・実施形態４
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。
図１３は半導体装置４００を示す断面図である。
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。
半導体装置４００は、実施形態１で半導体装置（有機半導体装置）１００に含まれる半導体素子を２つ（半導体素子１００Ａ、１００Ｂ）備えており、その等価回路は図１４に示すとおりである。
２つの半導体素子１００Ａ、１００Ｂのうち、一つは、スイッチングトランジスタ１００Ａで、もう一つはドライバトランジスタ１００Ｂとなっている。また、半導体装素子１００Ａ、１００Ｂは、補強フィルム８６（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂フィルム）の上に配置されている。
本実施形態の半導体装素子１００Ａ、１００Ｂは、有機ＥＬ素子５６の下に形成されており、半導体素子１００Ｂは、有機ＥＬ素子５６に接続されている。なお、有機ＥＬ素子５６の上には、有機ＥＬ素子５６と電気的に接続する透明電極４２が形成されている。加えて、その上には、保護フィルム（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂フィルム）８４が形成されている。
図１４に示した配線９２は、データラインであり、図１３には示されていないが、図１３の半導体素子１００Ａのソース電極４０ｓに接続されている配線２２と電気的に繋がっている。半導体配線９４は、選択ライン（スイッチングライン）であり、半導体素子１００Ａのゲート電極と電気的に繋がっている。
データライン９２とスイッチングライン９４の電流をドライバ部８００、８５０で制御することで半導体素子１００Ａによりドライバトランジスタ１００Ｂから有機ＥＬ素子５６および透明電極４２に流れる電流を制御し、発光素子５６の発光を駆動する。すなわち、半導体素子１００Ａは、有機ＥＬ素子（発光素子）５６のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチングトランジスタとして用いられる。
画像表示装置５００の構成によっては、トランジスタ等の半導体素子は各画素に２個（半導体素子１００Ａと半導体素子１００Ｂが各１個）だけでなく、３個以上設けられることもあり、３個目あるいはそれ以上のトランジスタとして本実施形態の半導体装置１００の半導体素子を設けることも可能である。
なお、半導体装置１００に限らず、本明細書に記載した本願発明にかかる全ての半導体装置（例えば、半導体装置１０１、１０１’、１０２、１０３、２００、３００）の何れの半導体素子も半導体装置４００の半導体素子（スイッチングトランジスタ１００Ａおよびドライバトランジスタ１００Ｂ）として使用可能である。
また、半導体装置４００に代えて駆動回路層７００に半導体装置２００または３００を用いることも可能である。
なお、本発明の全ての半導体装置およびその半導体素子は、有機ＥＬディスプレイに限らず、他の画像表示装置（例えば、液晶表示装置）に用いることもでき、また、電子ペーパにも用いることができる。加えて、本発明の全ての半導体装置およびその半導体素子は、現在、印刷エレクトロニクスで適用が検討されている各種用途（例えば、ＲＦ−ＩＤ、メモリ、ＭＰＵ、太陽電池、センサなど）に適応することができる。
また、画像表示装置５００は、上述の有機ＥＬ素子の代わりに液晶、プラズマ発光素子等の他の種類の発光素子を用いることにより有機ＥＬディスプレイ装置以外の例えば液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置等の他の種類の画像表示装置として用いることが可能である。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、半導体装置１００を１デバイスに対応した形で作製するような例を示したが、それに限らず、複数のデバイスに対応した形で作製する手法を実行してもよい。そのような作製手法として、ロール・ツー・ロール製法を用いることができる。また、本実施形態の構成による効果は、将来開発されると予想される高移動度の有機半導体材料を用いることにより、より顕著なものとして利用することができ、より大きな技術的価値を得ることができる。
本発明によれば、層間接続構造を利用した簡便な構造で集積密度に優れた半導体装置を提供することができる。
本発明は、有機半導体を有する半導体装置とその製造方法およびそれを備えた画像表示装置、とりわけ樹脂フィルム上に形成された、有機半導体を有する半導体装置とその製造方法およびそれを備えた画像表示装置に関する。
情報端末の普及に伴い、コンピュータ用のディスプレイとして、より軽量なフラットパネルディスプレイに対するニーズが高まっている。また情報化の進展に伴い、従来、紙媒体で提供されていた情報が電子化される機会が増え、薄くて軽く、手軽に持ち運び可能なモバイル用表示媒体として、電子ペーパあるいはデジタルペーパへのニーズも高まりつつある（特許文献１など）。
一般に平板型（フラットパネル）ディスプレイ装置においては、液晶、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）、電気泳動等を利用した素子を用いて表示媒体を形成している。これらの表示媒体では画面輝度の均一性や画面書き換え速度等を確保するために、画像駆動素子としてアクティブ駆動素子（ＴＦＴ素子）が主に用いられている。例えば、通常のコンピュータディスプレイではガラス基板上にこれらＴＦＴ素子を形成し、液晶、有機ＥＬ素子等が封止されている。
ＴＦＴ素子には従来、主にａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）等のＳｉ半導体が用いられている。これらＳｉ半導体（必要に応じて金属膜も）を多層化し、ソース、ドレイン、ゲート電極を基板上に順次形成していくことでＴＦＴ素子が製造される。
Ｓｉ半導体を用いたＴＦＴ素子の製造には以下に示す２つの問題がある。
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。
２つ目の問題は、使用する基材が耐熱性を有する材料に限られ、樹脂フィルム等の軽量で可撓性を有する基材が使用できないという問題である。
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。
この問題を解決できる半導体材料として、近年精力的に研究が進められているのが有機半導体材である。有機半導体は、高い電荷輸送性を有する有機化合物であり、有機ＥＬ素子用の電荷輸送性材料のほか、有機レーザ発振素子や、有機薄膜トランジスタ素子（有機ＴＦＴ素子）への応用が可能である。
有機半導体を用いた半導体装置（有機半導体デバイス）は、比較的低い温度で形成でき、従って基材（基板）に関する耐熱性の制限が緩和され、透明樹脂基板等のフレキシブル基材上にも例えばＴＦＴ素子を形成することが可能となる。また、その分子構造を適切に改良することによって、溶液化した有機半導体を得ることができ、この有機半導体溶液をインク化し、インクジェット方式を含む印刷法を用いることで、不活性雰囲気中等の真空を必要としない条件での製造も可能となる。
印刷方式を用いた印刷エレクトロニクス技術は、低温プロセスの実施（脱高温）、真空プロセスの緩和（脱真空などの利点に加え）、フォトリソグラフ工程を実施しないプロセス（脱フォトリソ）を行うことができる。
図１５は、印刷方式を利用して製造する、有機半導体１３０を含む半導体デバイス（フレキシブル半導体デバイス）１０００の構成を模式的に示す断面図である。半導体デバイス（半導体装置）１０００は、樹脂基材（例えば、ＰＥＴ，ＰＩ）１１０の上に、印刷によって各層（１２０、１３０、１４０、１５０）が積層された構造を有している。図示した構成では、樹脂基板１１０の上に、順次、配線層１２０、有機半導体層１３０、絶縁膜１４０、配線層１５０が形成されている。具体的な構成は、適宜改変されるものの、有機半導体層１３０の周辺には、ソース電極１２０ｓ、ドレイン電極１２０ｄ、ゲート電極１５０ｇが配置され、有機ＴＦＴが構築される。
このように透明樹脂基板上にＴＦＴ素子を形成し、そのＴＦＴ素子により表示材料を駆動させることにより、ディスプレイを従来のものよりも軽く、柔軟性に富み、落としても割れない（もしくは非常に割れにくい）ディスプレイとすることができる。
特開２００７−６７２６３号公報
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では、より一層の小型軽量化へのニーズが高く、これを実現するためには、半導体装置１０００の半導体素子をより高密度に形成する必要がある。
同様に、据え置き型の液晶や有機ＥＬ等の画像表示装置においても、大型化を行いながら軽量化、薄型化を行っていくことへの強いニーズ、あるいは従来と同じスペースで画素数を増加させる高品位化（高解像度化）への強いニーズがあり、これらに対応していくためにも半導体装置１０００の半導体素子をより高密度に形成する必要がある。
しかし、半導体装置１０００は、樹脂１１０の上に平面的な各層（１２０、１３０、１４０、１５０）を順次積層していく構造であるため、形成される半導体素子の集積密度の向上に限界がある。
そこで、本発明は樹脂フィルム基材の内部に半導体素子を形成することにより、より高密度に半導体素子を形成できる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。また、この樹脂フィルム基材の内部に半導体素子を形成した半導体装置を用いた画像形成装置を提供することも目的とする。
本発明の第１の態様は、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である。
本発明の第２の態様は、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第１の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第３の態様は、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第１または第２の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第４の態様は、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第１〜３の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第５の態様は、前記有機物半導体は中空部を有することを特徴とする第１〜４の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第６の態様は、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第５の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第７の態様は、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化合物半導体と接触することを特徴とする第１〜６の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第８の態様は、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第１〜７の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第９の態様は、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第１〜８の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１０の態様は、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第９の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第１１の態様は、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第１〜１０の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１２の態様は、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第１１の態様に記載の半導体装置である。
本発明の第１３の態様は、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第１〜１２の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１４の態様は、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第１〜１３の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１５の態様は、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何れか一つであることを特徴とする第１〜１４の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１６の態様は、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第１〜１５の態様何れかに記載の半導体装置である。
本発明の第１７の態様は、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、第１〜１６の態様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である。
本発明の第１８の態様は、第１〜１６の態様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第１７の態様記載の画像表示装置である。
本発明の第１９の態様は、第１〜１６の態様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第１７または第１８の態様記載の画像表示装置である。
本発明の第２０の態様は、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第１７〜１９の態様何れかに記載の画像表示装置である。
本発明の第２１の態様は、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である。
本発明の第２２の態様は、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第２１の態様記載の半導体装置の製造方法である。
本発明の第２２の態様は、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第２１または２２の態様記載の半導体装置の製造方法である。
樹脂フィルムに設けたスルーホールの内部にゲート電極、絶縁層、有機半導体を含む半導体素子を配置した半導体装置を用いることで集積密度の高い半導体装置およびその製造方法の提供が可能となる。併せてこの半導体装置を用いることで、薄型化等の小型化、軽量化を実現した画像表示装置の提供も可能となる。
本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００に対応した回路要素を示す図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０１の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０１’の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０２の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１０３の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。 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。 本発明の実施形態２に係る半導体装置２００の別の製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る半導体装置３００の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る画像表示装置５００を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態４にかかる半導体装置４００の構成を模式的に示す断面図である。 半導体装置４００の等価回路を示す図である。 従来の半導体装置１０００の構成を模式的に示す断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
・実施形態１
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。
これにより、有機半導体部５０、絶縁層３０、金属層２０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄによって半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）が形成されている。該半導体素子において、絶縁層３０はゲート絶縁膜として機能し、金属層２０はゲート電極として機能する。図１に示す実施形態では、金属層２０は、樹脂フィルム１０の表面（図１の樹脂フィルム１０の上面１０ａと下面１０ｂ）にも延在して形成され、この延在した金属層２０は、配線として使用される。この配線は、樹脂フィルム１０の上面１０ａと下面１０ｂの一方または両方に形成してもよい。
また、絶縁層３０は図１に示すように金属層２０の樹脂フィルム１０の上面１０ａ又は下面１０ｂに延在する部分を覆ってもよい。
ドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓとは、それぞれ有機半導体部５０の一方の端部（図１の実施形態では上方端部）と他方の端部（図１の実施形態では下方端部）に接して形成される。例えば貴金属等の金属から成るドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓは、有機半導体部５０とオーミック接触（電気的に接続）する。これにより、半導体装置１００において、図２に示すＴＦＴ素子が構成される。
このように、従来半導体素子（有機半導体素子）が形成されることがなかった基材（樹脂フィルム）１０のスルーホール内にＴＦＴ等の半導体素子を形成している。このため半導体装置１００は立体的にスペースを有効に活用できることから、高い密度で半導体素子を形成することが可能となる。
次に半導体装置１００の作動原理を示す。
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。
ゲート電極２０に印加される電圧を制御して上記界面に蓄積されたキャリア量を変調することにより，ドレイン電極４０ｄとソース電極４０ｓの間を流れる電流量を変化させて、例えばスイッチング動作を行うことができる。
以下に、半導体装置１００の各要素の詳細を説明する。
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。
樹脂フィルム１０に形成されたスルーホール１５は、例えば、レーザによって形成された断面円形（樹脂フィルム１０の平面に平行な断面）の貫通孔である。スルーホール１５の直径は、例えば、１〜２５μｍである。
スルーホール１５の壁面１７に形成される金属層２０は、例えば銅メッキからなり、例えば、厚さが０．１〜１８μｍである。金属層２０は好ましくはスルーホール１５の壁面１７全体を覆っているが、スルーホール１５の壁面１７の一部のみを覆ってもよい。また、上述のように金属層２０は、樹脂フィルム１０の上面１０ａの一部および／または樹脂フィルム１０の下面１０ｂの一部を覆うように形成してもよい。
金属層２０を覆うように形成される絶縁層３０は、例えば、ＰＶＡ(Poly Vinyl alcohol)、ＰＶＰ(Poly 4−Vinyl Phenol)、ＢＣＢ(Benzocyclobutene)およびポリシラザンの塗布により形成されるＳｉＯ２などからなる。絶縁層３０の厚さは、ゲート絶縁層として機能できる厚さであり、例えば５０〜３００ｎｍである。
有機半導体部５０は、スルーホール１５の内部に充填され、絶縁層３０と接触するように形成されている。絶縁層３０と有機半導体部５０との接触面積を大きくできることから、絶縁層３０のうちスルーホール１５の内部に位置する部分の表面（金属層２０と接していない方の表面）全てを有機半導体部５０で覆うのが好ましいが、一部分のみを有機半導体部５０により覆ってもよい。
有機半導体部５０を構成する有機半導体は種々のものを使用することが可能である。用いる有機半導体としては、移動度が高い材料が好ましく、例えば、ペンタセンを挙げることができる。有機半導体は大別すると、高分子材料（例えば、ポリチオフェン又はその誘導体）、低分子材料（例えば、ペンタセン、可溶化ペンタセン）、その他、ナノカーボン材料（例えば、カーボンナノチューブ、ＳｉＧｅナノワイヤ、フラーレン、修飾フラーレン）、無機有機混合材料（例えば、（Ｃ６Ｈ５Ｃ２Ｈ４ＮＨ３）とＳｎＩ４との複合系）があり、何れも有機半導体部５０に用いることができる。なお、有機半導体の他の例をさらに後述する。
図１に示すように有機半導体部５０の一方の端部（図１では上方の端部）にオーミック接触するドレイン電極４０ｄがゲート電極２０と分離されるように配置される。有機半導体部５０の他方の端部（図１では下方の端部）にオーミック接触するソース電極４０ｓがゲート電極２０と分離されるように配置される。
例えばソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄがそれぞれ絶縁層３０の角部（絶縁層３０の基材２０の上面ａと平行に延在する部分とスルーホール１５の壁面１７に平行な部分とが交わる部分が形成する角部）で絶縁層３０と密着する等により、有機半導体部５０を覆うソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄと絶縁層３０とにより有機半導体部５０をシールするのが好ましい。
この好ましい態様により従来の半導体装置１０００に生じる以下の問題を解決できる。
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。
半導体装置１００では、有機半導体部５０をシールすることでスルーホール１５内の有機半導体部５０と酸素（又は空気）との接触を抑制でき、これにより、有機半導体部５０を構成する有機半導体の経時劣化を抑制ないし緩和することが可能となる。
このように、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを絶縁層３０と密着させるだけで容易に、有機半導体部５０と酸素との接触を抑制できるのも本発明に係る半導体装置１００の極めて大きな利点の１つである。
なお、例えば金属層２０がスルーホール１５の壁面１７の一部にしか配置されていない等により、絶縁層３０が金属層２０を介してスルーホール１５の壁面１７の一部しか覆っていない場合には、ソース電極４０ｓとゲート電極４０ｄと絶縁層３０とスルーホール１５の壁面１７とにより、有機半導体部５０をシールしてもよい。
また、図１に示すように、好ましくは有機半導体部５０の一方の端部（図１では上方の端部）はその全面がドレイン電極４０ｄとオーミック接触している。同様に、好ましくは有機半導体部５０の他方の端部（図１では下方の端部）はその全面がソース電極４０ｓとオーミック接触している。ソース電極４０ｓと有機半導体部５０との接触面積およびドレイン電極４０ｄと有機半導体部５０との接触面積が増加し、電気抵抗を低下させることが可能だからである。
ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄは、有機半導体部５０とオーミック接触が可能な例えば金（Ａｕ）のような貴金属の金属箔から構成されており、その厚さは、例えば、０．０２〜３μｍである。
上述のように半導体装置１００においては、ゲート電極２０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを全てメッキ等の金属箔により形成できる。
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。
すなわち、従来の半導体装置１０００では、通常の金属粒子を用いて配線層を形成すると、６００〜１０００℃と高い焼結温度が必要となり樹脂フィルム基材が使用できないという問題及びインクジェットノズルを詰まらせるという問題があり、インク溶液とナノオーダーに微細化した金属粒子（ナノペースト材料）との混合物を配線材料として用いている。
しかしナノペースト材料は極めて高価であること、さらにナノペースト材料から形成される配線は、ナノオーダーの金属粒子を焼結し形成するため、金属粒子表面の酸化膜等のため電気抵抗が大きいという問題が生じていた。
本実施形態にかかる半導体装置１００では、ナノペースト材料を用いる必要がないことら、従来の半導体装置１０００と比べゲート電極、ソース電極、ドレイン電極を含む配線を安価に構成でき、かつ電気抵抗を大きく減少させることが可能となる。
次に半導体装置１００の変形例を示す。
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。
このように有機半導体部５０’が中空部を有する半導体装置１０１は、用いる有機半導体の量を低減できる等の効果および必要に応じこの中空部に他の材料を充填可能であるという効果を有する。
図４は、半導体装置１０１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’では、半導体装置１０１と同じく内部に空間を有する有機半導体部５０’が用いられている。そして、この空間が固形物により充填されている点が半導体装置１１０と異なる。
すなわち、半導体装置１１０’の有機半導体部５０’は、図４に示すように例えば絶縁材料５２のような他の材料が充填されている。例えば絶縁材料５２を有機半導体部５０’の内部に充填した場合，ソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄ間の漏れ電流の防止効果を高めるといった格別の効果を有する。
図５は、半導体装置１００の別の変形例である半導体装置１０２を示す断面図である。
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。
半導体装置１０２では、スルーホール１５の長さを変えることなく、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’との間の距離を短くできるという利点を有する。
なお、有機半導体部５０’’の一方の端部の面（端面）と絶縁層３０の樹脂フィルム１０の上面１０ａと平行に延在する部分(図５では絶縁層３０は、上面１０ａ側と下面１０ｂ側の両方に延在部を有するが、このどちらか一方）の表面とを同一平面（面一）となるようして、有機半導体部５０’’の他方の端面のみがスルーホール１５の内部に位置している半導体装置、すなわち、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’とのどちらか一方のみがスルーホール１５の内部で有機半導体部５０’’と接触している半導体装置も半導体装置１０２の技術的範囲に含まれる。
図６は、半導体装置１００の別の変形例である半導体装置１０３を示す断面図である。半導体装置１０３の有機半導体部５０’’’の両方の端部はそれぞれ凹部を有している。そして、ソース電極４０ｓ’’は有機半導体部５０’’’一方の端部に設けられた凹部の内部まで延在しており、この一方の端部の凹部においてソース電極４０ｓ’’と有機半導体部５０’’’とはオーミック接触している。同様に、ドレイン電極４０ｄ’’は有機半導体部５０’’’他方の端部に設けられた凹部の内部まで延在しており、この他方の端部の凹部においてドレイン電極４０ｄ’’と有機半導体部５０’’’とは接触している。
従って、ソース電極４０ｓ’’とドレイン電極４０ｄ’’とはそれぞれ、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。
半導体装置１０３は、スルーホール１５の長さを変えることなく、ソース電極４０ｓ’とドレイン電極４０ｄ’との間の距離を短くできるという半導体装置１０２と同じ利点に加えて、さらにスルーホール１５の半径を大きくすることなく、ソース電極４０ｓ’’と有機半導体部５０’’’との接触面積およびドレイン電極４０ｄ’’と有機半導体部５０’’’との接触面積を増加することができるという利点を有する。
なお、有機半導体部５０’’’がその端部の一方にのみ凹部を有し、従ってソース電極４０ｓ’’とドレイン電極４０ｄ’’のどちらか一方のみがスルーホール１５の内部で有機半導体部５０’’’と接触している半導体装置も半導体装置１０３の技術的範囲に含まれる。
また、実施形態１の変形例に用いる有機半導体部５０’、５０’’、５０’’’を形成する有機半導体材料は有機半導体部５０と同じである。同様にソース電極４０ｓ’、４０ｓ’’およびドレイン電極４０ｄ’、４０ｄ’’に用いる材料は、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄに用いる材料と同じである。
次に、図７（ａ）から図８（ｂ）を参照しながら、実施形態１に係る半導体装置１００の製造方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、樹脂フィルム１０を用意する。樹脂フィルム１０は、例えば、厚さ４μｍのアラミド樹脂フィルムを用いてよい。また、他の樹脂フィルム（例えば、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）を用いてもよい。
次に、図７（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成した後、スルーホール１５の壁面に金属メッキを施す。また、必要に応じて樹脂フィルム１０の上面１０ａおよび／または下面１０ｂにも金属メッキを施す。その後、その金属メッキをパターニングして、金属層２０を形成する。
スルーホール１５は、例えばレーザを照射することによって形成する。あるいは、他の方法（例えば、エッチングなど）を用いてスルーホール１５を形成してもよい。図７に示す実施形態では、樹脂フィルム１０の上方から見たスルーホール１５の形状は、円形であるが、他の形状（楕円形、長円形、矩形など）にすることも可能である。
金属層２０は、例えば銅（Ｃｕ）から形成されており、金属層２０は、例えばスルーホールメッキを利用して形成する。すなわち、樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成した後、銅によるスルーホールメッキを行って、スルーホール１５の壁面に銅メッキ（銅箔）を形成する。銅箔の厚さは、例えば約５μｍである。その後、樹脂フィルム１０の上面１０ａおよび下面１０ｂにある銅箔をパターニングして、図７（ｂ）に示した金属層２０を形成する。このパターニングは、銅箔をエッチングすることによって実行すればよい。この金属層２０は、ゲート電極２０として機能する。
次に、図７（ｃ）に示すように、金属層２０を覆うように絶縁層３０を形成する。絶縁層３０の形成は、例えば、絶縁材料を塗布することによって行うことができる。この絶縁層３０は、ゲート絶縁膜として機能することになる。
絶縁層３０を形成するための絶縁材料の具体的な塗布方法として、例えば、電着塗装法による電着塗膜の形成、スプレーコータを用いたスプレー法やインクジェット方式による塗膜の形成などが利用できる。なお、図７に示す実施形態では、金属層２０をパターニング後に絶縁層３０を形成しているが、金属層２０をパターニングする前に絶縁層３０をパターン形状に形成し、その絶縁層３０をエッチングレジストとして金属層２０をパターニングすることも可能である。この場合、絶縁層３０を形成する方法は、ディップにより全面に形成した後にパターン形状に加工する方法が簡便である。
次に、図８（ａ）に示すように、スルーホール１５の内部に有機半導体を含む材料を充填し、スルーホール１５の内部に有機半導体部５０を形成する。有機半導体部５０の形成は、例えば印刷によって行うことができる。
さらに、図８（ｂ）に示すように、有機半導体部５０の上端にドレイン電極４０ｄを形成し、下端にソース電極４０ｓを形成して半導体装置１００を得ることができる。ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄは、スルーホール１５内に有機半導体部５０が充填された樹脂フィルム１０の上（上面１０ａ、下面１０ｂ）に、金属層を形成した後、その金属層をパターニングして、ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを得てもよい。ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄは、金属層のパターニングによって形成する他、積層などによって形成することもできる。
このように半導体装置１００では、スルーホール１５の内部、すなわちスルーホール１５の壁面に囲まれた部分にゲート電極２０とゲート絶縁層３０と有機半導体部５０とが形成されることから、これらの要素を容易にかつ高精度に位置決めできる。
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。
すなわち、インクジェット方式で各層を形成する場合、所望の位置に所望の層が形成されるように、液状の材料をバンクその他の部材により所定の位置に精度良く保持する必要があり、バンクその他の部材の形成、ならびに、位置合わせ精度の問題が発生する。加えて、インクジェットによる印刷により、基材の上に、ソース電極層、ドレイン電極層、有機半導体層、絶縁層、ゲート電極層等の各層を何層も積載して有機半導体デバイスを形成することに起因して、有機半導体デバイスの平坦性を確保するために、有機デバイスの厚みが増加するという問題がある。さらに、このように印刷で何層も積層すると、例えば位置合わせの精度等に起因して歩留まりが低下するという問題を生じる。歩留まりは、半導体装置１０００が大型になるほど低下する傾向が強くなる。
とりわけ、半導体装置１０００を有機ＥＬディスプレイ等の画像表示装置に用いた場合、携帯電話レベル等に用いる小さい画面サイズであれば、印刷方式による上述した問題も甘受できる場合があるが、画面サイズが、大画面（例えば、１ｍ級の超大画面）になれば、上述の印刷方式の問題は顕著なものとなっていた。
しかし、半導体装置においては、スルーホール１５を所望の位置に形成することは、レーザ等を用いれば容易なことから、ＴＦＴ等の半導体素子を容易にかつ正確に位置決めできるためこのような問題が生じない。
・実施形態２
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。
図９（ａ）に示すように、樹脂フィルム１０を用意する。樹脂フィルム１０は、実施形態１で示したものと同じである。
次に、図９（ｂ）に示すように、樹脂フィルム１０に複数のスルーホール１５を形成した後、金属層２０を形成する。金属層２０は、樹脂フィルム１０にスルーホールメッキを施した後、そのメッキにより形成された金属箔をパターニングにすることによって形成することができる。この金属箔のパターンニングにより、スルーホール１５の壁面を覆う部分を有する金属層２０と併せて樹脂フィルム１０上に配線パターン２５を形成することもできる。
このようにして配線パターン２５を得る方法は、印刷方式で配線を形成する従来の方法と異なり、メッキ等の金属膜であり高価な金属ナノペーストを用いないため低コストで配線パターンを得ることができる。また、配線パターン２５は銅配線であることから、金属ナノペーストによって作製された従来の配線パターンよりも顕著に電気抵抗の低い配線パターンを簡便に作製することができるという利点を有する。
次に、図９（ｃ）に示すように、金属層２０の上に絶縁層３０を形成する。絶縁層３０は、例えば、塗装法によって形成することができる。
次に、図９（ｄ）に示すように、金属層２０及び絶縁層３０が内壁上に積層されたスルーホール１５内に、有機半導体を含む材料を充填して、有機半導体部５０を形成する。有機半導体が高分子有機半導体（例えば、ポリチオフェン又はその誘導体）の場合、印刷プロセスによって有機半導体部５０を形成することが好ましい。また、有機半導体が低分子有機半導体（例えば、ペンタセン）の場合、蒸着プロセスによって有機半導体部５０を形成することが好ましい。
その後、図９（ｅ）に示すように、有機半導体部５０に接触するようにソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄを形成し、本実施形態にかかる半導体装置２００が得られる。なお、例えば図９（ｂ）からもわかるように、金属層２０のパターン形状は、有機半導体部５０にあわせて適時好適なものを決定することができる。
このように図９に示す製造方法を用いることにより複数の有機半導体部５０を
効率的に形成することが可能となる。
なお、図９（ｅ）に示すように、半導体装置２００の複数のスルーホール１５の一部（図９（ｅ）の右側のスルーホール１５）について、トランジスタを形成せずに（即ち、絶縁層３０、有機半導体部５０、ソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを形成せずに）、金属層２０をビア内部に導電性組成物として配置し、樹脂フィルム１０の一方の面の配線と他方の面を電気的に接続する接続用スルーホール（ビア）として用いてもよい。
また、実施形態２にかかる半導体装置２００は、詳細を図１０（ａ）から（ｆ）に示すように、銅箔を積層した樹脂フィルム１０から製造することもできる。
まず、図１０（ａ）に示すように、金属箔（ここでは銅箔）２０Ａが形成された樹脂フィルム１０を用意する。次いで、図１０（ｂ）に示すように、銅箔２０Ａが積層されている樹脂フィルム１０にスルーホール１５を形成する。
次に、図１０（ｃ）に示すように、スルーホール１５の内壁に、銅箔２０Ａと接続する金属箔（ここでは、銅箔）をメッキによって形成した後、銅箔２０Ａをパターニングして、金属層２０を形成する。本実施形態では、スルーホール１５の内壁を覆う部位を有する金属層２０とともに、配線パターン２５もこのパターニングによって形成する。
次に、図１０（ｄ）に示すように、金属層２０を覆うように絶縁層３０を形成する。その後、図１０（ｅ）に示すように、スルーホール１５の内部に有機半導体部５０を形成する。上述した他の実施形態の場合と同様に、有機半導体部５０の形成は種々の手法のうち好適なものを適宜選択すればよく、例えば、塗布、印刷または注入によるものであってもよいし、蒸着によるものであってもよい。
・実施形態３
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。
基板構造体６０は、実施形態１で示した半導体装置１００からソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄを除いた構成を含んでおり、図８（ａ）、図９（ｄ）、図１０（ｅ）に示した基板構造と同様である。なお、図１１に示した基板（基板構造）６０では、有機半導体部５０が充填されたスルーホール１５に加えて、スルーホール１５Ａも形成されている。スルーホール１５Ａの壁面に金属層２０を有している。そして、スルーホール１５Ａと、この金属層２０より成る導電性組成物とから、層間接続用のビア７０を形成している。
半導体装置３００の上基板構造６２下面には接着層（または樹脂フィルム層）１２（上基板構造６２に含まれる）が形成されている。下基板構造６４の上面にも接着層（または樹脂フィルム層）１２（下基板構造６４に含まれる）が形成されている。上基板構造６２と下基板構造６４の一方（図１１では上基板構造６２）の接着層１２はソース電極４０ｓを埋め込んで形成されており、また他方（図１１では下基板構造６４）の接着層１２はドレイン電極４０ｄを埋め込んで形成されている。そして、それぞれの接着層１２を樹脂フィルム１０と接着させることによってソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄとを有機半導体部５０にオーミック接触させている。
このように半導体装置３００は、接着層１２を用いてソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄを有機半導体部５０に接触させる構成を有していることから、基板構造６０にソース電極４０ｓおよびドレイン電極４０ｄをパターニングする工程を省略することができる。すなわち、予めパターニングされたソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを有する上基板構造６２および下基板構造６４を、基板構造６０に積層するだけで、有機半導体部５０に接触するソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄを形成することができる。
また、積層法を用いると、ソース電極４０ｓまたはドレイン電極４０ｄの有機半導体部５０との接触面を貴金属メッキすることも簡便に行うことができる。
上基板構造６２は上述の接着層１２とソース電極４０ｓに加えて、接着層１２の上に配置された樹脂フィルム１４と、該樹脂フィルム１４に設けたビアホール（スルーホール）及びこのビアホールの内部に充填された導電性組成物から成るビア７２と、前記樹脂フィルムの接着層１２と反対側の表面に配置された配線２２とを含む。
ソース電極４０ｓは、上基板構造６２の樹脂フィルム１４に形成されたビア７２を介して配線２２に接続されている。
一方、下基板構造６４は上述の接着層１２とドレイン電極４０ｄに加えて、接着層１２の上（図１３では接着層１２の下側）に配置された樹脂フィルム１４と、該樹脂フィルム１４に設けたビアホール（スルーホール）及びこのビアホールの内部に充填された導電性組成物から成るビア７２と、ビアホール（スルーホール）とその内部に配置された導電性組成物から成るビア７４と、前記樹脂フィルムの接着層１２と反対側の表面に配置された配線２４とを含む。
ドレイン電極４０ｄは、下基板構造６４の樹脂フィルム１４に形成されたビア７２を介して配線２４に接続されている。またビア７４は、基板構造６０の層間接続用スルーホール１５Ａに形成されたビア７０（メッキスルーホール部）と電気的に接続されている。
半導体装置３００では、樹脂フィルム１０にスルーホール１５が形成され、そのスルーホール１５の壁面に金属層２０と絶縁層３０が積層して形成され、その絶縁層３０の上に有機半導体部５０が形成された基板構造６０を上基板構造６２と下基板構造６４とで挟む層間接続構造を利用している。この結果、半導体装置の構造を簡単なものにすることができるとともに、その生産性を向上させることができる（即ち、高い生産性で半導体装置３００を形成できる）。
また、スルーホール１５内に有機半導体部５０を形成するため、従来のインクジェットを用いる場合に必要なバンクを省略することができ、有機半導体部５０の位置決め制御を容易に実行することができる。さらに、ソース電極４０ｓとドレイン電極４０ｄと絶縁層３０とにより有機半導体部５０をシールすることにより、有機半導体部５０の酸素（又は空気）との接触を抑制することができ、有機半導体部５０の経時劣化による移動度の低下を抑制ないし緩和することが可能となる。
加えて、スルーホール１５内に有機半導体部５０が形成されているので、図１５に示したような積み上げ式の従来の半導体装置１０００で生じる問題を回避することができる。すなわち、有機半導体部５０の平担性の問題は、スルーホール１５の壁面に沿って形成することにより解消することができ、また、位置精度の問題もスルーホール１５内に形成することで解決することができる。
さらに、スルーホール１５内に有機半導体部５０が形成されていることにより、基板１０の屈曲に対する応力の加わり方にムラが無く、すなわち、従来の半導体装置１０００と比較して、引張り応力と圧縮応力とのムラを抑制することができる。
実施形態３に係る有機半導体部５０を構成する有機半導体材料としては、上記説明と重複する内容もあるが、例えば、次のようなものを挙げることができる。（１）ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセンおよびそれらの誘導体からなる群から選択されるアセン分子材料、（２）フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物およびペリレン系化合物からなる群から選択される顔料およびその誘導体、（３）ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、ジフェニルメタン化合物、スチルベン化合物、アリールビニル化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルアミン化合物およびトリアリールアミン化合物からなる群から選択される低分子化合物およびその誘導体、（４）ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ハロゲン化ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ピレンホルムアルデヒド樹脂およびエチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂からなる群から選択される高分子化合物である。あるいは、有機半導体材料は、フルオレノン系、ジフェノキノン系、ベンゾキノン系、インデノン系、ポルフィリン系、ポリチオフェン系およびポリフェニレン系化合物であってもよい。
また、本実施形態のゲート電極２０、ソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄは、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）、導電性ポリアニリン、導電性ポリピロール、導電性ポリチアジル、および、導電性ポリマとこれらの組み合わせからなる群から選択された材料で構成することができる。なお、ソース電極４０ｓ、ドレイン電極４０ｄは、Ａｕ層とＣｒ層とからなる二層電極、または、Ａｕ層とＰｔ層とからなる二層電極から構成してもよい。
・実施形態４
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。
図１３は半導体装置４００を示す断面図である。
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。
半導体装置４００は、実施形態１で半導体装置（有機半導体装置）１００に含まれる半導体素子を２つ（半導体素子１００Ａ、１００Ｂ）備えており、その等価回路は図１４に示すとおりである。
２つの半導体素子１００Ａ、１００Ｂのうち、一つは、スイッチングトランジスタ１００Ａで、もう一つはドライバトランジスタ１００Ｂとなっている。また、半導体装素子１００Ａ、１００Ｂは、補強フィルム８６（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂フィルム）の上に配置されている。
本実施形態の半導体装素子１００Ａ、１００Ｂは、有機ＥＬ素子５６の下に形成されており、半導体素子１００Ｂは、有機ＥＬ素子５６に接続されている。なお、有機ＥＬ素子５６の上には、有機ＥＬ素子５６と電気的に接続する透明電極４２が形成されている。加えて、その上には、保護フィルム（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＮなどの樹脂フィルム）８４が形成されている。
図１４に示した配線９２は、データラインであり、図１３には示されていないが、図１３の半導体素子１００Ａのソース電極４０ｓに接続されている配線２２と電気的に繋がっている。半導体配線９４は、選択ライン（スイッチングライン）であり、半導体素子１００Ａのゲート電極と電気的に繋がっている。
データライン９２とスイッチングライン９４の電流をドライバ部８００、８５０で制御することで半導体素子１００Ａによりドライバトランジスタ１００Ｂから有機ＥＬ素子５６および透明電極４２に流れる電流を制御し、発光素子５６の発光を駆動する。すなわち、半導体素子１００Ａは、有機ＥＬ素子（発光素子）５６のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチングトランジスタとして用いられる。
画像表示装置５００の構成によっては、トランジスタ等の半導体素子は各画素に２個（半導体素子１００Ａと半導体素子１００Ｂが各１個）だけでなく、３個以上設けられることもあり、３個目あるいはそれ以上のトランジスタとして本実施形態の半導体装置１００の半導体素子を設けることも可能である。
なお、半導体装置１００に限らず、本明細書に記載した本願発明にかかる全ての半導体装置（例えば、半導体装置１０１、１０１’、１０２、１０３、２００、３００）の何れの半導体素子も半導体装置４００の半導体素子（スイッチングトランジスタ１００Ａおよびドライバトランジスタ１００Ｂ）として使用可能である。
また、半導体装置４００に代えて駆動回路層７００に半導体装置２００または３００を用いることも可能である。
なお、本発明の全ての半導体装置およびその半導体素子は、有機ＥＬディスプレイに限らず、他の画像表示装置（例えば、液晶表示装置）に用いることもでき、また、電子ペーパにも用いることができる。加えて、本発明の全ての半導体装置およびその半導体素子は、現在、印刷エレクトロニクスで適用が検討されている各種用途（例えば、ＲＦ−ＩＤ、メモリ、ＭＰＵ、太陽電池、センサなど）に適応することができる。
また、画像表示装置５００は、上述の有機ＥＬ素子の代わりに液晶、プラズマ発光素子等の他の種類の発光素子を用いることにより有機ＥＬディスプレイ装置以外の例えば液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置等の他の種類の画像表示装置として用いることが可能である。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、半導体装置１００を１デバイスに対応した形で作製するような例を示したが、それに限らず、複数のデバイスに対応した形で作製する手法を実行してもよい。そのような作製手法として、ロール・ツー・ロール製法を用いることができる。また、本実施形態の構成による効果は、将来開発されると予想される高移動度の有機半導体材料を用いることにより、より顕著なものとして利用することができ、より大きな技術的価値を得ることができる。
本発明によれば、層間接続構造を利用した簡便な構造で集積密度に優れた半導体装置を提供することができる。
１０ 樹脂フィルム
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 前記有機物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。
  6. 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。
  7. 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化合物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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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。
  23. 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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