(57)【要約】【課題】スイッチングトランジスタと駆動用トランジスタとの電気的接続を確実にするとともに、ビアホール形成とバンク（又はセパレータ）形成とによるゲート絶縁膜の劣化を防ぐ。【解決手段】トップゲート型のスイッチングトランジスタ１１とボトムゲート型の駆動用トランジスタ１２とを備える有機半導体デバイス１０であって、スイッチングトランジスタ１１のソース電極１０３と、駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２とは同一の構造物を兼用し、スイッチングトランジスタ１１のバンク層１０５と駆動用トランジスタ１２のゲート絶縁膜２０３とは、同一の構造物を兼用し、駆動用トランジスタ１２のバンク層２０５とスイッチングトランジスタ１１のゲート絶縁膜１０７とは、同一の構造物を兼用する。【選択図】図１
2010040999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トップゲート型の第１トランジスタとボトムゲート型の第２トランジスタとを備える有機半導体デバイスであって、
前記第１トランジスタは、
基板と、
前記基板上に形成された第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、
前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間の前記基板上に形成された有機半導体材料を含む第１チャネル層と、
前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極上に形成された第１バンク層と、
前記第１バンク層及び第１チャネル層上に形成された第１ゲート絶縁膜と、
前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１ゲート電極とを備え、
前記第２トランジスタは、
前記基板と、
前記基板上に形成された第２ゲート電極と、
前記第２ゲート電極上に形成された第２ゲート絶縁膜と、
前記第２ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された第２バンク層と、
前記第２バンク層上に形成された第２ソース電極及び第２ドレイン電極と、
前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間の前記第２ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料を含む第２チャネル層とを備え、
前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極の一方と、前記第２ゲート電極とは同一の構造物を兼用し、
前記第１バンク層と前記第２ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用し、
前記第２バンク層と前記第１ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用する
有機半導体デバイス。
【請求項２】
前記第２ゲート絶縁膜の厚さは、前記第１ゲート絶縁膜の厚さより小さい
請求項１記載の有機半導体デバイス。
【請求項３】
前記有機半導体デバイスは、さらに、
前記第１ゲート絶縁膜、前記第２ソース電極、前記第２ドレイン電極、及び、前記第２チャネル層を覆う保護膜と、
前記保護膜上に形成され、表面が平坦である平坦化膜とを備える
請求項１又は２記載の有機半導体デバイス。
【請求項４】
トップゲート型の第１トランジスタとボトムゲート型の第２トランジスタとを備える有機半導体デバイスの製造方法であって、
基板上に第１導電性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、前記第２トランジスタの第２ゲート電極とを形成する第１電極形成ステップと、
前記第１ソース電極、前記第１ドレイン電極及び前記第２ゲート電極上に第１絶縁性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１バンク層と前記第２トランジスタの第２ゲート絶縁膜とを形成する第１絶縁性領域形成ステップと、
前記基板上の前記第１絶縁性領域で覆われていない領域に有機半導体層を形成することで、前記第１トランジスタの第１チャネル層を形成する第１チャネル層形成ステップと、
前記第１チャネル層と、前記第１絶縁性領域の所定の領域との上に第２絶縁性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ゲート絶縁膜と、前記第２トランジスタの第２バンク層とを形成する第２絶縁性領域形成ステップと、
前記第２絶縁性領域の所定の領域に第２導電性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ゲート電極と、前記第２トランジスタの第２ドレイン電極及び第２ソース電極とを形成する第２電極形成ステップとを含む
有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記第１絶縁性領域形成ステップ又は前記第２絶縁性領域形成ステップでは、インクジェット法、スピンコートディップコーティング法、プリンティング法、又は、ロール印刷法を用いて、前記第１絶縁性領域又は前記第２絶縁性領域を形成する
請求項４記載の有機半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
トップゲート型の第１トランジスタと、ボトムゲート型の第２トランジスタと、有機発光デバイスを備える有機ＥＬディスプレイであって、
前記第１トランジスタは、
基板と、
前記基板上に形成された第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、
前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間の前記基板上に形成された有機半導体材料を含む第１チャネル層と、
前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極上に形成された第１バンク層と、
前記第１バンク層及び第１チャネル層上に形成された第１ゲート絶縁膜と、
前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１ゲート電極とを備え、
前記第２トランジスタは、
前記基板と、
前記基板上に形成された第２ゲート電極と、
前記第２ゲート電極上に形成された第２ゲート絶縁膜と、
前記第２ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された第２バンク層と、
前記第２バンク層上に形成された第２ソース電極及び第２ドレイン電極と、
前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間の前記第２ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料を含む第２チャネル層とを備え、
前記有機発光デバイスは、
前記第２ソース電極又は前記第２ドレイン電極と接続される陽極と、
前記陽極上に形成され、発光する有機発光層と、
前記有機発光層上に形成される透明の陰極とを備え、
前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極の一方と、前記第２ゲート電極とは同一の構造物を兼用し、
前記第１バンク層と前記第２ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用し、
前記第２バンク層と前記第１ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用する
有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体デバイス及びその製造方法並びに有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイに関するものであり、特に、有機ＥＬディスプレイを駆動するための電界効果型トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬディスプレイの構成要素である有機ＥＬデバイスは、一般的に、有機発光デバイスと、それを駆動するためのトランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））とを有する。一般的なトランジスタは、有機発光デバイスを駆動するための駆動用トランジスタと、駆動用トランジスタをオン／オフするためのスイッチングトランジスタとから構成される。
【０００３】
有機ＥＬデバイスの代表的な例として、駆動用トランジスタと有機発光デバイスとを積層させる構造がある。このような有機ＥＬデバイスは、「トップエミッション型有機ＥＬデバイス」と称され、発光層からの光を、基板と反対側の封止膜を通して取り出す構造となっている。特許文献１に記載されるように従来の有機ＥＬデバイスの構造は駆動用トランジスタのゲート電極と電源線とがコンタクトホールを介して接続されている。
【０００４】
特許文献１では駆動用トランジスタのゲート電極と電源線とがコンタクトホールを介して接続している内容の開示にとどまっている。これに対して、非特許文献１には、駆動用トランジスタのゲート電極とスイッチングトランジスタのソース電極（又はドレイン電極）とはゲート絶縁膜にビアホールを形成して接続される構造をとる技術が示されている。
【０００５】
また、非特許文献１に記載されているように、半導体として有機半導体を用いる場合、半導体素子分離のためにバンク（又はセパレータ）を用いて素子を分離する構造となっている。
【特許文献１】特開２００３−２４９３７５号公報
【非特許文献１】ＳＩＤ，０７，ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．１７５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のトップエミッション型有機ＥＬデバイスでは、以下のような課題がある。
【０００７】
まず、有機ＥＬディスプレイの歩留まりが低下するという課題がある。これは、ビアホールを形成してスイッチングトランジスタと駆動用トランジスタとを電気的に接続する際に、電気的接続が困難な場合があるためである。例えば、上記従来技術では、形成したビアホールに金属を埋め込まなければならないが、このときに、断線などが生じる場合がある。
【０００８】
さらに、ゲート絶縁膜を介してのビアホールを形成時及びゲート絶縁膜上へのバンク形成時にゲート絶縁膜がプロセスにより劣化が起きるために、トランジスタの特性が低下するという課題がある。例えば、酸素プラズマを用いたドライエッチング法でビアホールを形成する場合、酸素プラズマにより表面が酸化され、表面が荒れてしまうため、トランジスタの特性が低下する。また、レジストを用いてドライエッチプロセスでビアホール及びバンクを形成する際に、レジストがゲート絶縁膜上に残るため、トランジスタの特性が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、スイッチングトランジスタと駆動用トランジスタとの電気的接続を確実にするとともに、ビアホール形成とバンク（又はセパレータ）形成とによるゲート絶縁膜の劣化を防ぐことで、高性能な有機半導体デバイス及び有機ＥＬディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の有機半導体デバイスは、トップゲート型の第１トランジスタとボトムゲート型の第２トランジスタとを備える有機半導体デバイスであって、前記第１トランジスタは、基板と、前記基板上に形成された第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間の前記基板上に形成された有機半導体材料を含む第１チャネル層と、前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極上に形成された第１バンク層と、前記第１バンク層及び第１チャネル層上に形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１ゲート電極とを備え、前記第２トランジスタは、前記基板と、前記基板上に形成された第２ゲート電極と、前記第２ゲート電極上に形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された第２バンク層と、前記第２バンク層上に形成された第２ソース電極及び第２ドレイン電極と、前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間の前記第２ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料を含む第２チャネル層とを備え、前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極の一方と、前記第２ゲート電極とは同一の構造物を兼用し、前記第１バンク層と前記第２ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用し、前記第２バンク層と前記第１ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用する。
【００１１】
これにより、ビアホールを形成する必要がないので、第１トランジスタと第２トランジスタとを電気的に確実に接続することができ、かつ、ゲート絶縁膜の劣化を防ぐことができる。さらに、ゲート絶縁膜とバンクとが同一の構造物であるために、プロセス工程を簡略化することもできる。
【００１２】
また、前記第２ゲート絶縁膜の厚さは、前記第１ゲート絶縁膜の厚さより小さくてもよい。
【００１３】
例えば、第２トランジスタを有機発光デバイスの駆動用トランジスタとして用い、第１トランジスタを駆動用トランジスタのオン／オフを切り替えるためのスイッチングトランジスタとして用いた場合、駆動用トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが、スイッチングトランジスタのゲート絶縁膜の厚さよりも小さくなる。これにより、駆動用トランジスタの電流のダイナミックレンジを大きくすることができ、有機発光デバイスを効果的に発光させることができる。さらに、ゲート絶縁膜を厚くすることでリーク電流などを防ぐことができるので、スイッチングトランジスタの動作の安定性を向上させることができる。
【００１４】
また、前記有機半導体デバイスは、さらに、前記第１ゲート絶縁膜、前記第２ソース電極、前記第２ドレイン電極、及び、前記第２チャネル層を覆う保護膜と、前記保護膜上に形成され、表面が平坦である平坦化膜とを備えてもよい。
【００１５】
これにより、空気及び水などから有機半導体デバイスを保護することができる。さらに、有機半導体デバイスの表面を平坦化しているので、上部に有機発光デバイスなどを容易に積層することができる。
【００１６】
また、本発明の有機半導体デバイスの製造方法は、トップゲート型の第１トランジスタとボトムゲート型の第２トランジスタとを備える有機半導体デバイスの製造方法であって、基板上に第１導電性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、前記第２トランジスタの第２ゲート電極とを形成する第１電極形成ステップと、前記第１ソース電極、前記第１ドレイン電極及び前記第２ゲート電極上に第１絶縁性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１バンク層と前記第２トランジスタの第２ゲート絶縁膜とを形成する第１絶縁性領域形成ステップと、前記基板上の前記第１絶縁性領域で覆われていない領域に有機半導体層を形成することで、前記第１トランジスタの第１チャネル層を形成する第１チャネル層形成ステップと、前記第１チャネル層と、前記第１絶縁性領域の所定の領域との上に第２絶縁性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ゲート絶縁膜と、前記第２トランジスタの第２バンク層とを形成する第２絶縁性領域形成ステップと、前記第２絶縁性領域の所定の領域に第２導電性領域を形成することで、前記第１トランジスタの第１ゲート電極と、前記第２トランジスタの第２ドレイン電極及び第２ソース電極とを形成する第２電極形成ステップとを含む。
【００１７】
また、前記第１絶縁性領域形成ステップ又は前記第２絶縁性領域形成ステップでは、インクジェット法、スピンコートディップコーティング法、プリンティング法、又は、ロール印刷法を用いて、前記第１絶縁性領域又は前記第２絶縁性領域を形成してもよい。
【００１８】
また、本発明の有機ＥＬディスプレイは、トップゲート型の第１トランジスタと、ボトムゲート型の第２トランジスタと、有機発光デバイスを備える有機ＥＬディスプレイであって、前記第１トランジスタは、基板と、前記基板上に形成された第１ソース電極及び第１ドレイン電極と、前記第１ソース電極と前記第１ドレイン電極との間の前記基板上に形成された有機半導体材料を含む第１チャネル層と、前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極上に形成された第１バンク層と、前記第１バンク層及び第１チャネル層上に形成された第１ゲート絶縁膜と、前記第１ゲート絶縁膜上に形成された第１ゲート電極とを備え、前記第２トランジスタは、前記基板と、前記基板上に形成された第２ゲート電極と、前記第２ゲート電極上に形成された第２ゲート絶縁膜と、前記第２ゲート絶縁膜上の所定の領域に形成された第２バンク層と、前記第２バンク層上に形成された第２ソース電極及び第２ドレイン電極と、前記第２ソース電極と前記第２ドレイン電極との間の前記第２ゲート絶縁膜上に形成された有機半導体材料を含む第２チャネル層とを備え、前記有機発光デバイスは、前記第２ソース電極又は前記第２ドレイン電極と接続される陽極と、前記陽極上に形成され、発光する有機発光層と、前記有機発光層上に形成される透明の陰極とを備え、前記第１ソース電極及び前記第１ドレイン電極の一方と、前記第２ゲート電極とは同一の構造物を兼用し、前記第１バンク層と前記第２ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用し、前記第２バンク層と前記第１ゲート絶縁膜とは、同一の構造物を兼用する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スイッチングトランジスタと駆動用トランジスタとの接続を確実に行うことができるので、歩留まりの低下を防ぐことができ、さらに、ゲート絶縁膜とバンクとが同一の構造物であるために、プロセス工程を簡略化することができる。すなわち、製造コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の有機半導体デバイス及びその製造方法並びに有機ＥＬディスプレイについて、実施の形態に基づいて、以下に図面を用いて説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の有機半導体デバイスの断面模式図である。同図の有機半導体デバイス１０は、２つのトランジスタを備えるトランジスタデバイスであり、スイッチングトランジスタ１１と駆動用トランジスタ１２とを備える。
【００２２】
スイッチングトランジスタ１１は、駆動用トランジスタ１２をオン又はオフするためのトランジスタである。駆動用トランジスタ１２は、当該駆動用トランジスタ１２に接続される発光素子などを駆動するためのトランジスタである。なお、スイッチングトランジスタ１１及び駆動用トランジスタ１２の機能は、これらに限定されない。
【００２３】
まず、スイッチングトランジスタ１１の構成について説明する。
図１に示すスイッチングトランジスタ１１は、ゲート電極が上層に形成されるトップゲート型トランジスタである。スイッチングトランジスタ１１は、基板１０１と、ドレイン電極１０２と、ソース電極１０３と、バンク層１０４と、バンク層１０５と、チャネル層１０６と、ゲート絶縁膜１０７と、ゲート電極１０８と、保護膜１０９と、平坦化膜１１０とを備える。
【００２４】
ドレイン電極１０２とソース電極１０３とは、同一の部材で構成され、基板１０１上に形成される。ドレイン電極１０２及びソース電極１０３の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２５】
バンク層１０４及びバンク層１０５は、それぞれ、ドレイン電極１０２及びソース電極１０３上に形成される。バンク層１０４及びバンク層１０５は、有機半導体からなるチャネル層１０６をドレイン電極１０２とソース電極１０３との間に形成する際に、他の領域に有機半導体材料が漏れることを防止するためのセパレータである。バンク層１０４及びバンク層１０５の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００２６】
チャネル層１０６は、有機半導体で構成され、ドレイン電極１０２とソース電極１０３との間に形成される。チャネル層１０６の厚さは、ドレイン電極１０２とソース電極１０３との厚さより小さければよく、例えば、７０ｎｍなどである。また、チャネル層１０６の幅及び長さは、使用されるディスプレイなどの用途に応じて、幅１０μｍ〜１ｍｍ、長さ１０μｍ〜１００μｍである。
【００２７】
ゲート絶縁膜１０７は、バンク層１０４と、バンク層１０５と、チャネル層１０６との上に形成される。ゲート絶縁膜１０７の誘電率は、例えば、１．９〜３であり、また、ゲート絶縁膜１０７の厚さは、２００ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００２８】
ゲート電極１０８は、ゲート絶縁膜１０７上に形成される。ゲート電極１０８の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００２９】
保護膜１０９は、ゲート電極１０８などの上に形成され、スイッチングトランジスタ１１を、空気中の酸素及び水などから保護するための膜である。
【００３０】
平坦化膜１１０は、保護膜１０９の上に形成され、平坦な表面を有する。後述するように、平坦化膜１１０上に有機ＥＬの陽極などが形成される。有機ＥＬの陽極が形成される表面が平坦であることで、光が反射した時の光の取り出しの向きを一定にすることができる。
【００３１】
続いて、駆動用トランジスタ１２の構成について説明する。
図１に示す駆動用トランジスタ１２は、ゲート電極が下層に形成されるボトムゲート型トランジスタである。駆動用トランジスタ１２は、基板２０１と、ゲート電極２０２と、ゲート絶縁膜２０３と、バンク層２０４と、バンク層２０５と、ドレイン電極２０６と、ソース電極２０７と、チャネル層２０８と、保護膜２０９と、平坦化膜２１０とを備える。なお、本実施の形態の有機半導体デバイスは、トップゲート型トランジスタとボトムゲート型トランジスタとを組み合わせて構成される。
【００３２】
基板２０１は、基板１０１と同一の基板である。
ゲート電極２０２は、基板２０１上に形成される。ゲート電極２０２は、ソース電極１０３と一体化されている。すなわち、ゲート電極２０２とソース電極１０３とは、同一の構造物（電極）を兼用している。したがって、ソース電極１０３と同様に、ゲート電極２０２の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３３】
ゲート絶縁膜２０３は、ゲート電極２０２上に形成される。ゲート絶縁膜２０３は、バンク層１０５と一体化されている。すなわち、ゲート絶縁膜２０３とバンク層１０５とは、同一の構造物（絶縁層）を兼用している。したがって、バンク層１０５と同様に、ゲート絶縁膜２０３の厚さは、３００〜５００ｎｍである。また、ゲート絶縁膜２０３の誘電率は、２〜５である。
【００３４】
バンク層２０４及びバンク層２０５は、ゲート絶縁膜２０３上に形成される。バンク層２０４は、ゲート絶縁膜１０７と一体化されている。すなわち、バンク層２０４とゲート絶縁膜１０７とは、同一の構造物（絶縁層）を兼用している。したがって、ゲート絶縁膜２０３と同様に、バンク層２０４及びバンク層２０５の厚さは、２００ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００３５】
ドレイン電極２０６は、バンク層２０４上に形成される。なお、ドレイン電極２０６の一部は、ゲート絶縁膜２０３上のバンク層２０４とバンク層２０５との間に形成される。ドレイン電極２０６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３６】
ソース電極２０７は、バンク層２０５上に形成される。なお、ソース電極２０７の一部は、ゲート絶縁膜２０３上のバンク層２０４とバンク層２０５との間に形成される。ソース電極２０７の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００３７】
なお、後述するように、ドレイン電極２０６、ソース電極２０７及びゲート電極１０８は、同一のプロセスで形成される。
【００３８】
チャネル層２０８は、有機半導体で構成され、ゲート絶縁膜２０３上のドレイン電極２０６とソース電極２０７との間に形成される。チャネル層２０８の厚さは、ドレイン電極２０６及びソース電極２０７の厚さより小さければよく、例えば、７０ｎｍである。また、チャネル層１０６の幅及び長さは、使用されるディスプレイなどの用途に応じて、幅２０μｍ〜１ｍｍ、長さ１０μｍ〜１００μｍである。
【００３９】
保護膜２０９は、保護膜１０９と同一であり、ドレイン電極２０６、ソース電極２０７及びチャネル層２０８などの上に形成される。
【００４０】
平坦化膜２１０は、保護膜１０９の上に形成され、平坦な表面を有する。平坦化膜１１０と同一である。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の有機半導体デバイス１０では、スイッチングトランジスタ１１のソース電極１０３と、駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２とが１つの平面上に形成されているので、容易に電気的に接続することができ、かつ、ゲート絶縁膜１０７及び２０３にビアホールが形成されていないので、トランジスタの性能を向上させることができる。
【００４２】
また、駆動用トランジスタ１２のゲート絶縁膜２０３をスイッチングトランジスタ１１のバンク層１０４及び１０５として利用し、さらに、スイッチングトランジスタ１１のゲート絶縁膜１０７を駆動用トランジスタ１２のバンク層２０５及び２０５として利用する。これにより、製造にかかるプロセス数を削減することができ、製造コストを削減することができる。
【００４３】
なお、スイッチングトランジスタ１１と駆動用トランジスタ１２とはそれぞれ異なる役割を果たすため、ゲート絶縁膜１０７の材料とゲート絶縁膜２０３の材料とは異なることが好ましい。
【００４４】
続いて、本実施の形態の有機半導体デバイス１０の構成部材について説明する。
基板１０１（基板２０１）は、例えば、シリコンなどの半導体基板、ガラス基板、又は、プラスチック基板などである。さらに、フレキシブル基板でもよい。なお、トランジスタ基板を有機ＥＬディスプレイ及び電子ペーパー用などに用いる場合には、フレキシブル基板が好ましい。
【００４５】
具体的な材料としては、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルム、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリルフィルム、ポリエーテルスルフォン樹脂、アモルファスポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ポリメタクリレート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、又は、アクリル系ＵＶ（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化材料などである。
【００４６】
バンク層１０４、ゲート絶縁膜１０７（バンク層２０５）、ゲート絶縁膜２０３（バンク層１０５）及びバンク層２０４は、光感光性樹脂、例えば、アクリル系樹脂、ノボラック系樹脂、フッ素系樹脂、シロキサン系樹脂などで構成される。好ましくは、ゲート絶縁膜１０７及びバンク層２０４は、フッ素系樹脂又はフッ素系溶媒に溶けるポリマーである。また好ましくは、ゲート絶縁膜２０３及びバンク層１０４は、クロスリンクＰＶＰ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）系である。
【００４７】
ドレイン電極１０２、ソース電極１０３、ゲート電極１０８、ゲート電極２０２、ドレイン電極２０６及びソース電極２０７の材料は、例えば、モリブデン、アルミニウム、金、銀、銅などの導電性金属若しくはそれらの合金、ＰＥＤＯＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ＰＳＳ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  Ｓｕｌｐｈｏｎａｔｅ）などの有機導電性材料、酸化亜鉛、又は、鉛添加酸化インジウムのいずれかの材料である。これらの材料からなる膜を真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スパッタ法、又は、印刷法などにより作成し、電極パターンを形成する。特に、駆動用トランジスタ１２のドレイン電極２０６及びソース電極２０７は印刷法で形成できる金属錯体インク、金属含有インク、又は、有機導電性インクを用いることが好ましい。
【００４８】
チャネル層１０６及びチャネル層２０８の材料は、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセンなどのアセン系、及び、アセンオリゴマー、ポリチオフェン、ポリ（３−へキシルチオフェン）、フルオレン−チオフェンコポリマーなどのポリマー系材料である。これらの材料を真空蒸着法、及び、印刷法のいずれかで形成する。チャネル層１０６とチャネル層２０８とで用いる材料は、互いに異なる材料でもよい。
【００４９】
保護膜１０９（保護膜２０９）は、例えば、有機材料からなる絶縁膜、窒化シリコンなどの無機材料からなる絶縁膜、又は、これらの組み合わせから形成される。
【００５０】
平坦化膜１１０（平坦化膜２１０）は、例えば、上述したようなポリマー系の材料で形成される。
【００５１】
次に、本実施の形態の有機半導体デバイス１０の製造方法について図面を用いて説明する。図２は、本実施の形態の有機半導体デバイス１０の製造過程の断面模式図である。
【００５２】
まず、ガラス基板などの基板３０１（図１の基板１０１及び基板２０１に相当）上に、電極層３０２を形成する。電極層３０２は、スイッチングトランジスタ１１のドレイン電極１０２及びソース電極１０３と、駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２とである。なお、上述したように電極層３０２の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。具体的には、電極層３０２は、以下のようにして形成される。
【００５３】
まず、基板３０１上に、真空蒸着法又はスパッタ法などにより、金属を全面蒸着する。そして、スピンコート装置などを用いて、金属上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法などにより、レジストのパターニングを行う。そして、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）などを用いたドライエッチング法により、金属をエッチングすることで電極層３０２（電極パターン）を形成する。最後に、レジストを除去することで、図２（ａ）に示すように、基板３０１上に電極層３０２が形成される。
【００５４】
なお、ＲＩＥによるエッチングは、例えば、フッ素系のガス（ＣＦ4など）を用いて実行される。また、レジストの除去は、レジスト剥離液などの有機溶媒を用いたウェットプロセス、又は、オゾンなどを用いたドライプロセスにより実行される。
【００５５】
次に、電極層３０２上に絶縁層３０３を形成する。絶縁層３０３は、スイッチングトランジスタ１１のバンク層１０４及びバンク層１０５と、駆動用トランジスタ１２のゲート絶縁膜２０３とである。なお、上述したように絶縁層３０３の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜５００ｎｍである。具体的には、絶縁層３０３は、以下のようにして形成される。
【００５６】
まず、基板３０１及び電極層３０２上に、スピンコート装置などを用いて、例えば、光感光性ポリマーを全面に塗布する。フォトリソグラフィ法などにより、光感光性ポリマーのパターニングを行う。そして、有機溶媒を用いたウェットエッチング法により、光感光性ポリマーをエッチングすることで、図２（ｂ）に示すように、電極層３０２上に絶縁層３０３が形成される。
【００５７】
次に、基板３０１上の電極層３０２と絶縁層３０３とが形成されていない領域に、有機半導体層３０４を形成する。すなわち、スイッチングトランジスタ１１のドレイン電極１０２とソース電極１０３との間に、チャネル層１０６に相当する有機半導体層３０４を形成する。なお、上述したように、有機半導体層３０４の厚さは、例えば、電極層３０２より小さく、７０ｎｍなどである。
【００５８】
具体的には、インクジェット法を用いて絶縁層３０３で囲まれた領域（バンク内）に有機半導体材料を塗布する。その後、乾燥させて有機半導体材料を結晶化させることで、図２（ｃ）に示すように、有機半導体層３０４が形成される。なお、乾燥処理は、例えば、１００℃で１分間行う。また、真空蒸着法を用いて、有機半導体層３０４を成膜してもよい。
【００５９】
次に、絶縁層３０３及び有機半導体層３０４上に絶縁層３０５を形成する。絶縁層３０５は、スイッチングトランジスタ１１のゲート絶縁膜１０７と、駆動用トランジスタ１２のバンク層２０４及びバンク層２０５である。なお、上述したように絶縁層３０５の厚さは、例えば、２００ｎｍ〜４００ｎｍである。具体的には、絶縁層３０５は、以下のようにして形成される。
【００６０】
まず、絶縁層３０３及び有機半導体層３０４上に、スピンコート装置などを用いて、例えば、光感光性ポリマーを全面に塗布する。フォトリソグラフィ法などにより、光感光性ポリマーのパターニングを行う。そして、有機溶媒を用いたウェットエッチング法により、光感光性ポリマーをエッチングすることで、図２（ｄ）に示すように、絶縁層３０３及び有機半導体層３０４上に絶縁層３０５が形成される。
【００６１】
次に、絶縁層３０５上と絶縁層３０３上の絶縁層３０５が形成されていない領域との所定の領域に電極層３０６を形成する。電極層３０６は、スイッチングトランジスタ１１のゲート電極１０８と、駆動用トランジスタ１２のドレイン電極２０６及びソース電極２０７とである。なお、上述したように、電極層３０６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。具体的には、電極層３０６は、以下のようにして形成される。
【００６２】
まず、絶縁層３０５上及び絶縁層３０３上の絶縁層３０５が形成されていない領域に、有機金属化合物を含むインクを印刷法などで塗布する。印刷法によりパターニングされた有機金属化合物を加熱することで、インクに含まれる有機物を取り除くことができ、図２（ｅ）に示すように、電極層３０６が形成される。なお、加熱処理は、例えば、１５０℃で１０分間行う。
【００６３】
次に、絶縁層３０３上の絶縁層３０５及び電極層３０６が形成されていない領域に有機半導体層３０７を形成する。すなわち、駆動用トランジスタ１２のドレイン電極２０６とソース電極２０７との間に、チャネル層２０８に相当する有機半導体層３０７を形成する。なお、上述したように、有機半導体層３０７の厚さは、例えば、電極層３０６より小さく、７０ｎｍである。
【００６４】
具体的には、インクジェット法を用いて絶縁層３０５で囲まれた領域（バンク内、ドレイン電極２０６とソース電極２０７との間）に有機半導体材料を塗布する。その後、乾燥させて有機半導体材料を結晶化させることで、図２（ｆ）に示すように、有機半導体層３０７が形成される。なお、乾燥処理は、例えば、１００℃で１分間行う。
【００６５】
次に、電極層３０６、絶縁層３０３及び３０５、並びに、有機半導体層３０７などの表面に絶縁層３０８を形成する。絶縁層３０８は、保護膜２０９に相当する。具体的には、スパッタ法、又は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて成膜することで、図２（ｇ）に示すように、絶縁層３０８が形成される。
【００６６】
さらに、絶縁層３０８上に、平坦化膜１１０（平坦化膜２１０）を形成し、ドライエッチング法などによりビアホールを形成する。当該ビアホールは、後述するように、上部に積層される有機ＥＬの陽極電極と電極層３０６（ソース電極２０７）とを接続するために形成される。
【００６７】
以上のようにして、図１に示す本実施の形態の有機半導体デバイス１０を製造することができる。
【００６８】
これにより、本実施の形態の有機半導体デバイス１０を製造する際には、スイッチングトランジスタ１１のソース電極１０３と、駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２とが１つの平面上に同一のプロセスで形成するので、容易に電気的に接続することができ、かつ、ゲート絶縁膜にビアホールを形成しないので、トランジスタの性能を向上させることができる。
【００６９】
また、駆動用トランジスタ１２のゲート絶縁膜２０３をスイッチングトランジスタ１１のバンク層１０４及び１０５として同一のプロセスで形成し、さらに、スイッチングトランジスタ１１のゲート絶縁膜１０７を駆動用トランジスタ１２のバンク層２０５及び２０５として同一のプロセスで形成する。これにより、製造にかかるプロセス数を削減することができ、製造コストをすることができる。
【００７０】
なお、絶縁層３０３及び３０５の形成には、インクジェット法、スピンコートディップコーティング法、プリンティング法、又は、ロール印刷法などを用いてもよい。
【００７１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態１の有機半導体デバイスを利用した有機ＥＬディスプレイについて説明する。なお、実施の形態１と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付し、説明を省略することがある。
【００７２】
図３は、本実施の形態の有機ＥＬディスプレイの断面模式図である。同図に示す有機ＥＬディスプレイ４００では、実施の形態１の有機半導体デバイス１０上に、有機発光デバイスが形成されている。有機ＥＬディスプレイ４００は、有機半導体デバイス１０と、陽極４０１と、有機ＥＬ層４０２と、透明陰極４０３とを備える。
【００７３】
有機半導体デバイス１０は、実施の形態１で上述したように、スイッチングトランジスタ１１と駆動用トランジスタ１２とを備える。
【００７４】
陽極４０１は、平坦化膜１１０（平坦化膜２１０）上に形成され、ビアホールを介して、駆動用トランジスタ１２のソース電極２０７と接続されている。陽極４０１の材料は、有機半導体デバイス１０の電極に用いた材料と同様に、例えば、モリブデン、アルミニウム、金、銀、銅などの導電性金属若しくはそれらの合金、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどの有機導電性材料、酸化亜鉛、又は、鉛添加酸化インジウムのいずれかの材料である。これらの材料からなる膜を真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＲＦスパッタ法、又は、印刷法などにより作成し、電極パターンを形成する。
【００７５】
有機ＥＬ層４０２は、陽極４０１上に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層などの各層が積層されて構成される。例えば、正孔注入層として銅フタロシアニンを、正孔輸送層としてα−ＮＰＤ（Ｂｉｓ［Ｎ−（１−Ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−Ｐｈｅｎｙｌ］ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を、発光層としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）を、電子輸送層としてオキサゾール誘導体を、電子注入層としてＡｌｑ３を用いることができる。なお、これらの材料は、あくまで一例であって他の材料を用いてもよい。
【００７６】
透明陰極４０３は、有機ＥＬ層４０２上に形成される透過性を有する電極である。透明陰極４０３の材料は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ又はこれらの組み合わせなどである。
【００７７】
以上のように、本実施の形態の有機ＥＬディスプレイによると、実施の形態１と同様に、スイッチングトランジスタ１１と駆動用トランジスタ１２との接続は非常に容易であり、断線する恐れがない。このため、有機発光デバイスに安定的に電流を供給することができる。さらに、実施の形態１と同様に、製造にかかるプロセス数を削減することができ、製造コストを削減することができる。
【００７８】
図４は、本実施の形態の有機ＥＬディスプレイの斜視図である。同図に示す有機ＥＬディスプレイ４００は、有機半導体デバイス１０と、陽極４０１、有機ＥＬ層４０２、透明陰極４０３及び保護フィルム４０４とを備える有機発光デバイスと、ソース電極線４０５と、ゲート電極線４０６とを備える。図４に示すように、有機ＥＬディスプレイ４００は、アクティブマトリクス型のディスプレイであり、基板１０１上に有機半導体デバイス１０と陽極４０１とがマトリクス上に複数配置されている。
【００７９】
有機半導体デバイス１０は、図３などに示すように、スイッチングトランジスタと駆動用トランジスタとを含み、有機発光デバイスを駆動することで、有機ＥＬ層４０２を発光させる。
【００８０】
保護フィルム４０４は、有機ＥＬディスプレイ４００を保護するための透過性を有するフィルムである。
【００８１】
ソース電極線４０５及びゲート電極線４０６は、マトリクス上に配置された各有機半導体デバイス１０と制御回路（図示せず）とを接続する電極線である。
【００８２】
以上、本発明の有機半導体デバイス及びその製造方法、並びに、有機ＥＬディスプレイについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【００８３】
例えば、各実施の形態では、スイッチングトランジスタ１１のソース電極１０３と、駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２とが一体化されている構成について説明した。これは、チャネル層１０６に用いた有機半導体材料がｎ型である場合、すなわち、チャネル層１０６が電子を流しやすい場合を想定している。
【００８４】
これに対して、チャネル層１０６の有機半導体材料がｐ型でもよい。このとき、チャネル層１０６に用いた有機半導体材料がｐ型である場合、すなわち、チャネル層１０６が正孔を流しやすい場合は、スイッチングトランジスタ１１のドレイン電極が駆動用トランジスタ１２のゲート電極２０２と一体化される。すなわち、図１のドレイン電極１０２がスイッチングトランジスタ１１のソース電極となり、ソース電極１０３がスイッチングトランジスタ１１のドレイン電極となる。これと同様のことは、駆動用トランジスタ１２のドレイン電極２０６、ソース電極２０７及びチャネル層２０８の関係にも当てはまる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の有機半導体デバイスは、例えば、有機発光デバイスを駆動するためのスイッチングトランジスタ及び駆動用トランジスタとして利用することができ、有機ＥＬディスプレイを備えるデジタルテレビなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施の形態１の有機半導体デバイスの断面模式図である。
【図２】実施の形態１の有機半導体デバイスの製造過程の断面模式図である。
【図３】実施の形態２の有機ＥＬデバイスの断面模式図である。
【図４】実施の形態２の有機ＥＬディスプレイの斜視図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０  有機半導体デバイス
１１  スイッチングトランジスタ
１２  駆動用トランジスタ
１０１、２０１、３０１  基板
１０２、２０６  ドレイン電極
１０３、２０７  ソース電極
１０４、１０５、２０４、２０５  バンク層
１０６、２０８  チャネル層
１０７、２０３  ゲート絶縁膜
１０８、２０２  ゲート電極
１０９、２０９  保護膜
１１０、２１０  平坦化膜
３０２、３０６  電極層
３０３、３０５、３０８  絶縁層
３０４、３０７  有機半導体層
４００  有機ＥＬディスプレイ
４０１  陽極
４０２  有機ＥＬ層
４０３  透明陰極
４０４  保護フィルム
４０５  ソース電極線
４０６  ゲート電極線
【図１】
2010040999.tif 000003
【図２】
2010040999.tif 000004
【図３】
2010040999.tif 000005
【図４】
2010040999.tif 000006