(57)【要約】【課題】形状精度の良好な半導体層を形成することが可能であり、これによって特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能な薄膜半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とを基板１上に個別に供給することにより、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを形成する。混合液層５ａを乾燥させて半導体層５を形成する。有機半導体溶液Ｌ１およびポリマー溶液Ｌ２は、インクジェット法のような印刷法によって基板１上に供給する。【選択図】図１
2010123778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体溶液とポリマー溶液とを基板上に個別に供給することにより、当該有機半導体溶液と当該ポリマー溶液との混合液層を形成する工程と、
前記混合液層を乾燥させて半導体層を形成する工程とを行なう
薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記混合液層を形成する工程では、前記基板上に前記半導体溶液を供給した後、当該半導体溶液が乾燥する前に前記ポリマー溶液を基板上に供給する
請求項１に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記有機半導体溶液および前記ポリマー溶液は、印刷法によって前記基板上に供給される
請求項１または２に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記有機半導体溶液および前記ポリマー溶液は、インクジェット法によって前記基板上に供給される
請求項１〜３の何れか１項に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程を行った後、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にわたって前記混合液層を形成する工程を行なう
請求項１〜４の何れか１項に記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記基板上に半導体層を形成する工程の後、
前記半導体層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程を行なう
請求項５記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記基板上にゲート電極を介してゲート絶縁膜を形成する工程の後、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程を行う
請求項５記載の薄膜半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜半導体装置の製造方法に関し、特には有機半導体材料を含有する薄膜の半導体層を用いた薄膜半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低コストでの電子デバイスの製造を実現するための材料として、有機半導体材料の開発が行なわれている。有機半導体材料を用いて構成される電子デバイスとしては、有機電界効果トランジスタ、有機発光ダイオード、光検出器、光電池、センサー、メモリ素子、および論理回路などが挙げられ、広い範囲での用途が見出され検討されている。
【０００３】
このような有機半導体材料の中には有機溶剤に溶解できるものもあり、蒸着プロセスを用いずに塗布プロセスにて有機半導体層を形成し電子デバイスを作製する方法が検討されている。塗布プロセスを用いて有機電子デバイスを形成する方法としては、いわゆる印刷法を用いることができる。印刷法としては、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット法などを列挙することができる。中でもインクジェット法は材料消費の少なさ、マスクレス印刷などの利点があり、好ましく使用することができる。
【０００４】
印刷法を適用した薄膜トランジスタの製造方法の一例としては、基板上にゲート構造をスクリーン印刷し、誘電体材料および半導体層をインクジェット印刷し、ソース構造およびドレイン構造をスクリーン印刷する方法が開示されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５０５８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら有機半導体材料を用いた半導体層を印刷法によってパターン形成する場合、下地表面の濡れ性などが半導体層の膜形成に大きく影響し、安定したレベリング性を有する半導体層を得ることができない。このため、得られた半導体層を用いて構成された電子デバイスには、安定的に十分な特性を得ることが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、形状精度の良好な半導体層を形成することが可能であり、これによって特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能な薄膜半導体装置の製造方法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】
【０００８】
このような目的を達成するための本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、次の工程を行なうことを特徴としている。先ず、有機半導体溶液とポリマー溶液とを、基板上に個別に供給する。これにより、有機半導体溶液とポリマー溶液との混合液層を基板上に形成する。次に、混合液層を乾燥させることによって半導体層を形成する。
【０００９】
このような製造方法では混合液層を乾燥させて得られた半導体層のレベリング性が、有機半導体溶液のみの供給によって形成された半導体層と比較して良好である。また、この半導体層を用いて構成された薄膜半導体装置は、有機半導体溶液のみの供給によって形成された半導体層を用いた薄膜半導体装置と比較して、デバイス特性が良好である。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、形状精度の良好な半導体層を形成することが可能であり、これによって特性の良好な薄膜半導体装置を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の各実施の形態を以下の順序で説明する。
１．第１実施形態（トップゲート構造の製造方法）
２．第２実施形態（ボトムゲート構造の製造方法）
３．薄膜半導体装置を用いた電子機器として構成した表示装置の例
【００１２】
≪１．第１実施形態≫
図１および図２は、本発明の薄膜半導体装置の製造方法をトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの製造に適用した第１実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、これらの図に基づいて第１実施形態の製造方法を説明する。
【００１３】
先ず図１（１）に示すように、基板１を用意し、この上部にソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを形成する。
【００１４】
ここで用いる基板１は、表面側が絶縁性に保たれたものであれば良い。このような基板１としては、プラスチック基板、各種ガラス基板、表面に絶縁層が形成された各種ガラス基板、石英基板、表面に絶縁層が形成された石英基板、表面に絶縁層が形成されたシリコン基板、サファイヤ基板を挙げることができる。また表面に絶縁層が形成されたものであれば、基板１の本体として金属基板や高配向性グラファイトなどの導電性基板を用いても良い。
【００１５】
このうち、基板１としてプラスチック基板を用いる場合、その構成材料としては、ポリメチルメタクリレート（ポリメタクリル酸メチル，ＰＭＭＡ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリカーボネート、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等が例示される。
【００１６】
このようなプラスチック基板を用いる場合、可撓性を有するフィルム状として用いることにより、例えば曲面形状を有するディスプレイ装置や電子機器への有機薄膜トランジスタの組込みあるいは一体化が可能となる。またプラスチック基板以外にも、グラスファイバーからなるガラス基板であっても、可撓性を得ることが可能である。
【００１７】
ソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄは、導電性材料であれば金属材料であっても有機材料であっても良く、単層構造であっても積層構造であっても良い。
【００１８】
ソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを構成する金属材料としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）が用いられる。また、これらの金属を含む合金、これらの金属からなる導電性粒子、これらの金属を含む合金の導電性粒子であっても良い。
【００１９】
ソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを構成する有機材料としては、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］やポリアニリンなどが用いられる。
【００２０】
このような材料を用いて構成されるソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄの形成方法は、用いる材料によって適宜選択された方法を適用して良い。例えば、成膜された材料膜をパターンエッチングする方法が行われる。この場合、成膜方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法を含む各種のＣＶＤ法、さらには液状材料の塗布性膜、電解メッキ法や無電解メッキ法あるいはこれらの組合せといったメッキ法が適用される。このようにして得られた材料膜のパターンエッチングは、リソグラフィー法によって形成したパターン上から材料膜をエッチングすることによって行なわれる。また、別の形成方法としては、マスクパターン上からの成膜後にマスクパターンを除去してパターニングするリフトオフ法、さらには印刷法よってパターン形成する方法が挙げられる。
【００２１】
特にソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄの形成に印刷法を適用した場合であれば、真空プロセスを適用しない低コストなソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄ形成が可能である。
【００２２】
次に、図１（２）に示すように、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３間にわたる基板１上に、有機半導体溶液Ｌ１を供給する。有機半導体溶液Ｌ１は、溶剤に対して有機半導体材料を溶解させてなるものであり、有機半導体材料が高濃度であるほど好ましい。ここで用いられる有機半導体材料は、何かしらの方法で溶剤へ溶解し、溶液化することができる材料であれば良い。
【００２３】
このような有機半導体材料の具体例としては、ポリチオフェン、ポリチオフェンにヘキシル基を導入したポリ−３−ヘキシルチオフェン［Ｐ３ＨＴ］、ペンタセン［２，３，６，７−ジベンゾアントラセン］、ポリアントラセン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフラン、ポリセレノフェン、ポリイソチアナフテン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリナフタレン、ポリピレン、ポリアズレン、フタロシアニン、メロシアニン、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸［ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ］を例示することができる。これらの有機半導体材料は、攪拌ないし／および加熱することにより所定の有機溶剤に対して溶解させることができる。
【００２４】
そして、基板１上への有機半導体溶液Ｌ１の供給は、液体を塗布できる塗布法方であれば、いずれも問題なく使用することができる。具体的な例として、スピンコート法；エアドクタコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、ナイフコーター法、スクイズコーター法、リバースロールコーター法、トランスファーロールコーター法、グラビアコーター法、キスコーター法、キャストコーター法、スプレーコーター法、スリットオリフィスコーター法、カレンダーコーター法、キャピラリーコーター法、浸漬法といった各種コーティング法；スプレー法；スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、やインクジェット印刷法である。
【００２５】
また、ここで得られる薄膜半導体装置が基板１上において素子分離する必要があるものであれば、有機半導体溶液Ｌ１の供給には、液体を所定形状にパターン供給可能な印刷方法を適用することが好ましい。このため、上述した方法のうち、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、やインクジェット印刷法などの印刷法が好ましく用いられる。
【００２６】
尚、次に説明するポリマー溶液の供給を考慮すると、基板１上の離れた位置に配置したインクへッド２１からインク（有機半導体溶液Ｌ１）を供給可能なインクジェット印刷法が好ましく例示される。インクジェット法による有機半導体溶液Ｌ１のパターン供給では、インクへッド２１からの供給が可能な範囲で有機半導体溶液Ｌ１中における有機半導体材料を高濃度に保つことが好ましい。
【００２７】
次に、図１（３）に示すように、基板１上にポリマー溶液Ｌ２を供給し、先に供給された有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３ｄ間に形成する。この際、混合液層５ａの形成のために、先に供給された有機半導体溶液Ｌ１が乾燥する前に、当該有機半導体溶液Ｌ１の供給部分にポリマー溶液Ｌ２を供給することが重要である。
【００２８】
ただし、ここで形成する混合液層５ａは、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との両方が液状を保って見かけ上連続した一液の状態となっていれば良いのであり、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とが均一に混ざり合っている必要はない。
【００２９】
ここで用いるポリマー溶液Ｌ２は、溶剤に対してポリマーを溶解させてなるものである。ここで用いられるポリマーとしては、溶剤に溶解し、溶液かすることができる材料であれば良い。このようなポリマーとしては、ポリスチレン、ポリアルファメチルスチレン、ポリオレフィン、などを好ましく列挙することができる。またポリマー以外にシリカのような添加剤も混合していても構わない。尚、先の有機半導体溶液Ｌ１を構成する溶剤と、ポリマー溶液Ｌ２を構成する溶剤とは、溶剤同士が溶解する必要はないが、溶解するものであればより好ましい。
【００３０】
そして、基板１上へのポリマー溶液Ｌ２の供給は、有機半導体溶液Ｌ１の供給と同様に行なわれる。すなわち、液体を塗布できる塗布法方であればいずれも問題なく使用することができる。ただし、ここで得られる薄膜半導体装置が基板１上において素子分離する必要があるものであれば、液体を所定形状にパターン供給可能な印刷方法を適用することが好ましい。このため、上述した方法のうち、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、やインクジェット印刷法などの印刷法が好ましく用いられる。
【００３１】
なかでも、有機半導体溶液Ｌ１が乾燥する前に、ポリマー溶液Ｌ２を供給して混合液層５ａを形成することを考慮すると、基板１上の離れた位置に配置したインクへッド２３からインク（ポリマー溶液Ｌ２）を供給可能なインクジェット印刷法が好ましく例示される。インクジェット法によるポリマー溶液Ｌ２のパターン供給では、インクへッド２３からの供給が可能な範囲に、ポリマー溶液Ｌ２中におけるポリマー濃度を保つこととする。
【００３２】
次に、図１（４）に示すように、混合液層（５ａ）を乾燥させて半導体層５を形成する。ここでは、常温放置で混合液層（５ａ）中に含有される溶剤を揮発除去させれば良い。また用いた溶剤によっては、必要に応じて加熱乾燥を行っても良い。
【００３３】
次に、図２（１）に示すように、半導体層５、ソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを覆う状態で、基板１上にゲート絶縁膜７を成膜する。ゲート絶縁膜７は、無機絶縁膜であっても有機絶縁膜であっても良い。無機絶縁膜であれば、酸化シリコン系材料膜、窒化シリコン系材料膜、金属酸化物高誘材料膜などが例示される。一方、有機絶縁膜であれば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）やポリビニルフェノール（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等からなる膜が例示される。また必要に応じて異なる材料膜の積層膜として構成しても良い。
【００３４】
このような材料を用いて構成されるゲート絶縁膜７の成膜方法は、用いる材料によって適宜選択された成膜方法を適用して良く、真空蒸着法やスパッタリング法に例示されるＰＶＤ法、各種のＣＶＤ法、液状材料を用いた塗布法などが例示される。特に塗布法を適用することにより、真空プロセスを適用しない低コストなゲート絶縁膜７の成膜が可能である。
【００３５】
次に、図２（２）に示すように、ゲート絶縁膜７上にゲート電極９を形成する。このゲート電極９は、ゲート絶縁膜７上において、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３ｄ間にわたる半導体層５上に配置形成されることとする。
【００３６】
このようなゲート電極９は、ソース電極およびドレイン電極３ｄと同様であり、導電性材料であれば金属材料であっても有機材料であっても良く、単層構造であっても積層構造であっても良い。金属材料および有機材料の具体例は、ソース電極およびドレイン電極３ｄの構成材料として例示したと同様である。また形成方法の具体例も、ソース電極およびドレイン電極３ｄの形成方法として例示したと同様であって、用いる材料によって適宜選択された方法を適用して良い。特にゲート電極９の形成に印刷法を適用した場合であれば、真空プロセスを適用しない低コストなゲート電極９の形成が可能であることも同様である。
【００３７】
以上のようにして、有機半導体材料を用いた半導体層５を備えたトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタＴｒａが得られる。この薄膜トランジスタＴｒａにおいては、半導体層５がチャネル領域を構成するものとして形成される。
【００３８】
その後は図２（３）に示すように、薄膜トランジスタＴｒａを覆う状態で、基板１の上方に層間絶縁膜１１を形成する。この層間絶縁膜１１は、保護膜層を有する積層膜であって良い。次に、層間絶縁膜１１に、必要に応じてソース電極３ｓ、ドレイン電極３ｄ、さらにはゲート電極９等に達する各接続孔１１ａを形成する。その後、これらの接続孔１１ａを介して、ソース電極３ｓ、ドレイン電極３ｄ、さらにはゲート電極９等に接続された導電性パターン１３を、層間絶縁膜１１上に形成する。また必要に応じてさらに導電性パターンを多層化する場合であれば、層間絶縁膜１１の形成、接続孔１１ａの形成、および導電性パターン１３の形成を繰り返し行えば良い。
【００３９】
以上により、薄膜トランジスタＴｒａおよびこれに接続された導電性パターン１３を備えた薄膜半導体装置１５を得る。
【００４０】
以上、第１実施形態の製造方法によれば、半導体層５を形成する際に、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを基板１上に形成してこれを乾燥させる手順としている。このような方法を採用することにより、有機半導体溶液Ｌ１のみのパターン印刷によって得られた半導体層と比較してレベリング性の良好な半導体層５を得ることが可能になった。
【００４１】
つまり、スピンコート法による有機半導体溶液Ｌ１の塗布では、塗布と同時に溶剤の揮発除去が進むのに対して、パターン印刷による有機半導体溶液Ｌ１の供給では乾燥に要する時間が長くなる。このため、乾燥時間の影響によってコーヒーステイン形状が発生し易く安定したレベリング性を得ることが困難であった。そこで、有機半導体溶液Ｌ１と共にポリマー溶液Ｌ２を供給することで、これらの混合液層５ａを基板１上に形成するようにしたことで、レベリング性の向上を図ることが可能になった。
【００４２】
そしてこのようにレベリング性が良好な半導体層５を用いて薄膜半導体装置１５を構成することにより、有機半導体溶液Ｌ１のみの供給によって形成された半導体層を用いた薄膜半導体装置と比較して、デバイス特性の向上を図ることが可能になる。
【００４３】
また、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とを個別に供給する構成としたことにより、ポリマーと有機半導体材料とを同一溶媒に溶解させて一液として用いた場合と比較して、有機半導体材料の選択性の向上を図ることが可能である。つまり、有機半導体溶液Ｌ１は有機半導体材料を溶剤に溶解させたものであれば良く、ポリマー溶液Ｌ２はポリマー材料を溶剤に溶解させたものであれば良いのであり、それぞれの溶剤同士が溶解しなくても良いのである。したがって、ここで用いる有機半導体材料は、溶剤に可溶であればプロセス上においては問題なく用いることが可能である。
【００４４】
さらに、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とを個別に供給する構成としたことにより、ポリマーと有機半導体材料とを同一溶媒に溶解させて一液として用いた場合と比較して、より高濃度で有機半導体材料を含有させた溶液を用いることができる。これにより、有機半導体材料を含む有機半導体溶液Ｌ１自体の乾燥速度を早めて有機半導体材料の結晶性を良好にし、得られた半導体層５の特性の向上を図ることが可能である。
【００４５】
尚、以上説明した第１実施形態においては、有機半導体溶液Ｌ１を供給した後にポリマー溶液Ｌ２を供給する手順を説明した。しかしながら、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とは、基板１上に個別に供給されれば同時であっても良い。このように、異なる溶液を同時に基板１上に供給する方法としては、インクジェット法を適用すれば良い。
【００４６】
≪２．第２実施形態≫
図３および図４は、本発明の薄膜半導体装置の製造方法をボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタの製造に適用した第２実施形態の製造方法を示す断面工程図である。以下、これらの図に基づいて第２実施形態の製造方法を説明する。尚、図１、図２を用いて説明した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略して、第２実施形態の製造方法を説明する。
【００４７】
先ず図３（１）に示すように、基板１上にゲート電極９を形成する。基板１およびゲート電極９の材質および構成さらにゲート電極９の形成方法は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
次に、図３（２）に示すように、基板１上に、ゲート電極９を覆う状態でゲート絶縁膜７を成膜する。ゲート絶縁膜７の材質および成膜方法は、第１実施形態と同様である。
【００４９】
次いで、図３（３）に示すように、ゲート絶縁膜７上にソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを形成する。これらのソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄは、ゲート絶縁膜７上において、ゲート電極９の一部を挟む状態で配置形成されることとする。このようなソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄの材質および構成さらにソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄの形成方法は、第１実施形態と同様である。
【００５０】
その後、図３（４）に示すように、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３間にわたるゲート絶縁膜７上に、有機半導体溶液Ｌ１を供給する。有機半導体溶液Ｌ１の構成および供給方法は、第１実施形態と同様である。ここで得られる薄膜半導体装置が基板１上において素子分離する必要があるものであれば、有機半導体溶液Ｌ１の供給には、液体を所定形状にパターン供給可能な印刷方法を適用することが好ましいことも第１実施形態と同様である。
【００５１】
また、次に説明するポリマー溶液の供給を考慮すると、基板１上の離れた位置に配置したインクへッド２１からインク（有機半導体溶液Ｌ１）を供給可能なインクジェット印刷法が好ましく例示されることも同様である。さらに、インクジェット法による有機半導体溶液Ｌ１のパターン供給では、インクへッド２１からの供給が可能な範囲で有機半導体溶液Ｌ１中における有機半導体材料を高濃度に保つことが好ましいことも第１実施形態と同様である。
【００５２】
次いで図４（１）に示すように、ゲート絶縁膜７上にポリマー溶液Ｌ２を供給し、先に供給された有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３ｄ間に形成する。ポリマー溶液Ｌ２の構成および供給方法は、第１実施形態と同様である。この際、混合液層５ａの形成のために、先に供給された有機半導体溶液Ｌ１が乾燥する前に、当該有機半導体溶液Ｌ１の供給部分にポリマー溶液Ｌ２を供給することが重要であることも同様である。
【００５３】
また、ここで形成する混合液層５ａは、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との両方が液状を保って見かけ上連続した一液の状態となっていれば良く、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とが均一に混ざり合っている必要がないことも同様である。
【００５４】
さらに、ここで得られる薄膜半導体装置が基板１上において素子分離する必要があるものであれば、液体を所定形状にパターン供給可能な印刷方法を適用することが好ましい。そして、有機半導体溶液Ｌ１が乾燥する前に、ポリマー溶液Ｌ２を供給して混合液層５ａを形成することを考慮すると、基板１上の離れた位置に配置したインクへッド２３からインク（ポリマー溶液Ｌ２）を供給可能なインクジェット印刷法が好ましく例示されることも第１実施形態と同様である。
【００５５】
次に、図４（２）に示すように、混合液層（５ａ）を乾燥させて半導体層５を形成する。ここでは、第１実施形態と同様に、常温放置で混合液層（５ａ）中に含有される溶剤を揮発除去させれば良く、また必要に応じて加熱乾燥を行っても良い。
【００５６】
以上のようにして、有機半導体材料を用いた半導体層５を備えたボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタＴｒｂが形成される。この薄膜トランジスタＴｒｂにおいては、半導体層５がチャネル領域を構成するものとして形成される。
【００５７】
その後は図４（３）に示すように、薄膜トランジスタＴｒｂを覆う層間絶縁膜１１を形成し、層間絶縁膜１１に接続孔１１ａを形成し、さらに接続孔１１ａを介して下層の電極に接続された導電性パターン１３を形成することは、第１実施形態と同様である。
【００５８】
以上により、薄膜トランジスタＴｒｂおよびこれに接続された導電性パターン１３を備えた薄膜半導体装置１７を得る。
【００５９】
以上、第２実施形態の製造方法であっても、半導体層５を形成する際に、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを基板１上に形成してこれを乾燥させる手順としている。このため、第１実施形態と同様の硬化を得ることが可能である。また、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２とは、基板１上（ここではゲート絶縁膜７上）に個別に供給されれば同時であっても良いことも、第１実施形態と同様である。
【００６０】
≪電子機器≫
次に、上述の実施形態で説明した本発明の有機薄膜トランジスタを備えた電子機器の構成を説明する。ここでは電子機器の一例として、有機電界発光素子ＥＬを用いたアクティブマトリックス型の表示装置を説明する。
【００６１】
図５には、表示装置３０の回路構成図を示す。
【００６２】
この図に示すように、表示装置３０の基板１上には、表示領域３０ａとその周辺領域３０ｂとが設定されている。表示領域３０ａには、複数の走査線３１と複数の信号線３３とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。また周辺領域３０ｂには、走査線３１を走査駆動する走査線駆動回路３５と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線３３に供給する信号線駆動回路３７とが配置されている。
【００６３】
走査線３１と信号線３３との各交差部に設けられる画素回路は、例えばスイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２、保持容量Ｃｓ、および有機電界発光素子ＥＬで構成されている。
【００６４】
そして、走査線駆動回路３５による駆動により、スイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１を介して信号線３３から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２から有機電界発光素子ＥＬに供給され、この電流値に応じた輝度で有機電界発光素子ＥＬが発光する。尚、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２は、共通の電源供給線（Ｖｃｃ）３９に接続されている。
【００６５】
尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域３０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。
【００６６】
図６には、以上のような回路構成の表示装置５における１画素分の断面図として、薄膜トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１および容量素子Ｃｓと、有機電界発光素子ＥＬとが積層された部分の断面図を示す。
【００６７】
この図に示すように、各画素には薄膜トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１として、例えば図1で示した第１実施形態のトップゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタ（Ｔｒａ）が設けられている。
【００６８】
薄膜トランジスタＴｒ１のソース電極３ｓと、薄膜トランジスタＴｒ２のゲート電極９とは、ゲート絶縁膜７に設けられた接続孔７ａを介して接続されている。また、薄膜トランジスタＴｒ２において、ゲート電極９を延設した部分とソース電極３ｓを延設した部分との間にゲート絶縁膜７を挟持させて容量素子Ｃｓが構成されている。また、図５の回路図にも示したように、薄膜トランジスタＴｒ１のゲート電極９は走査線（３１）に、薄膜トランジスタＴｒ１のドレイン電極３ｄは信号線（３３）に、薄膜トランジスタＴｒ２のソース電極３ｓは電源供給線（３９）にそれぞれ延設される。
【００６９】
尚、画素回路に示した信号線３３および電源供給線３９は、断面図のソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄと同一層を用いて同一の層構造で構成されていて良い。
【００７０】
以上の薄膜トランジスタＴｒ１,Ｔｒ２および容量素子Ｃｓは、層間絶縁膜５１で覆われている。この層間絶縁膜５１は、平坦化膜として構成されることが好ましい。この層間絶縁膜５１とゲート絶縁膜７には、有機薄膜トランジスタＴｒ２のドレイン電極３ｄに達する接続孔５１ａが設けられている。
【００７１】
そして、層間絶縁膜５１上の各画素に、接続孔５１ａを介して有機薄膜トランジスタＴｒ２に接続された有機電界発光素子ＥＬが設けられている。この有機電界発光素子ＥＬは、層間絶縁膜５１上に設けられた絶縁性パターン５３で素子分離されている。
【００７２】
有機電界発光素子ＥＬは、層間絶縁膜５１上に設けられた画素電極５５を備えている。この画素電極５５は、各画素毎に導電性パターンとして形成され、層間絶縁膜５１に設けられた接続孔５１ａを介して有機薄膜トランジスタＴｒ２のドレイン電極３ｄに接続されている。このような画素電極５５は、例えば陽極として用いられるものであり、光反射性を有して構成されていることとする。
【００７３】
そして、この画素電極５５の周縁が、有機電界発光素子ＥＬを素子分離するための絶縁性パターン５３で覆われている。この絶縁性パターン５３は、画素電極５５を広く露出させる開口窓５３ａを備えており、この開口窓５３ａが有機電界発光素子ＥＬの画素開口となる。このような絶縁性パターン５３は、例えば感光性樹脂を用いて構成され、リソグラフィー法を適用してパターニングされたものであることとする。
【００７４】
そして、このような絶縁性パターン５３から露出する画素電極５５上を覆う状態で、有機層５７が設けられている。この有機層５７は、少なくとも有機発光層を備えた積層構造からなり、必要に応じて陽極（ここでは画素電極５５）側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層、さらには他の層を積層してなる。また有機層５７は、例えば各有機電界発光素子ＥＬで発生させる発光光の波長毎に、少なくとも有機発光層を含む層が画素毎に異なる構成でパターン形成されていることとする。また、各波長の画素で共通の層を有していても良い。さらに、この有機電界発光素子ＥＬが、微小共振器構造として構成されている場合、各有機電界発光素子ＥＬから取り出す波長に合わせて有機層５７の膜厚が調整されていることとする。
【００７５】
以上のような有機層５７を覆い、画素電極５５との間に有機層５７を狭持する状態で、共通電極５９が設けられている。この共通電極５９は、有機電界発光素子ＥＬの有機発光層で発生させた光を取り出す側の電極であり、光透過性を有する材料で構成されていることとする。またここでは、画素電極５５が陽極として機能するものであるため、この共通電極５９は、少なくとも有機層５７に接する側が陰極として機能する材料を用いて構成されていることとする。さらに、この有機電界発光素子ＥＬが、微小共振器構造として構成されている場合、この共通電極５９は、半透過半反射性を有する構成であることとする。尚、図５の回路図にも示したように、この共通電極５９はＧＮＤに設置されている。
【００７６】
そして、以上のような画素電極５５と共通電極５９との間に有機層５７が挟持された各画素部分が、有機電界発光素子ＥＬとして機能する部分となる。
【００７７】
またここでの図示は省略したが、各有機電界発光素子ＥＬの形成面側は、光透過性材料からなる封止樹脂で覆われ、さらにこの封止樹脂を介して光透過性材料からなる対向基板が張り合わされた状態で表示装置３０が構成されている。
【００７８】
以上のような構成の表示装置５によれば、第１実施形態で説明したようにトランジスタ特性の良好な薄膜トランジスタ（Ｔｒａ）を用いて画素回路を構成しているため、表示特性の向上を図ることが可能になる。
【００７９】
尚、上述した実施形態においては、図２に示した第１実施形態のトップゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタＴｒａを用いた表示装置を説明した。しかしながら、上述した表示装置には、図３に示した第２実施形態のボトムゲート・ボトムコンタクト構造の有機薄膜トランジスタＴｒｂを適用しても良く、同様の効果を得ることができる。さらに上述した実施形態においては、有機薄膜トランジスタを備えた電子機器の一例として、有機電界発光素子ＥＬを用いたアクティブマトリックス型の表示装置を例示した。しかしながら本発明の電子機器は、有機薄膜トランジスタを搭載した電子機器に広く適用可能である。例えば、表示装置であれば、液晶表示装置や電気泳動型ディスプレイに適用できる。また表示装置以外にも、ＩＤタグ、センサー等の電子機器への適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００８０】
＜実施例＞
以下のようにしてボトムゲート・ボトムコンタクト構造の薄膜トランジスタを備えた薄膜半導体装置を形成した。
【００８１】
先ず、図３（１）に示すように、リフトオフ法を適用して、基板１上にゲート電極９を形成した。この際、リソグラフィー法により、基板１上にゲート電極部分を開口したレジストパターンを形成した。次に、密着層としてのＴｉ層、およびゲート電極層としてのＡｕ層を、この順に真空蒸着成膜した。蒸着を行う際には、基板１の温度調整を行うことにより基板１の変形を最小限に抑えた。その後、レジストパターンを除去することにより、レジストパターン上のＴｉ層およびＡｕ層を選択的にリフトオフ除去し、レジストパターンの開口部となる位置にＴｉ層を密着層としてＡｕ層からなるゲート電極９を形成した。
【００８２】
次に、図３（２）に示すように、ゲート電極９が形成された基板１上に、ゲート絶縁膜７を塗布成膜した。この際、絶縁材料としての高分子材料および表面処理剤を、有機溶媒中で混合した塗布溶液を準備した。またこの塗布溶液に、架橋反応を促す架橋剤を添加し、この塗布溶液をスピンコーと法によって基板１上に塗布した。その後、オーブン中にて塗布膜を乾燥させ、さらに膜中の孔分子材料と表面処理剤との架橋反応を進めて硬化させることにより、基板１上に塗布性膜されたゲート絶縁膜９を得た。
【００８３】
次いで、図３（３）に示すように、リフトオフ法を適用して、ゲート絶縁膜７上にソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを形成した。この際、リソグラフィー法により、ゲート絶縁膜７上にソース電極尾おびドレイン電極部分を開口したレジストパターンを形成した。次に、密着層としてのＴｉ層、およびソース／ドレイン電極層としてのＡｕ層を、この順に真空蒸着成膜した。蒸着を行う際には、基板１の温度を調整することにより基板１の変形を最小限に抑えた。その後、レジストパターンを除去することにより、レジストパターン上のＴｉ層およびＡｕ層を選択的にリフトオフ除去し、レジストパターンの開口部となる位置にＴｉ層を密着層としてＡｕ層からなるソース電極３ｓおよびドレイン電極３ｄを形成した。
【００８４】
その後、図３（４）に示すように、インクジェット法により、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３間にわたるゲート絶縁膜７上に、有機半導体溶液Ｌ１を供給した。この際、有機半導体材料としてのＴＩＰＳペンタセン(6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene）１ｇを、溶剤としてのテトラリン１００ｇに溶解させた有機半導体溶液Ｌ１を用いた。
【００８５】
次いで、図４（１）に示すように、先に供給された有機半導体溶液Ｌ１が乾燥するより早く、インクジェット法によってゲート絶縁膜７上にポリマー溶液Ｌ２を供給した。これにより、有機半導体溶液Ｌ１とポリマー溶液Ｌ２との混合液層５ａを、ソース電極３ｓ−ドレイン電極３ｄ間に形成した。この際、ポリマー材料としてのポリアルファメチルスチレン（Ｍｗ２６０００）を、溶剤としてのテトラリンに１ｗｔ％になるように溶解させたポリマー溶液Ｌ２を用いた。
【００８６】
その後は図４（２）に示すように、混合液層（５ａ）中の溶剤を揮発除去して乾燥させた半導体層５を形成した。これにより、有機半導体材料を用いた半導体層５を備えたボトムゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタＴｒｂを得た。
【００８７】
また以上の後には、薄膜トランジスタＴｒｂを覆う層間絶縁膜１１を形成し、層間絶縁膜１１に接続孔１１ａを形成し、さらに接続孔１１ａを介してソース電極３ｓ、ドレイン電極３ｄ、およびゲート電極９に接続された導電性パターン１３を形成した。これにより、薄膜トランジスタＴｒｂおよびこれに接続された導電性パターン１３を備えた薄膜半導体装置１７を得た。
【００８８】
＜比較例＞
先の実施例においてインクジェット法を適用した半導体層の形成において、ポリマー溶液Ｌ２を供給せずに、有機半導体溶液Ｌ１の供給とその後の乾燥のみを行なった個と以外は、実施例と同様の手順で薄膜半導体装置を作製した。
【００８９】
＜評価結果＞
実施例、比較例において作製した有機薄膜トランジスタの特性について、移動度、ｏｎ／ｏｆｆ比、ヒステリシスの有無の評価を行った。この結果を下記表１に示す。
【００９０】
【表１】
2010123778.tif 000003
【００９１】
表１に示されるように、本発明の第２実施形態を適用した実施例の薄膜半導体装置は、本発明の手順を適用しない比較例の薄膜半導体装置よりも、移動度およびｏｎ／ｏｆｆ比ともに高い値を示した。また比較例の半導体装置ではヒステリシスが確認されたのに対して、実施例の薄膜半導体装置ではヒステリシスが確認されなかった。以上から、本発明の効果を確認することができた。尚、半導体層のレベリング性についても、比較例よりも実施例で優れていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図２】第１実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図３】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その１）である。
【図４】第２実施形態の製造方法を示す断面工程図（その２）である。
【図５】薄膜半導体装置を用いた電子機器の一例である表示装置の回路構成図である。
【図６】図５の表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…基板、３ｓ…ソース電極、３ｄ…ドレイン電極、５…半導体層、５ａ…混合液層、７…ゲート絶縁膜、９…ゲート電極、１５，１７…薄膜半導体装置、Ｌ１…有機半導体溶液、Ｌ２…ポリマー溶液
【図１】
2010123778.tif 000004
【図２】
2010123778.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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