(57)【要約】【課題】  半導体装置の品質を高め、これを用いたアクティブマトリクス表示装置の表示品質を向上させる。【解決手段】  基板５０１、ゲート電極５０２、ゲート絶縁膜５０３、ソース電極５０４、ドレイン電極５０５、及び半導体層５０６を設けた半導体装置であって、さらに、この半導体層５０６上に、この半導体層５０６と同じ形状を有する半導体層パターン化膜５０７を少なくとも１層以上有する構成とし、この半導体層パターン化膜により、半導体層とエッチング加工用のフォトレジストが直接に接しない構成とし、例えばポリビニルアルコールを主たる成分として加工してなる感光性樹脂膜５０８のパターニングを行い、エッチングにより半導体層５０６と半導体層パターン化膜５０７を加工して半導体装置とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を設けた半導体装置であって、
前記半導体層上に該半導体層と同じ形状を有する半導体層パターン化膜を少なくとも１層以上有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
上記半導体層パターン化膜として、絶縁性材料からなる膜を用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の半導体装置であって、
上記絶縁性半導体層パターン化膜として、ポリパラキシリレン膜を用いることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体製造装置であって、
上記半導体層が有機半導体を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、半導体層パターン化膜を形成した後、感光性樹脂膜のパターニングを行い、エッチングにより半導体層、半導体層パターン化膜を加工して半導体装置を製造することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項６】
透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、半導体層パターン化膜を形成した後、ポリビニルアルコールを主たる成分として加工してなる感光性樹脂膜のパターニングを行い、エッチングにより半導体層、半導体層パターン化膜を加工して半導体装置を製造することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項３，もしくは、請求項５，６のいずれかに記載の半導体装置をアクティブ素子として用いることを特徴とするアクティブマトリックス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に係わり、特に、有機半導体材料を用いた電界効果型薄膜トランジスタ等、アクティブマトリックス基板、表示装置に用いるのに好適な半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が精力的に研究されている。同一基板上にＴＦＴを集積化する場合、活性層（薄膜トランジスタの半導体層）の分離が必須である。
【０００３】
分離しない場合、トランジスタ動作におけるオフ電流が上昇し、消費電力の上昇になる。また、表示画素を駆動させる場合、クロストークの原因となる。尚、従来の活性層を分離しない場合のトランジスタ静特性を図２に示し、本発明等により活性層を分離した場合のトランジスタ静特性を図１に示す。
【０００４】
通常のＴＦＴの加工では、まず、Ｓｉ半導体材料を用いたＴＦＴでは、この活性層分離はフォトリソグラフィー・エッチングにより実行され，活性層成膜後、フォトレジストを塗布し、所望のパターンを露光・現像し、レジストパターンを形成し、これをエッチングマスクとして活性層のエッチングを行い、レジストを剥離して活性層分離をする。
【０００５】
有機半導体材料として高分子材料を用いた場合、フォトレジスト中に含まれる有機溶剤により、高分子活性層が溶解してしまうため、高分子活性層上に、フォトレジストの塗布は出来ない。また、有機半導体材料としてペンタセンなどの結晶性分子を用いた場合、程度の差はあるものの、フォトリソ工程後、特性の劣化が認められる。
【０００６】
その他の加工技術として、例えば、特許文献１〜６に記載の技術があり、特許文献１においては、パターン化絶縁膜による半導体層の分離技術が記載され、特許文献２においては、層間絶縁膜のパターン化、半導体層形成後、研磨により半導体層を分離する（埋め込み型）技術が記載されている。
【０００７】
また、特許文献３および特許文献４においては、有機半導体材料と反応し、半導性を消失させる層を基板にあらかじめ配置させ、半導体層を分離する技術が記載され、特許文献５には、インクジェット印刷により半導体層をパターン分離形成する技術が記載され、特許文献６には、シャドウマスクを用いて有機半導体材料を蒸着成膜することにより半導体層を分離する技術が記載されている。
【０００８】
しかし、例えば、特許文献６に記載の技術では、ペンタセンなどの結晶性材料の薄膜化はシャドウマスクを用いた真空蒸着法にて分離形成できるが、シャドウマスクにより分離寸法が制限されるので、大面積成膜に不向きであり、また、シャドウマスクの寿命の問題があり、結果として安価に製造できない。
【０００９】
また、特許文献５に記載の技術では、インクジェット印刷は着弾精度を考慮すると５０μｍ以下のパターンは形成されず、フォトリソより高精細化は不可能である。
【００１０】
このように、有機半導体層にダメージを与えることなく、フォトリソグラフィー・エッチングにより加工する技術が要求されている。
【００１１】
尚、上述の通常加工技術においては、Ｓｉ半導体装置の製造工程でフォトレジストが感光性樹脂として使われている。また、フォトレジストの成分はナフトキノンジアジドを感光基としたノボラック系樹脂を有機溶媒に溶かしてなる。この有機溶媒としては、キシレン、セロソルブ系溶剤等がある。
【００１２】
また、有機半導体膜が高分子材料の場合、レジストに含まれるキシレンなどにより溶解してしまう。また、有機半導体膜が結晶性分子の場合、レジスト剥離時の溶剤によりダメージを受ける。この剥離液としては、エチレングリコールモノブチルエーテル＋モノエタノールアミンがあり、さらに、剥離液処理後の純水リンスによりダメージがある。
【００１３】
尚、このような半導体装置は、例えば特許文献７に記載のように、アクティブマトリックス駆動やこれを用いた有機ＥＬディスプレイ、および、特許文献８に記載のように、能動素子およびそれを有する表示装置等に利用することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２０００−２６９５０４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９３７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２２９５７９号公報
【特許文献４】特開２００３−３４７４００号公報
【特許文献５】特表２００２−５４０５９１号公報
【特許文献６】特表２００３−５３６２６０号公報
【特許文献７】特開２００３-２５５８５７号公報
【特許文献８】特開２００３-３１８１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、半導体層にダメージを与えることなく、エッチングによる半導体装置の加工を行うことができない点である。
【００１６】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、半導体装置の品質を高め、例えば、当該半導体装置を用いたアクティブマトリクス表示装置の表示品質を向上させること、あるいは、、当該半導体装置を用いた有機ＥＬパネル等のコスト削減および可撓性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の半導体装置は、基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、及び半導体層を設けた半導体装置であって、半導体層上に、この半導体層と同じ形状を有する半導体層パターン化膜を少なくとも１層以上有する構成とし、この半導体層パターン化膜により、半導体層とエッチング加工用のフォトレジストが直接に接しないようにする。すなわち、透明基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、半導体層、半導体層パターン化膜を形成した後、（例えばポリビニルアルコールを主たる成分として加工してなる）感光性樹脂膜のパターニングを行い、エッチングにより半導体層、半導体層パターン化膜を加工して半導体装置とする。尚、半導体層パターン化膜として、例えばポリパラキシリレン膜等の絶縁性材料からなる膜を用いる。また、半導体層が有機半導体を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、有機ＴＦＴからなるアクティブマトリックス基板上のトランジスタ特性において、活性層分離を行うことで、トランジスタオフ電流を低減でき、表示パネルを構成したときの、画素間のクロストークを低減し、表示品質の向上をもたらすことができる。また、特にパリレン膜を用いることで、半導体ダメージが軽減される。また、ＰＶＡ感光性樹脂を用いることで、半導体ダメージが軽減される。また、有機ＴＦＴからなるアクティブマトリックス基板と画素表示素子を組み合わせることで、安価で、可撓性に優れた表示パネルを作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図１は、本発明に係わる半導体装置の第１の静特性例を示す説明図であり、図２は、従来の活性層を分離しない場合のトランジスタ静特性を示す説明図、図３は、本発明に係わる半導体装置の第２の静特性例を示す説明図、図４は、本発明に係わる半導体装置の構成例を示す上面図、図５は、本発明に係わる半導体装置の構成例を示すブロック図、図６は、本発明に係わる半導体装置の第３の静特性例を示す説明図である。
【００２０】
図５に示すように、本例の半導体装置は、基板５０１、ゲート電極５０２、ゲート絶縁膜５０３、ソース電極５０４、ドレイン電極５０５、及び半導体層５０６を設けた半導体装置であって、さらに、この半導体層５０６上に、この半導体層５０６と同じ形状を有する半導体層パターン化膜５０７を少なくとも１層以上有する構成とし、この半導体層パターン化膜により、半導体層とエッチング加工用のフォトレジストが直接に接しないようにしている。
【００２１】
すなわち、透明な基板５０１上にゲート電極５０２、ゲート絶縁膜５０３、ソース電極５０４、ドレイン電極５０５、半導体層５０６、半導体層パターン化膜５０７を形成した後、例えばポリビニルアルコールを主たる成分として加工してなる感光性樹脂膜５０８のパターニングを行い、エッチングにより半導体層５０６と半導体層パターン化膜５０７を加工して半導体装置とする。
【００２２】
尚、半導体層パターン化膜として、例えばポリパラキシリレン膜等の絶縁性材料からなる膜を用いる。また、半導体層は有機半導体を有する。
【００２３】
このような半導体装置をアクティブ素子としてアクティブマトリックス表示装置に用いることで、画素間のクロストークを低減でき、アクティブマトリックス表示装置の表示品質の向上を図ることができる。
【００２４】
以下、このような半導体装置およびその製造技術について、具体的な例を用いて説明する。
【００２５】
＜第１の実施例＞：第１の実施例では、まず、「ガラス基板上にゲート電極を形成する」処理を行う。具体的には、無アルカリガラス（コーニング社１７３７）基板上に厚さ７０ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜する。そして、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコートし、露光、現像によりレジストパターン（ゲート電極パターン）を形成する。さらに、硝酸セリウムアンモニウムを含む酸性水溶液で、Ｃｒ膜をエッチングし、レジストを除去してゲート電極を形成する。
【００２６】
次に、「ゲート絶縁膜形成」処理を行う。具体的には、ＰＥ−ＣＶＤ法により、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン膜を形成する。この際、基板温度は２００℃、原料ガスはＳｉＨ４＋Ｎ２Ｏとする。
【００２７】
さらに、「ソース・ドレイン電極形成」処理を行う。具体的には、厚さ５ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜（これはＡｕ膜の密着層として）し、その上に厚さ１００ｎｍのＡｕ膜をスパッタリング法により形成し、先述と同様にフォトリソグラフィーによりソース・ドレインのレジストパターンを形成する。尚、Ａｕエッチングは、「Ｉ２＋ＮＨ４Ｉ」水溶液でエッチングし、Ｃｒエッチングは、硝酸セリウムアンモニウムを含む酸性水溶液でエッチングし、レジスト除去でソース・ドレイン電極を形成する。
【００２８】
その後、「半導体層形成」処理を行う。具体的には、スチルベンポリマーを半導体材料に用い、スピンコートにより膜厚３０ｎｍを形成する。
【００２９】
また、「半導体層パターン化膜形成」処理を行う。具体的には、パリレン膜を形成し、ラポコーターＰＤＳ２０１０でパリレンＣ（ダイマー）を用い、試料温度は室温にて、厚さ１μｍ 成膜を施す。
【００３０】
そして、「半導体層分離」処理を行う。具体的には、感光性樹脂としてフォトレジストを使用し、分離活性層パターンのレジストを形成し、酸素ガスによるドライエッチングを実施する。尚、レジスト膜厚は２μｍとし、被エッチング体は、パリレン（１μｍ）、スチルベンポリマー（３０ｎｍ）であり、レジストエッチング前に、半導体層の分離が終了する。
【００３１】
このようにして作製したトランジスタ静特性は図１，２に示すようになり、活性層分離トランジスタのオフ電流値（図１参照）は非分離（図２参照）と比べ１桁以上低減している。
【００３２】
＜第２の実施例＞：第２の実施例では、「感光性ＰＶＡを用いた活性層分離」を行うものであり、半導体層パターン化膜形成までは上記第１の実施例と同じである。ここでは、東洋合成工業社製の感光性ＰＶＡを使用する。そして、固形分濃度を５ｗｔ％とし、スピンコーティング（回転数１０００ｒｐｍ）成膜後、６０℃で１０分乾燥を行い、ｇ線、露光量１０ｍＷ/ｃｍ＾２（「＾」：べき乗）で露光し、純水にて現像し、パターンを得る。
【００３３】
その他は、上記第１の実施例と同じであり、その特性は図３に示すようになり、第１の実施例で示した活性層分離試料（図１参照）と比べ、オフ電流は更に１桁減少し、従来の非分離試料（図２参照）と比べると２桁以上のオフ電流低減が実行できる。
【００３４】
＜第３の実施例＞：第３の実施例の「半導体層パターン化膜形成」処理では、具体的には、まず、第１の実施例と同じ、半導体層パターン化膜形成以前の工程を行い、次に、ＰＥ−ＣＶＤでＳｉＮ膜を成膜する。この際、基板温度は１５０℃で膜厚１μｍとする。
【００３５】
その後の感光性ＰＶＡ形成までは第２の実施例と同じであり、エッチングはアルゴンスパッタエッチにて活性層分離を行う。窒素元素に起因するプラズマ発光ピークの強度変化より、エッチングの終点を検知し、その後エッチングガス種を酸素に変え、追加エッチングすることで、更なる活性層分割を行う。
【００３６】
本第３の実施例でのＯＴＦＴ特性を図６に示す。この図６で示すように、従来の非分離試料（図２参照）と比べ２桁以上のオフ電流低減が実行できる。また、無機系材料を用いた活性層分離効果は上述のように認められる。パリレンと比較した場合、トランジスタの閾値電圧がデプレッションにシフトしており、これはＳｉＮ成膜工程が、有機半導体膜にダメージをあたえたことに起因する。
【００３７】
＜第４の実施例＞：第４の実施例として、「アクティブマトリックス基板」を図４を用いて示す。本例では、液晶、電気泳動、有機ＥＬなどの画素表示素子を組み合わせることで、アクティブマトリックス表示装置となる。
【００３８】
図４においては、４０２はゲート電極、４０４はソース電極、４０５はドレイン電極、４０９は信号配線、４１０は走査配線、４１１は画素配線である。尚、図５における、基板５０１、半導体層（活性層）５０６、半導体層パターン化膜５０７、感光性樹脂層５０８は図示していない。
【００３９】
まず、ガラス基板（図５の５０１）上に厚さ７０ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜し、次に、フォトリソグラフィー/エッチングにより走査配線４１０、ゲート電極４０２を形成し、その後、ＰＥ−ＣＶＤ法により、厚さ２００ｎｍの酸化シリコン膜を形成する（ゲート絶縁膜は図５の５０３に示し、走査配線/信号配線の層間絶縁膜は図示せず）。
【００４０】
さらに、厚さ５ｎｍのＣｒ膜をスパッタリング法により成膜（これはＡｕ膜の密着層として）し、その上に厚さ１００ｎｍのＡｕ膜をスパッタリング法により形成し、そして、フォトリソグラフィー/エッチングにより、信号配線４０９、ソース電極４０４、ドレイン電極４０５を形成する。
【００４１】
その後、スチルベンポリマーを半導体材料に用い、スピンコートにより膜厚を３０ｎｍで形成し、厚さ１μｍのパリレン膜（図５の半導体層パターン化膜５０７）を形成し、フォトリソグラフィーにより感光性樹脂層（図５における感光性樹脂層５０８）を形成（感光性ＰＶＡ、厚さ１μｍ）する。そして、ドライエッチングにより活性層を分離することで有機ＴＦＴ基板が完成する。
【００４２】
尚、「液晶パネル」の作成は、対向基板にＩＴＯを厚さ１００ｎｍスパッタ成膜し、スピンコート法により配向膜（２００ｎｍ）形成する。配向処理後、上述の有機ＴＦＴ基板とシリカスペーサ-を配置させ、接合し、ギャップ間に液晶性材料を封入することで、液晶パネルが出来る。
【００４３】
また、「電気泳動表示パネル」は、ＩＴＯを成幕下対向基板にシリカスペーサ-を配置させ、接合し、キャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子を封入することで、電気泳動表示パネルが作成出来る。
【００４４】
尚、上記有機ＴＦＴ基板を用い、表示画素として有機ＥＬ素子を形成、大気遮蔽シールドを配置させることで、有機ＥＬパネルを作製することも可能である。
【００４５】
以上、図１〜図６を用いて説明したように、本例では、有機半導体膜と加工用フォトレジストが直接接しないように、中間に他の１層（半導体層パターン化膜）を配置する。ここでは、活性層分離を目的としているので、この１層は電気的に不活性（絶縁性）とするこの絶縁性膜としてはアモルファスＳｉＴＦＴで使われている無機材料、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ等でも良い。
【００４６】
尚、比較的低温でこれらを形成する技術としてＰＥ−ＣＶＤ（Plasma enhanced chemical vapor deposition）があり、膜成長温度１５０℃にて形成可能である。
【００４７】
また、絶縁膜としてパラキシリレン２量体を用い、ＣＶＤ法で形成したポリパラキシリレン膜が良い。
【００４８】
また、ポリパラキシリレンはユニオンカーバイド社の商標名「パリレン」として知られているものを用いる。このパリレンの特徴は、室温成膜が可能であり、段差被服性（ステップカバレッジ）が良好であり、従って、有機半導体膜にダメージを与えない。また、絶縁性は、抵抗率２×１０１６Ωｃｍであり、良好である。
【００４９】
尚、有機半導体材料がペンタセンなどの結晶性分子の場合、表面凹凸があり、ＰＥ−ＣＶＤ膜では被服不十分な場合がある。これは、ＰＥ−ＣＶＤ膜の膜厚を厚くすることである程度回避できるものの、製造時間の増加、エッチング時間の増加、膜ダメージを更に負わせるなど不具合が生じる。
【００５０】
透明基板としては、ガラス基板、プラスチック基板が用いられるが、可撓性が要求される場合、プラスチック基板が好ましい。
【００５１】
ゲート電極は、金属膜の真空蒸着（Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ）、酸化物電極、透光性酸化物電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＳｎＯ２）であり、通常のフォトリソグラフィー・エッチングでゲート電極パターンを得る。尚、導電性高分子（ＰＥＤＯＴ/ＰＳＳ、ポリアニリンなど）の印刷形成でもよい。
【００５２】
ゲート絶縁膜は、絶縁性材料であれば無機、有機いずれの材料でもよい。無機絶縁膜であれば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、をＰＥ−ＣＶＤで成膜する。また、スパッタリングでの成膜も可能である。また、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とその関連物質を湿式成膜し、加熱処理により絶縁膜にするものでもよい。
【００５３】
有機絶縁膜は、パリレン、ＰＶＡ、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、ポリイミドなどである。尚、上記、無機・有機の複合、有機・有機の複合膜でも可能である。
【００５４】
ソース、ドレイン電極は、電気伝導性があれば特に材質にはこだわらない。例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｔ族元素、これら合金（Ｐｔ−Ｒｈなど）、先述のゲート電極材料が該当する。
【００５５】
基板上にこれらを準次形成した後、感光性樹脂膜のパターニングを行う。この感光性樹脂は広く用いられているフォトレジストでも良い。このパターン化フォトレジストをマスクにドライエッチングを行い、半導体層の分離（パターニング）を行う。分離したあとのフォトレジスト除去は行わなくても良い。
【００５６】
この様な工程で作製された素子は、半導体層、その形状と同一半導体層パターン化膜が積層されている。またフォトレジストもその上部に積層されている場合もある。
【００５７】
尚、フォトレジストの代わりにポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を主成分とする感光性樹脂を用いても良い。この場合、ＰＶＡ樹脂は水溶性樹脂であり、水、アルコール類が溶剤に用いられている。これら極性溶媒は有機材料に対しなじみが悪い。
【００５８】
半導体層上に積層される半導体層パターン化膜の被服性が不十分であった場合、ＰＶＡ樹脂を用いていれば、半導体ダメージを防げる。
【００５９】
また、本例の半導体装置は、半導体層が有機半導体を有する。そして、この半導体装置をアクティブ素子として、アクティブマトリックス表示装置に用いることができる。
【００６０】
このように、有機ＴＦＴからなるアクティブマトリックス基板上のトランジスタ特性において、活性層分離を行うことで、トランジスタオフ電流を低減でき、表示パネルを構成したときの、画素間のクロストークを低減し、表示品質の向上をもたらすことができる。また、特にパリレン膜を用いることで、半導体ダメージが軽減される。また、ＰＶＡ感光性樹脂を用いることで、半導体ダメージが軽減される。また、このような有機ＴＦＴからなるアクティブマトリックス基板と画素表示素子を組み合わせることで、安価で、可撓性に優れた表示パネルを作製することができる。
【００６１】
尚、本発明は、図１〜図６を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、半導体層上に、この半導体層と同じ形状を有する半導体層パターン化膜は１層としているが、これに限定されず、２層以上有する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係わる半導体装置の第１のトランジスタ静特性例を示す説明図である。
【図２】従来の活性層を分離しない場合のトランジスタ静特性を示す説明図である。
【図３】本発明に係わる半導体装置の第２のトランジスタ静特性例を示す説明図である。
【図４】本発明に係わる半導体装置の構成例を示す上面図である。
【図５】本発明に係わる半導体装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明に係わる半導体装置の第３のトランジスタ静特性例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６３】
４０１：ゲート電極、４０４：ソース電極、４０５：ドレイン電極、４０９：信号配線、４１０：走査配線、４１１：画素配線、５０１：基板、５０２：ゲート電極、５０３：ゲート絶縁膜、５０４：ソース電極、５０５：ドレイン電極、５０６：半導体層、５０７：半導体層パターン化膜、５０８：感光性樹脂膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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