(57)【要約】  簡易な工程および高い生産性で、複数の有機半導体素子を有する半導体装置を製造できる製造方法および半導体装置を提供する。絶縁性基板の上に、ソース電極およびドレイン電極の最上部の位置がゲート電極よりも高い、複数の半導体素子に対応する電極を形成すると共に、絶縁性支持板の表面に有機半導体膜を形成し、さらに、有機半導体膜に溝を形成することで、個々の半導体素子に応じた分割領域を形成して、絶縁性支持体と絶縁性基板とを位置合せして積層することにより、この課題を解決する。
2016042962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の上に、ソース電極およびドレイン電極の最上部の位置がゲート電極よりも高い、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の組み合わせを、複数の半導体素子に対応して形成する電極形成工程、
絶縁性支持板の表面に有機半導体膜を形成する膜形成工程、
前記有機半導体膜に溝を形成して、前記有機半導体膜に、個々の前記半導体素子に対応して分割した分割領域を形成するパターニング工程、および、
前記絶縁性支持体を、前記有機半導体膜を絶縁性基板側に向けて、前記絶縁性基板と位置合せして重ねる積層工程、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記パターニング工程において、有機半導体膜への溝の形成を、レーザ光によって行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電極形成工程において、前記ゲート電極を形成した後に、前記ゲート電極を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜の上に、前記ソース電極およびドレイン電極を形成する請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ソース電極とドレイン電極との間において、前記有機半導体膜の下方に空間を形成するように、前記積層工程を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記積層工程において、前記絶縁性支持体と絶縁性基板との位置合せを、前記絶縁性支持体および絶縁性基板に形成した位置合せ用のマークを用いて行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁性基板の位置合せ用のマークが、前記有機半導体素子の少なくとも１つの、前記ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の少なくとも１つと同じ材料で形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の上に形成された、ソース電極およびドレイン電極の最上部の位置がゲート電極よりも高い、複数の半導体素子に対応する、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の組み合わせと、
絶縁性支持体と、
前記絶縁性支持体に支持される、前記ソース電極およびドレイン電極の上に設けられる、前記複数の半導体素子に対応する領域に全面的に形成された有機半導体膜とを有し、
前記有機半導体膜が、溝によって分割された、個々の前記半導体素子に応じた複数の分割領域を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート電極を覆う絶縁膜を有し、前記絶縁膜の上に前記ソース電極およびドレイン電極が形成される請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記有機半導体膜の分割領域は、対応する前記有機半導体素子のソース電極およびドレイン電極のみに接触する請求項７または８に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子を、複数、有する半導体装置の製造方法、および、この製造方法で製造した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体素子の構造は、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極と、有機半導体膜との位置関係に応じて、様々な構造が知られている。代表的には、ボトムゲート−ボトムコンタクト型、ボトムゲート−トップコンタクト型、トップゲート−ボトム型およびトップゲートトップコンタクト型の４種類の構造が知られている。【０００３】
中でも、ゲート電極が絶縁性基板の上に形成され、ゲート電極を覆う絶縁膜の上にソース電極およびドレイン電極が形成され、ソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体膜が形成されるボトムゲート−ボトムコンタクト型は、高温プロセスや溶液プロセスが有機半導体膜に影響を及ぼさない点で有利である。【０００４】
ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子の製造では、一例として、まず、特許文献１や特許文献２に示されるように、絶縁性の基板の上に、銀や金などからなるゲート電極を形成する。
ゲート電極は、例えば、基板の上にゲート電極となる金属膜を成膜し、その上にフォトレジストをパターン形成し、さらに、エッチングによって不要な金属を除去し、フォトレジストを除去する、フォトリソグラフィによって形成する。【０００５】
次いで、このゲート電極を覆うように、酸化ケイ素や酸化アルミニウム等からなる絶縁膜（ゲート絶縁膜）を形成する。
絶縁膜は、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)等の気相成膜法で形成する。また、有機材料を塗布または印刷して、これを光や熱で硬化することで、ゲート絶縁膜を形成する方法も知られている。【０００６】
次いで、このゲート絶縁膜の上に、ゲート電極と同様の方法でソース電極およびドレイイン電極を形成する。
さらに、ソース電極およびドレイン電極の上に、有機半導体膜をパターニングして形成
して、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子とする。【０００７】
このように、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子は、高温プロセスや溶液プロセスによって電極や絶縁膜を形成した後に、最後に、有機半導体膜を形成する。
そのため、有機半導体膜の特性が高温プロセスや溶液プロセスによって劣化することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−９６２８８号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、集積回路等の半導体装置は、多数の半導体素子を組み合わせて構成される。従って、有機半導体素子を有する半導体装置では、全ての有機半導体素子に応じて、有機半導体膜をパターン形成する必要が有る。【００１０】
有機半導体素子において、有機半導体膜は、フォトリソグラフィや印刷法によって形成できる。
しかしながら多数の半導体素子の全て対応して、適正な位置に有機半導体膜を形成するのは、非常に大変であり、また、生産性を向上するのも困難である。【００１１】
さらに、有機半導体膜は、多結晶や単結晶の状態で用いられる。一般に、単結晶の方が結晶界面での電荷移動阻害の影響を受けにくく、移動度が高くなるので好ましい。
ところが、フォトリソグラフィや印刷法によってソース電極およびドレイン電極の上に有機半導体膜を形成すると、表面の凹凸や表面エネルギの異なる表面の分布等に起因して、有機半導体膜の結晶性が低下してしまう。また、ソース電極やドレイン電極のような固体表面上で結晶を作製すると、固体表面の原子が有機半導体とは異なる周期配列を有していることに影響を受け、有機半導体の結晶配列が乱れてしまう。【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、複数のボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子を有する半導体装置において、簡易な工程でかつ、高い生産性で、結晶性が良好な有機半導体膜からなる有機半導体素子を有する半導体装置を製造できる製造方法、および、この製造方法で製造した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明の半導体装置の製造方法は、絶縁性基板の上に、ソース電極およびドレイン電極の最上部の位置がゲート電極よりも高い、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の組み合わせを、複数の半導体素子に対応して形成する電極形成工程、
絶縁性支持板の表面に有機半導体膜を形成する膜形成工程、
有機半導体膜に溝を形成して、有機半導体膜に、個々の半導体素子に対応して分割した分割領域を形成するパターニング工程、および、
絶縁性支持体を、有機半導体膜を絶縁性基板側に向けて、絶縁性基板と位置合せして重ねる積層工程、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。【００１４】
このような本発明の半導体装置の製造方法において、パターニング工程において、有機半導体膜への溝の形成を、レーザ光によって行うのが好ましい。
また、電極形成工程において、ゲート電極を形成した後に、ゲート電極を覆う絶縁膜を形成し、絶縁膜の上に、ソース電極およびドレイン電極を形成するのが好ましい。
また、ソース電極とドレイン電極との間において、有機半導体膜の下方に空間を形成するように、積層工程を行うのが好ましい。
また、積層工程において、絶縁性支持体と絶縁性基板との位置合せを、絶縁性支持体および絶縁性基板に形成した位置合せ用のマークを用いて行うのが好ましい。
さらに、絶縁性基板の位置合せ用のマークが、有機半導体素子の少なくとも１つの、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の少なくとも１つと同じ材料で形成されるのが好ましい。【００１５】
また、本発明の半導体装置は、絶縁性基板と、
絶縁性基板の上に形成された、ソース電極およびドレイン電極の最上部の位置がゲート電極よりも高い、複数の半導体素子に対応する、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の組み合わせと、
絶縁性支持体と、
絶縁性支持体に支持される、ソース電極およびドレイン電極の上に設けられる、複数の半導体素子に対応する領域に全面的に形成された有機半導体膜とを有し、
有機半導体膜が、溝によって分割された、個々の半導体素子に応じた複数の分割領域を有することを特徴とする半導体装置を提供する。【００１６】
このような本発明の半導体装置において、ゲート電極を覆う絶縁膜を有し、絶縁膜の上にソース電極およびドレイン電極が形成されるのが好ましい。
また、有機半導体膜の分割領域は、対応する有機半導体素子のソース電極およびドレイン電極のみに接触するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このような本発明によれば、複数の有機半導体素子を構成する電極が形成された絶縁性基板と、溝によって複数の領域に分割された有機半導体膜を有する絶縁性支持体とを、位置合せして積層することで、複数の有機半導体素子に一度に有機半導体膜を形成して、複数の有機半導体素子を有する半導体装置を作製できる。また、この半導体装置の有機半導体素子は、結晶性の良好な有機半導体膜を有する。
そのため、本発明によれば、簡易かつ安価に、高い移動度を有する複数の有機半導体素子を有する半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の半導体装置の一例の概略上面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略上面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略上面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の半導体装置の製造方法の一例を説明するための概略上面図、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図５】図５は、本発明の半導体装置を構成する有機半導体素子の別を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明の半導体装置を構成する有機半導体素子の別を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置について、添付の図面に示される好適例を基に、詳細に説明する。
【００２０】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に、本発明の半導体装置の製造方法で作製した、本発明の半導体装置の一例を概念的に示す。なお、図１（Ａ）は上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
図示例の半導体装置１０は、５つの有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを有する半導体装置である。具体的には、半導体装置１０は、絶縁性基板１４と、有機半導体素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄおよび１２ｅと、有機半導体膜１６と、絶縁性支持体１８とを有して構成される。
また、有機半導体膜１６には、溝２０ａ〜２０ｅによって、各有機半導体素子に対応して分割された分割領域１６ａ〜１６ｅが形成されている。分割領域１６ａ〜１６ｅは、溝２０ａ〜２０ｅによって、面方向に外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された状態で分割されている。
【００２１】
本発明の半導体装置１０において、絶縁性基板１４は、有機半導体素子を有する半導体装置で利用されている各種の材料からなるシート状物が、各種、利用可能である。以下の説明では、『絶縁性基板１４』を『基板１４』とも言う。
基板１４としては、具体的には、セラミック、ガラス、プラスチック、各種の絶縁性材料からなるシート状物（板状物、フィルム）が例示される。表面に酸化物層などの絶縁層を形成された金属製のシートなど、表面に絶縁層が形成された導電体からなるシート状物も、基板１４として利用可能である。
基板１４は、複数のシート状物を貼り合わせてなる構成など、多層構成を有するものであってもよい。
【００２２】
なお、基板１４の厚さは、形成材料や半導体装置１０の大きさ等に応じて、半導体装置１０全体を支持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
【００２３】
ここで、図示例の半導体装置１０においては、基板１４の表面には、４隅に、絶縁性支持体１８との位置合せを行うためのアライメントマーク１４ａが形成される（図２（Ａ）参照）。基板１４の表面とは、すなわち、有機半導体素子の形成面である。
アライメントマーク１４ａは、図示例の矩形状以外にも、例えば十字状など、２枚のシート状物の位置合せに用いられる公知のマークが、各種、利用可能である。
【００２４】
ここで、アライメントマーク１４ａは、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの少なくとも１つの、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の少なくとも１つと同じ材料で形成するのが好ましい。
これにより、電極とアライメントマーク１４ａの形成とを同時に行うことができる、電極とアライメントマーク１４ａとの位置関係を正確に把握できる等の点で好ましい。
【００２５】
半導体装置１０は、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの４つの有機半導体素子（有機薄膜トランジスタ）を有する。そのため、基板１４の上には、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを構成する電極が形成される。
具体的には、基板１４の上には、有機半導体素子１２ａを構成するゲート電極２６ａ、ソース電極２８ａおよびドレイン電極３０ａと、有機半導体素子１２ｂを構成するゲート電極２６ｂ、ソース電極２８ｂおよびドレイン電極３０ｂと、有機半導体素子１２ｃを構成するゲート電極２６ｃ、ソース電極２８ｃおよびドレイン電極３０ｃと、有機半導体素子１２ｄを構成するゲート電極２６ｄ、ソース電極２８ｄおよびドレイン電極３０ｄと、有機半導体素子１２ｅを構成するゲート電極２６ｅ、ソース電極２８ｅおよびドレイン電極３０ｅとが形成される。
【００２６】
有機半導体素子１２ａ〜１２ｅにおいて、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に利用されている各種の材料で形成すればよい。
一例として、銀、金、アルミニウム、銅、白金、鉛、亜鉛、錫、クロム等の金属、合金、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、ポリ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）等の導電性高分子、これらの積層構造等が例示される。
【００２７】
有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの個々において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形成材料は、全電極が同じでも、１以上の電極が他と異なってもよい。
有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの電極の形成材料は、全ての素子で同じでもよく、１以上の素子で異なってもよい。
【００２８】
本発明の半導体装置１０を構成する有機半導体素子において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の高さや大きさ、形状等は、作製する半導体装置１０の用途等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００２９】
なお、図示は省略するが、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅは、少なくとも１つの他の有機半導体素子１２ａ〜１２ｅと接続される。また、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの少なくとも１つには、外部の装置と接続するための配線が設けられる。
これらの配線は、公知の方法で形成すればよい。
【００３０】
本発明の半導体装置１０を構成する有機半導体素子１２ａ〜１２ｅは、ソース電極およびドレイン電極の最上部の高さが、ゲート電極よりも高い。
すなわち、有機半導体素子１２ａは、ゲート電極２６ａの最上部よりも、ソース電極２８ａおよびドレイン電極３０ａの最上部の方が高い。有機半導体素子１２ｂは、ゲート電極２６ｂの最上部よりも、ソース電極２８ｂおよびドレイン電極３０ｂの最上部の方が高い。有機半導体素子１２ｃは、ゲート電極２６ｃの最上部よりも、ソース電極２８ｃおよびドレイン電極３０ｃの最上部の方が高い、有機半導体素子１２ｄは、ゲート電極２６ｄの最上部よりも、ソース電極２８ｄおよびドレイン電極３０ｄの最上部の方が高い。さらに、有機半導体素子１２ｅは、構成するゲート電極２６ｅの最上部よりも、ソース電極２８ｅおよびドレイン電極３０ｅの最上部の方が高い。
また、図示例においては、全ての有機半導体素子１２ａ〜１２ｅにおいて、ソース電極およびドレイン電極の最上部の高さは、同じである。
なお、ここで言う電極の高さとは、基板１４と直交する方向の、基板１４の表面からの高さである。
【００３１】
半導体装置１０において、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅは、基板１４の上に形成されたソース電極およびドレイン電極の上に、絶縁性支持体１８で支持された有機半導体膜１６を積層するように設けることで、構成される。
従って、ゲート電極の最上部より、ソース電極およびドレイン電極の最上部を高くすることにより、ゲート電極と有機半導体膜１６との間に空間を設けて、この空間によってゲート電極と有機半導体膜とを絶縁できる。すなわち、絶縁膜（ゲート絶縁膜）を形成しなくても、ゲート電極と有機半導体膜１６との間の空間を絶縁膜として作用させることができる。
【００３２】
なお、半導体装置１０において、各有機半導体素子のゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極との高さの差は、絶縁性支持体１８の曲げ強さ、ソース電極とドレイン電極との間隔の広さ、半導体装置１０が要求される可撓性等に応じて、各有機半導体素子において、ゲート電極と有機半導体膜１６とが接触しない量を、適宜、設定すればよい。
本発明者らの検討によれば、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極との高さの差は、０．０１〜１０μｍが好ましく、０．１〜２μｍがより好ましく、０．２〜１μｍが特に好ましい。
ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極との高さの差を０．０１μｍ以上とすることにより、ゲート電極と有機半導体膜１６との接触を好適に防止できる、十分な絶縁性を確保できる等の点で好ましい。
また、ゲート電極と、ソース電極およびドレイン電極との高さの差を１０μｍ以下とすることにより、印加電圧を低くできる、薄型の半導体装置を得ることができる等の点で好ましい。
【００３３】
図示例の半導体装置１０は、いずれの有機半導体素子１２ａ〜１２ｅも、電極の高さを調節することで、ソース電極およびドレイン電極の最上部の高さを、ゲート電極よりも高くしている。
しかしながら、本発明において、ソース電極およびドレイン電極の最上部の高さを、ゲート電極よりも高くする方法としては、各種の方法が利用可能である。例えば、基板１４の表面に台を設け、ゲート電極を基板１４の表面に形成し、ソース電極およびドレイン電極を台の上に形成することで、ソース電極およびドレイン電極の最上部の高さを、ゲート電極よりも高くしてもよい。
【００３４】
有機半導体素子１２ａ〜１２ｅのソース電極およびドレイン電極の上には、有機半導体膜１６が積層されるように設けられる。また、有機半導体膜１６は、絶縁性支持体１８によって支持されている。
【００３５】
有機半導体膜１６は、有機半導体膜材料からなる層である。
本発明において、有機半導体膜材料は、有機半導体素子において、有機半導体膜に利用される公知の材料が、各種、利用可能である。
具体的には、６，１３−ビス（トリイソプロピルシリルエチニル）ペンタセン（ＴＩＰＳペンタセン）等のペンタセン誘導体、５，１１‐ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン（ＴＥＳ‐ＡＤＴ）等のアントラジチオフェン誘導体、ベンゾジチオフェン（ＢＤＴ）誘導体、ジオクチルベンゾチエノベンゾチオフェン（Ｃ8−ＢＴＢＴ）等のベンゾチエノベンゾチオフェン（ＢＴＢＴ）誘導体、ジナフトチエノチオフェン（ＤＮＴＴ）誘導体、ジナフトベンゾジチオフェン（ＤＮＢＤＴ）誘導体、６，１２‐ジオキサアンタントレン（ペリキサンテノキサンテン）誘導体、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド（ＮＴＣＤＩ）誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド（ＰＴＣＤＩ）誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリ（２，５‐ビス（チオフェン‐２‐イル）チエノ［３，２‐ｂ］チオフェン）（ＰＢＴＴＴ）誘導体、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）誘導体、オリゴチオフェン類、フタロシアニン類、フラーレン類などが例示される。
【００３６】
有機半導体膜１６は、多結晶でも単結晶でもよいが、結晶界面での電荷移動阻害の影響を受けず、高い移動度が得られる等の点で、単結晶であるのが好ましい。
本発明においては、有機半導体膜１６は、平面状の絶縁性支持体１８の表面に有機半導体膜１６を形成するので、単結晶の有機半導体膜１６を形成し易い。
【００３７】
なお、本発明の半導体装置１０において、有機半導体膜１６の厚さは、作製する半導体装置１０の用途、有機半導体素子の形状や構成等に応じて、適宜、設定すればよい。
【００３８】
ここで、有機半導体膜１６には、絶縁性支持体１８に到る溝２０ａ〜２０ｅによって、半導体装置１０を構成する個々の有機半導体素子に応じて分割された、複数の分割領域１６ａ〜１６ｅが、形成されている。
具体的には、溝２０ａによって分割される分割領域１６ａは、有機半導体素子１２ａに対応するものである。有機半導体膜１６の分割領域１６ａが、有機半導体素子１２ａのソース電極２８ａおよびドレイン電極３０ａの上面に積層して設けられることで、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ａが形成される。
溝２０ｂによって分割される分割領域１６ｂは、有機半導体素子１２ｂに対応するものである。有機半導体膜１６の分割領域１６ｂが、有機半導体素子１２ｂのソース電極２８ｂおよびドレイン電極３０ｂの上面に積層して設けられることで、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ｂが形成される。
溝２０ｃによって分割される分割領域１６ｃは、有機半導体素子１２ｃに対応するものである。有機半導体膜１６の分割領域１６ｃが、有機半導体素子１２ｃのソース電極２８ｃおよびドレイン電極３０ｃの上面に積層して設けられることで、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ｃが形成される。
溝２０ｄによって分割される分割領域１６ｄは、有機半導体素子１２ｄに対応するものである。有機半導体膜１６の分割領域１６ｄが、有機半導体素子１２ｄのソース電極２８ｄおよびドレイン電極３０ｄの上面に積層して設けられることで、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ｄが形成される。
さらに、溝２０ｅによって分割される分割領域１６ｅは、有機半導体素子１２ｅに対応するものである。有機半導体膜１６の分割領域１６ｅが、有機半導体素子１２ｅのソース電極２８ｅおよびドレイン電極３０ｅの上面に積層して設けられることで、ボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ｅが形成される。
【００３９】
溝２０ａ〜２０ｅは、全域が絶縁性支持体１８まで到る深さのものである。従って、分割領域１６ａ〜１６ｅは、自身の面方向の外側の有機半導体膜１６とは、電気的に絶縁されている。
また、前述のように、本発明においては、ソース電極およびドレイン電極が、ゲート電極よりも高いので、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅでは、有機半導体膜１６がゲート電極と接触することは無い。
【００４０】
本発明の半導体装置１０において、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを構成する分割領域１６ａ〜１６ｅの大きさや形状は、作製する半導体装置１０の用途、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの形状や構成等に応じて、適宜、設定すればよい。
分割領域１６ａ〜１６ｅの形状は、図示例のような矩形以外にも、円形、楕円形、多角形、不定形状等、有機半導体素子の形状や構成、半導体装置１０における有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの形状、大きさ、位置等に応じた各種の形状が利用可能である。
溝２０ａ〜２０ｅの幅は、有機半導体膜１６の厚さ等に応じて、分割領域１６ａ〜１６ｅを外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁できる幅を、適宜、設定すればよい。
【００４１】
前述のように、有機半導体膜１６は、絶縁性支持体１８に支持されている。以下の説明では、『絶縁性支持体１８』を『支持体１８』とも言う。
支持体１８は、絶縁性を有し、かつ、有機半導体膜１６を支持可能なものであれば、各種のシート状物が利用可能である。
ここで、支持体１８は、気体や水分を通し難く、かつ、線膨張係数が有機半導体に近いものであるのが好ましい。この点を考慮すると、支持体１８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）、シクロオレフィンコポリマ（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）、液晶フィルム等の有機材料からなるシート状物（有機フィルム）や、ガラスからなるシート状物が好ましい。中でも、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＣＯＣ、ＣＯＰからなるシート状物は、好適に利用される。
【００４２】
支持体１８の厚さは、半導体装置１０の大きさ、支持体１８の形成材料等に応じて、有機半導体膜１６を支持できる厚さを、適宜、設定すればよい。
なお、図示例の半導体装置１０は、基板１４と支持体１８とが、同じサイズで同じ形状のものであるが、基板１４と支持体１８とは、サイズおよび／または形状が、互いに異なるものであってもよい。
【００４３】
また、支持体１８には、有機半導体素子の電極が形成された基板１４との位置合せを行うために、アライメントマーク１８ａが形成されている。
図示例においては、支持体１８には、基板１４に形成された４つのアライメントマーク１４ａと、基板１４および支持体１８の面方向に完全に重複するように、４つのアライメントマーク１８ａが形成される。
従って、基板１４では、アライメントマーク１４ａに応じて、各有機半導体素子を構成する電極の位置を設定し、かつ、支持体１８では、アライメントマーク１８ａに応じて、分割領域１６ａ〜１６ｅを形成する溝２０ａ〜２０ｅの位置を設定することにより、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅにおいて、ソース電極およびドレイン電極と、対応する分割領域１６ａ〜１６ｅとの位置合わせを行うことができる。
【００４４】
本発明において、アライメントマークは、図示例のように、基板１４と支持体１８とで、面方向に完全に重複するように形成する以外にも、２枚のシート状物の互いの面方向の位置を位置合せ可能な、公知の方法が、各種、利用可能である。
アライメントマーク１８ａの形状は、図示例の矩形状以外にも、各種の形状が利用可能である。基板１４と支持体１８とで、異なる形状のアライメントマークを用いてもよい。
【００４５】
以下、図２（Ａ）および図２（Ｂ）、図３（Ａ）および図３（Ｂ）、ならびに、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す概念図を参照して、半導体装置１０の製造方法を説明することにより、本発明について、より詳細に説明する。
なお、図２（Ａ）は、図１（Ａ）と同様の上面図で、図３（Ａ）および図４（Ａ）は、表裏反転した下面図である。また、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）は、いずれも、図２（Ａ）、図３（Ａ）および図４（Ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【００４６】
まず、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、矩形の基板１４の表面に、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを構成する電極を形成する。
すなわち、図示例においては、基板１４の表面に、有機半導体素子１２ａを形成するゲート電極２６ａ、ソース電極２８ａおよびドレイン電極３０ａと、有機半導体素子１２ｂを形成するゲート電極２６ｂ、ソース電極２８ｂおよびドレイン電極３０ｂと、有機半導体素子１２ｃを形成するゲート電極２６ｃ、ソース電極２８ｃおよびドレイン電極３０ｃと、有機半導体素子１２ｄを形成するゲート電極２６ｄ、ソース電極２８ｄおよびドレイン電極３０ｄと、有機半導体素子１２ｅを形成するゲート電極２６ｅ、ソース電極２８ｅおよびドレイン電極３０ｅとを形成する。
【００４７】
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の形成方法は、形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。
一例として、スパッタリングや真空蒸着等の気相成膜法（気相堆積法）とフォトリソグラフィとを利用する方法、気相成膜法と非成膜部を覆うマスクとを利用する方法、スクリーン印刷やインクジェットなどの印刷による方法等が例示される。
【００４８】
有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの個々において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極は、全電極を同時に形成してもよく、１電極および／または２電極の形成を、順次、行ってもよい。
また、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの電極は、全ての素子で同時に形成してもよく、１素子の電極および／または複数素子の電極を、順次、形成してもよい。
【００４９】
なお、ゲート電極と、ソース電極および／またはドレイン電極とを同時に形成する場合、ソース電極やドレイン電極の高さをゲート電極より高くする方法は、公知の方法によればよい。例えば、スクリーン印刷によって電極を形成する場合にはメッシュサイズを調節することで、電極の高さを調節可能である。また、インクジェットによって電極を形成する場合には、インクの打滴数を調節することで、電極の高さを調節可能である。
【００５０】
好ましくは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極の少なくとも１つの電極の形成と同時に、基板１４の四隅に、アライメントマーク１４ａを形成する。
これにより、アライメントマーク１４ａと、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの個々のソース電極およびドレイン電極との位置関係を正確に把握して、後述する、溝２０ａ〜２０ｅの形成位置を、より正確にできる。
なお、電極を、順次、形成する場合には、最初に形成する電極と同時に、アライメントマーク１４ａを形成するのが好ましい。これにより、最初に形成した電極に対して、アライメントマーク１４ａを用いた位置合わせを行って、これ以降の電極の形成を行うことができる。
【００５１】
また、前述のように図示は省略するが、全ての有機半導体素子１２ａ〜１２ｅのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成したら、作製する半導体装置１０に応じて、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを接続する配線を形成する。
【００５２】
他方で、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、矩形の支持体１８の一面に、有機半導体材料からなる有機半導体膜１６を形成する。
【００５３】
有機半導体膜１６は、用いる有機半導体材料に応じて、公知の膜形成技術を用いて形成できる。
好適な一例として、有機半導体膜１６となる有機半導体材料をトルエン等の溶剤に溶解した塗布液（塗料）を調製して、この塗料を支持体１８に塗布、乾燥する、いわゆる塗布法による形成が例示される。この際において、塗料の塗布方法は、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、ドクターナイフ、グラビアコート等の公知の塗布方法が、各種、利用可能である。
これ以外にも、真空蒸着等の気相成膜法、印刷等の方法も、有機半導体膜１６の形成に好適に利用可能である。
【００５４】
有機半導体膜１６は、支持体１８の全面に形成してもよく、あるいは、支持体１８の周辺部を除いた、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを形成する領域に対応して、全面的に形成してもよい。
【００５５】
前述のように、有機半導体膜１６は、単結晶あるいは多結晶などの結晶であるのが好ましく、特に、単結晶であるのが好ましい。有機半導体膜１６を単結晶とすることにより、移動度の高い有機半導体素子を製造できる。
なお、有機半導体膜１６を結晶化する方法は、公知の結晶化方法が、各種利用可能である。具体的には、形成した有機半導体膜１６を加熱する方法、塗布法で有機半導体膜１６を形成する際に、塗膜の端部から乾燥を行わせる方法等が例示される。
【００５６】
さらに、支持体１８の有機半導体膜１６の形成面と逆側の面の４隅に、アライメントマーク１８ａを形成する。前述のように、図示例において、アライメントマーク１８ａは、基板１４に形成したアライメントマーク１４ａと、面方向に重複する位置に形成する。
支持体１８へのアライメントマーク１８ａの形成方法は、支持体１８の形成材料等に応じて、シート状物に、面方向の位置決めのためのマークを形成する公知の方法が、各種、利用可能である。
【００５７】
支持体１８に有機半導体膜１６を形成したら、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、有機半導体膜１６に、支持体１８に到る溝を形成して、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅの個々に対応して分割した分割領域１６ａ〜１６ｅを有機半導体膜１６に形成する。
具体的には、有機半導体素子１２ａに対応する位置に溝２０ａを形成して、外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された分割領域１６ａとする。有機半導体素子１２ｂに対応する位置に溝２０ｂを形成して、外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された分割領域１６ｂとする。有機半導体素子１２ｃに対応する位置に溝２０ｃを形成して、外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された分割領域１６ｃとする。有機半導体素子１２ｄに対応する位置に溝２０ｄを形成して、外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された分割領域１６ｄとする。さらに、有機半導体素子１２ｅに対応する位置に溝２０ｅを形成して、外側の有機半導体膜１６と電気的に絶縁された分割領域１６ｅとする。
【００５８】
溝２０ａ〜２０ｅは、アライメントマーク１８ａを用いて位置決めして形成するのが好ましい。これにより、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅのソース電極およびドレイン電極と、有機半導体膜１６の各分割領域１６ａ〜１６ｅとの適正な位置合わせが可能になる。
【００５９】
溝２０ａ〜２０ｅの形成方法は、各種の方法が利用可能である。
好ましい方法として、有機半導体膜１６の溝２０ａ〜２０ｅを形成する位置にレーザ光を照射して、有機半導体膜１６をアブレーション、昇華、蒸発等によって除去する、レーザパターニングが例示される。レーザパターニングの方法としては、レーザビーム走査による方法、ステッパのように溝２０ａ〜２０ｅに対応するレーザ光を縮小投影する方法、遮光マスクによって溝２０ａ〜２０ｅに対応するレーザ光を照射する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。
【００６０】
また、溝２０ａ〜２０ｅの形成方法としては、これ以外にも、機械的な加工による方法や、フォトリソグラフィを利用する方法等、各種の方法が利用可能である。
【００６１】
このように、有機半導体素子１２ａ〜１２ｅのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成した基板１４と、溝２０ａ〜２０ｅを有する有機半導体膜１６を形成した支持体１８とを作製したら、アライメントマーク１４ａとアライメントマーク１８ａとを用いて基板１４と支持体１８とを位置合せして、ソース電極およびドレイン電極に有機半導体膜１６を積層する。
これにより、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、５個のボトムゲート−ボトムコンタクト型の有機半導体素子１２ａ〜１２ｅを有する半導体装置１０を作製する。
【００６２】
なお、基板１４と支持体１８との固定は、２枚の板状物を固定する公知の治具による方法等、公知の方法で行えばよい。基板１４と支持体１８との固定は、すなわち、ソース電極およびドレイン電極と有機半導体膜１６との固定でもある。
【００６３】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、複数の有機半導体素子に対応する電極を形成した基板１４と、複数の有機半導体素子に対応して分割された領域を有する有機半導体膜１６を形成した支持体１８とを、位置決めして積層するだけで、複数の有機半導体素子に有機半導体膜を形成できる。
また、複数の有機半導体素子の個々に対応する有機半導体膜を、有機半導体素子の形成領域に全面的に有機半導体膜１６を形成して、この有機半導体膜に溝を形成することで作製できる。従って、本発明によれば、簡易かつ安価に、複数の有機半導体素子を有する半導体装置を得られる。
さらに、電極が形成された凹凸を有する基板ではなく、平面状の支持体に有機半導体膜を形成するので、有機半導体膜を大きなドメインの結晶膜、好ましくは単結晶膜にできるので、個々の有機半導体素子の移動度も高くできる。
【００６４】
なお、当業者が、このような、複数の有機半導体素子に対応する電極を形成した基板１４と、複数の有機半導体素子に対応して分割した有機半導体膜１６を有する支持体１８とを用い、両者を積層する構成に想到することは無い。
なぜならば、このような構成は、基板１４と支持体１８とを用いること、すなわち２枚の基板が必要であるため、部品点数が増加したり、余分な位置合わせが必要になったりするデメリットが生じる可能性があるからである。
しかしながら、本発明は、有機半導体膜１６を、別途、支持体１８に形成して、積層することで、多数の有機半導体素子からなる半導体装置において、全ての有機半導体素子の有機半導体層を同時かつ簡易に形成できると共に、他のプロセスによる有機半導体層の劣化を、半導体装置の全ての有機半導体素子に対応して防止できるという、格別な効果を得ることができる。
【００６５】
また、有機半導体素子を形成して、その後、切り離して絶縁性を付与する場合には、不要な有機半導体膜を、フォトリソグラフィやレーザによって除去する必要がある。この際に、凹凸を有する基板に有機半導体膜を形成すると、凹凸部の特に端部分に、除去残りが発生し、結果として絶縁性能が劣ることになる。加えて、凹凸を有する基板上に有機半導体を形成すると、凹部と凸部とで有機半導体の膜厚が異なり、有機半導体素子の特性がばらつくといった問題もある。
これに対して、本発明では、前述のように、平面状の支持体に有機半導体膜を形成するので、大きなドメイン、好ましくは単結晶の有機半導体膜が形成できるという効果に加え、このような有機半導体の除去残りによる絶縁性能低下の問題や、有機半導体の膜厚のばらつきに起因する有機半導体素子の特性ばらつきの問題も防止できる。
【００６６】
半導体装置１０においては、図１（Ｂ）に示すように、各有機半導体素子１２ａ〜１２ｅのゲート電極と有機半導体膜１６との間は、空間になっているが、この空間は、空気であてもよく、あるいは、窒素やアルゴン等のガスを充填してもよい。
もしくは、気体ではなく、この空間に、水や溶剤等の液体を充填してもよい。
【００６７】
また、本発明において、有機半導体素子は、図５に概念的に示すように、基板１４の上に、ゲート電極２６を覆う（ゲート）絶縁膜３６を形成し、絶縁膜３６の上にソース電極２８およびドレイン電極３０を形成して、その上に、同様に、有機半導体膜１６を積層するように設ける構成も、利用可能である。
このような絶縁膜３６を有することにより、容易に、ゲート電極２６よりもソース電極２８およびドレイン電極３０を高くできると共に、ゲート電極２６と有機半導体膜１６とを、より確実に絶縁できる。さらに、絶縁膜３６を有することにより、半導体装置が湾曲された場合等における、ゲート電極２６と有機半導体膜１６との接触や、ゲート電極２６とソース電極２８あるいはドレイン電極３０との接触を、より確実に防止できる。
【００６８】
絶縁膜３６の形成材料は、有機半導体素子で絶縁膜として利用されている公知の物が、各種、利用可能である。
一例として、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタンなどの合成樹脂や、天然ゴム、綿、紙等の有機絶縁体、酸化ケイ素（ＳｉＯx）、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル等の金属酸化物、窒化ケイ素（ＳｉＮx）等の金属窒化物、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯxＮy）等の金属窒化酸化物（金属酸化窒化物）、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の無機材料や各種高分子材料、これらの積層構造等が例示される。
【００６９】
また、絶縁膜３６の形成方法も、材料に応じた公知の各種の方法が利用可能である。
一例として、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の各種の物理的気相成膜法（ＰＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ法またはＡＬＥ法）を含む各種の化学的気相成膜法（ＣＶＤ）、塗布法、印刷法、転写法等が例示される。
【００７０】
また、本発明において、有機半導体素子は、図６に概念的に示すように、例えば押圧等によって、有機半導体膜１６と絶縁膜３６とを接触させた構成であってもよい。
【００７１】
ただし、絶縁膜３６には、電荷移動を阻害する物質や構造を有する可能性が有る。そのため、有機半導体膜１６と絶縁膜３６とが接触すると、これに起因して、移動度が低下する場合が有る。また、有機半導体膜１６を塗布法で形成する場合、有機半導体膜１６と絶縁膜３６とが接触すると、絶縁膜３６の表面の形状や物質によって結晶が乱れ、移動度が低下する可能性も有る。
従って、本発明においては、図１（Ｂ）や図５に示すように、有機半導体素子を構成する分割領域の有機半導体膜１６は、対応する有機半導体素子のソース電極およびドレイン電極のみに接触し、下方は空間になっているのが好ましい。すなわち、有機半導体膜１６の下方に空間を設けることで、有機半導体膜１６と絶縁膜３６との接触を防止して、前述の各問題を抑制することが可能となる。また、絶縁膜３６上に有機半導体膜３６を直接形成すると、界面近傍で、結晶構造の乱れの発生や、トラップと呼ばれる欠陥が発生し、電荷移動を阻害する。有機半導体膜１６の下方に空間を設けることで、このような問題を抑制することが可能となる。さらに、有機半導体膜１６の下方に空間を設けることで、素子を曲げたときに生ずる、絶縁膜と有機半導体界面の剥離も防止できる。
具体的には、電極の高さ方向に、０．０１〜１０μｍの空間を有するのが好ましく、０．１〜２μｍの空間を有するのがより好ましく、０．１〜１μｍの空間を有するのがより好ましい。
分割領域の有機半導体膜１６の下方の空間を０．０１μｍ以上とすることにより、結晶構造の乱れやトラップを抑制でき、また、有機半導体膜１６と他の部材との接触を好適に防止できる、十分な絶縁性を確保できる等の点で好ましい。
また、分割領域の有機半導体膜１６の下方の空間を１０μｍ以下とすることにより、印加電圧を低くできる、薄型の半導体装置を得ることができる等の点で好ましい。
【００７２】
以上、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置について詳細に説明したが、本発明は、上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
液晶ディスプレイなどの複数の有機ＴＦＴ等を有する半導体装置の製造に、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  半導体装置
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ  有機半導体素子
１４  （絶縁性）基板
１４ａ，１８ａ  アライメントマーク
１６  有機半導体膜
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ  分割領域
１８  （絶縁性）支持体
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ  溝
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ  ゲート電極
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，２８ｅ  ソース電極
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ  ドレイン電極
３６  絶縁膜
【図１】
2016042962.tif 000003
【図２】
2016042962.tif 000004
【図３】
2016042962.tif 000005
【図４】
2016042962.tif 000006
【図５】
2016042962.tif 000007
【図６】
2016042962.tif 000008
【国際調査報告】
2016042962.tif 000009
2016042962.tif 000010
2016042962.tif 000011
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