(57)【要約】【課題】電極と、基板または絶縁層との密着性に優れる半導体装置、かかる半導体装置を簡便に製造する方法および信頼性の高い電子機器を提供すること。【解決手段】半導体装置１は、有機半導体層７と、絶縁部６と、有機半導体層７に重なるゲート部３と、有機半導体層７と絶縁部６との間に位置するソース部４と、有機半導体層７と絶縁部６との間に位置するドレイン部５と、を備え、絶縁部６は、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含み、ソース部４とドレイン部５の少なくとも一つが、絶縁部６を構成する複合金属酸化物の一部が導体化されたものを含む。【選択図】図１
2008227316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体層と、
絶縁部と、
前記有機半導体層に重なるゲート部と、
前記有機半導体層と前記絶縁部との間に位置するソース部と、
前記有機半導体層と前記絶縁部との間に位置するドレイン部と、を備え、
前記絶縁部は、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含み、前記ソース部と前記ドレイン部の少なくとも一つが、前記絶縁部を構成する前記複合金属酸化物の一部が導体化されたものを含む、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁部は、前記ゲート部に対して前記ソース部と前記ドレイン部とを絶縁するゲート絶縁層としての機能を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複合金属酸化物は、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３および／または１２ＳｒＯ・７Ａｌ２Ｏ３で構成されるものである請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複合金属酸化物の導体化された部分は、水素イオンを含有するものである請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記水素イオンは、Ｈ−、Ｈ２−またはＨ２−の少なくとも１種で構成されるものである請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記水素イオンの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上である請求項４または５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ソース部および前記ドレイン部は、その電気伝導率が室温でそれぞれ１０−４Ｓ／ｍ以上である請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
ソース部と、ドレイン部と、絶縁部と、を含む基体上に、少なくとも前記ソース部と前記ドレイン部との間に位置するよう、有機半導体層を配置する工程と、を有し、前記絶縁部が典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含み、前記ソース部と前記ドレイン部の少なくとも一つが、前記絶縁部を構成する前記複合金属酸化物の一部が導体化されたものを含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記基体がさらに基板とゲート部とを含み、
前記基体を形成する工程が、前記基板上に前記ゲート部を形成する工程と、
前記ゲート部を覆うように、前記絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板と反対側の面の所定の部位にエネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化し、互いに離間する前記ソース部および前記ドレイン部を形成する工程と、を有する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基体がさらに基板を含み、
前記基体を形成する工程が、
前記基板上に、前記絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部の前記基板と反対側に前記ソース部および前記ドレイン部を形成する工程と、
前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板側の面の所定の部位にエネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化し、ゲート部を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ソース部および前記ドレイン部は、それぞれ、前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板と反対側の面の所定の部位に前記エネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化して形成される請求項８または１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板は、前記エネルギー線を透過する材料で構成されるものである請求項９ないし１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記有機半導体層の前記絶縁部と反対側の面にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート部を形成する工程とを有する請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記エネルギー線の照射は、前記所定の部位に対応する開口部を有するマスクを用いて行われる請求項９ないし１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記エネルギー線の照射により前記絶縁部の前記所定の部位の色調が変化し、
当該変化した色調が、前記有機半導体層を形成する領域を示す指標として機能する請求項９ないし１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、軽量、柔軟性、低コスト化が期待される有機デバイスの研究活動はますます活性化している。特に、有機薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、「ＴＦＴ」と略す。）は、電子ペーパー、無線タグ、プラスチックＩＣカード、さらにはバイオセンサなどの医療応用分野に実用化への期待が高まっている。
この有機薄膜トランジスは、トップゲート構造、トップコンタクト構造、ボトムゲート構造を有するＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造、および縦型有機薄膜トランジスタで知られるＳＩＴ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造が現在一般的な構造である。
【０００３】
そして、有機薄膜トランジスタで用いられる代表的な有機半導体材料は、ペンタセンのような結晶性を有することで高移動度を得ることのできる低分子材料と、ポリ−３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）のようにスピンキャスト法、インクジェット法などの成膜プロセスに対応できる高分子材料がある。
このような状況下で、実用化を目指すためにはより高性能でしかも低コストな有機薄膜トランジスタが求められている。
【０００４】
ところで、有機薄膜トランジスタのソース、ドレイン電極の形成方法として一般的に知られている方法として、（１）金、銅、ニッケル、カルシウム等の金属を蒸着法などによって形成する方法、（２）有機ＥＬの透明電極としても利用されている、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの酸化物半導体を蒸着法やパルスレーザー光照射により形成する方法（例えば特許文献１）などが知られている。
【０００５】
しかし、（１）の方法では、基板あるいは絶縁膜とソース電極およびドレイン電極との密着性が低いという問題がある。実用化を考える上でこの問題は非常に重要である。この問題を解決するために、基板とソース電極およびドレイン電極に用いる金属との間にＣｒやＴｉなどの密着層を挟む必要がある。しかし、これはソース電極およびドレイン電極に用いる金属と密着層に用いる金属との仕事関数の違いにより、ＴＦＴ特性が劣化してしまう要因となる。
【０００６】
一方、（２）の方法では、作製プロセスにおいて特性面のバラツキがでてしまう問題や、用いる酸化物半導体、例えば、ＩＴＯが非常に高価であるという問題がある。
また、（１）、（２）の方法に共通する問題点として、金属や酸化物半導体などの資源の枯渇問題、電極パターニングに用いられるフォトリソグラフィー工程における金属の形状の違いによるＴＦＴ特性のバラツキ問題などもある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３１４６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、電極と、基板または絶縁層との密着性に優れる半導体装置、かかる半導体装置を簡便に製造する方法および信頼性の高い電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明に係る半導体装置は、有機半導体層と、
絶縁部と、
前記有機半導体層に重なるゲート部と、
前記有機半導体層と前記絶縁部との間に位置するソース部と、
前記有機半導体層と前記絶縁部との間に位置するドレイン部と、を備え、
前記絶縁部は、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含み、前記ソース部と前記ドレイン部の少なくとも一つが、前記絶縁部を構成する前記複合金属酸化物の一部が導体化されたものを含む、ことを特徴とする。
これにより、ソース部とドレイン部のうちの少なくとも１つが絶縁部と同じ材料で一体的に形成されるので、導電性を有する電極と、絶縁部との密着性の問題を解決することができる。その結果、優れた半導体特性を得ることができる。
【００１０】
本発明の半導体装置では、前記絶縁部は、前記ゲート部に対して前記ソース部と前記ドレイン部とを絶縁するゲート絶縁層としての機能を有することが好ましい。
これにより、ゲート絶縁層を別途設けなくてもよいので、絶縁材料の使用量を低減することができる。
本発明の半導体装置では、前記複合金属酸化物は、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３および／または１２ＳｒＯ・７Ａｌ２Ｏ３で構成されるものであることが好ましい。
これにより、変質により導電性を発現する性質を有するので、電極と絶縁部との密着性の問題を解決することができる。また、別途電極材料を用いる必要がないので、省資源化、低コスト化を実現することができる。
【００１１】
本発明の半導体装置では、前記複合金属酸化物の導体化された部分は、水素イオンを含有するものであることが好ましい。
これにより、所定の処理によって電子を放出するので、複合金属酸化物に導電性を発現させることができる。
本発明の半導体装置では、前記水素イオンは、Ｈ−、Ｈ２−またはＨ２−の少なくとも１種で構成されるものであることが好ましい。
これにより、所定の処理によって２つの電子を放出するので、複合金属酸化物に導電性を確実に発現させることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置では、前記水素イオンの濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。
これにより、水素イオンが複合金属酸化物に過不足なく含まれているので、所定の処理によって必要量の電子を確実に放出することができる。
本発明の半導体装置では、前記ソース部および前記ドレイン部は、その電気伝導率が室温でそれぞれ１０−４Ｓ／ｍ以上であることが好ましい。
これにより、ソース部およびドレイン部は金属材料と同等以上の電気伝導率を有するので、半導体装置を確実に駆動することができる。
【００１３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ソース部と、ドレイン部と、絶縁部と、を含む基体上に、少なくとも前記ソース部と前記ドレイン部との間に位置するよう、有機半導体層を配置する工程と、を有し、前記絶縁部が典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含み、前記ソース部と前記ドレイン部の少なくとも一つが、前記絶縁部を構成する前記複合金属酸化物の一部が導体化されたものを含む、ことを特徴とする。
これにより、このような基体はソース部とドレイン部との間の距離にバラツキが少ないため、有機半導体層のチャネル領域におけるチャネル長について、設計上の誤差を少なくすることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記基体がさらに基板とゲート部とを含み、
前記基体を形成する工程が、前記基板上に前記ゲート部を形成する工程と、
前記ゲート部を覆うように、前記絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板と反対側の面の所定の部位にエネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化し、互いに離間する前記ソース部および前記ドレイン部を形成する工程と、を有することが好ましい。
これにより、ソース部とドレイン部と絶縁部とが同じ材料で一体的に形成されるので、簡便に半導体装置を得ることができる。また、別途ソース電極材料、ドレイン電極材料を用いる必要がないので、省資源化、低コスト化を実現することができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記基体がさらに基板を含み、
前記基体を形成する工程が、
前記基板上に、前記絶縁部を形成する工程と、
前記絶縁部の前記基板と反対側に前記ソース部および前記ドレイン部を形成する工程と、
前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板側の面の所定の部位にエネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化し、ゲート部を形成する工程と、を有することが好ましい。
これにより、ゲート部と絶縁部とが同じ材料で一体的に形成されるので、より簡便に半導体装置を得ることができる。また、別途ゲート電極材料を用いる必要がないので、省資源化、低コスト化を実現することができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記ソース部および前記ドレイン部は、それぞれ、前記絶縁部を水素雰囲気下で熱処理し、前記絶縁部の前記基板と反対側の面の所定の部位に前記エネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化して形成されることが好ましい。
これにより、ゲート部とソース部とドレイン部と絶縁部とが同じ材料で一体的に形成されるので、より簡便に半導体装置を得ることができる。また、別途ソース電極材料、ドレイン電極材料、ゲート電極材料を用いる必要がないので、より省資源化、低コスト化を実現することができる。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記基板は、前記エネルギー線を透過する材料で構成されるものであることが好ましい。
これにより、エネルギー線が基板を介して絶縁部に確実に到達するので、絶縁部にゲート部を確実に形成することができる。
本発明の半導体装置の製造方法では、前記有機半導体層の前記絶縁部と反対側の面にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート部を形成する工程とを有することが好ましい。
これにより、ソース部とドレイン部と絶縁部とが同じ材料で一体的に形成されるので、簡便に半導体装置を得ることができる。また、別途ソース電極材料、ドレイン電極材料を用いる必要がないので、省資源化、低コスト化を実現することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記エネルギー線の照射は、前記所定の部位に対応する開口部を有するマスクを用いて行われることが好ましい。
これにより、絶縁部の所定の位置にのみエネルギー線を照射できるので、寸法精度よくソース部、ドレイン部を形成することができる。その結果、絶縁部に高精度なパターニングをすることができる。
【００１９】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記エネルギー線の照射により前記絶縁部の前記所定の部位の色調が変化し、
当該変化した色調が、前記有機半導体層を形成する領域を示す指標として機能することが好ましい。
これにより、ソース部およびドレイン部の位置を視認できるので、簡易、正確かつ確実に有機半導体層を形成することができる。
本発明に係る電子機器は、本発明の半導体装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の半導体装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の半導体装置の第１実施形態を示す概略断面図、図２〜図５は、それぞれ、図１に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
なお、以下の説明では、図１〜５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００２１】
図１に示す半導体装置１は、基板２を有し、その上面にゲート部３が形成され、このゲート部３を含む基板２の上面を覆うように絶縁部６が形成されている。絶縁部６の上部には、ソース部４およびドレイン部５が互いに離間して設けられている。このソース部４およびドレイン部５の上面は、絶縁部６の上面と同一平面を構成している。ソース部４、ドレイン部５および絶縁部６の上面には、有機半導体層７が形成されている。そして、有機半導体層７の上面に封止膜９が設けられている。すなわち、図１に示す半導体装置１は、ボトムゲート型の半導体装置１である。
【００２２】
以下、各部の構成について、順次説明する。なお、ゲート部３、ソース部４、ドレイン部５、絶縁部６は後に詳細に説明する。
基板２は、半導体装置１を構成する各層（各部）を支持するものである。
基板２には、例えば、ガラス基板、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）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）ポリイミド（ＰＩ）等で構成されるプラスチック基板（樹脂基板）、石英基板、シリコン基板、金属基板、ガリウム砒素基板等を用いることができる。
【００２３】
半導体装置１に可撓性を付与する場合、基板２には、プラスチック基板、あるいは、薄い（比較的膜厚の小さい）金属基板が選択される。
また、後述するように、絶縁部６を変質させてゲート部３を形成する場合、基板２はエネルギー線を透過する材料であることが好ましい。このような材料であることにより、基板２を透過して絶縁部６にエネルギー線が到達するので、絶縁部６にゲート部３を確実に形成することができる。その結果、金属材料の省資源化を図ることができる。
【００２４】
有機半導体層７は、ソース部４、ドレイン部５、絶縁部６を覆うように設けられている。この有機半導体層７は、ゲート部３によって付与された電界により、ソース部４からドレイン部５に電気を流す機能を有する。
有機半導体層７の構成材料としては、特に限定されないが、有機半導体材料（半導体的な電気伝導を示す有機材料）を主材料として構成されている。
【００２５】
このような有機半導体材料としては、例えば、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、フタロシアニン、ペリレン、ヒドラゾン、トリフェニルメタン、ジフェニルメタン、スチルベン、アリールビニル、ピラゾリン、トリフェニルアミン、トリアリールアミンまたはこれらの誘導体のような低分子の有機半導体材料や、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリビニルピレン、フルオレン−ビチオフェン共重合体またはこれらの誘導体、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂のような高分子の有機半導体材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２６】
このうち、高分子の有機半導体材料を主材料として用いるのが好ましい。高分子の有機半導体材料は、有機半導体層７の薄型化・軽量化が可能であり、可撓性にも優れるため、フレキシブルディスプレイのスイッチング素子等として用いられる薄膜トランジスタに適している。
また、有機半導体層７は、低温で成膜可能であることから好ましい。これにより、低コストで作製することが可能になる。また、安価なフレキシブル基板であるプラスチック基板を用いることが可能になるという効果が得られる。
【００２７】
有機半導体層７の平均厚さは、０．１〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましく、１〜５００ｎｍ程度であるのがより好ましく、１〜１００ｎｍ程度であるのがさらに好ましい。
なお、有機半導体層７は、ソース部４およびドレイン部５を覆うように設けられていなくてもよく、少なくともソース部４およびドレイン部５との間の領域（チャネル領域７１）に設けられていればよい。
【００２８】
また、本発明では、有機半導体層７は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等で構成される無機半導体層で構成することもできる。
有機半導体層７上には、封止膜９が設けられている。この封止膜９は、有機半導体層７を保護する機能を有する。
封止膜９の構成材料は、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリイソブチレンなどのポリオレフィン系ポリマーまたはこれらの共重合体などが挙げられる。
【００２９】
また、ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ブロム含有エポキシ樹脂などの遮光性を有するエポキシ樹脂を用いることもできる。これにより、封止膜９が光を遮断するので、有機半導体層７の光による損傷、電気特性の劣化を防止することができる。
【００３０】
さて、本実施形態の半導体装置１においては、ゲート部３とソース部４とドレイン部５と絶縁部６とに特徴がある。以下、それらについて詳細に説明する。
絶縁部６は、本実施形態では、ゲート部３に対してソース部４とドレイン部５とを絶縁するゲート絶縁層としての機能を有している。
この絶縁部６は、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含む材料で構成されている。
【００３１】
典型金属元素で構成される複合金属酸化物としては、例えば、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、１２ＳｒＯ・７Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。これらは、２種組み合せて用いることができる。
絶縁部６の平均厚さは、１００ｎｍ〜１００μｍであることが好ましく、３００ｎｍ〜１０μｍであることがより好ましい。絶縁部６の膜厚がこのような範囲であることにより、寸法精度のよいソース部４およびドレイン部５を得ることができる。また、ソース部４およびドレイン部５とゲート部３との接触が防止されるので、半導体装置１を確実に駆動することができる。
絶縁部６の色調は、例えば、複合金属酸化物として１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を用いた場合、無色透明である。
【００３２】
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５は、絶縁部６を水素含有雰囲気下で加熱し、エネルギー線を照射することにより、絶縁部６が変質し、導電体化してなるものである。
このように、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５は、絶縁部６の一部を変性させたものであり、絶縁部６に一体化されているので、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５と絶縁部６との界面の密着性は、極めて高いものとなる。
【００３３】
なお、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５と絶縁部６との界面は、明確な境界があるものに限らず、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５の材料と絶縁部６の材料との比率が境界付近で徐々に変化しているような、いわゆる、傾斜材料であってもよい。
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５を構成する複合金属酸化物には、水素イオンが含有されている。複合金属酸化物に水素イオンが含有されることにより、後述するエネルギー線の照射により水素イオンから電子が放出されるので、該電子のホッピングにより複合金属酸化物に導電性を発現させることができる。
【００３４】
このような水素イオンとしては、特に限定されないが、例えば、Ｈ−、Ｈ２−、Ｈ２−またはＨ＋などが挙げられる。
このうち、特にＨ−であることがこのましい。これにより、複合金属酸化物内の空洞に取り込まれたＨ−から２つの電子が放出され、当該空洞に隣接する空洞に電子がホッピングする。そして、該ホッピングが繰り返し行われることにより電子が移動し、電子伝導が生じる。その結果、複合金属酸化物に導電性を発現させることができる。
【００３５】
なお、水素イオンは、複合金属酸化物の構造中にどのように存在するか必ずしも明らかではないが、例えば、複合金属酸化物の結晶構造中の空洞内に包接された状態で存在していると推定される。
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５における水素イオンの濃度は、それぞれ、１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましく、１×１０１９ｃｍ−３以上であることがより好ましい。これにより、ゲート部、ソース部４およびドレイン部５にそれぞれ水素イオンが過不足なく含まれるので、導電性を確実に発現させることができる。
【００３６】
水素イオンの濃度が薄すぎると、水素イオンから電子が十分に放出されず、電子伝導が生じないおそれがある。
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５の電気伝導率は、それぞれ、室温で１０−４Ｓ／ｍ以上であることが好ましく、室温で１０−３Ｓ／ｍ以上であることがより好ましい。これにより、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５は、それぞれ金属材料と同等以上の電気伝導率を有するので、半導体装置１を確実に駆動することができる。
【００３７】
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５のそれぞれの電気伝導率が小さすぎると、ゲート部３に電圧を印加してもソース部４とドレイン部５との間に電子が流れないおそれがある。
ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５の色調は、例えば、絶縁部６に１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を用いた場合、それぞれ黄緑〜深緑色である。ソース部４およびドレイン部５がそれぞれ着色されていることにより、ソース部４およびドレイン部５をそれぞれ容易に視認することができるので、有機半導体層７を成膜する部位を簡単に認識、特定することができる。その結果、簡易かつ正確に有機半導体層７を形成することができる。
【００３８】
ゲート部３の平均厚さは、０．１〜２０００ｎｍ程度であることが好ましく、１〜１０００ｎｍ程度であることがより好ましい。
ソース部４およびドレイン部５の平均厚さは、それぞれ１０〜１０００ｎｍであることが好ましく、５０〜１００ｎｍであることがより好ましい。
本発明では、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５のうちの少なくとも１つが、絶縁部６の変質、導電体化により絶縁部６と一体化されて形成されていればよい。例えば、ゲート部３およびソース部４が絶縁部６に一体化されている場合、ゲート部３およびドレイン部５が絶縁部６に一体化されている場合、ソース部４およびドレイン部５が絶縁部６に一体化されている場合、ゲート部３、ソース部４およびドレイン部５の全てが絶縁部６に一体化されている場合などが挙げられる。
【００３９】
この場合、絶縁部６に一体化されていないゲート部３、ソース部４またはドレイン部５は、従来から用いられている導電性材料で構成することができる。
この導電性材料は、特に限定されないが、例えば、Ｃｒ、Ａｌ 、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｃｏまたはこれらを含む合金のような金属材料、およびそれらの酸化物等、導電性有機材料等が挙げられる。
【００４０】
また、ゲート部３は、基板２にホウ素やリンなどをドープして導電体化したもの（基板２と一体化されたもの）でもよい。
このような半導体装置１では、ソース部４およびドレイン部５の間を通電した状態で、ゲート部３にゲート電圧を印加すると、ソース部４およびドレイン部５との間で、かつ、有機半導体層７の絶縁部６との界面付近にチャネルが形成される。そして、チャネル領域７１をキャリア（正孔）が移動することで、ソース部４およびドレイン部５の間に電流が流れる。
【００４１】
すなわち、ゲート部３に電圧が印加されていないＯＦＦ状態では、ソース部４およびドレイン部５との間に電圧を印加しても、有機半導体層７中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
一方、ゲート部３に電圧が印加されているＯＮ状態では、有機半導体層７の絶縁部６に面した部分に電荷が誘起され、チャネル（キャリアの流路）が形成される。この状態でソース部４およびドレイン部５の間に電圧を印加すると、チャネル領域７１を通って電流が流れる。
【００４２】
このような半導体装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。
以下、半導体装置１の製造方法について、２つの例（製造方法１、製造方法２）を挙げて説明する。まず、製造方法１について説明する。
［Ａ］製造方法１
図１に示す半導体装置１の製造方法１は、基板２上にゲート部３を形成する工程［Ａ１］と、ゲート部３を覆うように、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含む材料で構成された絶縁部６を形成する工程［Ａ２］と、絶縁部６を水素雰囲気下で熱処理し、絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギー線を照射することにより、当該照射部位６１、６２を変質させて導体化し、互いに離間するソース部４およびドレイン部５を形成する工程［Ａ３］と、ソース部４、ドレイン部５および絶縁部６の上面に有機半導体層７を形成する工程［Ａ４］と、有機半導体層７の上面に封止膜９を形成する工程［Ａ５］とを有している。
【００４３】
［Ａ１］  ゲート部形成工程
まず、図２（ａ）に示すように、基板２上に、ゲート部３を形成する。
ゲート部３は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、電子ビーム蒸着、パルスレーザー蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００４４】
なお、ゲート部３は、基板２上に、例えば、導電性粒子や、導電性有機材料を含む導電性材料を塗布（供給）して塗膜を形成した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理（例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等）を施すことにより形成することもできる。
導電性粒子を含む導電性材料としては、金属微粒子を分散させた溶液、導電性粒子を含むポリマー混合物等が挙げられる。
【００４５】
また、導電性有機材料を含む導電性材料としては、導電性有機材料の溶液または分散液が挙げられる。
基板２上に導電性材料を塗布（供給）する方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法のような塗布法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、マイクロコンタクトプリンティング法のような印刷法等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００４６】
［Ａ２］  絶縁部形成工程
次に、図２（ｂ）に示すように、ゲート部３を覆うように、絶縁部６を形成する。
絶縁部６は、ゲート部３形成方法と同様の方法で、形成することができる。
［Ａ３］  ソース部およびドレイン部形成工程
［Ａ３−１］熱処理工程
次に、絶縁部６の熱処理を行い、水素イオンを複合金属酸化物中に導入する。
【００４７】
熱処理は、水素含有雰囲気下、高温で処理することにより行われる。例えば、［Ａ２］で得られた絶縁部６付き基板２を高温で耐性のある容器、例えば、石英ガラス容器に収容し、所望の濃度となるように水素を充填する。そして、熱処理は、所望の温度に昇温して処理することにより行われる。
熱処理中における雰囲気は、水素含有雰囲気であればよいが、水素および窒素の混合雰囲気であることが好ましく、水素のみの雰囲気であることがより好ましい。これにより、水分や酸素を含まないので水酸化物イオンや酸素イオンが複合金属酸化物に取り込まれることがない。そのため、水素イオンを複合金属酸化物に効率よく導入することができる。
【００４８】
この場合の水素イオンの含有率は、１５〜５０容積％であることが好ましく、２０〜４０容積％であることがより好ましい。
換言すると、熱処理中における水素イオンの濃度は、１０００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１５００ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。
水素イオン濃度がこのような濃度であることにより、雰囲気中に十分な量の水素イオンが存在するので、複合金属酸化物に水素イオンを効率的に導入することができる。
【００４９】
熱処理の温度は、８００〜１８００℃であることが好ましく、１０００〜１５００℃であることがより好ましい。熱処理温度がこのような範囲であることにより、水素イオンが複合金属酸化物に効率的に取り込まれ、安定に存在することができる。
熱処理の時間は、０．５〜８時間であることが好ましく、１〜５時間であることがより好ましい。
【００５０】
以上のような熱処理により、複合金属酸化物に前述したような濃度の水素イオンが導入される。
なお、絶縁部６の色調は、熱処理によって変化しない。また、絶縁部６の電気伝導率は、例えば、１×１０−１０Ｓ／ｃｍ以下である。したがって、絶縁部６は熱処理を行っても絶縁体のままである。
熱処理後は、絶縁部６付き基板２を冷却して、次工程に供する。
【００５１】
［Ａ３−２］エネルギー線照射工程
図２（ｃ）に示すように、熱処理が施され、冷却された絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギーを照射する。
エネルギー線の照射は、例えば、絶縁部６の上面に、ソース部４およびドレイン部５に対応する開口部を有するマスク（図示しない）を設置することにより行われる。
【００５２】
これにより、絶縁部６の照射部位６１、６２にのみエネルギー線を照射できるので、高精細なソース部４、ドレイン部５を形成することができる。
マスクは、ソース部４およびドレイン部５に対応する照射部位６１、６２を包含するような所定の形状の開口部（窓部）が形成されている。そして、マスクは、照射されるエネルギー線を遮断する機能を有するものである。
【００５３】
マスクを形成する方法は、特に限定されないが、照射部位６１、６２が開口を形成するように、照射部位６１、６２とマスクの開口部とを位置決めして、絶縁部６に装着することにより行うことができる。
マスクが設置された後、エネルギー線を照射することにより、絶縁部６の照射部位６１、６２にのみ選択的にエネルギー線が照射される。これにより、照射部位６１、６２が選択的に変質し、導電性が発現する。
【００５４】
照射されるエネルギー線としては、例えば、紫外線、Ｘ線、電子線などが挙げられる。このうち、紫外線が好ましい。紫外線を用いることで、大型な装置を必要とすることがないため、簡易に所望の処理を行うことができる。
なお、電子線を用いた場合は、より微細なパターンを形成することができる。
このようなエネルギー線照射を、例えば、紫外線照射で行う場合、その処理条件は次に示すように設定することができる。
【００５５】
紫外線の波長は、特に限定されないが、４００ｎｍ以下であればよく、１００〜３５０ｎｍ程度であるのが好ましい。
紫外線の強度は、１０００〜３０００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、１４００〜２６００ｍＪ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
紫外線照射を行う雰囲気は、特に限定されないが、水素含有囲気とするのが好ましい。これにより、複合金属酸化物からの水素イオンの離脱が低減され、複合金属酸化物の所望の部位に効率的に導電性を発現させることができる。
【００５６】
紫外線の照射時間は、１〜１０分程度であるのが好ましく、３〜７分程度であるのがより好ましい。この照射時間によって、ソース部４およびドレイン部５の厚さを調節することができる。
エネルギー線を照射した後は、絶縁部６からマスクを除去する。プレート状のマスクを用いた場合、例えば、マスクを絶縁部６から離反することにより除去することができる。
【００５７】
以上のようなエネルギー線照射により、図３（ｄ）に示すように、絶縁部６の照射部位６１、６２に互いに離間してソース部４およびドレイン部５が形成される。このときのソース部４およびドレイン部５の色調は、絶縁部６に例えば、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を用いた場合、黄緑〜深緑である。
なお、この色調および導電性は、例えば、２００〜５００℃の加熱によって消失する。そして、再度前述した処理を行うことで、前述したように色調が変化し、導電性が発現する。すなわち、絶縁部６の色調の変化と導電性の発現は、可逆反応ということができる。
【００５８】
このように、絶縁部６を熱処理し、エネルギー線を照射することにより、導電性が発現する理由は、必ずしも明らかではないが、次のような機構で導電性が発現していると考えることができる。
すなわち、水素含有雰囲気下で熱処理することによって、水素イオンが複合金属酸化物に取り込まれる。この水素イオンは、複合金属酸化物の空洞で安定化された状態となる。このときの複合金属酸化物は絶縁状態である。
【００５９】
この状態で、エネルギー線を照射すると、水素イオンから電子が放出される。放出された電子は、複合金属酸化物の空洞内に局在化した状態となる。そして、この電子は、複合金属酸化物の結晶格子振動に誘起され、隣接する空洞をホッピングする。さらに、電子は隣接する空洞をホッピングして、空洞を移動する。その結果、電子伝導が生じ、絶縁性の複合金属酸化物に導電性が発現する。
【００６０】
［Ａ４］  有機半導体層形成工程
次に、図３（ｅ）に示すように、ソース部４とドレイン部５と絶縁部６との上面に有機半導体層７を形成する。このとき、ソース部４とドレイン部５との間には、チャネル領域７１が形成される。
有機半導体層７を高分子系有機半導体材料で構成する場合、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて形成することができる。
【００６１】
また、有機半導体層７を低分子系有機半導体材料で構成する場合、蒸着法あるいは、前駆体を用いて可溶性にすることで、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて塗膜を形成した後、この塗膜に対してアニール処理を行うことで、所望のものに形成することが可能である。
【００６２】
なお、有機半導体層７の形成領域は、図示の構成に限定されず、ソース部４とドレイン部５との間の領域（チャネル領域７１）にのみ形成してもよい。これにより、同一基板上に、複数の半導体装置１を並設する場合に、各装置１の有機半導体層７を独立して形成することにより、リーク電流、各素子間のクロストークを抑えることができる。また、有機半導体材料の使用量を削減することができ、製造コストの削減を図ることもできる。
【００６３】
ソース部４とドレイン部５との間の領域にのみ有機半導体層７を形成する場合や、ソース部４とドレイン部５とそれらの間の領域とに有機半導体層７を形成する場合には、ソース部４およびドレイン部５の色調が有機半導体層７を形成する領域を示す指標として機能することが好ましい。
前述したように、エネルギー線の照射により照射部位６１、６２の色調が、無色透明から黄緑〜深緑に変化する。そのため、絶縁部６の上側から視認したとき、無色透明の絶縁部６に黄緑〜深緑のソース部４およびドレイン部５が形成されていることを認識することができる。すなわち、絶縁部６のどの部分に導電体が発現したのか一見して判別することができる。
そのため、ソース部４、ドレイン部５およびそれらの間の領域を簡単に特定できるので、簡易かつ迅速に有機半導体層７を形成することができる。
【００６４】
［Ａ５］  封止膜形成工程
最後に、図３（ｆ）に示すように、有機半導体層７の上面に有機半導体層７を覆うように封止膜９を形成する。
封止膜９の形成方法は、スピンコーター方式やディップ方式等を用いた塗布法、インクジェット方式やスクリーン印刷方式等を用いた印刷法等を用いて行うことができる。
以上のような工程を経て、図１に示す第１実施形態の半導体装置１が得られる。
【００６５】
次に、本実施形態の半導体装置１の製造方法２について説明する。
［Ｂ］製造方法２
図１に示す半導体装置１の製造方法２は、基板２上に、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含む材料で構成された絶縁部６を形成する工程［Ｂ１］と、絶縁部６を水素雰囲気下で熱処理し、絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギー線を照射することにより、当該照射部位６１、６２を変質させて導体化し、ソース部４およびドレイン部５を形成する工程［Ｂ２］と、絶縁部６を水素雰照射部位６３を変質させて導体化し、ゲート部３を形成する工程［Ｂ３］と、ソース部４、ドレイン部５および絶縁部６の上面に有機半導体層７を形成する工程［Ｂ４］と、有機半導体層７の上面に封止膜９を形成する工程［Ｂ５］とを有している。
【００６６】
［Ｂ１］  絶縁部形成工程
まず、図４（ａ）に示すように、基板２上に、絶縁部６を形成する。
絶縁部６は、［Ａ２］工程と同様の方法で、形成することができる。
［Ｂ２］  ソース部およびドレイン部形成工程
［Ｂ２−１］熱処理工程
熱処理は、［Ａ３−１］工程と同様の方法で行う。
【００６７】
［Ｂ２−２］エネルギー線照射工程
図４（ｂ）に示すように、絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギー線を照射する。
エネルギー線の照射は、［Ａ３−２］工程と同様の方法で行う。
このような工程により、図４（ｃ）に示すように、絶縁部６の照射部位６１、６２にソース部４およびドレイン部５が形成される。
【００６８】
［Ｂ３］  ゲート部形成工程
絶縁部６のソース部４とドレイン部５との間の領域の基板２と接触する照射部位６３に、エネルギー線を照射してゲート部３を形成する。
［Ｂ３−１］熱処理工程
熱処理は、［Ｂ２−１］工程と同様の方法で行う。これにより、絶縁部６中や絶縁部６と基板２との間に存在する水素イオンが複合金属酸化物に取り込まれる。
この熱処理工程は、［Ｂ２］工程の後に行ってもよく、［Ｂ２−１］工程と同時に行ってもよい。
【００６９】
［Ｂ３−２］エネルギー線照射工程
図４（ｂ）に示すように、絶縁部６の照射部位６３に、基板２の下面側からエネルギー線を照射する。
エネルギー線の照射は、［Ｂ２−２］工程と同様の方法で行う。このとき、基板２を構成する材料は、エネルギー線を透過する材料であることが好ましい。これにより、照射部位６３に確実にエネルギー線を照射することができ、導電性を確実に発現させることができる。
このような工程により、図４（ｃ）に示すように、照射部位６３にゲート部３が形成される。
なお、このエネルギー線照射工程は、［Ｂ２］工程の後に行ってもよく、［Ｂ２−２］工程と同時に行ってもよい。
【００７０】
［Ｂ４］  有機半導体層形成工程
次に、図５（ｄ）に示すように、ソース部４とドレイン部５と絶縁部６との上面に有機半導体層７を形成する。このとき、ソース部４とドレイン部５との間には、チャネル領域７１が形成される。
有機半導体層７の形成は、［Ａ４］と同様の方法で行う。
【００７１】
［Ｂ５］  封止膜形成工程
最後に、図５（ｅ）に示すように、有機半導体層７の上面に有機半導体層７を覆うように封止膜９を形成する。
封止膜９の形成方法は、［Ａ５］と同様の方法で行う。
以上のような工程を経て、図１に示す第１実施形態の半導体装置１が得られる。
なお、製造方法２においては、ソース部４およびドレイン部５は、絶縁部６を導電体化することにより形成したが、所定の電極材料を用いて別途フォトリソグラフィーなどにより形成してもよい。
また、絶縁部６にゲート部３を形成した後に基板２を貼り合せてもよい。
【００７２】
以上のように、本発明の製造方法は、従来ソース電極、ドレイン電極の形成に必要であったフォトリソグラフィー工程（レジスト形成、パターニング、レジスト除去）が不要となるので、半導体装置１の製造がより簡便となる。
また、フォトリソグラフィー工程に必要な薬液も不要となるので、基板２や絶縁部６の破壊などもなく、環境に調和した方法である。
【００７３】
また、ソース部４およびドレイン部５が絶縁部６に変質して形成されているので、各層の平坦性に優れる半導体装置１を得ることができる。
なお、本実施形態の半導体装置１では、ソース部４およびドレイン部５と有機半導体層７との間、絶縁部６とゲート部３との間には、それぞれ、任意の目的で、１層または２層以上を追加することもできる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の半導体装置の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の半導体装置の第２実施形態の縦断面を模式的に示す概略断面図、図７、８は、それぞれ、図６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
なお、以下の説明では、図６〜８中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
【００７５】
以下、第２実施形態の半導体装置について説明するが、前記第１実施形態の半導体装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態の半導体装置１は、全体構成が異なり、それ以外は、前記第１実施形態の半導体装置１と同様である。
図６に示す半導体装置１は、基板２を有し、その上面に絶縁部６が形成されている。この絶縁部６の上部には、ソース部４およびドレイン部５が互いに離間して設けられている。このソース部、ドレイン部５および絶縁部６の上面に有機半導体層７が形成され、その上面にゲート絶縁層８が形成されている。このゲート絶縁層８の上面には、ゲート部３が形成されている。そして、ゲート部３を含むゲート絶縁層８の上面を覆うように封止膜９が形成されている。すなわち、図６に示す半導体装置１は、トップゲート型の半導体装置１である。
【００７６】
ゲート部３の構成材料は、第１実施形態で説明した導電性材料が挙げられる。
ゲート部３の膜厚は、第１実施形態と同様である。
なお、ゲート部３は、ゲート絶縁層８の上面にさらに絶縁部６を形成し、第１実施形態と同様の方法により絶縁部６に一体化されて形成されてもよい。また、ゲート部３は、ゲート絶縁層８を絶縁部６の構成材料を用いて形成し、第１実施形態と同様の方法により絶縁部６に一体化されて形成されてもよい。
【００７７】
ゲート絶縁層８を構成する材料は、特に限定されず、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化コバルト、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸鉛、酸化チタン、酸化タンタル等の無機酸化物ならびに窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化セリウム、窒化亜鉛、窒化コバルト、窒化チタン、窒化タンタル等の無機窒化物などの無機材料、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルフェノール、ポリイミド、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、ポリビニルフェノール等の有機材料が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００７８】
このうち、特に、無機酸化物が好ましく、酸化ケイ素がより好ましい。これにより、より絶縁性を高めることができる。
ゲート絶縁層８の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１０００ｎｍであることが好ましく、１００〜５００ｎｍであることがより好ましい。
なお、基板２、ソース部４、ドレイン部５、絶縁部６、有機半導体層７、封止膜９のそれぞれの構成材料、膜厚なども第１実施形態と同様である。
【００７９】
このような半導体装置１では、ソース部４およびドレイン部５の間を通電した状態で、ゲート部３にゲート電圧を印加すると、ソース部４およびドレイン部５との間で、かつ、有機半導体層７の絶縁部６との界面付近にチャネルが形成される。そして、チャネル領域７１をキャリア（正孔）が移動することで、ソース部４およびドレイン部５の間に電流が流れる。
【００８０】
すなわち、ゲート部３に電圧が印加されていないＯＦＦ状態では、ソース部４およびドレイン部５との間に電圧を印加しても、有機半導体層７中にほとんどキャリアが存在しないため、微少な電流しか流れない。
一方、ゲート部３に電圧が印加されているＯＮ状態では、有機半導体層７の絶縁部６に面した部分に電荷が誘起され、チャネル（キャリアの流路）が形成される。この状態でソース部４およびドレイン部５の間に電圧を印加すると、チャネル領域７１を通って電流が流れる。
なお、図６において、基板２を省略し、絶縁部６を基板として用いることもできる。
【００８１】
このような半導体装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。
以下、本実施形態の半導体装置１の製造方法について説明する。
図６に示す半導体装置１の製造方法は、基板２上に、典型金属元素で構成される複合金属酸化物を含む材料で構成された絶縁部６を形成する工程［Ｃ１］と、絶縁部６が形成された基板２を水素雰囲気下で熱処理し、絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギー線を照射することにより、当該部位を変質させて導体化し、互いに離間するソース部４およびドレイン部５を形成する工程［Ｃ２］と、ソース部４、ドレイン部５および絶縁部６の上面に有機半導体層７を形成する工程［Ｃ３］と、有機半導体層７の上面にゲート絶縁層８を形成する工程［Ｃ４］と、ゲート絶縁層８上にゲート部３を形成する工程［Ｃ５］と、ゲート絶縁層８の上面にゲート部３を覆うように封止膜９を形成する工程［Ｃ６］とを有している。
【００８２】
［Ｃ１］  絶縁部形成工程
まず、図７（ａ）に示すように、基板２上に、絶縁部６を形成する。絶縁部６は、［Ａ２］工程と同様の方法で、形成することができる。
［Ｃ２］  ソース部およびドレイン部形成工程
［Ｃ２−１］熱処理工程
熱処理は、［Ａ３−１］工程と同様の方法で行う。
【００８３】
［Ｃ２−２］エネルギー線照射工程
図７（ｂ）に示すように、［Ａ３−２］工程と同様の方法で、絶縁部６の照射部位６１、６２にエネルギー線を照射する。
このような工程により、図７（ｃ）に示すように、絶縁部６の照射部位６１、６２にソース部４およびドレイン部５が形成される。
【００８４】
［Ｃ３］  有機半導体層形成工程
次に、図７（ｄ）に示すように、［Ａ４］工程と同様の方法で、ソース部４とドレイン部５と絶縁部６との上面に有機半導体層７を形成する。
［Ｃ４］  ゲート絶縁層形成工程
次に、図８（ｅ）に示すように、ゲート絶縁層８を形成する。
【００８５】
ゲート絶縁層８を無機材料で構成する場合、ゲート絶縁層８は、例えば、熱酸化法、ＣＶＤ法、ＳＯＧ法により形成することができる。また、原材料にポリシラザンを用いることにより、ゲート絶縁層８として、シリカ膜、窒化珪素膜を湿式プロセスで成膜することが可能となる。
ゲート絶縁層８を有機材料で構成する場合、ゲート絶縁層８は、有機材料またはその前駆体を含む液体材料を、有機半導体層７上を覆うように塗布した後、必要に応じて、この塗膜に対して後処理（例えば加熱、赤外線の照射、超音波の付与等）を施すことにより形成することができる。有機材料またはその前駆体を含む液体材料を、有機半導体層７上へ塗布する方法としては、スピンコート法やディップコート法のような塗布法、インクジェット法やスクリーン法などの印刷法等を用いることができる。
【００８６】
［Ｃ５］  ゲート部形成工程
図８（ｆ）に示すように、ゲート絶縁層８の上面にゲート部３を形成する。ゲート部３の形成方法は、［Ａ１］と同様の方法で行う。
［Ｃ６］  封止膜形成工程
最後に、図８（ｇ）に示すように、ゲート絶縁層８とゲート部３との上面にそれらを覆うように封止膜９を形成する。封止膜９の形成方法は、［Ａ５］と同様の方法で行う。
【００８７】
以上のような工程を経て、図６に示す第２実施形態の半導体装置１が得られる。
このような第２実施形態の半導体装置１によっても、前記第１実施形態の半導体装置１と同様の作用・効果が得られる。
なお、第２実施形態の半導体装置の製造工程はこれに限られず、例えば、予め用意されたソース部と、ドレイン部と、絶縁部と、を含む基体を用いてもよい。この場合、有機半導体層形成工程は、基体上の、少なくともソース部４とドレイン部５との間に位置するよう有機半導体層７を配置するものとなる。
【００８８】
＜表示装置＞
次に、前述したような半導体装置を備えるアクティブマトリクス装置が組み込まれた表示装置について、電気泳動表示装置を一例に説明する。
図９は、表示装置を電気泳動表示装置に適用した場合の実施形態を示す縦断面図、図１０は、図９に示す電気泳動表示装置が備えるアクティブマトリクス装置の構成を示すブロック図である。
【００８９】
図９に示す電気泳動表示装置２００は、基板５００上に設けられたアクティブマトリクス装置３００と、このアクティブマトリクス装置３００に電気的に接続された電気泳動表示部４００とで構成されている。
図１０に示すように、アクティブマトリクス装置３００は、互いに直交する複数のデータ線３０１と、複数の走査線３０２と、これらのデータ線３０１と走査線３０２との各交点付近に設けられた半導体装置１とを有している。
【００９０】
そして、半導体装置１が有するゲート部３は走査線３０２に、ソース部４はデータ線３０１に、ドレイン部５は後述する画素電極（個別電極）４０１に、それぞれ接続されている。
図９に示すように、電気泳動表示部４００は、基板５００上に、順次積層された、画素電極４０１と、マイクロカプセル４０２と、透明電極（共通電極）４０３および透明基板４０４とを有している。
【００９１】
そして、マイクロカプセル４０２がバインダ材４０５により、画素電極４０１と透明電極４０３との間に固定されている。
画素電極４０１は、マトリクス状に、すなわち、縦横に規則正しく配列するように分割されている。
各カプセル４０２内には、それぞれ、特性の異なる複数種の電気泳動粒子、本実施形態では、電荷および色（色相）の異なる２種の電気泳動粒子４２１、４２２を含む電気泳動分散液４２０が封入されている。
【００９２】
このような電気泳動表示装置２００では、１本あるいは複数本の走査線３０２に選択信号（選択電圧）を供給すると、この選択信号（選択電圧）が供給された走査線３０２に接続されている半導体装置１がＯＮとなる。
これにより、かかる半導体装置１に接続されているデータ線３０１と画素電極４０１とは、実質的に導通する。このとき、データ線３０１に所望のデータ（電圧）を供給した状態であれば、このデータ（電圧）は画素電極４０１に供給される。
【００９３】
これにより、画素電極４０１と透明電極４０３との間に電界が生じ、この電界の方向、強さ、電気泳動粒子４２１、４２２の特性等に応じて、電気泳動粒子４２１、４２２は、いずれかの電極の方向に向かって電気泳動する。
一方、この状態から、走査線３０２への選択信号（選択電圧）の供給を停止すると、半導体装置１はＯＦＦとなり、かかる半導体装置１に接続されているデータ線３０１と画素電極４０１とは非導通状態となる。
【００９４】
したがって、走査線３０２への選択信号の供給および停止、あるいは、データ線３０１へのデータの供給および停止を適宜組み合わせて行うことにより、電気泳動表示装置２００の表示面側（透明基板４０４側）に、所望の画像（情報）を表示させることができる。
特に、本実施形態の電気泳動表示装置２００では、電気泳動粒子４２１、４２２の色を異ならせていることにより、多階調の画像を表示することが可能となっている。
【００９５】
また、本実施形態の電気泳動表示装置２００は、アクティブマトリクス装置３００を有することにより、特定の走査線３０２に接続された半導体装置１を選択的にＯＮ／ＯＦＦすることができるので、クロストークの問題が生じにくく、また、回路動作の高速化が可能であることから、高い品質の画像（情報）を得ることができる。
また、本実施形態の電気泳動表示装置２００は、低い駆動電圧で作動するため、省電力化が可能である。
なお、表示装置は、このような電気泳動表示装置２００への適用に限定されるものではなく、液晶表示装置、有機または無機ＥＬ表示装置等に適用することもできる。
【００９６】
＜電子機器＞
＜＜電子ペーパー＞＞
このような電気泳動表示装置２００は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置２００を備える本発明の電子機器について説明する。
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
この図に示す電子ペーパー６００は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体６０１と、表示ユニット６０２とを備えている。
このような電子ペーパー６００では、表示ユニット６０２が、前述したような電気泳動表示装置２００で構成されている。
【００９７】
＜＜バイオセンサ＞＞
次に、本発明の半導体装置１を備える電子機器をバイオセンサに適用した場合の実施形態について説明する。
図１２は、本発明の電子機器をバイオセンサに適用した場合の実施形態を示す縦断面図である。
【００９８】
この図に示すバイオセンサ７００は、本発明の半導体装置１と、この半導体装置１の有機半導体層７に固定化した抗体７０１とを備えている。
抗体７０１は、有機半導体層７のチャネル領域７１と反対側の面の抗体固定化領域７２に固定化されている。
このようなバイオセンサ７００は、抗原７０２を抗体７０１に接触させることで、抗原抗体反応が進行する。このときの半導体特性、例えば、ドレイン電流の変化を測定することにより、試料中の抗原を検出、定量することができる。
【００９９】
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置２００を適用することが可能である。
【０１００】
以上、本発明の半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、本発明の半導体装置、半導体装置の製造方法および電子機器の各部の構成は、同様の機能を発揮し得る任意のものと置換することができ、あるいは、任意の構成のものを付加することもできる。
また、本発明の半導体装置では、絶縁部自体を透過性のある基板として用いることもできる。
【実施例】
【０１０１】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．半導体装置の製造と評価
＜半導体装置の製造＞
（実施例１）
まず、ガラス基板を用意し、エタノールを用いて洗浄することにより、表面の脱脂処理を行った。
【０１０２】
このガラス基板上に、Ｐｔを蒸着することによってゲート部を形成した。
次に、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３焼結体をターゲットとして、ＡｒＦエキシマレーザーを光源としたパルスレーザー蒸着法により、ゲート部を覆うようにガラス基板上に非晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜を形成した。なお、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜の厚さは、２００ｎｍだった。
【０１０３】
次に、これを、大気中１０００℃で熱処理した。これにより、結晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３薄膜を得た。
更に、２０％容積水素−８０％容積窒素雰囲気中、１２００℃で１時間熱処理した後、速やかに冷却した。
得られた１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３薄膜上に、ソース部およびドレイン部に対応する開口部を有するマスクを設置した。そして、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜のソース部およびドレイン部に対応る部位に、Ｘｅランプを用いて紫外線を室温で照射した。これにより、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜上にソース部およびドレイン部の形状がパターニングされた。チャネル幅は１ｍｍ、チャネル長は１０μｍであった。
なお、紫外線照射を行った部位（ソース部およびドレイン部）は、室温で、１０Ｓ／ｍの電気伝導度をもつ半導体であり、行っていない部位（マスク直下の部位）は、１０‐6Ｓ／ｍ以下の電気伝導度の絶縁体であった。
【０１０４】
次に、ソース部、ドレイン部を形成した１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜上に、Ｐ３ＨＴをスピンコート法で５０ｎｍ塗布し、有機半導体層を形成した。
最後に、大気、その他外部からの衝撃から保護するため、有機半導体層の全面にポリビニルアルコール膜を形成し、半導体装置を作製した。
【０１０５】
（実施例２）
実施例１において、ガラス基板上にＰｔを蒸着しゲート電極を作製し、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜を形成する代わりに、ガラス基板上に１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜を形成し、ガラス基板側から紫外線を照射しゲート電極を作製した以外は、実施例１と同様に行ない半導体装置を得た。
【０１０６】
（実施例３）
まず、酸化マグネシウム単結晶基板を用意し、エタノールを用いて洗浄することにより、表面の脱脂処理を行った。
この酸化マグネシウム単結晶基板上に、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３焼結体をターゲットとして、ＡｒＦエキシマレーザーを光源としたパルスレーザー蒸着法により、ゲート部を覆うようにガラス基板上に非晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜を形成した。なお、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜の厚さは、２００ｎｍだった。
【０１０７】
次に、これを、大気中１０００℃で熱処理した。これにより、結晶質の１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３薄膜を得た。
更に、２０％容積水素−８０％容積窒素雰囲気中、１２００℃で１時間熱処理した後、速やかに冷却した。
得られた１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３薄膜上に、ソース部およびドレイン部に対応する開口部を有するマスクを設置した。そして、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜のソース部およびドレイン部に対応する部位に、Ｘｅランプを用いて紫外線を室温で照射した。これにより、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜上にソース部およびドレイン部の形状がパターニングされた。チャネル幅は１ｍｍ、チャネル長は１０μｍであった。
なお、紫外線照射を行った部位（ソース部およびドレイン部）は、室温で、１０Ｓ／ｍの電気伝導度をもつ半導体であり、行っていない部位（マスク直下の部位）は、１０‐6Ｓ／ｍ以下の電気伝導度の絶縁体であった。
【０１０８】
次に、ソース部、ドレイン部を形成した１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜上に、Ｐ３ＨＴをスピンコート法で５０ｎｍ塗布し、有機半導体層を形成した。
その後、有機半導体の上面にポリビニルフェノール（ＰＶＰ）スピンコート包で５００ｎｍ塗布し、ゲート絶縁層を形成した。
そして、ゲート絶縁層上に、Ａｕを蒸着し、厚さ１００ｎｍのゲート部を形成した。
最後に、大気、その他外部からの衝撃から保護するため、ゲート部を覆うようにゲート絶縁層の全面に封止膜を形成し、有半導体装置を作製した。
【０１０９】
（比較例１）
実施例１において、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３薄膜上にＰｔからなるソース部およびドレイン部を蒸着により形成し、水素雰囲気下の熱処理および紫外線照射を行わない以外は、実施例１と同様に行い、半導体装置を得た。
【０１１０】
＜評価＞
各実施例および比較例で得られた半導体装置のトランスファー特性を、半導体パラメータアナライザー（アジレント・テクノロジー社製：４１５６Ｃ）を用いて測定した。測定条件は、ドレイン電圧を−４０Ｖ印加し、ゲート電圧を＋１０Ｖから−４０Ｖまでスイープした場合のドレイン電流を測定した。
【０１１１】
測定結果から、ドレイン電流の１／２乗を縦軸、ゲート電圧を横軸に取ったグラフを作成した。その直線の傾きから、飽和領域での半導体装置の移動度を算出した。その結果を、表１に示す。
また、ゲート電圧が０Ｖのときと、ゲート電圧が−４０ｖのときのドレイン電流の比から求めた。その結果を、表１に示す。
【０１１２】
【表１】
2008227316.tif 000003
【０１１３】
表１に示すように、各実施例の半導体装置は、いずれも、比較例の半導体装置に対して、高い移動度が得られた。また、オンオフ比も良好なものととすることができた。
また、各実施例は、ソース部およびドレイン部が１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３膜の変質により形成されているので、ソース部およびドレイン部と絶縁部との密着性が改善された。  これに対し、比較例１は、絶縁部に別途Ｐｔで構成されたソース部およびドレイン部が形成されているので、絶縁部とＰｔとの間は密着性に劣るものであった。
【０１１４】
２．バイオセンサの製造と評価
（実施例４）
＜バイオセンサの製造＞
実施例１において、Ｐ３ＨＴの代わりにペンタセンを用いて蒸着により有機半導体層を形成した以外は、実施例１と同様に行い、半導体装置を製造した。
なお、絶縁部の膜厚は８００ｎｍ、ペンタセン薄膜の膜厚は７０ｎｍであった。また、ゲート長５０μｍ、ゲート幅３ｍｍであった。
【０１１５】
一方、抗原（Ａｇ）、抗体（Ａｂ）として、ヒト前立腺特異抗体（ＰＳＡ；Ｐｒｏｓｔａｔｉｃ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｎｔｉｇｅｎ）をリン酸緩衝液によって希釈し、濃度１０ｎｇ／ｍｌのＰＳＡ抗体希釈液を調製した。
そして、この半導体装置のチャネル領域（抗体固定化領域）にＰＳＡ抗体希釈液を滴下し、ＰＳＡ抗体をペンタセン表面に固定化した。
これにより、図１２に示すようなバイオセンサを得た。
【０１１６】
＜評価＞
まず、ＰＳＡ抗体を固定化していない半導体装置の初期特性を測定した。ソース部を接地し、ドレイン部に−８０Ｖの低電圧を印加し、ゲート部に＋３０Ｖから−８０Ｖの電圧を印加し、ドレイン電流の変化を測定した。
次に、上記のようにＰＳＡ抗体をチャネル領域に固定化したとき、すなわち、バイオセンサを製造したときの半導体装置の特性を上記と同様に測定した。
【０１１７】
そして、ＰＳＡ抗原希釈液を半導体装置のチャネル部分に滴下し、ＰＳＡ抗原を表面層表面に固定化させた。このときの半導体装置の特性を上記と同様に測定した。
これらの結果を図１３に示す。図１３から、半導体装置がＰＳＡ抗体、抗原の付着に対し、明確な特性変動を示すことがわかった。
また、この有機半導体層の膜厚とこのセンサの感度（ドレイン電流の変動幅）は、強い相関があり、１００ｎｍ以上の膜厚では、２０％程度の変化率になった。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の半導体装置の第１実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１に示す半導体装置の製造方法１を説明するための図（縦断面図）である。
【図３】図１に示す半導体装置の製造方法１を説明するための図（縦断面図）である。
【図４】図１に示す半導体装置の製造方法２を説明するための図（縦断面図）である。
【図５】図１に示す半導体装置の製造方法２を説明するための図（縦断面図）である。
【図６】本発明の半導体装置の第２実施形態を示す概略断面図である。
【図７】図６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図８】図６に示す半導体装置の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。
【図９】本発明の半導体体装置を備える表示装置を適用した電気泳動表示装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す電気泳動表示装置が備えるアクティブマトリクス装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の電子機器を適用した電子ペーパーの実施形態を示す斜視図である。
【図１２】本発明の電子機器を適用したバイオセンサの実施形態を示す図である。
【図１３】本発明バイオセンサを使用したときのゲート電圧とドレイン電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１……半導体装置  ２……基板  ３……ゲート部  ４……ソース部  ５……ドレイン部  ６……絶縁部  ６１、６２、６３……照射部位  ７……有機半導体層  ７１……チャネル領域  ７２……抗体固定化領域  ８……ゲート絶縁層  ９……封止膜  ２００……電気泳動表示装置  ３００……アクティブマトリクス装置  ３０１……データ線  ３０２……走査線  ４００……電気泳動表示部  ４０１……画素電極  ４０２……マイクロカプセル  ４２０……電気泳動分散液  ４２１、４２２……電気泳動粒子  ４０３……透明電極  ４０４……透明基板  ４０５……バインダ材  ５００……基板  ６００……電子ペーパー  ６０１‥‥本体  ６０２……表示ユニット  ７００……バイオセンサ  ７０１……抗体  ７０２……抗原
【図１】
2008227316.tif 000004
【図２】
2008227316.tif 000005
【図３】
2008227316.tif 000006
【図４】
2008227316.tif 000007
【図５】
2008227316.tif 000008
【図６】
2008227316.tif 000009
【図７】
2008227316.tif 000010
【図８】
2008227316.tif 000011
【図９】
2008227316.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
2008227316.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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