(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁表面上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の電極と重なる位置に開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記開口部に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された第２の電極、及び第３の電極を有する有機薄膜トランジスタを用いた有機半導体装置であって、
前記有機半導体膜及び前記第２の絶縁膜は、同一表面を形成することを特徴とする有機半導体装置。
【請求項２】
絶縁表面上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の電極と重なる位置に開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記開口部に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された第２の電極、及び第３の電極を有する有機薄膜トランジスタを用いた有機半導体装置であって、
前記第２の電極及び前記第３の電極は、互いに接することなく形成されることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項３】
絶縁表面上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の電極と重なる位置に開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記開口部に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された第２の電極、及び第３の電極を有する有機薄膜トランジスタを用いた有機半導体装置であって、
前記第２の絶縁膜は、テーパー状の縁を有することを特徴とする有機半導体装置。
【請求項４】
絶縁表面上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成され、かつ前記第１の電極と重なる位置に開口部を有する第２の絶縁膜と、
前記開口部に形成された有機半導体膜と、
前記有機半導体膜上に形成された第２の電極、及び第３の電極を有する有機薄膜トランジスタを用いた有機半導体装置であって、
前記有機半導体膜は前記第１の絶縁膜と接して形成されることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項５】
請求項３において、前記テーパーの角度は４５°から６０°であることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記有機半導体膜は、可溶性の有機半導体材料からなることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記有機半導体膜とオーミック接触をとれる仕事関数を有する同一の金属からなることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２の電極及び前記第３の電極は、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、またはニッケルを含む金属からなることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、前記有機半導体装置は、表示装置、デジタルスチルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ、または携帯電話から選ばれた一種であることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項１０】
絶縁表面上に第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜が前記第１の絶縁膜を介して前記第１の電極と重なる位置に開口部を形成し、
前記開口部及び前記第２の絶縁膜上に有機半導体膜を形成し、
前記有機半導体膜を前記第２の絶縁膜が露出するまで研磨し、
前記有機半導体膜上に第２の電極及び第３の電極を互いに接することなく形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
絶縁表面上に第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜が前記第１の絶縁膜を介して前記第１の電極と重なる位置に開口部を形成し、
前記開口部及び前記第２の絶縁膜上に有機半導体膜をスピンコート法により形成し、
前記第２の絶縁膜上に形成された前記有機半導体膜を除去し、
前記開口部に形成された前記有機半導体膜上に第２の電極及び第３の電極を互いに接することなく形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
絶縁表面上に第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜が前記第１の絶縁膜を介して前記第１の電極と重なる位置に開口部を形成し、
前記開口部及び前記第２の絶縁膜上に有機半導体膜をスピンコート法により形成し、
前記有機半導体膜を前記第２の絶縁膜が露出するまでアッシング処理し、
前記有機半導体膜上に第２の電極及び第３の電極を互いに接することなく形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
絶縁表面上に第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、
前記第２の絶縁膜が前記第１の絶縁膜を介して前記第１の電極と重なる位置に開口部を形成し、
前記開口部及び前記第２の絶縁膜上に有機半導体膜をスピンコート法により形成し、
前記有機半導体膜を前記第２の絶縁膜が露出するまで化学的機械研磨法により研磨し、
前記有機半導体膜上に第２の電極及び第３の電極を形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれか一において、
前記有機半導体膜は、可溶性の有機半導体材料で形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１４のいずれか一において、
前記第２の電極及び前記第３の電極は、前記有機半導体膜とオーミック接触をとれる仕事関数を有する同一の金属で形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第２の電極及び前記第３の電極は、金、白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、またはニッケルを含む金属で形成することを特徴とする有機半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は有機半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成される有機半導体装置及びその作製する方法に関する。なお、本明細書中において有機半導体装置とは、有機半導体材料における特性を利用することで機能し得る装置全般を指し、ＴＦＴを同一の基板上に設けたアクティブマトリクス型の半導体装置、具体的には、一対の電極間に有機化合物を含む膜（以下、「有機化合物層」と記す）を有し、これに電界を加えることで、蛍光又は燐光が得られる発光素子を用いた装置（以下、発光装置という）や液晶表示装置等の電気光学装置、またこれらの電気光学装置を部品として搭載した電気器具もその範疇にあるとする。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ受像器、パーソナルコンピュータ、携帯電話など半導体素子を内蔵した様々な半導体装置において、文字や画像を表示するためのディスプレイは情報を人間が認識する手段として必要不可欠なものとなっている。特に最近では、液晶の電気光学特性を利用した液晶表示装置に代表される平板型のディスプレイ（フラットパネルディスプレイ）が積極的に用いられている。
【０００３】
フラットパネルディスプレイの一つの形態として、画素毎にＴＦＴを設け、データ信号を順次書き込むことにより映像表示を行うアクティブマトリクス駆動方式が知られている。ＴＦＴはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で必須の素子となっている。
【０００４】
このようなＴＦＴは、これまで非晶質シリコンや結晶質シリコンなどの無機半導体材料を用いて作製されるものがほとんどであったが、このような材料を用いてＴＦＴを形成する場合には、半導体層などの製造プロセスにおける処理温度が３５０℃を越えるため、他の場合には、有用な多くの基板物質が使用できなくなるといった問題を抱えている。
【０００５】
これに対して、有機半導体材料でＴＦＴを作製する方法も提案されている。なお、本明細書中では、比抵抗が１０-2〜１０16Ωｃｍ程度の半導体的な電気的性質を示す有機化合物のことを有機半導体材料と呼び、有機半導体材料で形成される膜を有機半導体膜と呼ぶ。また、有機半導体材料を用いて作製されるＴＦＴを有機ＴＦＴと呼ぶ。
【０００６】
有機ＴＦＴは、有機半導体材料を蒸着法やスピンコート法などにより成膜することができるために低い温度での成膜が可能となる。有機半導体材料のうち、有機溶剤に溶けるように合成された可溶性の有機半導体材料は、溶液を基板上に展開し、乾燥することにより膜を形成するいわゆるキャスト法及びスピンコート法などの塗布法が利用できるために作製プロセスの簡略化が期待できる。さらに、乾燥以外の後処理を必要とせず直ちに半導体膜が形成できるという点で優れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、可溶性の有機半導体材料を用いて形成される有機ＴＦＴを複数形成する場合には、パターニングが困難であり、またその手法も限られている。
【０００８】
そこで、本発明では、このような可溶性の有機半導体材料を用いて有機ＴＦＴを形成する場合において、これまで液体の材料をパターニングする方法として用いられてきた印刷法やインクジェット法よりも微細な構造を形成する方法を提供することにより、より高精細なアクティブマトリクス型の有機半導体装置を提供することを目的とする。さらに、そのような有機半導体装置を有する電気器具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の構成は、絶縁表面と接して形成された第１の電極と、第１の電極と接して形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜と接して形成され、かつ第１の電極上に開口部を有する第２の絶縁膜と、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜と接して開口部に形成される有機半導体膜と、有機半導体膜と接して形成され、かつ互いに接することなく形成された第２の電極及び第３の電極とを有している。
【００１０】
なお、開口部に形成される有機半導体膜は、開口部及び第２の絶縁膜上に形成された後、開口部以外の第２の絶縁膜上に形成された有機半導体膜を除去することにより形成されるので、第２の絶縁膜と同一の表面を有する。
【００１１】
また、有機半導体膜はゲート電極として機能する第１の電極上に位置する第２の絶縁膜を完全に除去して形成される開口部に形成されることから、第１の絶縁膜に接して形成され、また、第１の絶縁膜を介して第１の電極と重なる位置に形成される構造を有する。
【００１２】
なお、ここで形成される開口部の縁は、４５〜６０度のテーパー角が付くように形成することで有機半導体材料を成膜しやすくすることができる。
【００１３】
また、第２の電極と第３の電極は、それぞれ有機ＴＦＴにおけるソース電極とドレイン電極として機能するため、それぞれ接することなく同一の材料で形成されている。なお、本発明におけるソース電極及びドレイン電極の材料としては、ほとんどの半導体材料が電荷を輸送する材料がキャリアとして正孔を輸送するＰ型半導体であることから半導体層とオーミック接触を取るために仕事関数の大きい金属を用いることが望ましい。
【００１４】
具体的には、既存のフォトリソグラフィ法を用いて電極形成が可能な金や白金、クロム、パラジウム、アルミニウム、インジウム、モリブデン、ニッケル等の金属やこれらの金属を用いた合金等が望ましい。
【００１５】
また、本発明に用いる有機半導体材料としては、その骨格が共役二重結合から構成されるπ電子共役系の高分子材料が望ましい。具体的には、ポリチオフェン、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリチオフェン誘導体等の可溶性の高分子材料を用いることができる。
【００１６】
その他にも本発明に用いることができる有機半導体材料としては、可溶性の前駆体を成膜した後で処理することにより有機半導体膜を形成することができる材料がある。なお、このような前駆体を経由する有機半導体材料としては、ポリチエニレンビニレン、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）、ポリアセチレン、ポリアセチレン誘導体、ポリアリレンビニレン等がある。
【００１７】
本発明においては、このような可溶性の有機半導体材料及び前駆体を含めて可溶性有機半導体材料と呼ぶことにする。しかし、本発明においては、上述した材料に限られることはなく、公知の有機半導体材料を用いることもできる。
【００１８】
なお、前駆体を有機半導体に変換する際には、加熱処理だけではなく塩化水素ガスなどの反応触媒を添加することがなされる。なお、このような処理が必要である場合には電極等の腐食の問題が生じるが、本発明に示した有機ＴＦＴの構造の場合にはそのような問題を心配する必要はない。
【００１９】
また、これらの可溶性有機半導体材料を溶解させる代表的な溶媒としては、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、アニソール、クロロフォルム、ジクロロメタン、γブチルラクトン、ブチルセルソルブ、シクロヘキサン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、シクロヘキサノン、２−ブタノン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）または、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）等が挙げられる。
【００２０】
さらに、このような構成を実現するための本発明の作製方法は、絶縁表面上に第１の電極を形成し、第１の電極上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成し、第２の絶縁膜が第１の絶縁膜を介して第１の電極と重なる位置に開口部を形成し、開口部及び第２の絶縁膜上に有機半導体膜を形成した後、第２の絶縁膜が露出するまで有機半導体膜を研磨し、有機半導体膜上に導電膜を形成した後、導電膜をパターニングすることにより第２の電極及び第３の電極を互いに接することなく形成する。
【００２１】
上記作製方法に従えば、本発明の有機ＴＦＴを作製することができる。
【００２２】
なお、本発明において可溶性有機半導体材料を用いて有機半導体膜を形成する場合には、スピンコート法を用いるのが望ましい。
【００２３】
また、本発明において開口部以外に形成された有機半導体膜を除去する方法としては、ポリッシング法があり、機械的方法、化学的方法、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法がある。さらに本発明においては、アッシング法を用いることもできる。
【００２４】
なお、本発明においてＣＭＰ法を用いる場合には、研磨剤（スラリー）には、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、シリカ（ＳｉＯ2粉末）、酸化セリウム（ＣｅＯ2）といった砥粒を含むものを用いる。また、これらの砥粒を分散させる溶液としては、硫酸、硝酸、アンモニア溶液といった酸性、もしくはアルカリ性溶液を用いても良いが、純水を用いることもできる。また、必要に応じて界面活性剤を加えることもできる。なお、本発明のＣＭＰ処理では第２の絶縁膜の表面が露出するまで有機半導体膜の研磨を行う。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、図１に示す構造の有機ＴＦＴの作製方法について図２を用いて詳細に説明する。なお、図１及び図２に用いられる符号は同一のものを用いるので適宜参照すると良い。
【００２６】
図２（Ａ）において、基板１０１上に形成された導電膜をパターニングすることにより第１の電極１０２が形成される。なお、基板１０１はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【００２７】
また、第１の電極はＷ、Ｍｏ）、Ｔｉ、Ｔａから選ばれた一種又は複数種からなる導電性材料で形成されている。なお、第１の電極１０２は有機ＴＦＴのゲート電極として機能するものである。
【００２８】
第１の電極１０２を形成した後、第１の絶縁膜１０３を形成する。第１の絶縁膜１０３は、酸化珪素膜、酸窒化珪素膜又は、珪素を含む絶縁膜を用い、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成する。なお、５０〜１５０ｎｍの厚さで形成する。
【００２９】
次に、第１の絶縁膜１０３上に絶縁膜を形成する。ここで用いる絶縁材料としては、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、またはこれらを組み合わせた積層膜といった珪素を含む無機材料の他、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド及びＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）といった有機材料を用いることができる。
【００３０】
なお、無機材料を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法または蒸着法により形成し、有機材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法といった手法により形成する。また、膜厚は１０〜５００ｎｍで形成する。
【００３１】
絶縁膜を形成した後、所望のパターンのレジストマスク１０４を形成し、フォトリソグラフィ法によるエッチングを行うことにより図２（Ｂ）に示すように第１の電極１０２上に開口部を有する第２の絶縁膜１０５を形成することができる。
【００３２】
次に、第１の電極１０２上、及び第２の絶縁膜１０５上に有機半導体膜１０６を形成する。この時、有機半導体膜１０６は、図２（Ｃ）に示すように第２の絶縁膜１０５よりも膜厚を厚く形成するのが望ましい。
【００３３】
次に、第２の絶縁膜１０５上に形成された有機半導体膜１０６を除去する。なお、有機半導体膜１０６の部分的な除去の手法としてはポリッシング法（化学的方法、機械的方法、ＣＭＰ法）の他アッシング法を用いることができるが、本実施の形態においては、ＣＭＰ法による除去を行う。
【００３４】
なお、ＣＭＰ法に用いる研磨剤（スラリー）としては、硝酸もしくはアンモニア溶液に界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ）を加えたものにアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やシリカ（ＳｉＯ2粉末）砥粒を分散させたものを用いることができる。なお、この時３００ｇ／ｃｍ2の圧力を研磨パッドから加えて研磨を行う。この研磨の際の圧力は１００ｇ／ｃｍ2〜５００ｇ／ｃｍ2程度の範囲から選択することができる。
【００３５】
ＣＭＰ法による有機半導体膜の除去においては、第２の絶縁膜１０５の表面が露出するまで除去を行い、第１の電極上の開口部に形成された有機半導体膜のみを残すように処理する。
【００３６】
こうして、図２（Ｄ）に示すように第一の電極上であり、第２の絶縁膜１０５と接する位置に有機半導体膜からなるチャネル領域１０７が形成される。
【００３７】
さらに、図２（Ｅ）に示すように第２の絶縁膜１０５及びチャネル領域１０７上に蒸着法を用いて第２の導電膜を成膜する。第２の導電膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングしてソース電極１０８及びドレイン電極１０９を形成する。なお、第２の導電膜の膜厚は、１０〜２００ｎｍの膜厚で形成する。
【００３８】
なお、ソース電極１０８及びドレイン電極１０９の大きさは、（５００×３０μｍ2）である。この場合チャネル幅Ｗは、５００μｍとなる。ソース／ドレイン電極間のギャップ、すなわちチャネル長Ｌは、３０μｍである。
【００３９】
以上のようにして、図１に示すようなチャネル領域１０７が分離形成された構造を有する有機ＴＦＴを形成することができる。これにより、キャリアの移動度が高いにもかかわらずパターニングが困難である高分子材料を用いて微細構造のパターンを形成することが可能になった。その結果、有機半導体ＴＦＴのサイズ（特にチャネル幅）を小さくすることができるため、集積密度を向上させることができる。
【００４０】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、本実施の形態で説明した有機ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の発光装置について説明する。図３には、発光装置の画素部における構造を示す。また、発光装置の作製方法については、図４及び図５を用いて説明する。
【００４１】
図３において、基板３０１上に形成されたゲート電極３０２上に、ゲート絶縁膜３０３を介してチャネル領域３０５が形成され、チャネル領域３０５と接してソース電極３０６及びドレイン電極３０７が形成されている。なお、チャネル領域３０５は、第１の層間絶縁膜３０４に形成された開口部に形成されている。また、本実施例では、この有機ＴＦＴを電流制御用ＴＦＴ３０８と呼ぶことにする。なお、ここまでの有機ＴＦＴの作製方法については、発明の実施の形態で説明しているので省略するものとする。
【００４２】
ソース電極３０６及びドレイン電極３０７を形成した後、第２の層間絶縁膜３０９を形成する。第２の層間絶縁膜３０９はポリイミド、アクリル、ポリイミドアミドなどの有機樹脂材料で形成する。これらの材料は、スピナーで塗布した後、加熱して焼成又は重合させて形成することで、表面を平坦化することができる。また、有機樹脂材料は、一般に誘電率が低いため、寄生容量を低減できる。
【００４３】
次いで、第２の層間絶縁膜３０９からの脱ガスが発光素子に悪影響を及ぼさないように第２の層間絶縁膜３０９上に第３の層間絶縁膜３１０を形成する。第３の層間絶縁膜３１０は、無機絶縁膜、代表的には、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積層膜で形成すればよく、プラズマＣＶＤ法で反応圧力２０〜２００Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）で電力密度０．１〜１．０W/cm2で放電させて形成する。もしくは、層間絶縁膜表面にプラズマ処理をして、水素、窒素、ハロゲン化炭素、弗化水素または希ガスから選ばれた一種または複数種の気体元素を含む硬化膜を形成してもよい。
【００４４】
その後、所望のパターンのレジストマスクを形成し、電流制御用ＴＦＴ３０８のドレイン電極３０７に達するコンタクトホールを形成して、配線３１１を形成する。ここで用いる電極材料としては、導電性の金属膜としてＡｌやＴｉの他、これらの合金材料を用い、スパッタ法や真空蒸着法で成膜した後、所望の形状にパターニングすればよい。
【００４５】
次いで、発光素子の陽極となる導電膜を成膜する。陽極材料には透明導電膜を用い、透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物（ＩＴＯと呼ばれる）、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化スズまたは酸化亜鉛などを用いることが可能である。なお、この時の導電膜の膜厚は、０．１〜１μｍとするのが望ましい。
【００４６】
続いて、図４（Ｄ）に示すように、透明導電膜をエッチングして陽極３１２を形成する。
【００４７】
その後、図５（Ａ）に示すように全面にポリイミド、アクリル、ポリイミドアミドから成る有機樹脂膜を形成する。これらは、加熱して硬化する熱硬化性材料のもの或いは紫外線を照射して硬化させる感光性材料のものを採用することができる。熱硬化性材料を用いた場合は、その後、レジストのマスクを形成し、ドライエッチングにより陽極３１２上に開口部を有する絶縁層３１３を形成する。感光性材料を用いた場合は、フォトマスクを用いて露光と現像処理を行うことにより陽極３１２上に開口部を有する絶縁層を形成する。なお、本明細書中では、これをバンク３１３と呼ぶことにする。いずれにしてもバンク３１３は、陽極３１２の端部を覆いテーパー状の縁を有するように形成する。縁をテーパー状に形成することで、その後形成する有機化合物層の被覆性を良くすることができる。
【００４８】
次いで、陽極３１２上に有機化合物層３１４を形成する。有機化合物層３１４は、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層およびバッファ層といった複数の層を組み合わせて積層することにより形成される。また、有機化合物層３１４は１０〜１５０nm程度の厚さで形成される（図５（Ｂ））。なお、有機化合物層の形成には、低分子系の材料を用いた場合には蒸着法が望ましいが、高分子系の材料を用いた場合には、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などを用いることができる。
【００４９】
本実施例では、蒸着法により陽極３１２上に有機化合物層３１４を形成する。なお、有機化合物層３１４は、赤、緑、青の３種類の発光を示す有機化合物により形成されるが、ここでは、一種類が形成される様子のみについて示している。また、３種類の有機化合物層を形成する有機化合物の組み合わせについて、以下に詳細に説明する。
【００５０】
本実施例における赤色発光の有機化合物層は、電子輸送性の有機化合物、ブロッキング性の有機化合物、発光性の有機化合物、ホスト材料、正孔輸送性の有機化合物および正孔注入性の有機化合物から形成される。
【００５１】
具体的には、電子輸送性の有機化合物である、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）を２５ｎｍの膜厚に成膜し、ブロッキング性の有機化合物である、バソキュプロイン（以下、ＢＣＰと示す）を８ｎｍの膜厚に成膜し、発光性の有機化合物である、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ、２３Ｈ−ポルフィリン−白金（以下、ＰｔＯＥＰと示す）をホストとなる有機化合物（以下、ホスト材料という）である４，４’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下、ＣＢＰと示す）と共に共蒸着させて２５〜４０ｎｍの膜厚に成膜し、正孔輸送性の有機化合物である、４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと示す）を４０ｎｍの膜厚に成膜し、正孔注入性の有機化合物である、銅フタロシアニン（以下、Ｃｕ−Ｐｃと示す）を１５ｎｍの膜厚に成膜することにより赤色発光の有機化合物層を形成することができる。
【００５２】
なお、ここでは赤色発光の有機化合物層として、６種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、赤色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【００５３】
本実施例における緑色発光の有機化合物層は、電子輸送性の有機化合物、ブロッキング性の有機化合物、発光性の有機化合物、ホスト材料、正孔輸送性の有機化合物および正孔注入性の有機化合物から形成される。
【００５４】
具体的には、電子輸送性の有機化合物であるＡｌｑ3を４０ｎｍの膜厚で成膜し、ブロッキング性の有機化合物であるＢＣＰを１０ｎｍの膜厚で成膜し、正孔輸送性のホスト材料としてＣＢＰを用い、発光性の有機化合物であるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）と共に共蒸着することにより５〜４０ｎｍの膜厚で成膜し、正孔輸送性の有機化合物である、α−ＮＰＤを１０ｎｍの膜厚で成膜し、正孔輸送性の有機化合物である、ＭＴＤＡＴＡを２０ｎｍの膜厚で成膜し、正孔注入性の有機化合物である、Ｃｕ−Ｐｃを１０ｎｍの膜厚で成膜することにより緑色発光の有機化合物層を形成する。
【００５５】
なお、ここでは緑色発光の有機化合物層として、７種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、緑色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【００５６】
本実施例における青色発光の有機化合物層は、電子輸送性の有機化合物、ブロッキング性の有機化合物、発光性の有機化合物、および正孔注入性の有機化合物から形成される。
【００５７】
具体的には、電子輸送性の有機化合物である、Ａｌｑ3を４０ｎｍの膜厚で成膜し、ブロッキング性の有機化合物である、ＢＣＰを１０ｎｍの膜厚に成膜し、発光性の有機化合物である、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で成膜し、正孔注入性の有機化合物である、Ｃｕ−Ｐｃを２０ｎｍの膜厚に成膜することにより青色発光の有機化合物層を形成することができる。
【００５８】
なお、ここでは青色発光の有機化合物層として、４種類の機能の異なる有機化合物を用いて形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られることはなく、青色発光を示す有機化合物として公知の材料を用いることができる。
【００５９】
以上に示した有機化合物を陽極３１２上に形成することにより画素部において、赤色発光、緑色発光及び青色発光を示す有機化合物層を形成することができる。
【００６０】
また、有機化合物層を形成する有機化合物としてはポリマー系材料を用いることもできる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）系、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）系、ポリフルオレン系などが挙げられる。
【００６１】
例えば、赤色に発光する有機化合物層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光する有機化合物層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光する有機化合物層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアルキルフェニレンを用いることができる。
【００６２】
次に有機化合物層３１４上に陰極３１５を蒸着法により形成する（図５（Ｃ））。陰極３１５となる材料としては、ＭｇＡｇ合金やＡｌＬｉ合金の他に、周期表の１族もしくは２族に属する元素とアルミニウムとを共蒸着法により形成した膜を用いることもできる。なお、陰極３１５の膜厚は８０〜２００nm程度が好ましい。
【００６３】
以上により、図３に示すように本発明の有機ＴＦＴを有し、陽極３１２、有機化合物層３１４、及び陰極３１５とからなる発光素子３１６を有する素子基板を形成することができる。
【００６４】
〔実施例２〕
ここで、本発明を用いて形成される実施例１で説明した発光装置の画素部のさらに詳細な上面構造を図６（Ａ）に、回路図を図６（Ｂ）に示す。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は共通の符号を用いるので互いに参照すればよい。
【００６５】
本実施例において、６０２の領域で示されているＴＦＴをスイッチング用ＴＦＴと呼び、６０６の領域で示されているＴＦＴを電流制御用ＴＦＴとよび、いずれも本発明の有機ＴＦＴで形成されている。なお、スイッチング用ＴＦＴ６０２のソースはソース信号線６１５に接続され、ドレインはドレイン配線６０５に接続される。また、ドレイン配線６０５は電流制御用ＴＦＴ６０６のゲート電極６０７に電気的に接続される。
【００６６】
また、スイッチング用ＴＦＴ６０２のチャネル領域６０４は、ソースおよびドレインと接して形成され、また、ゲート信号線６０３と電気的に接続されたゲート電極６０８と重なっている。
【００６７】
また、電流制御用ＴＦＴ６０６のソースは電流供給線６１６に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線６１７に電気的に接続される。また、ドレイン配線６１７は点線で示される陽極（画素電極）６１８に電気的に接続される。
【００６８】
なお、本実施例の構成は、実施例１の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【００６９】
〔実施例３〕
本実施例では、実施例１に示した素子基板を発光装置として完成させる方法について図１０を用いて説明する。
【００７０】
図１０（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された１００１はソース信号線駆動回路、１００２は画素部、１００３はゲート信号線駆動回路である。また、１００４はカバー材、１００５はシール剤であり、シール剤１００５で囲まれた内側は、空間になっている。
【００７１】
なお、１００８はソース信号線駆動回路１００１及びゲート信号線駆動回路１００３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１００９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【００７２】
次に、断面構造について図１０（Ｂ）を用いて説明する。基板１０１０の上方には画素部１００２、駆動回路であるソース信号線駆動回路１００１が形成されており、画素部１００２は電流制御用ＴＦＴ１０１１とそのドレインに電気的に接続された陽極１０１２を含む複数の画素により形成される。
【００７３】
また、陽極１０１２の両端にはバンク１０１３が形成され、バンク１０１３及び陽極１０１２の上には、有機化合物層１０１４が形成され、バンク１０１３及び有機化合物層１０１４上には発光素子１０１６の陰極１０１５が形成される。
【００７４】
陰極１０１５は全画素に共通の配線としても機能し、配線１００８を経由してＦＰＣ１００９に電気的に接続されている。
【００７５】
また、シール剤１００５によりカバー材１００４が貼り合わされている。なお、カバー材１００４と発光素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、シール剤１００５の内側の空間１００７には窒素等の不活性気体が充填されている。なお、シール剤１００５としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール剤１００５はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、空間１００７の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化を防止する効果をもつ物質を含有させても良い。
【００７６】
また、本実施例ではカバー材１００４を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Fiberglass-Reinforced Plastics）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【００７７】
また、シール剤１００５を用いてカバー材１００４を接着した後、さらに側面（露呈面）を覆うようにシール剤で封止することも可能である。
【００７８】
以上のようにして発光素子を空間１００７に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【００７９】
なお、本実施例の構成は、実施例１または実施例２のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
【００８０】
〔実施例４〕
本実施例では、発明の実施の形態で説明した有機ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置について説明する。なお、ここでは、液晶表示装置に適した画素構造の一例を図７に示し、その作製方法については、図８の断面図を用いて説明する。さらに図９において上面図を示すことにより本実施例における液晶表示装置を説明する。
【００８１】
図７において、基板７０１上に形成されたゲート電極７０２及び第１の容量電極７０３上に、ゲート絶縁膜７０４を介して第１の層間絶縁膜７０５が形成されている。なお、第１の層間絶縁膜７０５は、ゲート電極７０２上に開口部を有し、この開口部にはチャネル領域７０６が形成される。さらに、第１の層間絶縁膜７０５及びチャネル領域７０６と接してソース電極７０７及びドレイン電極７０８が形成されている。なお、本実施例では、ソース電極７０７及びドレイン電極７０８が形成され、同時に第２の容量電極７０９が形成される。なお、本実施例では、画素部に形成されたこの有機ＴＦＴを画素ＴＦＴ７１０と呼ぶことにする。
【００８２】
ソース電極７０７及びドレイン電極７０８を形成した後、窒化シリコン膜から成るパッシベーション膜７１１と、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミドから選ばれる有機樹脂材料から成る第２の層間絶縁膜７１２を形成する。その後、開孔を形成して配線７１３、画素電極７１４を形成する。
【００８３】
ここでは画素部のみしか図示しないが、同一基板上に本発明の有機ＴＦＴが形成された駆動回路と画素部が形成される。なお、駆動回路において、これら有機ＴＦＴによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。
【００８４】
画素部において画素ＴＦＴ７１０に接続される容量部は、第１の容量電極７０３と第１の層間絶縁膜７０５と第２の容量電極７０９とによって形成されている。なお、第１の容量電極７０３は、ゲート線と電気的に接続されており、第２の容量電極７０９とからなる容量部７１５を形成している。
【００８５】
図９はこの状態の画素部の上面図を示し、Ａ−Ａ'線が図８（Ｃ）に対応している。なお、画素ＴＦＴ７１０のソース電極７０７には、ソース信号線９０１が接続されており、ゲート電極７０２は、ゲート信号線９０２と接続されている。
【００８６】
図８（Ｃ）まで形成した後、図８（Ｄ）に示すように対向基板７１６上に対向電極７１７を形成し、その上に配向膜７１８を形成しラビング処理を施す。なお、対向電極７１７はＩＴＯで形成する。また、図示しないが、配向膜７１８を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成しておいても良い。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【００８７】
そして、対向基板７１６を基板と貼り合わせる。その後、両基板の間に液晶材料７１９を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図７に示すアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置が完成する。
【００８８】
〔実施例５〕
本発明の半導体装置は、様々な電気器具に用いることができる。
【００８９】
本発明を用いた電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電気器具の具体例を図２７に示す。
【００９０】
図１１（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明は表示部２００３及びその他回路に用いることができる。表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【００９１】
図１１（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明は表示部２１０２及びその他回路に用いることができる。
【００９２】
図１１（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明は表示部２２０３及びその他回路に用いることができる。
【００９３】
図１１（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明は表示部２３０２及びその他回路に用いることができる。
【００９４】
図１１（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４及びその他回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【００９５】
図１１（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明は表示部２５０２及びその他回路に用いることができる。
【００９６】
図１１（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９等を含む。本発明は表示部２６０２及びその他回路に用いることができる。
【００９７】
ここで図１１（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明は表示部２７０３及びその他回路に用いることができる。
【００９８】
なお本発明の有機半導体装置の１つである液晶表示装置を用いた、フロント型若しくはリア型のプロジェクターも、本発明の電気器具に含まれる。また、将来的に有機発光材料の発光輝度が高くなれば、発光装置から発せられる画像情報を含む光をレンズ等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【００９９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例は、実施例１〜４と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、有機半導体材料を用いた有機ＴＦＴを形成することができるので、低温プロセスでの作製が可能になり、作製に用いる材料の選択の幅を広げることができる。また、可溶性の有機半導体材料のパターニングが可能となるため有機ＴＦＴのサイズをより小さくすることができる。これにより、これまで用いられてきたインクジェット法や印刷法を用いた場合に比べて高精細な有機半導体装置を形成することができる。
【０１０１】
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の有機ＴＦＴの構造を説明する図。
【図２】    本発明の有機ＴＦＴの作製方法を説明する図。
【図３】    発光装置の画素部の構造を説明する図。
【図４】    発光装置の作製方法を説明する図。
【図５】    発光装置の作製方法を説明する図。
【図６】    発光装置の画素部の上面図。
【図７】    液晶表示装置の画素部の構造を説明する図。
【図８】    液晶表示装置の作製方法を説明する図。
【図９】    液晶表示装置の画素部の上面図。
【図１０】  発光装置の封止構造を説明する図。
【図１１】  電気器具の一例を示す図。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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