(57)【要約】【課題】有機トランジスタからなるアクティブ基板作製において、特に層間絶縁膜の形成やスルーホール加工によって活性層にダメージを与えない最適な層構成の有機半導体装置及びその製造方法、並びに該有機半導体装置を用いたアクティブマトリクス表示装置を提供する。【解決手段】基板１上に形成されたゲート電極２、ゲート絶縁膜３、ソース電極４ａ、ドレイン電極４ｂ、有機半導体材料からなる活性層５からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられた層間絶縁膜６と、層間絶縁膜６上に設けられ層間絶縁膜６を貫通するスルーホール７を介してソース電極４ａと電気的につながった個別電極８とを備える有機半導体装置であって、層間絶縁膜６は、少なくとも、活性層５と接する第１の絶縁膜６ａと、該第１の絶縁膜６ａと異なる材料からなる第２の絶縁膜６ｂが積層されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置であって、
前記層間絶縁膜は、少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなることを特徴とする有機半導体装置。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜は、有機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜は、化学気相堆積法により形成された有機薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜は、ポリパラキシリレンからなることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンのいずれかの材料を主成分とするものであることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項６】
前記有機半導体材料は、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料、またはトリアリールアミン骨格を有する高分子材料とα−フェニルスチルベン誘導体を混合した材料であることを特徴とする請求項１に記載の有機半導体装置。
【請求項７】
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられ少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置の製造方法であって、
前記第１の絶縁膜、第２の絶縁膜を前記有機トランジスタ上に順次形成した後、前記第２の絶縁膜について穿孔加工を施してスルーホール部位を形成し、ついで該スルーホール部位を通して前記第１の絶縁膜について穿孔加工を施し前記スルーホールを形成することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
【請求項８】
ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられ少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置の製造方法であって、
前記第１の絶縁膜を前記有機トランジスタ上に形成した後、該第１の絶縁膜上にスクリーン印刷法によりスルーホール部位を含むパターンを印刷して前記第２の絶縁膜を形成し、ついで該スルーホール部位を通して前記第１の絶縁膜について穿孔加工を施し前記スルーホールを形成することを特徴とする有機半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の絶縁膜は、ポリビニルブチラールを主成分とするものからなることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の絶縁膜の膜厚は２μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記スルーホールを形成した後、スクリーン印刷法により前記個別電極を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の有機半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の有機半導体装置をアクティブ素子として用いてなることを特徴とするアクティブマトリクス表示装置。
【請求項１３】
表示画素が電気泳動素子からなることを特徴とする請求項１２に記載のアクティブマトリクス表示装置。
【請求項１４】
前記基板は可撓性を有することを特徴とする請求項１２に記載のアクティブマトリクス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機半導体層を有する電界効果型有機薄膜トランジスタを備える有機半導体装置及びその製造方法、並びに前記有機半導体装置を用いたアクティブマトリクス表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｓｉ系半導体材料を用いたフラットパネルディスプレイ用アクティブ基板と比較して、有機半導体材料を用いたフラットパネルディスプレイ用アクティブ基板の場合、簡便プロセスによる製造コストの低減、簡便な製造装置による作製、これによる製品コストの低減など、さまざまな利点があり、現在、その開発が精力的に進められている。
【０００３】
ここで、アモルファスＳｉを用いたアクティブ基板（アモルファスＳｉアクティブ基板）は、例えばつぎのような工程で製造される。
１．基板形成
２．ゲート電極（第１の電極）形成；クロム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
３．ゲート絶縁膜（第１の絶縁膜）形成；ＳｉＯ2真空成膜（スパッタリング成膜）
４．活性層形成；水素化アモルファスＳｉのプラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法による成膜とフォトリソグラフィー・エッチング
５．ソース・ドレイン電極（第２の対電極）形成；アルミニウム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
６．層間絶縁膜（第２の絶縁膜）形成；ＳｉＯ2真空成膜（スパッタリング成膜）
７．コンタクトホール（スルーホール）開孔；フォトリソグラフィー・エッチング
８．個別電極（第３の電極）形成；アルミニウム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
【０００４】
一方で、有機半導体（ペンタセン）を用いたアクティブ基板、例えばつぎのような工程で製造される。
１．基板形成
２．ゲート電極（第１の電極）形成；クロム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
３．ゲート絶縁膜（第１の絶縁膜）形成；ＳｉＯ2真空成膜（スパッタリング成膜）
４．ソース・ドレイン電極（第２の対電極）形成；アルミニウム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
５．活性層形成；ペンタセンの真空蒸着法による成膜とフォトリソグラフィー・エッチング
６．層間絶縁膜（第２の絶縁膜）形成；ＳｉＯ2真空成膜（スパッタリング成膜）
７．コンタクトホール（スルーホール）開孔；フォトリソグラフィー・エッチング
８．個別電極（第３の電極）形成；アルミニウム真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチング
【０００５】
両者の違いは活性層の形成方法にあり、半導体材料が水素化アモルファスＳｉである場合はプラズマＣＶＤにより形成されるが、高品質な半導体を得ようとした場合、基板温度２５０〜３５０℃の高温が要求され、アクティブ基板としてガラスなどを用いる必要がある。
一方、半導体材料がペンタセン半導体である場合は室温成膜が可能であり、プラスチック基板などの使用が可能になる。
また、製造装置的にはプラズマＣＶＤが真空蒸着装置に代わるので、装置コストの低減、ランニングコストの低減が可能であることは言うまでもない。
【０００６】
また、プリンティングエレクトロニクスという分野が急速に発展している。この技術を活性層（有機半導体層）の形成に利用した場合、更なる工程の簡便化が促進される。具体的にはペンタセンとは異なる他の有機半導体材料である高分子材料を溶媒に溶かし、インク化しインクジェット塗工にて活性層を形成する方法であり、真空成膜、フォトリソグラフィー・エッチングを行わずに機能性膜をパターン形成する技術である。その例として有機半導体材料ではポリチオフェンや、フルオレンチオフェン共重合体を用いた例がある。先述の有機半導体（ペンタセン）アクティブ基板の製造例においてフルオレンチオフェン共重合体（F8T2）をインクジェット法にて形成した場合、前記工程５は真空蒸着法やその後のフォトリソグラフィー・エッチング工程がなくなり、さらに簡便プロセスが達成される。
【０００７】
また、特許文献１，２においては、本願と同一出願人により独自の有機半導体材料が開示されている。先述のインク化可能な高分子有機半導体材料としてポリチオフェン、フルオレンチオフェン共重合体が知られているが、これら材料は配向成長させる必要があるのに対し、当該材料は無配向にて高いキャリア移動度をしめす材料である。配向成長材料は配向成長処理が必要なため、この処理が不要になることは工程の簡便さのみならず、性能の均一性においても有効である。
【０００８】
ところで、前記工程６（層間絶縁膜の堆積）においては、活性層ダメージのない形成方法が望まれる。従来のアモルファスＳｉアクティブ基板におけるトランジスタ層間絶縁膜の形成では、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積法）が一般的であり、基板温度２５０〜３５０℃の高温が要求され、有機半導体活性層には好ましくない。他の方法としてスパッタリングによる絶縁膜形成があるが、プラズマダメージによる活性層劣化が発生する問題があった。
【０００９】
また、他の問題として、通常のスルーホール加工は層間絶縁膜を形成後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、スルーホール部位の層間絶縁膜を除去し、加工に用いたフォトレジストを除去して形成される。除去には酸素プラズマ処理によるフォトレジストのアッシング（灰化）や、有機溶剤による除去が一般的である。プラズマダメージを回避するためには有機溶剤によるレジスト除去を行えばよいが、用いられる溶剤がモノエタノールアミン、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなどの溶媒であるため、これも活性層にダメージを与えていた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１０１４９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５４７０９号公報
【特許文献３】特開２０００−２２３４８５号公報
【特許文献４】特開２００２−３７３７７８号公報
【特許文献５】特開２００３−２５５８５７号公報
【特許文献６】特開２００４−０７２０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、有機トランジスタからなるアクティブ基板作製において、特に層間絶縁膜の形成やスルーホール加工によって活性層にダメージを与えない最適な層構成の有機半導体装置及びその製造方法、並びに該有機半導体装置を用いたアクティブマトリクス表示装置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】
【００１２】
前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上に形成されたゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられた層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置であって、前記層間絶縁膜は、少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなることを特徴とする有機半導体装置である（請求項１）。
【００１３】
ここで、前記第１の絶縁膜は、有機材料からなることが好ましい。また、前記第１の絶縁膜は、化学気相堆積法により形成された有機薄膜であるとよく、ポリパラキシリレンからなることが好適である。
【００１４】
また、前記第２の絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンのいずれかの材料を主成分とするものであることが好ましい。
【００１５】
また、前記有機半導体材料は、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料、またはトリアリールアミン骨格を有する高分子材料とα−フェニルスチルベン誘導体を混合した材料であることが好ましい。
【００１６】
前記課題を解決するために提供する本発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられ少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置の製造方法であって、前記第１の絶縁膜、第２の絶縁膜を前記有機トランジスタ上に順次形成した後、前記第２の絶縁膜について穿孔加工を施してスルーホール部位を形成し、ついで該スルーホール部位を通して前記第１の絶縁膜について穿孔加工を施し前記スルーホールを形成することを特徴とする有機半導体装置の製造方法である（請求項７）。
【００１７】
前記課題を解決するために提供する本発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体材料からなる活性層からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられ少なくとも、前記活性層と接する第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が積層されてなる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ該層間絶縁膜を貫通するスルーホールを介して前記ソース電極と電気的につながった個別電極とを備える有機半導体装置の製造方法であって、前記第１の絶縁膜を前記有機トランジスタ上に形成した後、該第１の絶縁膜上にスクリーン印刷法によりスルーホール部位を含むパターンを印刷して前記第２の絶縁膜を形成し、ついで該スルーホール部位を通して前記第１の絶縁膜について穿孔加工を施し前記スルーホールを形成することを特徴とする有機半導体装置の製造方法である（請求項８）。
【００１８】
ここで、請求項８の発明において、前記第２の絶縁膜は、ポリビニルブチラールを主成分とするものからなることが好ましく、前記第２の絶縁膜の膜厚は２μｍ以上であることが好適である。
【００１９】
また、請求項７または８の発明において、前記スルーホールを形成した後、スクリーン印刷法により前記個別電極を形成することが好ましい。
【００２０】
前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項１に記載の有機半導体装置をアクティブ素子として用いてなることを特徴とするアクティブマトリクス表示装置である（請求項１２）。
【００２１】
ここで、表示画素が電気泳動素子からなることが好ましい。また、前記基板は可撓性を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の有機半導体装置によれば、層間絶縁膜の形成によって活性層にダメージを与えることのない最適な層構成の有機半導体装置を提供することができる。
本発明の有機半導体装置の製造方法によれば、層間絶縁膜の形成やスルーホール加工によって活性層にダメージを与えずに有機半導体装置を製造することができる。また、簡便な工程で製造可能であるため、製造コスト、製造装置の低コスト化を達成することができる。
本発明のアクティブマトリクス表示装置によれば、層間絶縁膜の形成やスルーホール加工によって活性層にダメージを与えずに有機半導体装置を製造することができるため、低廉で信頼性の高いアクティブマトリクス表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る有機半導体装置の構成について説明する。
図１は、本発明に係る有機半導体装置の構成を示す断面図である。
図１に示すように、本発明の有機半導体装置は、基板１上に形成されたゲート電極２、ゲート絶縁膜３、ソース電極４ａ、ドレイン電極４ｂ、有機半導体材料からなる活性層５からなる有機トランジスタと、前記有機トランジスタ上に設けられた層間絶縁膜６と、層間絶縁膜６上に設けられ層間絶縁膜６を貫通するスルーホール７を介してソース電極４ａと電気的につながった個別電極８とを備え、層間絶縁膜６は、少なくとも、活性層５と接する第１の絶縁膜６ａと、第１の絶縁膜６ａと異なる材料からなる第２の絶縁膜６ｂが積層されてなる構成となっている。
【００２４】
本発明の有機半導体装置を作製するに当っては、まず図２に示す有機トランジスタを作製し、ついで該有機トランジスタ上において層間絶縁膜６、スルーホール７、個別電極８を形成するとよい。詳しくは次の通りである。
【００２５】
（Ｉ）有機トランジスタの作製例
有機トランジスタをつぎの工程により作製する。
（Ｓ１）ゲート電極形成
絶縁性のある基板１上にアルミニウムを真空蒸着法にて成膜し、フォトリソグラフィー・エッチングでパターン化して、ゲート電極２を形成する。
【００２６】
基板１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。
【００２７】
また、ゲート電極２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。
【００２８】
（Ｓ２）ゲート絶縁膜形成
ポリパラキシリレン膜を室温で形成し、ゲート絶縁膜３とする。
【００２９】
ゲート絶縁膜３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。また、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。
【００３０】
（Ｓ３）ソース・ドレイン電極形成
金（Ａｕ）を真空蒸着法にて成膜し、フォトリソグラフィー・エッチングでパターン化して、ソース電極４ａ、ドレイン電極４ｂを形成する。
【００３１】
ソース電極４ａ、ドレイン電極４ｂ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。
【００３２】
基板１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
【００３３】
（Ｓ４）活性層形成
有機半導体材料を有機溶媒に溶解し、ディスペンサーを用いて所望する部位にキャスト成膜し、活性層５とする。または同溶液をIJ（インクジェット）法にてパターン形成してもよい。またはこの溶液を用いてスピンコーティングなどの周知のウェット成膜で形成してもよい。
【００３４】
ここで、結晶性有機半導体材料として前述のペンタセンが知られているが、この材料は真空蒸着法で作製されるので、アモルファスＳｉと同様のプロセスで加工され、従って有機材料にした利点が生かされない。また印刷可能な材料としてポリチオフェン、フルオレンチオフェン共重合体があるが、これら材料は配向成長させないと好ましい半導体性能を示さない。配向成長は配向処理工程が必要となるため、工程の煩雑さを招く。
【００３５】
活性層５を構成する有機半導体材料として、トリアリールアミン骨格を有する高分子材料はこれら配向処理を必要としないので好適である。
具体的には、特許文献１に開示されている有機半導体材料を用いるものであり、活性層（有機半導体層ともいう）は下記一般式（Ｉ）で示される繰り返し単位を有する重合体を主成分とする。
【００３６】
【化１】
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【００３７】
一般式（Ｉ）において、Ａｒ１ は、置換又は無置換の芳香族炭化水素の１価基であり、Ａｒ２ 及びＡｒ３ は、それぞれ独立に、置換又は無置換の芳香族炭化水素の２価基である。また、Ａｒ４ は、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素又は置換若しくは無置換の複素環式化合物の２価基である。ここで、上記の「芳香族炭化水素」は、単環式の芳香族炭化水素、非縮合多環式（環集合）炭化水素、及び縮合多環式炭化水素を含むものとする。
【００３８】
前記有機半導体材料は、芳香環上に置換基を有していてもよい。溶解性の向上の観点からはアルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基などが挙げられる。これら置換基の炭素数が増加すれば溶解性はより向上するが、その反面キャリア移動度は低下してしまうため、溶解性が損なわれない範囲で所望の特性が得られるような置換基を選択することが好ましい。その場合の好適な置換基の例としては炭素数が１〜２５の直鎖又は分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。更に好適には、炭素数が２〜１８の直鎖又は分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基が挙げられる。これら置換基は同一のものを複数導入してもよいし、異なるものを複数導入してもよい。また、これらのアルキル基、アルコキシ基及びアルキルチオ基はさらにハロゲン原子、シアノ基、アリール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基または炭素数１〜１２の直鎖、分岐鎖もしくは環状のアルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基で置換されたアリール基などのさらなる置換基を含有していてもよい。
【００３９】
アルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｔ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、３，７−ジメチルオクチル基、２−エチルヘキシル基、トリフルオロメチル基、２−シアノエチル基、ベンジル基、４−クロロベンジル基、４−メチルベンジル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等を一例として挙げることができ、アルコキシ基、アルキルチオ基としては上記アルキル基の結合位に酸素原子または硫黄原子を挿入してアルコキシ基、アルキルチオ基としたものが一例として挙げられる。
【００４０】
アリール基としては、具体的には、フェニル基、ナフタレニル基、及びアントラセニル基などが挙げられる。
【００４１】
上記重合体は、アルキル基やアルコキシ基、アルキルチオ基の存在により、溶媒への溶解性がさらに向上する。これらの材質において溶解性を向上させることは、フィルムの湿式成膜過程の製造許容範囲が大きくなることから重要である。例えば塗工溶媒の選択肢の拡大、溶液調製時の温度範囲の拡大、溶媒の乾燥時の温度及び圧力範囲の拡大となり、これらプロセッシビリティーの高さにより、結果的に高純度で均一性の高い高品質な薄膜が得られる可能性が高くなる。
【００４２】
前記一般式（Ｉ）における置換もしくは無置換の芳香族炭化水素（の１価）基Ａｒ１ としては単環基、多環基（縮合多環基、非縮合多環基）の何れでもよく、一例として以下のものを挙げることができる。例えばフェニル基、ナフチル基、ピレニル基、フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などが挙げられる。
【００４３】
また、置換又は無置換の芳香族炭化水素の２価基Ａｒ２ 及びＡｒ３ としては、一例としてベンゼン、ナフタレン、ピレン、フルオレン、アズレン、アントラセン、トリフェニレン、クリセン、ビフェニル、及びターフェニルの２価基が挙げられる。
【００４４】
さらに、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素又は置換若しくは無置換の複素環式化合物の２価基Ａｒ４ としては、一例としてベンゼン、アントラセン、ビフェニル、及びチオフェンの２価基が挙げられる。
【００４５】
また、これら芳香族炭化水素（の１価）基及び２価基、並びに複素環式化合物の２価基は以下に示す置換基を有していてもよい。
（１）ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基。
（２）炭素数１〜２５の直鎖または分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基。これらのアルキル基及びアルコキシ基は、さらにハロゲン原子、シアノ基、フェニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルチオ基で置換されていてもよい。
（３）アリールオキシ基。（アリール基としてフェニル基、ナフチル基を有するアリールオキシ基が挙げられる。これらのアリールオキシ基は、ハロゲン原子を置換基として含有しても良く、炭素数１〜２５の直鎖又は分岐鎖の、アルキル基またはアルコキシ基あるいはアルキルチオ基を置換基として含有していても良い。具体的には、フェノキシ基、１−ナフチルオキシ基、２−ナフチルオキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−メトキシフェノキシ基、４−クロロフェノキシ基、６−メチル−２−ナフチルオキシ基等が挙げられる。）
（４）アルキルチオ基又はアリールチオ基。（アルキルチオ基又はアリールチオ基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、ｐ−メチルフェニルチオ基等が挙げられる。）
（５）アルキル置換アミノ基。（具体的には、ジエチルアミノ基、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジ（ｐ−トリル）アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基等が挙げられる。）
（６）アシル基。（アシル基としては、具体的にはアセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、マロニル基、ベンゾイル基等が挙げられる。）
【００４６】
また、活性層５を構成する有機半導体材料として、前記材料（トリアリールアミン骨格を有する高分子材料）に低分子ドナー（α―フェニルスチルベン）を混合した材料系ではキャリア移動度の向上がさらにあるので好適である。
具体的には、特許文献２に開示されている有機半導体材料を用いるものであり、前記一般式（Ｉ）で示される化合物を第１の成分とし、下記一般式（II）で示される化合物を第２の成分としてそれらの混合物を主成分とするものである。
【００４７】
【化２】
2007123620.tif 000004
【００４８】
〔式（II）中、ｎは０または１の整数、Ａｒ’は置換もしくは無置換のアリール基を表し、Ｒ１ は水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基あるいは置換もしくは無置換のアリール基を表し、Ｒ２ は水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基あるいは置換もしくは無置換のアリール基を表し、Ａｒ’とＲ１ は共同で環を形成してもよい。Ａは９−アントリル基または置換もしくは無置換のカルバゾリル基、下記一般式（１）（２）で示される基を表わす。
【００４９】
【化３】
2007123620.tif 000005
【００５０】
式（１）（２）中、Ｒ３ およびＲ４ は水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子、または下記一般式（３）で示される基を表す。
【００５１】
【化４】
2007123620.tif 000006
【００５２】
式（３）中、Ｒ５ およびＲ６ は置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基を表し、Ｒ５ およびＲ６ は同一でも異なっていてもよく、Ｒ５ およびＲ６ は互いに結合して環を形成してもよい。
【００５３】
一般式（II）の具体例としては、４−ジフェニルアミノスチルベン、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、４’−ジフェニルアミノ−α−フェニルスチルベン、４’−ジ−ｐ−トリルアミノ−α−フェニルスチルベン、９−スチリルアントラセン、３−スチリル−９−エチルカルバゾール、１，１−ジフェニル−４―ジエチルアミノフェニル−１，３−ブタジエン、５−［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）ベンジリデン］−５Ｈ−ジベンゾ［ａ，ｄ］シクロヘプタン、５−［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）ベンジリデン］−５Ｈ−ジベンゾ［ａ，ｄ］シクロヘプテン等が挙げられるが、これらの列挙は本発明に用いられる化合物を制限的に提示している訳でも、これらに限定する意図で開示している訳でもない。なお、本発明で用いられる一般式（II）で表される化合物の具体例は、特公平２−２４８６４号公報、特公平３−３９３０６号公報、特公平４−６６０２３号公報にその詳細が記載されている。
【００５４】
なお、本発明の有機半導体層を形成する為には、一般式（Ｉ）で示される繰り返し単位を有する重合体と、一般式（II）で示される化合物を適当な溶剤、例えばジクロロメタン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ジクロロベンゼン及びキシレン等に溶解あるいは分散して適当な濃度の溶液を作製し、これを用いて湿式成膜法により半導体薄膜を作製することができる。
【００５５】
（II）層間絶縁膜６、スルーホール７、個別電極８の形成
（Ｓ５）層間絶縁膜の形成
後述の第２の絶縁膜形成時やレジスト除去時のプラズマダメージを防止するために、前記有機トランジスタ上で活性層５に接するようにポリパラキシリレンからなる第１の絶縁膜６ａを室温で形成する。次に、第２の絶縁膜６ｂとしてガスバリア性で実績のある無機絶縁膜をスパッタリング法にて形成する。これにより、有機トランジスタ上に第１の絶縁膜６ａ、第２の絶縁膜６ｂが積層されてなる層間絶縁膜６が形成される。
【００５６】
ここで、第１の絶縁膜６ａは、有機材料からなるものがよく、好ましくは化学気相堆積法（ＣＶＤ法）により形成された有機薄膜であるとよい。さらに好ましくはパラキシレン２量体を用いて形成したポリパラキシリレンからなる膜であるとよい。
【００５７】
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、活性層５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。本発明ではパリレン、およびその関連物質であるパリレンＣ、パリレンＦ、パリレンＮ、パリレンＤのいずれをも用いることができる。
【００５８】
また、第２の絶縁膜６ｂを構成する無機材料の組成としては、二酸化珪素、窒化珪素や、これら混合物であるオキシ窒化珪素があげられる。また、第２の絶縁膜６ｂの膜厚は、２μｍ以上であることが好ましい。
【００５９】
（Ｓ６）スルーホールの形成
第２の絶縁膜６ｂは、フォトリソグラフィー・エッチングにより容易に該第２の絶縁膜６ｂの穿孔加工であるスルーホール加工が可能である。具体的には、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）処理した第２の絶縁膜６ｂ上にフォトレジストを塗布・乾燥し、露光、現像、ポストベークの後、バッファードフッ酸にてエッチングしてスルーホール部位を形成する。このとき、第２の絶縁膜６ｂのエッチング後、このスルーホール部位を通して第１の絶縁膜６ａ（パリレン膜）が露出するが、第１の絶縁膜６ａはこのバッファードふっ酸に対して耐エッチング性を持っているため、エッチングは停止する。つぎに、有機溶剤によるレジスト剥離を行う。
【００６０】
ついで、このように加工した第２の絶縁膜６ｂをマスク材として用い、前記スルーホール部位を通して第１の絶縁膜６ａであるパリレンをエッチングして、該第１の絶縁膜６ａのスルーホール加工を行い、第１の絶縁膜６ａ、第２の絶縁膜６ｂを貫通するスルーホール７を完成する。なお、パリレンのエッチングは、酸素プラズマ処理により行うことができる。あるいは、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング）でも可能であり、また酸素ラジカルによる除去も可能である。
【００６１】
（Ｓ７）個別電極の形成
スルーホール７が形成された層間絶縁膜６上に導電性高分子（ＰＥＤＯＴ/ＰＳＳ、ポリアニリンなど）を用いてスクリーン印刷し、必要に応じてフォトリソグラフィー・エッチングでパターン化して、個別電極８を形成する。なお、このとき、印刷時に導電性高分子はスルーホール７内を充填するように入るため、ソース電極４ａと個別電極８とはこのスルーホール７を介して電気的につながるようになる。
【００６２】
また、個別電極８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）からなるものとしてもよい。
以上の工程を経て、本発明の有機半導体装置は完成する。
【００６３】
なお、スルーホール７の形成に関して、前記のようなフォトリソグラフィー・エッチングによる加工以外にも、下記方法にてスルーホール加工が可能である。
すなわち、まずステップＳ５の層間絶縁膜形成の段階において、前述の方法と同様に第１の絶縁膜６ａとしてパリレンを成膜した後、第２の絶縁膜６ｂをスクリーン印刷にて形成する。このときの第２の絶縁膜６ｂを形成するための材料としては、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂に粘度調整を施し、スクリーン印刷用ペーストとして処方したものを用いる。
【００６４】
この印刷ペースト処方として、ポリビニルブチラール樹脂の場合、テルピネオール、ブチルカルビトールなどの有機溶剤に溶解し、絶縁性フィラーを添加し、粘度６万〜２０万ｍＰａｓ（ミリパスカルセック）に調整するとよい。印刷版はスルーホール加工寸法に応じ、適宜決定されるが、カレンダーメッシュ；メッシュ番号５００番を用い、乳厚５ミクロンを用いれば、５０ミクロン径の加工が可能である。
【００６５】
スクリーン印刷の特徴は、所望する部位のみに印刷ペーストを転写できることである。したがって、スルーホール部位を空隙として、他の部位のみにスクリーン印刷用ペーストを充填するようにスクリーン印刷することにより、予めスルーホール部位を含む第２の絶縁膜６ｂを形成することができる。これにより、前記ステップＳ６における第２の絶縁膜６ｂの穿孔加工（スルーホール加工）は省略される。ついで、ステップＳ６のこれ以降の処理は前述の方法と同じであり、このスルーホール部位を含む第２の絶縁膜６ｂをマスク材として用い、前記スルーホール部位を通して下層のパリレン膜を酸素プラズマ除去することでスルーホール加工を実行する。
【００６６】
つぎに、本発明に係るアクティブマトリクス表示装置について説明する。
本発明のアクティブマトリクス表示装置は、前述した本発明の有機半導体装置を図３のように２次元配置したアクティブ基板（アクティブ素子）用いてなるものであり、表示画素が電気泳動素子からなることを特徴とする。
【００６７】
図３においては、３０２はゲート電極（２）、３０４はドレイン電極（４ｂ）、３０５はソース電極（４ａ）、３０８は信号線、３０９は走査線、３１０は画素電極である。なお、図１における基板１、ゲート絶縁膜３、活性層５、層間絶縁膜６は図示していない。
【００６８】
アクティブ基板の作製としては、まず基板１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線３０９、ゲート電極３０２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。
【００６９】
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、信号線３０８、ソース電極３０５、ドレイン電極３０４を形成する。
【００７０】
その後、前述した半導体材料を用い、スピンコートにより膜厚３０ｎｍの活性層を形成し、ついで第１の絶縁膜６ａ、第２の絶縁膜６ｂパリレン膜（図５の半導体層パターン化膜５０７）を形成する。そして、スルーホール７を形成した後、個別電極８を形成してアクティブ基板が完成する。
【００７１】
図４に、本発明のアクティブマトリクス表示装置の断面概略を示す。ここでは、表示画面の１画素の構成を示している。
本発明のアクティブマトリクス表示装置は、前述のアクティブ基板と、基板１１上にＩＴＯなどの透明電極１０を形成した対向基板とを、アクティブ基板の個別電極と対向基板の透明電極１０とが向かい合うようにシリカスペーサを挟んで対向配置し、アクティブ基板−対向基板のキャップ間にマイクロカプセル型電気泳動素子９が単層最密充填されてなるものである。
【００７２】
マイクロカプセル型電気泳動素子９は、マイクロカプセル内に自己分散性白色微粒子、自己分散性着色微粒子および非極性溶媒を含む分散液が封入されたものである。ここで、この分散液は電気泳動効果と電界配列効果を併せ持っている。
また、自己分散性白色微粒子は酸化チタンの微粒子であることが好ましく、自己分散性着色微粒子はカーボンブラックの微粒子であることが好ましい。また、それぞれの微粒子の粒径は０．０１〜１μｍであることが好ましい。また、前記非極性溶媒は、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、シリコーンオイルのいずれかであることが好ましい。
【００７３】
このアクティブマトリクス表示装置（電気泳動表示ディスプレイ）は、個別電極８に加えられた画像信号に伴う電界の作用により、マイクロカプセル型電気泳動素子９中の自己分散性白色微粒子または自己分散性着色微粒子の移動をコントロールし、これにより白・黒表示することができるものである。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を実際に実施した例を説明する。
（実施例１）
つぎの手順で本発明の有機半導体装置を作製した。
（Ｓ１１）有機トランジスタの形成
（ｉ）ゲート電極２形成
絶縁性基板１上にアルミニウムを真空蒸着法にて１００ナノメートル堆積した。次にフォトリソグラフィーにより所望するパターンにレジスト加工して、燐酸、硝酸、酢酸系の混酸にてウェットエッチングでアルミニウムをパターン化し、その後フォトレジストを除去した。
（ii）ゲート絶縁膜３形成
パリレンＣダイマーを気化室に装着後、気化、熱分解（分解温度６９０℃）にてモノマーを形成し、このモノマーを成膜室に搬送し、室温でパリレン膜を４００ナノメートル堆積した。この膜の比誘電率は３．３であり、２ＭＶ/ｃｍの絶縁強度を有した。
（iii）ソース・ドレイン電極４ａ，４ｂ形成
金を真空蒸着法にて１００ナノメートル堆積した。次にフォトリソグラフィーにより所望するパターンにレジスト加工して、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム水溶液にてウェットエッチングで金をパターン化した後、フォトレジストを除去した。
(iv)活性層５形成
前記一般式（Ｉ）に示す材料をキシレンに溶解し（濃度：1ｗｔ％ディスペンサーを用いて所望する部位にキャスト成膜し、１２０℃で乾燥することで活性層を形成した。
【００７５】
（Ｓ１２）第１の絶縁膜６ａの形成
第１の絶縁膜６ａとしてパリレンＣを成膜した。成膜条件は前記ゲート絶縁膜と同じで、膜厚１μｍを形成した。
（Ｓ１３）第２の絶縁膜６ｂの形成
第２の絶縁膜６ｂとしてＳｉＯ2をマグネトロンスパッタで成膜した（膜厚５００ナノメートル）。スパッタガスはＡｒ/Ｏ2混合ガスで混合比Ａｒ/Ｏ2＝９５/５、スパッタ圧０．１Ｐａ、投入パワー１．２Ｗ/ｃｍ2とした。
（Ｓ１４）第２の絶縁膜６ｂのスルーホール加工
ＳｉＯ2膜にレジスト密着性処理としてＨＭＤＳ蒸気処理を行った後、フォトリソグラフィーにより所望するパターンにレジスト加工して、バッファードふっ酸（ふっ酸＋フッ化アンモニウム水溶液）にてウェットエッチングすることによりスルーホール加工を実施した。第２の絶縁膜６ｂを除去してスルーホール部位形成後、フォトレジストを除去した。
（Ｓ１５）第１の絶縁膜６ａのスルーホール加工
スルーホール加工後の第２の絶縁膜６ｂをマスクとして用いてスルーホール部位を通して、ＲＩＥにてパリレン膜を灰化処理することによりスルーホール加工し、スルーホール７を完成した。
（Ｓ１６）個別電極８の形成
層間絶縁膜６上に大研化学社製銀ペーストを、スクリーン印刷版：ＣＡＬ＃５００、乳厚５μｍでスクリーン印刷し、１２０℃で乾燥することにより、個別電極８を形成した。
【００７６】
（作製したトランジスタの性能）
本実施例では、トランジスタチャネル長５μｍ、チャネル幅１０００μｍ、ゲート絶縁膜の比誘電率３．６、膜厚４００ナノメートルのトランジスタとして作製し、トランジスタ性能を半導体パラメータアナライザにて評価した。
測定条件：ＶＤＳ  ＝−２０Ｖ、ＶＧ＝−２０Ｖ下でのオン電流は１．５ｘ１０-6Ａ、ＶＤＳ＝−２０Ｖ、ＶＧ＝０Ｖ下でのオフ電流は２ｘ１０-11Ａ、閾値電圧は−０．３Ｖとなり、ｐ型動作する有機半導体装置が得られた。
このような層構成・加工法を用いることで、トランジスタ性能の低下を招くことなく、有機トランジスタからなるアクティブ基板を作製することができた。
【００７７】
（実施例２）
実施例１におけるステップＳ１２までは同じ条件で各層を形成し、前記ステップＳ１３に代えて、つぎの処理を行った。
（Ｓ２３）第２の絶縁膜６ｂ形成
積水化学社製ポリビニルブチラール樹脂をテルピネオール、カルビトール系溶剤に溶解し、印刷適正粘度（６万〜２０万ｍＰａｓ）に調整すべく、絶縁性フィラーを添加し、スクリーン印刷用ペーストを調整した。本実施例では溶剤に、テルピネオール、ブチルカルビトールアセテートを用いたが、他の溶剤としてブタノールなどのアルコールや、エチレングリコールモノブチルエーテルなどでもよい。フィラーとして均一な粒が容易に得られやすい材料として、堺化学社製水熱合成チタン酸バリウム（平均粒径０．１μｍ）を添加した。具体的な処方は、ポリビニルブチラール濃度：５ｗｔ％(テルピネオール＋ブチルカルビトールアセテート)バインダーに対し、７０ｗｔ％のチタン酸バリウムフィラーを添加した。
このように調整したペーストを用い、スクリーン印刷（カレンダーメッシュ：５００番、乳厚５μｍのスクリーン版）を行い、１２０℃で乾燥することで、予めスルーホール部位を有する第２の絶縁膜６ｂを形成した。
（Ｓ２４）第１の絶縁膜６ａのスルーホール加工
第２の絶縁膜６ｂ（ポリビニルブチラール）をマスクとして用いそのスルーホール部位を通して、ＲＩＥにて第１の絶縁膜６ａ（パリレン膜）を灰化処理することでスルーホール加工を行い、スルーホール７を完成した。
（Ｓ２５）個別電極８の形成
層間絶縁膜６上に大研化学社製銀ペーストを、スクリーン印刷版：ＣＡＬ＃５００、乳厚５μｍでスクリーン印刷し、１２０℃で乾燥することで、個別電極８を形成した。
【００７８】
（作製したトランジスタの性能）
本実施例では、トランジスタチャネル長５μｍ、チャネル幅１０００μｍ、ゲート絶縁膜の比誘電率３．６、膜厚４００ナノメートルのトランジスタとして作製し、トランジスタ性能を半導体パラメータアナライザにて評価した。
測定条件：ＶＤＳ＝−２０Ｖ、ＶＧ＝−２０Ｖ下でのオン電流は１．６ｘ１０-6Ａ、ＶＤＳ＝−２０Ｖ、ＶＧ＝０Ｖ下でのオフ電流は１．２ｘ１０-11Ａ、閾値電圧は−０．３Ｖとなり、ｐ型動作する有機半導体素子が得られた。
本実施例では、実施例１と比較し工程数を減らすことができた。
【００７９】
（実施例３）
透明電極（ＩＴＯ）を共通電極として配置した支持基板と、実施例２記載のアクティブ基板間に白黒表示するマイクロカプセル（前記マイクロカプセル型電気泳動素子９）を挟み画素形成した。走査線に−２０Ｖ、（画素）信号線に±２０Ｖを印加したところ、画素の白黒変化を呈した。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る有機半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の有機半導体装置に使用する有機トランジスタの構成を示す断面図である。
【図３】本発明で使用するアクティブ基板の構成を示す上面図である。
【図４】本発明に係るアクティブマトリクス表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１，１１    基板
２，３０２    ゲート電極
３    ゲート絶縁膜
４ａ，３０５    ソース電極
４ｂ，３０４    ドレイン電極
５    活性層
６    層間絶縁膜
６ａ    第１の絶縁膜
６ｂ    第２の絶縁膜
７    スルーホール
８    個別電極
９    マイクロカプセル型電気泳動素子
１０    透明電極
３０８    信号線
３０９    走査線
３１０    画素電極
【図１】
2007123620.tif 000007
【図２】
2007123620.tif 000008
【図３】
2007123620.tif 000009
【図４】
2007123620.tif 000010