[发明专利]半导体装置及其制造方法以及图像显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有有机半导体的半导体装置及其制造方法以及具备了该半导体装置的图像显示装置，尤其涉及具有在树脂薄膜上形成的有机半导体的半导体装置及其制造方法以及具备了该半导体装置的图像显示装置。

背景技术

随着信息终端的普及，作为计算机用的显示器，对更加轻量的平板显示器的需求增加。并且，随着信息化的进展，目前，使纸质介质提供的信息电子化的机会增多，作为轻薄且能够轻便携带的手机用显示介质，对电子纸或数码纸的需求也日渐增加(专利文献1等)。

通常在平板型(flat panel)显示装置中，使用利用了液晶、有机EL(有机电致发光)、电泳等的元件来形成显示介质。在上述显示介质中为了确保画面亮度的均匀性和画面重写速度等，主要使用有源驱动元件(TFT元件)作为图像驱动元件。例如，在通常的计算机显示器中，在玻璃基板上形成上述TFT元件，并密封液晶、有机EL元件等。

目前，TFT元件主要使用a-Si(非晶硅)、p-Si(多晶硅)等Si半导体。将上述Si半导体(根据需要也可以有金属膜)多层化，将源极、漏极、栅电极依次形成在基板上，从而制造TFT元件。

在使用了Si半导体的TFT元件的制造中存在以下所示的两个问题。

其一在于，需要多次反复进行溅射等需要真空腔的真空系统内的制造处理而形成各层，装置成本、运转成本变得非常庞大。例如，为了形成各层，需要反复进行真空蒸镀、掺杂、光刻、显影等工序，经过数次工序将元件形成在基板上。对于需要开关动作的半导体部分，也需要层叠p型、n型等多种半导体层。在这种现有的基于Si半导体的制造方法中，由于需要对真空腔等制造装置进行大幅度设计变更等原因，使得与显示器画面大 型化的需求所对应的设备的变更变得困难。

其二在于，使用的基材局限于具有耐热性的材料，而不能够使用树脂薄膜等轻量且具有挠性的基材。

由于在使用了Si材料的TFT元件的形成中包括加热到例如500～1000℃这样高的温度的工序，因此，基板材料局限于在这样高的工序温度中也能够使用的材料，实际上不得不使用玻璃。因此，在利用使用了Si半导体的TFT元件来构成上述的电子纸或数码纸这种薄型显示器时，由于玻璃基板的原因而导致该显示器重，欠缺灵活性，因落下等冲击比较容易产生破裂等破损。即，在玻璃基板上形成TFT元件而获得的显示装置中，难以满足对携带用薄型显示器的需求。

作为能够解决上述问题的半导体材料，已知有近年来致力研究的有机半导体材料。有机半导体是具有高电荷传输性的有机化合物，除应用在有机EL元件用的电荷传输性材料之外，还可以用于有机激光振荡元件、有机薄膜晶体管元件(有机TFT元件)。

使用了有机半导体的半导体装置(有机半导体设备)能够在比较低的温度下形成，从而缓和了与基材(基板)相关的耐热性的限制，在透明树脂基板等柔性基材上也能够形成例如TFT元件。另外，通过适当地改良其分子构造，能够得到溶液化的有机半导体，通过将该有机半导体溶液墨液化，使用包括喷墨式的印刷法，能够实现在惰性气氛中等不需要真空的条件下的制造。

使用了印刷方式的印刷电子技术能够进行低温处理的实施(脱高温)、真空处理的缓和(脱真空等优点之外)、不实施光刻工序的处理(脱光刻)。

图15是示意地表示利用印刷方式进行制造的包括有机半导体130的半导体设备(柔性半导体设备)1000的结构的剖视图。半导体设备(半导体装置)1000具有在树脂基材(例如，PET、PI)110上通过印刷层叠了各层(120、130、140、150)的构造。在图示的结构中，在树脂基板110上依次形成有布线层120、有机半导体层130、绝缘膜140、布线层150。可以适当改变具体的结构，在有机半导体层130的周边配置源电极120s、漏电极120d、栅电极150g，从而构筑有机TFT。

这样，在透明树脂基板上形成TFT元件，通过该TFT元件驱动显示 材料，从而能够使显示器比现有的显示器轻、富于柔性，即使落下也不会破裂(或者非常不易破裂)。

专利文献1：日本特开2007-67263号公报。

发明内容

在电子纸或数码纸这样的薄型显示器中，对更加小型轻量化的需求提高，为了实现该目的，需要更加高密度地形成半导体装置1000的半导体元件。

同样，在固定型的液晶或有机EL等图像显示装置中，也强烈需求在进行大型化的同时实现轻量化、薄型化，或者强烈地需求与现有技术相同空间中增加像素数的高品质化(高析像化)，为了满足上述需求，需要更加高密度地形成半导体装置1000的半导体元件。