半导体装置、显示装置和电子设备的制作方法

专利名称：半导体装置、显示装置和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置、显示装置和电子设备，更具体地涉及包括具有有机半导体层的薄膜晶体管的半导体装置以及具有该半导体装置的显示装置和电子设备。
背景技术：
采用有机半导体层作为具有形成于其中的沟道区域的有源层的半导体装置，即所谓的有机薄膜晶体管(有机TFT)，根据栅极电极与源极电极和漏极电极之间相对于有机半导体层的位置关系分成四种类型。例如，栅极电极在有机半导体层之下的底栅结构分成两种不同类型，即顶部接触结构和底部接触结构。在顶部接触结构中，源极电极和漏极电极设置在有机半导体层的顶部上。在底部接触结构中，源极电极和漏极电极设置在有机半导体层之下(参见 “Advanced Materials, ” (2002)，vol. 14，p. 99)。在这些结构中，顶部接触结构在源极电极和漏极电极与有机半导体层之间提供了更加可靠的接触，因此保证了极高的可靠性。

发明内容
附带地，在通常采用有机半导体层的半导体装置中，已知在用作有源层的有机半导体层中负责电荷传导的沟道区域是极有限的区域，从栅极绝缘膜的界面跨过约几个分子层(达到IOnm)。然而，在具有上面的底栅极和顶部接触结构的半导体装置中，源极电极和漏极电极与有机半导体层的不用作沟道区域的非活性区域接触。结果，有机半导体层的具有大电阻的非活性区域提供在源极电极和漏极电极与沟道区域之间，使得难以减小源极电极和漏极电极到沟道区域的接触电阻(注入电阻)。尽管非活性区域的电阻可通过使有机半导体层变薄而减小，但是在大面积工艺中难以均勻地形成厚度达到IOnm的极薄膜。另一方面，在这样的薄膜的区域中，难以实现有机半导体层的优良特性。而且，有机半导体层的沟道区域倾向于在膜形成后的工艺中被损坏。鉴于前述，所希望的是提供这样的具有顶部接触结构的半导体装置，其源极电极和漏极电极与有机半导体层之间具有可靠的接触，且提供减小的接触电阻，而且同时保证有机半导体层的适当膜质量，因此有助于改善可靠性和功能性。还希望提供由于其中结合该半导体装置而具有改善的功能性的显示装置和电子设备。根据本发明，所提供的半导体装置包括在基板上的栅极电极、栅极绝缘膜、有机半导体层以及源极电极和漏极电极。栅极绝缘膜覆盖栅极电极。有机半导体层提供在栅极绝缘膜的顶部上。源极电极和漏极电极提供在有机半导体层的顶部上。有机半导体层以沿着栅极电极的宽度覆盖栅极电极的方式堆叠在栅极电极之上，且栅极绝缘膜在有机半导体层与栅极电极之间。有机半导体层具有厚膜部分和薄膜部分。厚膜部分设置在沿着栅极电极的宽度的中心。薄膜部分比厚膜部分薄，并且每一个都设置在沿着栅极电极的宽度的一端。源极电极和漏极电极设置为沿着栅极电极的宽度彼此相对，且之间夹设栅极电极，而且源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在薄膜部分之一上。此外，特别优选有机半导体层的厚膜部分应在栅极电极的宽度范围内，并且薄膜部分应从厚膜部分沿着栅极电极的宽度向外延伸。本发明还提供具有根据本发明的半导体装置的显示装置和电子设备。如上所述的半导体装置是具有底栅极和顶部接触结构的有机薄膜晶体管。因此，源极电极和漏极电极的每一个都沿着栅极电极的宽度堆叠在有机半导体层的端部之一的顶部上。这提供了与有机半导体层的可靠接触。另一方面，有机半导体层的沿着栅极电极的宽度的两端特别地形成为薄膜部分，且源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在其上。这保持了栅极电极之上堆叠的有机半导体层的中心部分的厚度不变，即，沟道区域的上部的厚度不变，而同时使沟道区域的两端的有机半导体层变薄，因此减小了沟道区域与源极电极和漏极电极之间的电阻。如上所述，尽管半导体装置具有底栅极和顶部接触结构，但本发明仍减小了沟道区域与源极电极和漏极电极之间的电阻，而与用于沟道区域的有机半导体层的区域厚度无关。这使得能够减小源极电极和漏极电极到沟道区域的接触电阻(注入电阻)，而同时保证了有机半导体层的用于沟道区域的区域的适当膜质量，因此有助于改善半导体装置的可靠性和功能性。这还有助于改善具有如上所述构造的半导体装置的显示装置和电子设备的可靠性和功能性。


图IA和IB是示出根据第一实施例的半导体装置的构造的截面图和平面图；图2A至2E是示出根据第一实施例的半导体装置的制造方法(1)的截面工艺图；图3A至3E是示出根据第一实施例的半导体装置的制造方法O)的截面工艺图；图4A至4E是示出根据第一实施例的半导体装置的制造方法(3)的截面工艺图；图5A和5B是示出根据第二实施例的半导体装置的构造的截面图和平面图；图6A至6E是示出根据第二实施例的半导体装置的制造方法的示例的截面工艺图；图7A和7B是示出根据第三实施例的半导体装置的构造的截面图和平面图；图8A至8E是示出根据第三实施例的半导体装置的制造方法示例的截面工艺图；图9A和9B是示出根据第四实施例的半导体装置的构造的截面图和平面图；图IOA至IOC是示出根据第四实施例的半导体装置的制造方法的特征的工艺图⑴；图IOD和IOE是示出根据第四实施例的半导体装置的制造方法的特征的工艺图⑵；图11是示出根据第五实施例的显示装置示例的截面图；图12是根据第五实施例的显示装置的电路构造图；图13是示出采用根据本发明的显示装置的电视机的透视图；图14A和14B是示出采用根据本发明的显示装置的数字相机的透视图，并且图14A是从前面看的透视图，而图14B是从后面看的透视图15是示出采用根据本发明的显示装置的膝上个人计算机的透视图；图16是示出采用根据本发明的显示装置的摄像机的透视图；以及图17A至17G是示出采用根据本发明的显示装置的诸如移动电话的个人数字助理的透视图，并且图17A是处于打开位置的正视图，图17B是其侧视图，图17C是处于关闭位置的正视图，图17D是左侧视图，图17E是右侧视图，图17F是俯视图，而图17G是仰视图。
具体实施例方式下面，将参考附图以下面的顺序描述本发明的优选实施例。1.第一实施例(半导体装置的实施例示例)2.第二实施例(具有保护膜的半导体装置的实施例示例)3.第三实施例(具有由两层制造的有机半导体层的半导体装置的实施例示例)4.第四实施例(源极电极和漏极电极的端部与栅极电极的端部对齐的半导体装置的实施例示例)5.第五实施例(采用薄膜晶体管的显示装置的应用示例)6.第六实施例(应用于电子设备的示例)应当注意的是，第一至第四实施例中相同的部件由相同的参考标号表示，并且省略其描述以免冗余。《1.第一实施例》<半导体装置的构造>图IA和IB是示出根据第一实施例的半导体装置1的构造的截面图和平面图。该截面图示出了沿着平面图的A-A’线剖取的截面。这些图中示出的半导体装置1是具有底栅极和顶部接触结构的薄膜晶体管。栅极绝缘膜15提供在基板11的顶部上，从而覆盖延伸在一个方向上的栅极电极13。有机半导体层17提供在栅极绝缘膜15的顶部上。有机半导体层17在栅极电极13上方被图案化成岛状形状，并且堆叠在该电极13上方，且二者之间具有栅极绝缘膜15。此外，源极电极19s和漏极电极19d在栅极绝缘膜15上提供为彼此相对，且其间夹着栅极电极13。源极电极19s和漏极电极19d的彼此相对且其间夹着栅极电极13的边缘堆叠在有机半导体层17上。在如上所述构造的第一实施例中，有机半导体层17相对于栅极电极13被特别地成形。就是说，有机半导体层17堆叠在栅极电极13上面，以使得沿着其宽度覆盖栅极电极13。换言之，当在平面图中从源极电极19s和漏极电极19d侧看半导体装置1时，有机半导体层17沿着栅极电极13宽度的两个边缘设置为比栅极电极13的边缘更向外。有机半导体层17具有厚膜部分17-1和多个薄膜部分17-2。厚膜部分17_1设置在沿着栅极电极13宽度的中心。薄膜部分17-2比厚膜部分薄，并且其每个设置在沿着栅极电极13宽度的一端。就是说，有机半导体层17的厚膜部分17-1设置在栅极电极13之上且沿着栅极电极13延伸的方向，并且具有厚度tl。另一方面，薄膜部分17-2的每一个都从厚膜部分17-1朝着沿着栅极电极13的宽度的一侧延伸。薄膜部分17-2的每一个的厚度为t2，其小于厚膜部分17-1的厚度tl。这里，其中设置厚膜部分17-1的区域限定为在栅极电极13之上。厚膜部分17-1以在栅极电极13的宽度范围内的方式堆叠在栅极电极13之上。当在平面图中从源极电极19s和漏极电极19d侧看半导体装置1时，有机半导体层17的厚膜部分17-1沿着栅极电极13的宽度的两个边缘与栅极电极13的边缘对齐或比其更加向内。栅极电极13的每个边缘与厚膜部分的相关边缘之间的间隔dl等于或大于0(dl ^ 0)。另一方面，其中设置薄膜部分17-2的区域到达超过栅极电极13的宽度。当在平面图中从源极电极19s和漏极电极19d侧看半导体装置1时，有机半导体层17的薄膜部分17-2沿着栅极电极13宽度的两个边缘设置为比栅极电极13的边缘更向外。栅极电极13的每个边缘与薄膜部分的相关边缘之间的间隔d2等于或大于0(d2 ^ 0)。此外，有机半导体层17的厚膜部分17-1和薄膜部分17-2仅需厚度上的不同，并且具有段差(difference in level)。厚膜部分17-1的厚度tl足够大，以保证在可操作为形成半导体装置1的上层的工艺步骤中不损坏有机半导体层17与栅极绝缘膜15的界面，即沟道区域。厚度tl等于或大于制作有机半导体层17的材料的四至五个分子层的厚度。因此，厚度tl例如为30nm或者更大，并且优选为50nm或更大，尽管取决于制作有机半导体层17的材料。另一方面，厚膜部分17-1的厚度tl不必为固定值，只要该厚度落入上面的范围内。厚膜部分17-1可具有段差或部分地渐缩。另一方面，薄膜部分17-2的厚度t2优选小到有机半导体层17本身起作用的程度。薄膜部分的厚度t2等于或大于制作有机半导体层17的材料的一个或更多分子层的厚度。另一方面，薄膜部分17-2的厚度t2不需要为固定值。薄膜部分17-2可以以朝着其端部变薄的方式具有段差，或者部分渐缩。然而，应当注意的是，与厚膜部分17-1相邻的区域优选应当为薄的。应当注意的是，有机半导体层17仅需具有上面的截面形状，其中源极电极19s和漏极电极19d堆叠在有机半导体层17上，并且有机半导体层17夹在源极电极19s和漏极电极19d之间。因此，有机半导体层17的在源极电极19s和漏极电极19d侧部的区域不需要具有带段差的截面。另一方面，源极电极19s和漏极电极19d的每一个都沿着栅极电极13的宽度至少堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2的一个上。为了防止沟道区域ch在随后的工艺步骤期间被损坏，源极电极19s和漏极电极19d应优选提供为覆盖沟道区域ch上的薄膜部分17-2。因此，源极电极19s和漏极电极19d应优选以到达有机半导体层17的厚膜部分17-1的方式被堆叠。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为小的。因此，源极电极19s和漏极电极19d的边缘应最优选与栅极电极13的边缘对齐。下面，将从最下层开始向上顺序详细描述制造上述半导体装置构件的材料。〈基板11>基板11仅需至少具有绝缘表面，并且包括玻璃、塑料和金属箔以及纸的各种材料可用作基板11。在塑料基板的情况下，例如可采用聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚缩醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)、聚乙基醚酮(polyethylether ketone)和聚烯烃。在金属箔基板的情况下，诸如铝、镍或不锈钢的金属箔与所用的绝缘树脂层叠。此外，缓冲层或诸如阻挡膜(barrier film)的功能膜可形成在基板的顶部上。缓冲层提供改善的粘合性和平坦性。阻挡膜提供改善的气体屏障。塑料或金属箔基板用作提供柔性可弯曲性的基板。〈栅极电极13>金属或有机金属材料用作栅极电极13。其中，可采用的金属为金(Au)、钼(Pt)、 钯(Pd)、银(Ag)、钨(W)、钽(Ta)、钼(Mo)、铝(Al)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、 铟an)、锡(Sn)、锰(Mn)、钌(Ru)和铷(Rb)。这些金属材料单独使用或以化合物使用。其中，可采用的有机金属材料为(3，4_乙烯二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸)((3， 4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrenesulfonate)) [PED0T/PSS]和四硫富瓦烯 / 四氰二甲烷喹啉(tetrathiafulvalene/tetracyanoquinodimethane) [TTF/TCNQ]。上述制作栅极电极13的膜不仅可通过诸如电阻加热气相沉积或者溅射的真空气相沉积形成，而且可通过采用墨和膏的上述涂覆形成。膜可备选地通过镀覆，例如，电镀或无电镀形成。<栅极绝缘膜15>无机或有机绝缘膜可用作栅极绝缘膜15。其中，可采用的无机绝缘膜是氧化硅、 氮化硅、氧化铝、氧化钛和氧化铪。诸如溅射、电阻加热气相沉积、物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD)的真空工艺用于形成无机绝缘膜。此外，这些无机绝缘膜通过溶胶-凝胶法形成，其采用包含溶解于其中的原材料的溶液。另一方面，在有机绝缘膜当中， 可采用聚合物材料，例如，聚乙烯苯酚(polyvinyl phenol)、聚酰亚胺树脂、可溶酚醛清漆树脂(novolak resin)、肉桂酸树脂(cirmamate resin)、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚苯乙烯树脂(styrene resin)和聚对二甲苯(polyparaxylylene)。这些有机绝缘膜通过涂布或真空工艺形成。在涂布方法当中，可采用旋涂、气刀涂布(air doctor coating)、刮刀涂布(blade coating)、棒涂布(rod coating)、刀片涂布(knife coating)、挤压涂布 (squeeze coating)、逆转棍涂布(reverse roll coating)、传料棍涂布(transfer roll coating) ^Μ^Μ Κ ζ^^ (gravure coating) ^^Μ ζ^^ (kiss coating)、！(cast coating)、喷涂、狭缝孔涂布(slit orifice coating)、压延涂布和浸渍法(immersion method)。在真空工艺中，可采用化学气相沉积和气相沉积聚合。<有机半导体层17>可用作有机半导体层17的材料如下-聚吡咯和取代聚吡咯-聚噻吩和取代聚噻吩-诸如聚异硫茚(polyisothianaphthene)的异硫茚类(isothianaphthenes)-诸如聚噻吩乙炔(polythienylenevinylene)的噻吩乙烯类 (thienylenevinylenes)-诸如聚对苯撑乙炔(poly(p-phenylenevinylene))的聚对苯撑乙烯类 (poly (p-phenylenevinylenes))-聚苯胺和取代聚苯胺-多炔-聚丁二炔类(polydiacetylenes)-聚奧类(polyazulenes)-聚芘类(polypyrenes)
-聚咔唑类(polycarbazoles)-聚硒酚类(polyselenophenes)-聚呋喃类(polyfurans)-聚对苯撑类(poly(p-phenylenes))-聚吲哚类(polyindoles)-聚_嗪类(polypyridazines)-诸如聚乙烯咔唑、聚苯硫醚和聚硫乙烯(polyvinylenesulfide)的聚合物以及和多环浓缩体-与上述材料的聚合物具有相同重复单元的低聚物类-并苯类，例如，萘并萘、并五苯、并六苯、并七苯、二苯并五苯 (dibenzopentacene)、四苯并五苯(tetrabenzopentacene)、花、二苯并花 (dibenzopyrene)、苯并菲(chrysene)、二蔡嵌苯、六苯并苯、漆论(terylene)、卵苯 (ovalene)、夸特锐烯(quaterrylene)和循环蒽，由诸如N、S或0的原子或诸如碳酰基团的功能团取代并苯类的一部分碳获得的衍生物(例如，三苯二。恶嗪、三苯二噻嗪、并六苯_6， 15-苯醌、迫咕吨并咕吨(perixanthenoxanthene))，以及通过由其它功能团取代其的氢获得的衍生物-金属酞青类(metallophthalocyanines)-四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)和四硫富瓦烯衍生物-四硫并环戊二烯(tetrathiapentalene)和四硫并环戊二烯衍生物-蔡四甲酸二酷亚胺类(naphthalene tetracarboxylic acid diimides)，例如， 萘1，4，5，8-四羧酸二酰亚胺、N，N，_ 二(4-三氟甲苯甲基)萘1，4，5，8_四羧酸二酰亚胺、 N，N，- 二(1H，IH-全氟辛基)(N, N，-bis (1H, ΙΗ-perf luoroctyl))、N，N，- 二(1H，IH-全氟丁基)(N，N，-bis(lH, ΙΗ-perf luorobutyl)),N, N' - 二辛基萘 1,4,5,8-四羧酸二酰亚胺衍生物(N, N'-dioctylnaphthalene 1,4, 5,8-tetracarboxylic acid diimide derivative) 和萘 2，3，6，7 四羧酸二酰亚胺类(naphthalene 2, 3,6, 7tetracarboxylic acid diimides)-稠环四羧酸二酰亚胺类，例如，包括蒽四羧酸二酰亚胺的蒽2，3，6，7_四羧酸二酰亚胺-富勒烯类，例如，C60、C70、C76、C78和C84及它们的衍生物-碳纳米管，例如，SWNT-染料类，例如，部花青染料和半花青(hemicyanine)染料及它们的衍生物由上面的有机半导体材料之一制作的膜通过涂覆或真空工艺形成。在涂覆方法中，可采用旋涂、气刀涂布、刮刀涂布、棒涂布、刀片涂布、挤压涂布、逆转辊涂布、传料辊涂布、照相凹版式涂布、轻触辊式涂布、铸涂、喷涂、狭缝孔涂布、压延涂布和浸渍法。在真空工艺中，可采用真空气相沉积法，例如，电阻加热真空沉积和溅射。<源极电极/漏极电极19s和19d>源极电极19s和漏极电极19d的制造材料与栅极电极13的材料相同。这些电极可由任何材料制造，只要该材料特别与有机半导体层17形成欧姆接触。〈制造方法(1)>接下来，将参考图2A至2E所示的截面工艺图描述作为根据第一实施例的半导体装置1的制造方法的第一示例在有机半导体材料膜的顶部直接形成抗蚀剂图案的方法。首先，如图2A所示，栅极电极13形成在基板11的顶部上。这里，形成制作栅极电极的电极材料膜。接下来，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻形成在电极材料膜的顶部上。然后，抗蚀剂图案用作掩模以图案化蚀刻电极材料膜，从而提供栅极电极13。在蚀刻之后，抗蚀剂图案被去除。接下来，栅极绝缘膜15以覆盖栅极电极13的方式形成为遍及整个基板11。这里， 例如通过旋涂形成由聚乙烯苯酚(PVP)制造的栅极电极13。接下来，有机半导体材料膜17a形成在栅极绝缘膜15的顶部上。这里，该膜17a 采用对有机溶剂具有高耐性的有机半导体材料形成。因此，例如，由聚-3-己基噻吩(P3HT) 制作的有机半导体材料膜17a形成到厚度tl (例如，50nm)。然后，抗蚀剂图案21通过光刻形成在有机半导体材料膜17a的顶部上，如图2B所示。抗蚀剂图案21以岛状形状覆盖栅极电极13，且形成在元件区域中。应当注意的是，由氟基树脂制作的抗蚀剂材料优选用作该步骤中形成的抗蚀剂图案21。这保持对有机半导体材料膜17a的损坏最小化，使得能够进行适合于从有机半导体材料膜17a选择性去除抗蚀剂材料的显影工艺。此外，应优选采用正性抗蚀剂，从而在显影工艺期间去除曝光区域。接下来，有机半导体材料膜17a采用抗蚀剂图案21作为掩模进行图案化蚀刻，因此将该膜17a图案化成沿着宽度覆盖栅极电极13的岛状形状。这里，重要的是沿着栅极电极13的宽度设置的有机半导体材料膜17a的两个边缘比栅极电极13的边缘更向外，并且保证栅极电极13的每个边缘与有机半导体材料膜17a的相关边缘之间的平面间隔d2大于 0 (d2 > 0)。如上所述形成的有机半导体材料膜17a的蚀刻应优选通过各向异性蚀刻实现。作为这样的各向异性蚀刻的示例，例如，通过采用氧作为蚀刻气体的反应离子蚀刻来蚀刻该膜 17a。接下来，抗蚀剂图案21采用半色调掩模第二次曝光(附加曝光)且显影，如图2C 所示。结果，抗蚀剂图案21沿着栅极电极13的宽度的两侧被图案化且去除，因此使该图案 21变薄。此时，当抗蚀剂图案21采用正性抗蚀剂时，该图案21沿着栅极电极13的宽度的两侧被第二次曝光，并且接着在显影工艺中进行曝光区域的去除。接下来，有机半导体材料膜17a的上部采用变薄的抗蚀剂图案21作为掩模被蚀刻。这里，重要的是留下不去除的有机半导体材料膜17a，以在蚀刻后在沿着栅极电极13的宽度的两侧具有厚度t2。此外，有机半导体材料膜17a的保持初始厚度tl不变的厚膜部分 17-1留下没有被去除，以在栅极电极13的由抗蚀剂图案21覆盖的宽度范围内。这样，重要的是保证栅极电极13的边缘的每一个和厚膜部分17-1的相应边缘之间的平面间隔dl等于或大于0(dl ^ 0)。如上所述形成有机半导体材料膜17a的蚀刻应优选通过各向异性蚀刻类似地实现。作为上述步骤的结果，有机半导体层17形成在栅极绝缘膜15的顶部上，以在沿着栅极电极13的宽度的中心具有厚膜部分17-1且具有比厚膜部分17-1薄的薄膜部分17-2， 该薄膜部分17-2的每个在沿着栅极电极13的宽度的一端。应当注意的是，剩余的抗蚀剂图案21在蚀刻之后从有机半导体层17被选择性溶解和去除。另一方面，有机半导体层17也可通过激光加工有机半导体材料膜17a而不采用抗蚀剂图案21被图案化。在此情况下，有机半导体层17可通过调整激光输出和其它参数并且控制有机半导体材料膜17a的加工深度图案化成具有两个膜厚度tl和t2的形式。在上面的步骤后，电极材料膜19以覆盖有机半导体层17的方式形成在栅极绝缘膜15的顶部上，如图2D所示。这里，与有机半导体层17形成良好欧姆接触的材料选自上面所列的材料，并且该膜采用所选的材料例如通过真空气相沉积形成。接下来，电极材料膜19如图2E所示被图案化，因此形成源极电极19s和漏极电极 19d。这里，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻形成在电极材料膜19的顶部上。然后，抗蚀剂图案用作掩模，以形成图案化蚀刻电极材料膜，因此提供源极电极19s和漏极电极19d。这里，重要的是将源极电极19s和漏极电极19d堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2上， 使得源极电极19s和漏极电极19d的边缘至少到达栅极电极13的沿着宽度的边缘。此时， 源极电极19s和漏极电极19d的端部不需形成为在有机半导体层17的厚膜部分17-1的上方与其重叠的程度。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为是小的。如上所述的电极材料膜19的图案化蚀刻可通过采用水溶性蚀刻剂完成而不损坏有机半导体层17。抗蚀剂图案在图案化蚀刻后被去除。上面的工艺步骤提供了半导体装置1，其具有参考图IA和IB所描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。〈制造方法O)>接下来，将参考图3A至3E所示的截面图描述作为根据第一实施例的半导体装置 1的制造方法的第二示例在有机半导体材料膜之上形成抗蚀剂图案且其间具有缓冲层的方法。首先，栅极电极13形成在基板11的顶部上，如图3A所示。接下来，由PVP制作的栅极绝缘膜15以覆盖栅极电极13的方式形成。此外，有机半导体材料膜17a形成在栅极绝缘膜15的顶部上。至此的工艺步骤以与参考图2A在第一示例中描述的相同方式进行。然而，应当注意的是，不必采用对有机溶剂具有特别的高耐性的有机半导体材料作为该步骤中形成的有机半导体材料膜17a。仅需采用提供适合于该步骤中形成的半导体装置的特性的有机半导体材料。因此，由并五苯制作的有机半导体材料膜17a例如通过真空气相沉积形成到厚度tl (例如，50nm)。进一步地，金属缓冲层23在该步骤中形成在有机半导体材料膜17a的顶部上。金属缓冲层23形成为允许蚀刻而不损坏有机半导体材料膜17a的缓冲层。金属缓冲层23例如由金、铝、铜或其它材料制作，并且通过真空气相沉积形成。接下来，抗蚀剂图案21通过光刻形成在金属缓冲层23的顶部上，如图;3B所示。与第一示例一样，抗蚀剂图案21以岛状形状覆盖栅极电极13，并且形成在元件区域中。然而，应当注意的是，该步骤中形成的抗蚀剂图案21形成在金属缓冲层23的顶部上。结果，不必考虑对有机半导体材料膜17a的可能损坏。因此，可采用提供优良图案化能力的抗蚀剂材料。接下来，金属缓冲层23采用抗蚀剂图案21作为掩模被图案化蚀刻。此时，采用水溶性蚀刻剂进行湿蚀刻，因此仅图案化蚀刻金属缓冲层23，而不损坏有机半导体材料膜17a。此外，与第一示例一样，有机半导体材料膜17a采用堆叠有抗蚀剂图案21的金属缓冲层23作为掩模而蚀刻，因此将该膜17a图案化成沿着宽度覆盖栅极电极13的岛状形状。进而，重要的是将图案化成岛状形状的有机半导体材料膜17a的沿着栅极电极13的宽度的两个边缘设置为比栅极电极13的边缘更向外，并且保证栅极电极13的边缘的每一个与有机半导体材料膜17a的相应边缘之间的间隔d2大于0(d2 > 0)。与第一示例一样，如上所述形成的有机半导体材料膜17a的蚀刻应优选通过各向异性蚀刻实现。就是说，该膜17a例如通过采用氧作为蚀刻气体的反应离子蚀刻进行蚀刻。接下来，抗蚀剂图案21进行第二次曝光(附加曝光)和显影，如图3C所示。结果， 抗蚀剂图案21沿着栅极电极13宽度的两侧被图案化且去除，因此使该图案21变薄。接下来，金属缓冲层23采用变薄的抗蚀剂图案21作为掩模被图案化蚀刻。此外， 蚀刻有机半导体材料膜17a的上部。这里，重要的是在蚀刻后留下不被去除的有机半导体材料膜17a使其具有厚度t2。此外，重要的是在覆盖有抗蚀剂图案21的有机半导体材料膜 17a中留下厚膜部分17-1，其保持原始厚度tl不变且不被去除以在栅极电极13的宽度范围内，因此保证了栅极电极13的边缘的每一个和厚膜部分17-1的相应边缘之间的间隔dl 等于或大于0(dl ^ 0)。如上所述形成的有机半导体材料膜17a的蚀刻应优选通过各向异性蚀刻实现。作为上述步骤的结果，有机半导体层17形成在栅极绝缘膜15的顶部上，以具有在沿着栅极电极13的宽度的中心处的厚膜部分17-1和薄于厚膜部分17-1且每一个都在沿着栅极电极13的宽度的一端的薄膜部分17-2。在蚀刻后，采用水溶性蚀刻剂执行湿蚀刻，因此蚀刻且去除金属缓冲层23，从而去除保留在金属缓冲层23上的抗蚀剂图案21。在上述步骤后，源极电极和漏极电极以与参考图2D和2E在第一示例中描述的相同方式形成。就是说，电极材料膜19首先形成在栅极绝缘膜15的顶部上以覆盖有机半导体层 17，如图3D所示。这里，与有机半导体层17形成优良欧姆接触的材料选自上面列出的材料， 并且例如通过真空气相沉积采用所选的材料形成该膜。接下来，电极材料膜19如图3E所示被图案化，因此形成源极电极19s和漏极电极 19d。这里，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻形成在电极材料膜19的顶部上。然后，抗蚀剂图案用作掩模以图案化蚀刻电极材料膜，因此提供源极电极19s和漏极电极19d。这里，重要的是将源极电极19s和漏极电极19d堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2上，方式为源极电极19s和漏极电极19d的边缘至少到达栅极电极13的沿着宽度的边缘。此时，源极电极19s和漏极电极19d的端部不需形成为在有机半导体层17的厚膜部分17-1的上方与其重叠的程度。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为是小的。这里，采用水溶性蚀刻剂执行蚀刻，因此图案化蚀刻电极材料膜19， 而不负面影响有机半导体层17。抗蚀剂图案在图案化蚀刻后被去除。上面的工艺步骤提供了半导体装置1，其具有参考图IA和IB描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。
〈制造方法(3)>接下来，将参考图4A至4E所示的截面工艺图描述作为根据第一实施例的半导体装置1的制造方法的第三示例将抗蚀剂图案的形状转移到有机半导体材料膜的方法。首先，如图4A所示，栅极电极13形成在基板11的顶部上。接下来，由PVP制作的栅极绝缘膜15以覆盖栅极电极13的方式形成。此外，有机半导体材料膜17a形成在栅极绝缘膜15的顶部上。至此的工艺步骤以与参考图2A在第一示例中描述的相同方式执行。就是说，有机半导体材料膜17a采用对有机溶剂具有高抗性的有机半导体材料诸如聚(3-己基噻吩)(P3HT)通过旋涂形成为厚度tl (例如，50nm)。接下来，如图4B所示，通过光刻将抗蚀剂图案四形成在有机半导体材料膜17a的顶部。这里，执行采用半色调掩模的曝光或两步曝光，因此将抗蚀剂膜曝光为使得栅极电极 13沿着其宽度的边缘和中心曝光到不同的程度。该工艺步骤提供岛状形状的抗蚀剂图案 29，以沿着栅极电极13的宽度覆盖栅极电极13，并且使抗蚀剂图案四的沿着栅极电极13 的宽度的边缘薄于中心部分。应当注意的是，与第一实施例的第一示例一样，由氟基树脂制作的抗蚀剂材料优选用作该步骤中形成的抗蚀剂图案四。有机半导体材料膜17a可采用类似的显影溶液显影而没有任何的损坏。接下来，如图4C所示，有机半导体材料膜17a从上面的抗蚀剂图案四被图案化蚀刻，因此形成有机半导体层17，其中该层17重叠栅极电极13。这里，有机半导体材料膜17a 与抗蚀剂图案四一起各向异性蚀刻，因此将抗蚀剂图案四的形状转移到有机半导体材料膜 17a。作为上面步骤的结果，有机半导体层17形成在栅极绝缘膜15的顶部上，方式为 在沿着栅极电极13的宽度的中心处具有厚膜部分17-1且具有薄于厚膜部分17-1的薄膜部分17-2，该薄膜部分17-2的每个在沿着栅极电极13的宽度的一端。接下来，有机半导体材料膜17a采用抗蚀剂图案四作为掩模被图案化蚀刻，因此将该膜17a图案化成岛状形状，以沿着栅极电极13的宽度覆盖栅极电极13。这里，重要的是沿着栅极电极13的宽度设置的被图案化成岛状的有机半导体材料膜17a的两个边缘比栅极电极13的边缘更向外，并且保证栅极电极13的每个边缘与有机半导体材料膜17a的相关边缘之间的平面间隔d2大于0(d2 > 0)。如上所述的各向异性蚀刻例如通过采用氧作为蚀刻气体的反应离子蚀刻实现。另一方面，如果抗蚀剂图案四在蚀刻后保持没有被去除，则抗蚀剂图案四从有机半导体层17 被选择性溶解且去除。应当注意的是，仅在有机半导体层17的中心处的厚膜部分上保持而没有被去除的抗蚀剂图案四可留下不被去除且用作保护膜。在上面的步骤后，源极电极和漏极电极以与第一实施例的第一示例中描述的相同方式形成。就是说，电极材料膜19首先以覆盖有机半导体层17的方式形成在栅极绝缘膜15 的顶部上，如图4D所示。这里，与有机半导体层17形成优良欧姆接触的材料选自上面所列的材料，并且该膜例如通过真空气相沉积采用所选的材料形成。接下来，如图4E所示，图案化电极材料膜19，因此形成源极电极19s和漏极电极 19d。这里，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻形成在电极材料膜19的顶部上。然后，抗蚀剂图案用作掩模以图案化蚀刻电极材料膜，因此提供源极电极19s和漏极电极19d。这里，重要的是以源极电极19s和漏极电极19d的边缘至少到达栅极电极13的沿着宽度的边缘的方式将源极电极19s和漏极电极19d堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2上。此时， 源极电极19s和漏极电极19d的端部不需形成为在有机半导体层17的厚膜部分17-1的上方与其重叠的程度。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为是小的。这里，采用水溶性蚀刻剂执行蚀刻，因此图案化蚀刻电极材料膜19 而不负面影响有机半导体层17。在图案化蚀刻后去除抗蚀剂图案。上面的工艺步骤提供了半导体装置1，其具有参考图IA和IB描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。通过上面的工艺步骤获得的如图IA和IB所示构造的半导体装置1是具有底栅极和顶部接触结构的有机薄膜晶体管。该装置1的源极电极19s和漏极电极19d沿着栅极电极13的宽度堆叠在有机半导体层17的两个边缘的顶部上。这提供了有机半导体层17与源极电极19s和漏极电极19d之间的可靠接触。此外，有机半导体层17的沿着栅极电极13 宽度的两个边缘特别地形成为薄膜部分17-2，且源极电极19s和漏极电极19d的端部堆叠在薄膜部分17-2的顶部上。有机半导体层17的堆叠在栅极电极13之上的区域的中心保持不变的厚度tl，即，沟道区域ch之上的有机半导体层17的厚度tl。同时，在沟道区域ch 的两端处有机半导体层17变薄，因此沟道区域ch与源极电极19s和漏极电极19d之间的电阻降低。如上所述，尽管具有底栅极和顶部接触结构，但根据第一实施例的半导体装置1 仍使得沟道区域与源极电极19s和漏极电极19d之间具有降低的电阻，而与用于沟道区域 ch的有机半导体层17的区域的厚度无关。这使得能够减小源极电极19s和漏极电极19d 到沟道区域ch的接触电阻(注入电阻)，而同时保证有机半导体层17的用于沟道区域ch 的区域的适当膜质量，因此改善半导体装置1的可靠性和功能性。《2.第二实施例》〈半导体装置的构造〉图5A和5B是示出根据第二实施例的半导体装置2的构造的截面图和平面图。截面图示出了沿着平面图中的A-A’线剖取的截面。这些图中所示的半导体装置2以与根据第一实施例的半导体装置1相同的方式被构造，除了绝缘保护膜31堆叠在有机半导体层17 的厚膜部分17-1的顶部上。第二实施例特有的保护膜31被设计为保护有机半导体层17的沟道区域ch使其在有机半导体层17的图案形成期间不可能被损坏。保护膜31由有机或无机绝缘材料制造。 保护膜31应优选由有机绝缘材料制造，因为该膜31可在与制成有机半导体层17的有机半导体材料膜相同的工艺步骤中被蚀刻。氟树脂可用作这样的有机绝缘材料。特别是在第二实施例中，由于保护膜31，厚膜部分17-1的厚度tl仅需大到足以提供有机半导体层17的稳定膜质量。结果，不需考虑上层形成期间损坏对有机半导体层17 的可能损坏。有机半导体层17的厚膜部分17-1的厚度tl等于或大于制作有机半导体层 17的材料的四至五个分子层的厚度。因此，厚度tl例如为30nm或更大，并且优选为50nm 或更大，尽管取决于制作有机半导体层17的材料。另一方面，厚膜部分17-1的厚度tl不需为固定值，只要该厚度落入上面的范围。厚膜部分17-1可具有段差或者部分地渐缩。另一方面，薄膜部分17-2的厚度t2优选小到有机半导体层17本身起作用的程度。薄膜部分的厚度t2等于或大于制作有机半导体层17的材料的一个或多个分子层的厚度。另一方面，薄膜部分17-2的厚度t2不需为固定值。薄膜部分17-2可以以朝着其端部变薄的方式具有段差，或部分渐缩。然而，应当注意的是，相邻于厚膜部分17-1的区域优选为薄的。应当注意的是，有机半导体层17的厚膜部分17-1和薄膜部分17-2以与第一实施例相同的方式相对于栅极电极13设置。另一方面，如果源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17_1 重叠，则该电极19s和19d的边缘堆叠在有机半导体层17的厚膜部分17-1之上且其间具有保护膜31。然而，应当注意的是，源极电极19s和漏极电极19d的布置的优选示例与第一实施例相同。就是说，源极电极19s和漏极电极19d沿着栅极电极13的宽度至少堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2的顶部上。为了防止在随后工艺步骤期间损坏沟道区域 ch，源极电极19s和漏极电极19d应优选以覆盖沟道区域ch上的薄膜部分17-2的方式被提供。因此，源极电极19s和漏极电极19d应优选以到达有机半导体层17的厚膜部分17-1 的方式被堆叠。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为小的。因此，源极电极19s和漏极电极19d的边缘应最优选与栅极电极13的边缘对齐。〈制造方法〉下面，将参考图6A至6E所示的截面工艺图描述如上所述构造的根据第二实施例的半导体装置2的制造方法。首先，如图6A所示，栅极电极13形成在基板11的顶部上。接下来，由PVP制造的栅极绝缘膜15以覆盖栅极电极13的方式被形成。此外，有机半导体材料膜17a形成在栅极绝缘膜15的顶部上。至此的工艺步骤以与参考图2A在根据第一实施例的半导体装置的制造方法的第一示例中描述的相同的方式被执行。然而，应当注意的是，不需采用对有机溶剂具有特别高抗性的有机半导体材料作为该步骤中形成的有机半导体材料膜17a。仅需采用提供适合于该步骤中形成的半导体装置的特性的有机半导体材料。因此，由并五苯制作的有机半导体材料膜17a例如通过真空气相沉积形成到50nm的厚度tl。接下来，保护膜31形成在有机半导体材料膜17a的顶部上。该膜31形成为保护有机半导体材料膜17a。保护膜31例如由氟树脂制造，并且通过旋涂形成。接下来，抗蚀剂图案21通过光刻形成在保护膜31的顶部上。以与根据第一实施例一样的制造方法，抗蚀剂图案21以岛状形状沿着栅极电极13的宽度覆盖栅极电极13，并且形成在元件区域中。然而，应当注意的是，该步骤中形成的抗蚀剂图案21形成在保护膜31的顶部上。 结果，不必考虑对有机半导体材料膜17a的可能损坏。因此，可采用提供优良的图案化能力的抗蚀剂材料。接下来，保护膜31和有机半导体材料膜17a采用抗蚀剂图案21作为掩模被图案化蚀刻，因此将保护膜31和有机半导体材料膜17a图案化成沿着栅极电极13的宽度覆盖栅极电极13的岛状形状。这形成了由有机半导体材料膜17a和保护膜31制作的层叠体， 其中这两个膜与栅极电极13重叠。这里，至少有机半导体材料膜17a的蚀刻通过各向异性蚀刻实现。另一方面，重要的是将图案化成岛状的有机半导体材料膜17a的沿着栅极电极 13的宽度的两个边缘设置为比栅极电极13的边缘更向外，并且保证栅极电极13的边缘的每一个和有机半导体材料膜17a的相应边缘之间的间隔d2大于0(d2 > 0)。此时，如果保护膜31由诸如氟树脂的有机材料制造，则在相同的工艺步骤中图案化蚀刻保护膜31和有机半导体材料膜17a。保护膜31和有机半导体材料膜17a的蚀刻通过各向异性干蚀刻实现。例如，其蚀刻通过采用氧作为蚀刻气体的反应离子蚀刻实现。应当注意的是，保护膜31和有机半导体材料膜17a的图案化蚀刻可以在不同的工艺步骤中实现。接下来，抗蚀剂图案21被第二次曝光(附加曝光)且显影，如图6C所示。结果， 抗蚀剂图案21的沿着栅极电极13宽度的两侧被图案化且去除，因此使该图案21变薄。接下来，图案化蚀刻保护膜31，并且有机半导体材料膜17a的上部采用变薄的抗蚀剂图案21作为掩模被蚀刻。这里，与根据第一实施例的制造方法的第一示例一样，重要的是留下有机半导体材料膜17a不被去除以在蚀刻后具有厚度t2。此外，重要的是留下不被去除的有机半导体材料膜17a的厚膜部分17-1，且保持初始厚度tl不变，以在由抗蚀剂图案21覆盖的栅极电极13的宽度范围内。还重要的是，保证栅极电极13的边缘的每一个和厚膜部分17-1的相应边缘之间的间隔dl等于或大于0(dl ^ 0)。如上所述形成的有机半导体材料膜17a的蚀刻应优选通过与前面采用的相同的各向异性蚀刻法实现。作为上面步骤的结果，有机半导体层17形成在栅极绝缘膜15的顶部上，方式为 在沿着栅极电极13的宽度的中心处具有厚膜部分17-1且具有薄于厚膜部分17-1的薄膜部分17-2，该薄膜部分17-2的每个在沿着栅极电极13的宽度的一端。此外，保护膜31堆叠在有机半导体层17的厚膜部分17-1的顶部上。应当注意的是，剩下的抗蚀剂图案21在蚀刻后从有机半导体层17和保护膜31被选择性溶解且去除。另一方面，有机半导体层17 和保护膜31也可通过激光加工有机半导体材料膜17a和保护膜31被图案化，而不采用抗蚀剂图案21。在此情况下，有机半导体层17可通过调整激光输出和其它参数且控制加工深度图案化成具有两种膜厚度tl和t2的形式。在上面的步骤后，源极电极和漏极电极以与根据第一实施例在示例中所描述的相同的方式形成。就是说，电极材料膜19首先以覆盖有机半导体层17和保护膜31的方式形成在栅极绝缘膜15的顶部上，如图6D所示。这里，与有机半导体层17形成优良欧姆接触的材料选自第一实施例中所列的材料，并且该膜例如通过真空气相沉积采用所选的材料形成。接下来，电极材料膜19图案化为如图6E所示，因此形成源极电极19s和漏极电极 19d。这里，抗蚀剂图案(未示出)通过光刻形成在电极材料膜19的顶部上。然后，抗蚀剂图案用作掩模以图案化蚀刻电极材料膜，因此提供源极电极19s和漏极电极19d。在此情况下，重要的是将源极电极19s和漏极电极19d堆叠在有机半导体层17的薄膜部分17-2上， 方式为源极电极19s和漏极电极19d的边缘至少到达栅极电极13的沿着其宽度的边缘。此时，源极电极19s和漏极电极19d的端部不需形成为在有机半导体层17的厚膜部分17-1的上方与其重叠的程度。另一方面，为了减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d 之间的寄生电容，源极电极19s和漏极电极19d与有机半导体层17的厚膜部分17-1之间的重叠宽度应优选为是小的。这里采用水溶性蚀刻剂执行蚀刻，因此图案化蚀刻电极材料膜19，而不负面影响有机半导体层17。在图案化蚀刻后去除抗蚀剂图案。上面的工艺步骤提供了半导体装置2，其具有参考图5A和5B描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。通过上面的工艺步骤获得的如图5A和5B所示构造的半导体装置2是具有底栅极和顶部接触结构的有机薄膜晶体管，因此在有机半导体层17与源极电极19s和漏极电极 19d之间提供可靠的接触。此外，与第一实施例一样，有机半导体层17的沿着栅极电极13 宽度的两个边缘形成为薄膜部分17-2，且源极电极19s和漏极电极19d的端部堆叠在薄膜部分17-2的顶部上。这保持了有机半导体层17的堆叠在沟道区域ch之上的中心部分的厚度tl不变。同时，这使得在沟道区域ch的两端处的有机半导体层17变薄，因此沟道区域ch与源极电极19s和漏极电极19d之间的电阻降低。在根据第二实施例的半导体装置2中，有机半导体层17的厚膜部分17-1具有覆盖有保护膜31的顶表面。这使得有机半导体层17的厚膜部分17-1在制造工艺期间免于被损坏，因此保证了沟道区域ch的适当膜质量。如上所述，根据第二实施例的半导体装置2甚至以比第一实施例更加确实的方式提供了源极电极19s和漏极电极19d到沟道区域ch的减小的接触电阻(注入电阻)，而同时保证了沟道区域ch的适当膜质量。结果，尽管具有虽然提供了源极电极19s和漏极电极 19d与有机半导体层17之间的可靠接触但其接触电阻迄今一直认为难以减小的顶部接触结构，但是根据第二实施例的半导体装置2仍提供了降低的接触电阻，且同时保持了可靠性，因此有助于改善功能性。《3.第三实施例》〈半导体装置的构造〉图7A和7B是示出根据第三实施例的半导体装置3的构造的截面图和平面图。截面图示出了沿着平面图的A-A’线剖取的截面。这些图所示的半导体装置3以与根据第一实施例的半导体装置1相同的方式构造，除了有机半导体层17’具有两层结构。包括第一层35和第二层37的有机半导体层17’的总体构造与根据第一和第二实施例的有机半导体层的总体构造相同。就是说，包括第一层35和第二层37的有机半导体层17’具有在沿着栅极电极13 的宽度的中心处的厚膜部分17-1和薄于厚膜部分17-1且每一个都在沿着栅极电极13的宽度的一端的薄膜部分17-2。厚膜部分17-1包括两层，第一层35图案化为在栅极电极13的宽度范围内，并且第二层37覆盖第一层35。就是说，厚膜部分17-1的厚度tl是第一层35和第二层37的厚度之和，并且等于或大于制作第一层35和第二层37的有机半导体材料的四至五个分子层的厚度。因此，厚度tl例如为30nm或更大，并且优选为50nm或更大，尽管取决于制作第一层35和第二层37的材料。另一方面，厚膜部分17-1的宽度为第一层35和形成在第一层35侧壁上的第二层37的宽度之和，并且在栅极电极13的宽度范围内。栅极电极13的边缘的每一个和厚膜部分17-1的相应边缘之间的间隔dl等于或大于0(dl ^ 0)。
相反，薄膜部分17-2的每一个都仅包括第二层37。就是说，薄膜部分17_2的厚度t2等于第二层37的厚度，其等于或大于制作第二层37的材料的一个或更多分子层的厚度。另一方面，薄膜部分17-2的厚度t2不需为固定值。薄膜部分17-2可以以朝着其端部变薄的方式具有高程差，或者部分渐缩。然而，应当注意的是，相邻于厚膜部分17-1的区域优选是薄的。另一方面，薄膜部分17-2的每一个的宽度等于从第一层35的侧壁延伸到栅极电极13 —侧的第二层37的宽度。栅极电极13的边缘的每一个和薄膜部分的相应边缘之间的间隔d2大于0(d2 > 0)。第一层35和第二层37应优选由相同的有机半导体材料制造，但不限于此。〈制造方法〉下面，将参考图8A至8E所示的截面工艺图描述根据第三实施例的半导体装置3 的制造方法。首先，栅极电极13形成在基板11的顶部上，如图8A所示。接下来，由PVP制造的栅极绝缘膜15以覆盖栅极电极13的方式形成。此外，有机半导体材料膜的第一层35形成在栅极绝缘膜15的顶部上。至此的工艺步骤以与参考图2A在根据第一实施例的半导体装置1的制造方法的第一示例中描述的相同的方式执行。就是说，有机半导体材料膜的第一层35通过旋涂采用对有机溶剂具有高耐性的有机半导体材料诸如聚(3-己基噻吩)(P3HT) 形成。接下来，抗蚀剂图案41通过光刻形成在有机半导体材料膜的第一层35的顶部上， 如图8B所示。抗蚀剂图案41例如与栅极电极13大致一样宽，并且以岛状形状堆叠在元件区域中的栅极电极13之上。应当注意的是，与根据第一实施例的第一示例一样，由氟基树脂制作的抗蚀剂材料应优选用作该步骤中形成的抗蚀剂图案41。有机半导体材料膜的第一层35可通过采用类似的显影溶液显影，而没有任何损坏。接下来，有机半导体材料膜的第一层35从抗蚀剂图案41的上方进行图案化蚀刻， 因此将该层35蚀刻成重叠栅极电极13的岛状形状。此时，第一层35被各向同性过蚀刻， 因此将第一层35的宽度图案化成宽度小于栅极电极13的宽度。应当注意的是，剩余的抗蚀剂图案41在蚀刻后从有机半导体材料膜的第一层35 选择性溶解且去除。另一方面，采用参考图3描述的金属缓冲层的工艺步骤可用于图案化有机半导体材料膜的第一层35。此外，该层35也可通过激光加工图案化，而不采用抗蚀剂图案41。接下来，有机半导体材料膜的第二层37以覆盖图案化的第一层35的方式形成在栅极绝缘膜15的顶部上，如图8C所示。这里，第二层37形成为薄到该层37达到一个或更多分子层的厚度的程度。此时，第二层37形成为使得第二层37的覆盖第一层35侧壁的部分在栅极电极13的宽度范围内，就是说，使得由第一层35和第二层37构成的厚膜部分 17-1的边缘的每一个和栅极电极13的相应边缘之间的间隔dl等于或大于0(dl > 0)。这里，第二层37例如通过旋涂采用与第一层35采用的相同的对有机溶剂具有高耐性的有机半导体材料诸如聚(3-己基噻吩)(P3HT)形成。接下来，有机半导体材料膜的第二层37图案化成覆盖该膜的第一层35的岛状形状，如图8D所示。此时，第二层37图案化为使第二层37沿着栅极电极13宽度的边缘设置为比栅极电极13的边缘更向外。这保证了仅由第二层37构成的薄膜部分17-2的边缘的每一个和栅极电极13的相应边缘之间的间隔d2大于0 (d2 > 0)。第二层37的图案化以与第一层35的图案化相同的方式进行。结果，获得由第一层35和第二层37构成的有机半导体层17，。在上面的步骤后，与前面描述的其它实施例一样，源极电极19s和漏极电极19d通过光刻形成为其边缘堆叠在有机半导体层17’的薄膜部分17-2的顶部上，如图8E所示。上面的工艺步骤提供了半导体装置3，其具有参考图7A和7B描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。由上面的步骤获得的如图7A和7B所示构造的半导体装置3是具有底栅极和顶部接触结构的薄膜晶体管，因此在有机半导体层17’与源极电极19s和漏极电极19d之间提供了可靠的接触。此外，与第一和第二实施例一样，有机半导体层17’的沿着栅极电极13 宽度的两个边缘形成为薄膜部分17-2，且源极电极19s和漏极电极19d的端部堆叠在薄膜部分17-2的顶部上。这保持了有机半导体层17’的在沟道区域ch之上的中心部分的厚度 tl不变。此时，这使得沟道区域ch的两个边缘处的有机半导体层17’变薄，因此沟道区域 ch与源极电极19s和漏极电极19d之间的电阻减小。特别是在根据第三实施例的半导体装置3中，有机半导体层17’具有由第一层35 和覆盖第一层35的第二层37构成的层叠结构。薄膜部分17-2仅由第二层37构成。结果，薄膜部分17-2的厚度在其形成时能够很好地控制到第二层37的厚度。这在沟道区域 ch与源极电极19s和漏极电极19d之间提供了较小且充分可控的间隔，确实有助于减小接触电阻(注入电阻)，其中沟道区域ch与源极电极19s和漏极电极19d之间夹着薄膜部分 17-2。如上所述，根据第三实施例的半导体装置3甚至以比第一实施例更确实的方式提供比第一实施例降低得更多的源极电极19s和漏极电极19d到沟道区域ch的接触电阻(注入电阻)，且同时保证沟道区域ch的适当膜质量。结果，尽管具有虽然提供了源极电极19s 和漏极电极19d与有机半导体层17’之间的可靠接触但其接触电阻迄今一直认为难以减小的顶部接触结构，但是根据第三实施例的半导体装置3仍提供了降低的接触电阻，且同时保持了可靠性，因此有助于改善功能性。《4.第四实施例》〈半导体装置的构造〉图9A和9B是示出根据第四实施例的半导体装置4的构造的截面图和平面图。截面图示出了沿着平面图中的A-A’线剖取的截面。这些图所示的半导体装置4与第三实施例一样具有两层结构的有机半导体层17，。半导体装置4以与根据第三实施例的半导体装置3相同的方式构造，除了源极电极19s和漏极电极19d的边缘相对于栅极电极13以自对齐的方式设置。就是说，以栅极电极13夹设在其间而设置的源极电极19s和漏极电极19d的边缘与栅极电极13的沿着其宽度的边缘对齐。如上所述构造的栅极电极13可采用以下描述的栅极电极13通过后侧曝光获得。〈制造方法〉下面，将参考图IOA至IOE所示的制造工艺图描述根据第四实施例的半导体装置4的制造方法。首先，栅极电极13形成在基板11的顶部上，接着通过执行与在第三实施例中描述的相同的工艺步骤形成栅极绝缘膜15和具有由第一层35和第二层37构成的两层结构的有机半导体层17’，如图IOA所示。然后，电极材料膜19首先以覆盖有机半导体层17’的方式形成在栅极绝缘膜15的顶部上。这里，与有机半导体层17’形成良好欧姆接触的材料选自第一实施例中所列的材料，并且该膜采用所选的材料例如通过真空气相沉积形成。接下来的工艺步骤示出在图IOB的截面图和图IOC的平面图中。截面图示出了沿着平面图中的A-A’线剖取的截面。如这些图所示，负性抗蚀剂膜43首先形成在电极材料膜19的顶部上。然后，抗蚀剂膜43采用栅极电极13作为掩模从基板11侧在后侧上曝光。此时， 曝光掩模45布置在基板11侧，曝光光h通过曝光掩模45照射。曝光掩模45具有与栅极电极13相交的开口部分45a。开口部分4 仅需构造为使得曝光光h辐射为在两侧通过栅极电极13。如果开口部分4 设置为如图所示在栅极电极13的延伸方向上在有机半导体层17’的范围内，则开口部分45a的宽度用作沟道宽度。 这是优选的，因为栅极宽度充分可控。另一方面，如果开口部分4 设置为在栅极电极13 的延伸方向上在有机半导体层17’的范围之外，则有机半导体层17’的宽度用作沟道宽度。由于如上所述通过曝光掩模45的后侧曝光，曝光光h辐射在抗蚀剂膜43的没有被曝光掩模45的开口部分45a中的栅极电极13遮光的区域上，使这些区域变为曝光部分 43a，并且硬化抗蚀剂材料。接下来，如图IOD所示显影抗蚀剂膜43，因此在电极材料膜19上留下没有去除的曝光部分43a作为抗蚀剂图案43a。结果，抗蚀剂图案43a以相对于栅极电极13自对齐的方式形成。接下来，电极材料膜19采用抗蚀剂图案43a作为掩模被图案化蚀刻，如图IOE所示。这从栅极电极13蚀刻且去除了电极材料膜19，因此以相对于栅极电极13自对齐的方式形成由电极材料膜19制成的源极电极19s和漏极电极19d。上面的工艺步骤提供了半导体装置4，其具有参考图9A和9B描述的底栅极和顶部接触结构，并且包括薄膜晶体管。通过上面的工艺步骤获得的如图9A和9B所示构造的半导体装置4具有与第三实施例相同的两层结构的有机半导体层17，。在半导体装置4中，源极电极19s和漏极电极 19d的边缘以相对于栅极电极13自对齐的方式被设置。因此，半导体装置4不仅提供与第三实施例相同的有益效果，而且也提供了下面的特定有益效果。就是说，由于源极电极19s和漏极电极19d的边缘相对于栅极电极13的自对齐设置，根据第四实施例的半导体装置4允许有效地减小栅极电极13与源极电极19s和漏极电极19d之间的寄生电容，因此有助于甚至比根据第三实施例的半导体装置更大地改善功能性。应当注意的是，在第四实施例中，已经描述了源极电极19s和漏极电极19d的边缘相对于栅极电极13的自对齐设置。然而，第四实施例可与第一或第二实施例的构造相结合。如果与第四实施例相结合，则第一或第二实施例可提供由第四实施例获得的附加有益效果。
《5.第五实施例》<显示装置的层构造>图11是应用本发明的显示装置50的三个像素的构造图。显示装置50包括在第一至第四实施例之一中以示例示出的根据本发明的半导体装置。这里，显示装置50例如包括第一实施例中描述的半导体装置1，即包括具有底栅极和顶部接触结构的薄膜晶体管。如图11所示，显示装置50是有源矩阵显示装置，其包括在基板11上的每个像素 ‘a’中的像素电路和有机电致发光元件EL。像素电路采用包括薄膜晶体管(在下文，写成薄膜晶体管1)的半导体装置。有机电致发光元件EL连接到像素电路。其上设置有每个都包括薄膜晶体管1的像素电路的基板11覆盖有钝化膜51，并且平坦化绝缘膜53提供在钝化膜51的顶部上。钝化膜51和平坦化绝缘膜53 二者都具有连接孔51a，其每一个都到达薄膜晶体管1之一。像素电极55设置且形成在平坦化绝缘膜53 的顶部上。该电极55的每一个都通过连接孔51a连接到薄膜晶体管1之一。像素电极55的每一个的周边覆盖有用于隔离的窗口绝缘膜57。隔离的像素电极 55的每一个的顶部都覆盖有不同颜色的有机发光功能层59r、59g和59b之一。此外，有机发光功能层59r、59g和59b覆盖有像素‘a，共享的公用电极61。有机发光功能层59r、59g 和59b的每一个都具有至少包括有机发光层的层叠结构。一个像素与另一个像素的有机发光层在图案上不同。有机发光功能层59r、59g和59b可具有像素共享的层。公用电极61 例如形成为阴极。此外，如果这里制造的显示装置是其中发射光从基板11的相反侧提取的顶发射式的，则公用电极61形成为透光电极。如上所述，有机电致发光元件EL形成在有机发光功能层59r、59g和59b之一夹设在像素电极阳和公用电极61之间的每个像素‘a’处。应当注意的是，尽管没有示出，但是保护层还提供在其上形成有有机电致发光元件EL的基板11之上，其后，密封的基板用粘合剂连接以制造显示装置50。〈显示装置的电路构造〉图12示出了显示装置50的电路构造的示例。应当注意的是，这里所描述的电路构造仅为示例。如图12所示，显示区域Ila和周边区域lib提供在显示装置50的基板11上。在显示区域Ila中，多个扫描线71水平设置，并且多个信号线73垂直设置，且像素‘a’之一提供在扫描线71之一和信号线73之一之间的交叉部的每一个处，因此制作像素阵列部分。 另一方面，在周边区域lib中，设置扫描线驱动电路75和信号线驱动电路77。扫描线驱动电路75扫描且驱动扫描线71。信号线驱动电路77给信号线73提供与亮度信息相当的视频信号(即，输入信号)。在扫描线71之一和信号线73之一之间的每个交叉部处提供的像素电路例如包括转换薄膜晶体管Trl、驱动薄膜晶体管Tr2、保持电容器Cs和有机电致发光元件EL。在显示装置50中，作为扫描线驱动电路75驱动的结果，从信号线73通过转换薄膜晶体管Trl写入的视频信号由保持电容器Cs保持。结果，与保持的信号水平相当的电流从驱动薄膜晶体管Tr2提供到有机电致发光元件EL，而允许该元件EL以与该电流相当的亮度发光。应当注意的是，驱动薄膜晶体管Tr2连接到公用电源线(Vcc) 79。应当注意的是，如上构造的像素电路仅为示例。电容元件或多个晶体管可根据需要提供在像素电路中。另一方面，必要的驱动电路添加到周边区域11b，以适应像素电路的变化。在上述的电路构造中，薄膜晶体管Trl和Tr2的每一个都包括在实施例之一中通过示例示出的根据本发明的薄膜晶体管(半导体装置)。应当注意的是，作为具有上述电路构造的显示装置50的三个像素的截面图，图11示出了薄膜晶体管Tr2和有机电致发光元件EL堆叠区域的截面图。转换薄膜晶体管Trl和电容元件Cs与驱动薄膜晶体管Tr2形成在相同的层中。另一方面，图12示出了薄膜晶体管Trl和Tr2为ρ沟道晶体管的情况。在如上所述构造的显示装置50中，像素电路的每一个都包括如第一至第四实施例所述的具有改善功能性的薄膜晶体管(半导体装置)，因此提供了像素的较高封装密度和较高功能性。应当注意的是，有机EL显示装置在第五实施例中通过示例被示出。然而，根据本发明的显示装置可广泛地适用于采用薄膜晶体管的显示装置，且特别适用于具有连接到像素电极的薄膜晶体管的有源矩阵显示装置，因此提供了相同的有益效果。其中，这样的显示装置的示例为液晶显示装置和电泳显示装置。根据本发明的显示装置如果采用上面的任何显示装置则提供相同的有益效果。《6.第六实施例》根据本发明的电子设备的示例描述在图13至17G中。这里所述的各电子设备例如采用第五实施例中描述的显示装置作为其显示部分。应当注意的是，根据本发明的显示装置(其示例之一在第五实施例中描述)可适用于适合于显示给其提供的或其中产生的视频信号的所有学科(discipline)的电子设备的显示部分。下面将描述应用本发明的这样的电子设备的示例。图13是示出应用本发明的电视机的透视图。根据本应用示例的电视机包括视频显示屏部分101，其由前面板102、滤光片玻璃103和其它部件构成。该电视机通过采用根据本发明的显示装置作为视频显示屏部分101而制造。图14A和14B是示出应用本发明的数字相机的透视图。图14A是正视图，而图14B 是后视图。根据本应用示例的数字相机包括闪光发射部分111、显示部分112、菜单开关 113、快门按钮114和其它部件。该数字相机通过采用根据本发明的显示装置作为显示部分 112而制造。图15是示出应用本发明的膝上个人计算机的透视图。根据本应用示例的膝上个人计算机在主体121中包括适合于输入文字或其它信息操作的键盘122、适合于显示图像的显示部分123以及其它部分。该膝上个人计算机通过采用根据本发明的显示装置作为显示部分123而制造。图16是示出应用本发明的摄像机的透视图。根据本应用示例的摄像机包括主体部分131、提供在前面侧表面上以捕获目标图像的镜头132、摄像开始/停止开关133、显示部分134和其它部分。该摄像机通过采用根据本发明的显示装置作为显示部分134而制造。图17A至17G示出了应用本发明的诸如移动电话的个人数字助理。图17A是处于打开位置的正视图，图17B是其的侧视图，图17C是处于关闭位置的正视图，图17D是左侧视图，图17E是右侧视图，图17F是俯视图，而图17G是仰视图。根据本应用示例的移动电话包括上壳体(enclosure) 141、下壳体142、连接部分(该示例中的铰链)143、显示器144、子显示器145、图片光146、照相机147和其它部分。根据本应用示例的移动电话通过采用根据本发明的显示装置作为显示器144和子显示器145而制造。应当注意的是，具有显示部分的电子设备示出为第六实施例中根据本发明的电子设备的示例。然而，根据本发明的电子设备不仅可应用于具有显示部分的这些电子设备，而且也可应用于结合连接到导电图案的薄膜晶体管的其它电子设备。其中，这样的电子设备的示例为IC标签(tag)和传感器，并且根据本发明的电子设备如果应用到这些电子设备则提供相同的有益效果。本申请包含2010年8月6日提交日本专利局的日本优先权专利申请 JP2010-177798中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。本领域的技术人员应当理解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
权利要求
1.一种半导体装置，包括栅极电极，在基板上；栅极绝缘膜，用于覆盖所述栅极电极；有机半导体层，以沿着所述栅极电极的宽度覆盖所述栅极电极的方式堆叠在所述栅极电极之上，且所述栅极绝缘膜在所述有机半导体层与所述栅极电极之间，所述有机半导体层具有厚膜部分和薄膜部分，所述厚膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的中心，所述薄膜部分比所述厚膜部分薄，并且所述薄膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的两端；以及源极电极和漏极电极，设置为沿着所述栅极电极的宽度以夹置所述栅极电极的状态彼此相对，且所述源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在所述有机半导体层的所述薄膜部分之一上。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述有机半导体层的所述厚膜部分在所述栅极电极的宽度范围内，并且所述薄膜部分从所述厚膜部分沿着所述栅极电极的宽度延伸到外侧。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述有机半导体层包括第一层，提供为在所述栅极电极的宽度范围内；以及第二层，提供为覆盖所述第一层。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述源极电极和漏极电极以到达所述有机半导体层的所述厚膜部分的方式被堆叠。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中在平面图中看时，所述源极电极和漏极电极的端部与所述栅极电极的沿着宽度的边缘对齐。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述有机半导体层的所述厚膜部分具有覆盖有绝缘保护膜的顶表面。
7.一种显示装置，包括薄膜晶体管；以及像素电极，连接到所述薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极电极，在基板上；栅极绝缘膜，用于覆盖所述栅极电极；有机半导体层，以沿着所述栅极电极的宽度覆盖所述栅极电极的方式堆叠在所述栅极电极之上，且所述栅极绝缘膜在所述有机半导体层与所述栅极电极之间，所述有机半导体层具有厚膜部分和薄膜部分，所述厚膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的中心，所述薄膜部分比所述厚膜部分薄，并且所述薄膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的两端；以及源极电极和漏极电极，设置为沿着所述栅极电极的宽度以夹置所述栅极电极的状态彼此相对，且所述源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在所述有机半导体层的所述薄膜部分之一上。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其中所述有机半导体层的所述厚膜部分在所述栅极电极的宽度范围内，并且所述薄膜部分从所述厚膜部分沿着所述栅极电极的宽度延伸到外侧。
9.一种电子设备，包括薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极电极，在基板上；栅极绝缘膜，用于覆盖所述栅极电极；有机半导体层，以沿着所述栅极电极的宽度覆盖所述栅极电极的方式堆叠在所述栅极电极之上，且所述栅极绝缘膜在所述有机半导体层与所述栅极电极之间，所述有机半导体层具有厚膜部分和薄膜部分，所述厚膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的中心，所述薄膜部分比所述厚膜部分薄，并且所述薄膜部分设置在沿着所述栅极电极的宽度的两端；以及源极电极和漏极电极，设置为沿着所述栅极电极的宽度以夹置所述栅极电极的状态彼此相对，且所述源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在所述有机半导体层的所述薄膜部分之一上。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述有机半导体层的所述厚膜部分在所述栅极电极的宽度范围内，并且所述薄膜部分从所述厚膜部分沿着所述栅极电极的宽度延伸到外侧。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置、显示装置和电子设备，该半导体装置包括栅极电极，在基板上；栅极绝缘膜，用于覆盖栅极电极；有机半导体层，以沿着栅极电极的宽度覆盖栅极电极的方式堆叠在栅极电极之上，且栅极绝缘膜在有机半导体层与栅极电极之间，有机半导体层具有厚膜部分和薄膜部分，厚膜部分设置在沿着栅极电极的宽度的中心，薄膜部分比厚膜部分薄，并且薄膜部分设置在沿着栅极电极的宽度的两端；以及源极电极和漏极电极，设置为沿着栅极电极的宽度以夹置栅极电极的状态彼此相对，且源极电极和漏极电极的每一个的端部堆叠在有机半导体层的薄膜部分之一上。
文档编号H01L27/32GK102376892SQ20111021466
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年8月6日
发明者胜原真央 申请人:索尼公司