(57)【要約】【課題】本発明の目的は、移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示す薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置を提供することである。【解決手段】基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が酸化物半導体層であり、前記活性層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記活性層より電気伝導度の低い抵抗層を有し、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する薄膜電界効果型トランジスタ。【選択図】図２
2010067710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が酸化物半導体層であり、前記活性層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記活性層より電気伝導度の低い抵抗層を有し、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記中間層が含有する酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物が、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇｅ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物である請求項１に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記抵抗層は、酸化物半導体層である請求項１又は請求項２に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記活性層の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満であり、且つ、前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０１以上１０１０以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記中間層は、更に酸化物半導体を含有する請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記活性層の電気伝導度が１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である請求項４又は請求項５に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０２以上１０１０以下である請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項８】
前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０２以上１０８以下である請求項７に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項９】
前記活性層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１０】
前記抵抗層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である請求項３〜請求項９のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１１】
前記中間層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である請求項５〜請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１２】
前記活性層の膜厚が前記抵抗層の膜厚より厚い請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
【請求項１３】
前記基板が可撓性樹脂基板である請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタ。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の薄膜電界効果トランジスタを用いた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置に関する。特に活性層にアモルファス酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタおよびそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶やエレクトロルミネッセンス（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）技術等の進歩により、平面薄型画像表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）が実用化されている。特に、電流を通じることによって励起され発光する薄膜材料を用いた有機電界発光素子（以後、「有機ＥＬ素子」と記載する場合がある）は、低電圧で高輝度の発光が得られるために、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で、デバイスの薄型化、軽量化、小型化、および省電力のなどの効果が期待されている。
これらＦＰＤは、ガラス基板上に設けた非晶質シリコン薄膜や多結晶シリコン薄膜を活性層に用いる電界効果型薄膜トランジスタ（以後の説明で、Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、もしくはＴＦＴと記載する場合がある）のアクティブマトリクス回路により駆動されている。
【０００３】
一方、これらＦＰＤのより一層の薄型化、軽量化、耐破損性の向上を求めて、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂基板を用いる試みも行われている。
しかし、上述のシリコン薄膜を用いるトランジスタの製造は、比較的高温の熱工程を要し、一般的に耐熱性の低い樹脂基板上に直接形成することは困難である。
そこで、低温での成膜が可能なアモルファス酸化物、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物を半導体薄膜に用いるＴＦＴの開発が活発に行われている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
アモルファス酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、フイルム上に作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として最近注目を浴びている。特に、東工大・細野らにより、ａ−ＩＧＺＯを用いたＴＦＴは、ＰＥＮ基板上でも電界効果移動度が約１０ｃｍ２／Ｖｓとガラス上のａ−Ｓｉ系ＴＦＴよりも高移動度が報告されて、特にフイルムＴＦＴとして注目されるようになった（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、アモルファス酸化物半導体層は、酸素欠陥を生じ易く、成膜時の雰囲気によって変動し、また、成膜時のプラズマ照射などにより半導体特性が変化すること、あるいは製造後の保存中に性能が変動するなどの問題があった。さらに、アモルファス酸化物半導体層は、パターニングのための酸性エッチング液に浸食され易いという問題があり、フォトリソグラフィー法によるパターニング工程が使えず、高精細のパターニングが困難となる問題があった。
【０００５】
これらの課題を解決するための手段として、例えば、保護層としてアモルファス酸化物絶縁体層を設け、蒸着工程における酸素濃度を厳密に管理し、昇温脱離分析により酸素として観測される脱離ガスを３．８×１０１９個／ｃｍ３以上含むように制御することにより酸素欠陥が制御できるとされている（例えば、特許文献２参照）。また、導入酸素分圧が１×１０−３Ｐａ以下の雰囲気中で半導体層を形成する工程と、この工程の後に、酸化性雰囲気中で熱処理（１５０℃以上４５０℃以下）を行う第二の工程とを含むことにより半導体層形成工程で生じた酸素欠陥を第二工程で修復することにより、酸素欠陥を制御できるとされている（例えば、特許文献３参照）。しかしながら、いずれも酸素欠陥の制御に厳密な工程条件の制御を必要とするため、工程を煩雑にし、装置が大型化し、又、強い熱処理はフイルム（フレキシブル）基板を用いるＴＦＴには適用できない。更に、パターニング工程でのエッチング液耐性、及び製造後の半導体膜の保存安定性の課題は未解決である。
【特許文献１】特開２００６−１６５５２９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６６７１６号公報
【特許文献３】特開２００８−５３３５６号公報
【非特許文献１】ＩＤＷ／ＡＤ’０５、８４５頁−８４６頁（６  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ、２００５）
【非特許文献２】ＮＡＴＵＲＥ、Ｖｏｌ．４３２、４８８頁−４９２頁（２５  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ、２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示すアモルファス酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタを提供することにある。特に、可撓性のある樹脂基板上に作製が可能な高性能の薄膜電界効果型トランジスタを提供することにある。
また、その薄膜電界効果型トランジスタを用いた新規な表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞  基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が酸化物半導体層であり、前記活性層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記活性層より電気伝導度の低い抵抗層を有し、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する薄膜電界効果型トランジスタ。
＜２＞  前記中間層が含有する酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物が、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇｅ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物である＜１＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜３＞  前記抵抗層は、酸化物半導体層である＜１＞又は＜２＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜４＞  前記活性層の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満であり、且つ、前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０１以上１０１０以下である＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜５＞  前記中間層は、更に酸化物半導体を含有する＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜６＞  前記活性層の電気伝導度が１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である＜４＞又は＜５＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜７＞  前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０２以上１０１０以下である＜４＞〜＜６＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜８＞  前記抵抗層の電気伝導度に対する前記活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０２以上１０８以下である＜７＞に記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜９＞  前記活性層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である＜１＞〜＜８＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１０＞  前記抵抗層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である＜３＞〜＜９＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１１＞  前記中間層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である＜５＞〜＜１０＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１２＞  前記活性層の膜厚が前記抵抗層の膜厚より厚い＜１＞〜＜１１＞のいずれかに記載の薄膜電界効果型トランジスタ。
＜１３＞  前記基板が可撓性樹脂基板である＜１＞〜＜１２＞のいずれかに記載の薄膜電界効果トランジスタ。
＜１４＞  ＜１＞〜＜１３＞のいずれかに記載の薄膜電界効果トランジスタを用いた表示装置。
【０００８】
アモルファス酸化物半導体を用いたＴＦＴは、室温成膜が可能であり、可撓性プラスチックフイルムを基板として作製が可能であるので、フイルム（フレキシブル）ＴＦＴの活性層の材料として注目された。特に特開２００６−１６５５２９号公報で開示されているように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物を半導体層（活性層）として用いることにより、電界効果移動度１０ｃｍ２／Ｖｓ、ＯＮ／ＯＦＦ比１０３超の性能を持つＰＥＴ上に形成されたＴＦＴが報告されている。しかしながら、これを例えば表示装置の駆動回路に用いる場合、移動度、ＯＮ／ＯＦＦ比の観点から駆動回路を動作するには性能がまだ不十分であった。
それは、従来の技術では、ＯＦＦ電流を低減させる為に、活性層の電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満にする必要があった。活性層に用いられるアモルファス酸化物半導体は、電子キャリア濃度が下がると電子移動度が下がる傾向があるので、良好なＯＦＦ特性と、高移動度を両立するＴＦＴを形成することが困難であったからである。
更に、酸素欠陥に起因するＴＦＴ性能の変動を制御して安定した性能のＴＦＴを得ること、十分なエッチング液耐性を有し、フォトリソグラフィー法とエッチングによる高精細パターニングを可能にすることが求められた。
【０００９】
本発明者らは、ＴＦＴの電界効果移動度を高め、かつＯＮ／ＯＦＦ比を改良する手段の探索を鋭意進めた。その結果、基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が酸化物半導体層であり、前記活性層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記活性層より電気伝導度の低い抵抗層を有し、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する構成により、課題を解決し得ることを見出し、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、電界効果移動度が高く、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示すＴＦＴおよびそれを用いた表示装置が提供される。更に、安定した性能を有するＴＦＴが提供される。特に、可撓性基板を用いたフイルム（フレキシブル）ＴＦＴとして有用なＴＦＴおよびそれを用いた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】
【００１１】
１．薄膜電界効果型トランジスタ
薄膜電界効果型トランジスタは、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を順次有し、ゲート電極に電圧を印加して、活性層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有するアクテイブ素子である。ＴＦＴ構造として、スタガ構造及び逆スタガ構造いずれをも形成することができる。
【００１２】
本発明の薄膜電界効果型トランジスタは、基板上に、少なくとも、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極及びドレイン電極を有する薄膜電界効果型トランジスタであって、前記活性層が酸化物半導体層であり、前記活性層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一方との間に前記活性層より電気伝導度の低い抵抗層を有し、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する。
好ましくは、中間層は、更に前記酸化物半導体を含有する。
中間層が含有する酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物は、好ましくは、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇｅ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物である。
【００１３】
好ましくは、活性層の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満であり、且つ、抵抗層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）が、１０１以上１０１０以下である。
より好ましくは、活性層の電気伝導度が１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。
より好ましくは、抵抗層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）は、１０２以上１０１０以下であり、更に好ましくは、１０２以上１０８以下である。
好ましくは、活性層の酸化物がアモルファス酸化物である。
好ましくは、抵抗層が酸化物半導体より成る。より好ましくは、抵抗層の酸化物半導体がアモルファス酸化物である。
好ましくは、中間層の酸化物がアモルファス酸化物である。
【００１４】
活性層の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１を下まわると電界効果移動度としては高移動度が得られず、１０２Ｓｃｍ−１以上ではＯＦＦ電流が増加し、良好なＯＮ／ＯＦＦ比が得られないので、好ましくない。
抵抗層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）は、１０１を下まわるとＯＮ／ＯＦＦ比が小さくなるので好ましくなく、１０１０を超えると耐久性が落ちてしまうので好ましくない。
【００１５】
また、動作安定性の観点から、活性層の膜厚が抵抗層の膜厚より厚いことが好ましい。活性層は電流がソース−ドレイン方向に流れる部位であり、十分な厚みが取れない場合に耐久性悪化や歩留まり率低下が起こる可能性がある、という観点から抵抗層より厚いことが好ましい。
より好ましくは、活性層の膜厚／抵抗層の膜厚の比が１を超え１００以下、さらに好ましくは１を超え１０以下である。
【００１６】
また、別の態様として、抵抗層と活性層の間の電気伝導度が連続的に変化している態様も好ましい。
【００１７】
好ましくは、活性層及び抵抗層の酸化物半導体がＩｎ、ＧａおよびＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種若しくはこれらの複合酸化物を含む。より好ましくは、酸化物半導体が前記ＩｎおよびＺｎを含有し、抵抗層のＺｎとＩｎの組成比（Ｉｎに対するＺｎの比率Ｚｎ／Ｉｎで表す）が活性層のＺｎ／Ｉｎ比より大きい。好ましくは、抵抗層のＺｎ／Ｉｎ比が活性層のＺｎ／Ｉｎ比より３％以上大きく、さらに好ましくは、１０％以上大きい。
好ましくは、基板が可撓性樹脂基板である。
【００１８】
１）構造
次に、図面を用いて、詳細に本発明における薄膜電界効果型トランジスタの構造を説明する。
図１は、本発明の薄膜電界効果型トランジスタであって、逆スタガ構造の一例を示す模式図である。基板１がプラスチックフィルムなどの可撓性基板の場合、基板１の一方の面に絶縁層６を配し、その上にゲート電極２、ゲート絶縁膜３、活性層４、中間層５、抵抗層６を積層して有し、その表面にソース電極７−１とドレイン電極７−２が設置される。
【００１９】
該構成では、抵抗層６は中間層５を形成後に、中間層５の上に成膜される。従って、抵抗層の成膜工程で、活性層４がプラズマ照射あるいはその時のガス成分を直接的に浴びることがない。中間層５の構成材料は、活性層４の酸化物半導体より酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物であり、酸化あるいは酸素原子の膜への侵入あるいは脱酸素などに対して安定であり、抵抗層成膜時の条件によって活性層の酸素欠陥が変動し半導体特性が変動するのを抑制する機能を有する。これらの抑制効果は、その後のソース電極、および、ドレイン電極の成膜工程に対しても活性層の半導体特性を安定に保つよう作用する。
【００２０】
また、活性層４はゲート絶縁膜３に接し、抵抗層６はソース電極７−１およびドレイン電極７−２に接する。ゲート電極に電圧が印加されていない状態での活性層４の電気伝導度が抵抗層６の電気伝導度より大きくなるように、活性層４および抵抗層６の組成が決定される。ここで、活性層には、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている酸化物半導体、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体を用いる。これらの酸化物半導体は、電子キャリア濃度が高いほど、電子移動度が高くなることが知られている。つまり、電気伝導度が大きいほど、電子移動度が高い。
本発明における構造によれば、薄膜電界効果型トランジスタがゲート電極に電圧が印加されたＯＮの状態では、チャネルとなる活性層４が大きい電気伝導度を有しているため、トランジスタの電界効果移動度は高くなり、高ＯＮ電流が得られる。ＯＦＦの状態では抵抗層６の電気伝導度が小さく、高抵抗であることから、ＯＦＦ電流が低く保たれるために、ＯＮ／ＯＦＦ比特性が極めて改良される。
【００２１】
従来の抵抗層を有しない構成では、ＯＦＦ電流を低減するために、活性層のキャリア濃度を下げる必要があった。特開２００６−１６５５２９号公報によれば、良好なＯＮ／ＯＦＦ比を得るには、活性層のアモルファス酸化物半導体の伝導度を低減する為に、電子キャリア濃度を１０１８／ｃｍ３未満、より好ましくは１０１６／ｃｍ３未満にすることが開示されている。しかし、特開２００６−１６５５２９号公報の図２に示されるように、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の酸化物半導体では、電子キャリア濃度を下げると膜の電子移動度が減少しまう。
その為に、ＴＦＴの電界効果移動度で１０ｃｍ２／Ｖｓ以上を得ることができず、充分なＯＮ電流を得ることができない。そのため、ＯＮ／ＯＦＦ比も充分な特性が得られない。
また、膜の電子移動度を上げるために、活性層の酸化物半導体の電子キャリア濃度を上げると、活性層の電気伝導度が増し、ＯＦＦ電流が増加し、ＯＮ／ＯＦＦ比特性は悪くなる。
【００２２】
図２は、本発明の薄膜電界効果型トランジスタの別の構成を示す模式図である。ゲート絶縁膜１３上に、活性層４及び中間層１５が形成され、パターニングされてソース電極１７−１およびドレイン電極１７−２が設けられ、チャネルを形成するソース電極１７−１とドレイン電極１７−２に挟まれた領域に抵抗層１６を配置する。
該構成では、ソース電極およびドレイン電極は中間層１５を形成後に、中間層１５の上に成膜される。従って、ソース電極およびドレイン電極の成膜工程で、活性層１４がプラズマ照射あるいはその時のガス成分を直接的に浴びることがない。中間層１５の構成材料は、活性層１４の酸化物半導体より酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物であり、酸化あるいは酸素原子の膜への侵入あるいは脱酸素などに対して安定であり、活性層成膜後の工程条件により、活性層の酸素欠陥が変動し、半導体特性が変動するのを抑制する機能を有する。これらの抑制効果は、その後の抵抗層の成膜工程に対しても作用し、活性層の半導体特性を安定に保つことができる。
更に、中間層１５は、フォトリソグラフィー法によるエッチング液に対しするバリア層の機能を果たし、エッチング液により活性層が浸食されるのを防止する効果を有する。従って、ソース電極およびドレイン電極のパターニングをフォトリソグラフィー法によって行うことが出来るため、高精細パターニングが可能となる。
【００２３】
図２の構成では、ゲート電極に電圧が印可されてチャネルが形成されＯＮ状態になった場合、チャネルとなる活性層１４が大きい電気伝導度を有しているため、トランジスタの電界効果移動度は高くなり、高ＯＮ電流が得られる。ゲート電極に電圧が印可されておらず、チャネルが形成されていないＯＦＦ状態では、ソース電極１７−１およびドレイン電極１７−２と活性層１４との間に電気抵抗の大きな抵抗層１６が介在することによって、ＯＦＦ電流が低く保たれるために、ＯＮ／ＯＦＦ比特性が極めて改良される。
【００２４】
図３は、本発明の薄膜電界効果型トランジスタの別の構成であって、逆スタガ構造の一例を示す模式図である。ゲート絶縁膜２３上に、活性層２４が形成され、パターニングされてソース電極２７−１およびドレイン電極２７−２が設けられ、チャネルを形成するソース電極２７−１とドレイン電極２７−２に挟まれた領域に中間層２５及び抵抗層２６を配置する。
【００２５】
該構成では、抵抗層２６は中間層２５を形成後に、中間層２５の上に成膜される。従って、抵抗層２６の成膜工程で、活性層２４がプラズマ照射あるいはその時のガス成分を直接的に浴びることがない。中間層２５の構成材料は、活性層２４の酸化物半導体より酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物であり、酸化あるいは酸素原子の膜への侵入あるいは脱酸素などに対して安定であり、抵抗層成膜時の条件によって活性層の酸素欠陥が変動し半導体特性が変動するのを抑制する機能を有する。
【００２６】
ゲート電極に電圧が印可されてチャネルが形成されＯＮ状態になった場合、チャネルとなる活性層２４が大きい電気伝導度を有しているため、トランジスタの電界効果移動度は高くなり、高ＯＮ電流が得られる。ゲート電極に電圧が印可されておらず、チャネルが形成されていないＯＦＦ状態では、チャネルを形成するソース電極２７−１とドレイン電極２７−２との間に電気抵抗の大きな抵抗層２６が介在することによって、ＯＦＦ電流が低く保たれるために、ＯＮ／ＯＦＦ比特性が極めて改良される。
【００２７】
２）電気伝導度
本発明における活性層及び抵抗層の酸化物半導体の電気伝導度について説明する。
電気伝導度とは、物質の電気伝導のしやすさを表す物性値であり、物質のキャリア濃度ｎ、電荷素量をｅ、キャリア移動度μとすると物質の電気伝導度σは以下の式で表される。
σ＝ｎｅμ
酸化物半導体がｎ型半導体である時はキャリアは電子であり、キャリア濃度とは電子キャリア濃度を、キャリア移動度とは電子移動度を示す。同様に酸化物半導体がｐ型半導体ではキャリアは正孔であり、キャリア濃度とは、正孔キャリア濃度を、キャリア移動度とは正孔移動度を示す。尚、物質のキャリア濃度とキャリア移動度とは、ホール測定により求めることができる。
【００２８】
＜電気伝導度の求め方＞
厚みが分かっている膜のシート抵抗を測定することにより、膜の電気伝導度を求めることができる。半導体の電気伝導度は温度により変化するが、本文記載の電気伝導度は、室温（２０℃）での電気伝導度を示す。
【００２９】
３）ゲート絶縁膜
ゲート絶縁膜としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２等の絶縁体、又はそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜として用いることができる。
【００３０】
ゲート絶縁膜の膜厚としては１０ｎｍ〜１０００ｎｍが好ましい。ゲート絶縁膜はリーク電流を減らす、電圧耐性を上げる為に、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかし、ゲート絶縁膜の膜厚を厚くすると、ＴＦＴの駆動電圧の上昇を招く結果となる。そ１００ｎｍ〜２００ｎｍである。
高分子絶縁体だと０．５μｍ〜５μｍで用いられることが、より好ましい。特に、ＨｆＯ２のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜に用いると、膜厚を厚くしても、低電圧でのＴＦＴ駆動が可能であるので、特に好ましい。
【００３１】
４）活性層、抵抗層
本発明に用いられる活性層及び抵抗層には、酸化物半導体を用いることが好ましい。特にアモルファス酸化物半導体がさらに好ましい。酸化物半導体、特にアモルファス酸化物半導体は、低温で成膜可能である為に、プラスチックのような可撓性のある樹脂基板に作製が可能である。低温で作製可能な良好なアモルファス酸化物半導体としては、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されているような、Ｉｎを含む酸化物、ＩｎとＺｎを含む酸化物、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを含有する酸化物であり、組成構造としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）のものが好ましいことが知られている。これらは、キャリアが電子のｎ型半導体である。もちろん、ＺｎＯ・Ｒｈ２Ｏ３、ＣｕＧａＯ２、ＳｒＣｕ２Ｏ２のようなｐ型酸化物半導体を活性層及び抵抗層に用いても良い。
【００３２】
具体的に本発明に係るアモルファス酸化物半導体は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏを含み構成され、結晶状態における組成がＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍは６未満の自然数）で表されるアモルファス酸化物半導体が好ましい。特に、ＩｎＧａＺｎＯ４がより好ましい。この組成のアモルファス酸化物半導体の特徴としては、電気伝導度が増加するにつれ、電子移動度が増加する傾向を示す。また、電気伝導度を制御するには、成膜中の酸素分圧により制御が可能であることが特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。
もちろん、活性層及び抵抗層には酸化物半導体だけではなく、Ｓｉ、Ｇｅなどの無機半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体、ペンタセン、ポリチオフェン等の有機半導体材料、カーボンナノチューブ等にも適応可能である。
【００３３】
＜活性層及び抵抗層の電気伝導度＞
本発明における活性層は、ゲート絶縁膜に近接し、ソース電極及びドレイン電極に近接する抵抗層より高い電気伝導度を有することを特徴とする。
好ましくは、抵抗層の電気伝導度に対する活性層の電気伝導度の比率（活性層の電気伝導度／抵抗層の電気伝導度）は、１０１以上１０１０以下であり、より好ましくは、１０２以上１０１０以下であり、さらに好ましくは、１０２以上１０８以下である。好ましくは、前記活性層の電気伝導度が１０−４Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。より好ましくは１０−１Ｓｃｍ−１以上１０２Ｓｃｍ−１未満である。
抵抗層の電気伝導度は、好ましくは１０−２Ｓｃｍ−１以下、より好ましくは１０−９Ｓｃｍ−１以上１０−３Ｓｃｍ−１以下である。
【００３４】
＜活性層と抵抗層の膜厚＞
活性層の膜厚は、１ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０ｎｍ〜１００ｎｍである。
抵抗層の膜厚は、１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは２ｎｍ〜８０ｎｍ、更に好ましくは、５ｎｍ〜５０ｎｍである。
本発明に於いては、活性層の膜厚が抵抗層の膜厚より厚いことが好ましい。より好ましくは、活性層の膜厚／抵抗層の膜厚比が１を越え１００以下、さらに好ましくは１を越え１０以下である。
活性層の膜厚／層の膜厚比が１以下では、電流を流す活性層が抵抗層に比べて小さいため通電時の耐久性の点で好ましくなく、１００を越えると抵抗層の効果が不十分になりＯＮ／ＯＦＦ比が小さくなるので好ましくない。
【００３５】
上記の構成の活性層及び抵抗層を用いることにより、移動度が１０ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上の高い移動度のＴＦＴで、ＯＮ／ＯＦＦ比が１０６以上のトランジスタ特性を実現できる。
【００３６】
＜電気伝導度の調整手段＞
電気伝導度の調整手段としては、活性層及び抵抗層が酸化物半導体である場合は下記の手段を挙げることが出来る。
【００３７】
（１）酸素欠陥による調整
酸化物半導体において、酸素欠陥ができると、キャリア電子が発生し、電気伝導度が大きくなることが知られている。よって、酸素欠陥量を調整することにより、酸化物半導体の電気伝導度を制御することが可能である。酸素欠陥量を制御する具体的な方法としては、成膜中の酸素分圧、成膜後の後処理時の酸素濃度と処理時間等がある。ここでいう後処理とは、具体的に１００℃以上の熱処理、酸素プラズマ、ＵＶオゾン処理がある。これらの方法の中でも、生産性の観点から成膜中の酸素分圧を制御する方法が好ましい。成膜中の酸素分圧を調整することにより、酸化物半導体の電気伝導度の制御ができることは、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されており、本手法を利用することができる。
【００３８】
（２）組成比による調整
酸化物半導体の金属組成比を変えることにより、電気伝導度が変化することが知られている。例えば、ＩｎＧａＺｎ１−ＸＭｇＸＯ４において、Ｍｇの比率が増えていくと、電気伝導度が小さくなることが、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。また、（Ｉｎ２Ｏ３）１−Ｘ（ＺｎＯ）Ｘの酸化物系において、Ｚｎ／Ｉｎ比が１０％以上では、Ｚｎ比率が増加するにつれ、電気伝導度が小さくなることが報告されている（「透明導電膜の新展開ＩＩ」シーエムシー出版、Ｐ．３４−３５）。これら組成比を変える具体的な方法としては、例えば、スパッタによる成膜方法においては、組成比が異なるターゲットを用いる。または、多元のターゲットにより、共スパッタし、そのスパッタレートを個別に調整することにより、膜の組成比を変えることが可能である。  
【００３９】
（３）不純物による調整
酸化物半導体に、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｕ，Ｃｄ，Ｃ，Ｎ，又はＰ等の元素を不純物として添加することにより、電子キャリア濃度を減少させること、つまり電気伝導度を小さくすることが可能であることが、特開２００６−１６５５２９号公報に開示されている。不純物を添加する方法としては、酸化物半導体と不純物元素とを共蒸着により行う、成膜された酸化物半導体膜に不純物元素のイオンをイオンドープ法により行う等がある。
【００４０】
（４）酸化物半導体材料による調整
上記（１）〜（３）においては、同一酸化物半導体系での電気伝導度の調整方法を述べたが、もちろん酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度を変えることができる。例えば、一般的にＳｎＯ２系酸化物半導体は、Ｉｎ２Ｏ３系酸化物半導体に比べて電気伝導度が小さいことが知られている。このように酸化物半導体材料を変えることにより、電気伝導度の調整が可能である。特に電気伝導度の小さい酸化物材料としては、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＭｇＯ、又はＨｆＯ３等の酸化物絶縁体材料が知られており、これらを用いることも可能である。
電気伝導度を調整する手段としては、上記（１）〜（４）の方法を単独に用いても良いし、組み合わせても良い。
【００４１】
＜活性層及び抵抗層の形成方法＞
活性層及び抵抗層の成膜方法は、酸化物半導体の多結晶焼結体をターゲットとして、気相成膜法を用いるのが良い。気相成膜法の中でも、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）が適している。さらに、量産性の観点から、スパッタリング法が好ましい。
【００４２】
例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法により、真空度及び酸素流量を制御して成膜される。酸素流量が多いほど電気伝導度を小さくすることができる。
【００４３】
成膜した膜は、周知のＸ線回折法によりアモルファス膜であることが確認できる。
また、膜厚は触針式表面形状測定により求めることができる。組成比は、ＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析法により求めることができる。
【００４４】
５）中間層
本発明に於ける中間層は、活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する。金属元素と酸素との結合力は、「透明導電膜の技術」（日本学術振興会編）、１００頁、「透明酸化物」（光・電子材料−第１６６委員会編、オーム社）や「透明酸化物機能材料とその応用」（細野秀雄監修，平野正浩著、シーエムシー出版）、１０４頁に、酸素との結合エネルギーとして定義されている明確な物理値である。
【００４５】
本発明に於ける中間層は、活性層と抵抗層との間に配置される。ＴＦＴ素子の構成によっては、活性層の成膜後に抵抗層の成膜工程が続いたり、あるいは、ソース電極およびドレイン電極の成膜工程が続き、いずれの工程でもＲＦマグネトロンスパッタリング法などの成膜手段が用いられ、該手段では被成膜面に成膜時にプラズマが照射され、これらの工程が種々の酸素分圧雰囲気下で行われる。酸化物半導体、特にアモルファス酸化物半導体より成る膜は、該条件に曝されると表面の酸素欠陥が条件によって減少もしくは増加するため、半導体特性が著しく影響される。本発明に於ける酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層は、その酸素との強い結合力によってスパッタ工程の影響を受けず、安定にその酸素との結合状態を維持するので、下層に位置する活性層に対する影響も防止することができる。従って、活性層の半導体特性を安定に保つ効果を有する。
【００４６】
活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物は、好ましくは、Ｂａ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｇｅ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物であり、より好ましくは、Ｇａ、Ｍｇ、Ａｌ、及びＳｉを含む群より選ばれる元素の少なくとも１つを含む酸化物であり、更に好ましくはＧａ又はＭｇを含む酸化物である。
【００４７】
活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物の具体例として、下記に列挙される酸化物あるが、本発明はこれらの酸化物に限定される訳ではない。
ＢａＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＧｅＯ、ＳｉＯ
【００４８】
活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物としては、その他にも「透明導電膜の技術」（日本学術振興会編）、「透明酸化物」（光・電子材料−第１６６委員会編、オーム社）や「透明酸化物機能材料とその応用」（細野秀雄監修，平野正浩著、シーエムシー出版）に記載の酸化物を用いることができる。
【００４９】
本発明に於ける中間層は、更に酸化物半導体を含有するのが好ましい。中間層に用いられる酸化物半導体は、活性層の酸化物半導体として説明された酸化物半導体を用いることが出来る。中間層に用いられる酸化物半導体は、活性層と同一材料であっても異なってもよい。また、中間層に用いられる酸化物半導体は、抵抗層の酸化物半導体として説明された酸化物半導体を用いることが出来る。中間層に用いられる酸化物半導体は、抵抗層と同一材料であっても異なってもよい。
【００５０】
中間層に於ける酸化物半導体と活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物との含有比率（酸化物半導体／活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物）は、容積比で５／９５〜９５／５が好ましく、より好ましくは、１０／９０〜９０／１０であり、更に好ましくは、２０／８０〜８０／２０である。
５／９５未満では、活性層の酸化物半導体材料の比率が少ないため、より酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物成膜のダメージを、直接活性層に与えてしまう点で好ましくなく、９５／５を越えると中間層を構成する酸化物半導体材料が活性層を構成する酸化物半導体材料の構成に近づいてしまい中間層の効果が減少する点で好ましくない。
【００５１】
例えば、酸化物半導体がＩＧＺＯであり、活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物がＧａ２Ｏ３で或る場合、酸化物半導体／活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物の比が容積比で５／９５〜９５／５とすると、得られるＩｎとＧａの原子比率は、それぞれ、２％／９８％〜４６％／５４％となる。
【００５２】
本発明に於ける中間層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍである。より好ましくは、２ｎｍ〜１００ｎｍ、更に好ましくは、３ｎｍ〜５０ｎｍである。
１ｎｍ未満では、中間層として薄いため抵抗層の成膜時の影響が出てしまう点で好ましくなく、２００ｎｍを越えるとソース、および、ドレイン電極から活性層までの物理的な距離が大きくなりすぎて電流を流すのに不利になる点で好ましくない。
【００５３】
本発明に於ける活性層と中間層の厚みの相対関係は、活性層の膜厚が中間層の膜厚がより厚いことが好ましい。より好ましくは、活性層の膜厚／中間層の膜厚比が０．１を越え１００以下、さらに好ましくは１以上１０以下である。
活性層の膜厚／中間層の膜厚比が０．１以下では、電流を流す活性層が中間層に比べて小さいため通電時の耐久性の点で好ましくなく、１００を越えると好ましい活性層膜厚に対して中間層の膜厚が薄すぎるため成膜時ダメージ防止が不十分となる点で好ましくない。
【００５４】
６）ゲート電極
本発明におけるゲート電極としては、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ゲート電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、更に好ましくは、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００５５】
ゲート電極の成膜法は特に限定されることはなく、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、ＩＴＯを選択する場合には、直流あるいは高周波スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。またゲート電極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００５６】
７）ソース電極及びドレイン電極
本発明におけるソース電極及びドレイン電極材料として、例えば、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｕ、またはＡｇ等の金属、Ａｌ−Ｎｄ、ＡＰＣ等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられる。
ソース電極及びドレイン電極の厚みは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、更に好ましくは、４０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００５７】
ソース電極及びドレイン電極のパターニング法として、従来、公知の種々の手段を用いることができる。例えば、フォトリソグラフィー法にエッチングを組みあわせた方法、フォトリソグラフィー法にリフトオフ法を組みあわせた方法、メタルマスクによる方法、あるいは印刷やインクジェット方式などが知られている。精細なパターンを形成するには、フォトリソグラフィー法にエッチングを組みあわせた方法、及びフォトリソグラフィー法にリフトオフ法を組みあわせた方法が好ましい。
【００５８】
図４にフォトリソグラフィー法とリフトオフ法によるパターニングの工程を模式図で示す。基板の上にゲート電極及びゲート絶縁膜を設けた上に、（１）活性層として酸化物半導体層をスパッタリング蒸着法により成膜する。この上に、（２）フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する。続いて、（３）全面にソース・ドレイン電極膜を成膜する。該工程もスパッタリング法が用いられる。最後に、（４）アルカリ液などによりレジストを溶解し、レジストとともに該箇所のソース・ドレイン電極膜が除去する。この結果、残存部分にソース電極及びドレイン電極が形成される。
以上の説明から明らかなように、リフトオフ法の場合、ソース・ドレイン電極膜を成膜する工程で、活性層のチャネル形成領域はレジストで保護されている。しかしながら、パターニング法では、レジスト除去された端面がそのまま残存するため、端部の形状が均一でなく、高精細のパターン形成には限界がある。
【００５９】
一方、図５に示すフォトリソグラフィー法とエッチング法によるパターニング方法では、リフトオフ法と同様に、（１）活性層を成膜後、（２）全面にソース・ドレイン電極膜を成膜する。該工程もスパッタリング蒸着法が用いられる。この上に、（３）フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する。次に、（４）レジストで保護されていない箇所のソース・ドレイン電極膜をエッチング液により溶解除去する。最後に（５）アルカリ液などによりレジストを溶解する。この結果、ソース電極及びドレイン電極が形成される。
【００６０】
以上の説明から明らかなように、エッチング法によるパターニング方法では少なくとも２つの問題がある。
１つは、（２）ソース・ドレイン電極膜の成膜工程で、活性層がプラズマ照射等のダメージを受け、半導体特性が劣化してしまうことである。
２つ目の問題は、エッチング工程でソース・ドレイン電極がエッチングされた後に活性層がエッチング液に接触するのを避けることが困難であることである。酸化物半導体は一般にソース・ドレイン電極材料のＩＴＯやＡｌ等に比べてエッチング速度が速いので、ソース・ドレイン電極のエッチング条件でエッチング液に接触すると速やかに浸食されてしまうからである。
【００６１】
本発明による中間層は、この２つの課題を同時に解決することができる。即ち、図６に示すように、ソース・ドレイン電極膜の成膜工程（３）では、活性層の表面が中間層により保護されているため、プラズマ照射等のダメージを受けない。また、エッチング工程（５）では、ソース・ドレイン電極がエッチングされた後においても、活性層は中間層によって隔離されているため、エッチング液に直接接触することがない。
従って、本発明によれば、フォトリソグラフィー法とエッチングによるパターニング法を採用することが出来るので、高精細パターニングが可能となる。
【００６２】
８）基板
本発明に用いられる基板は特に限定されることはなく、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れていることが好ましい。
【００６３】
本発明においては特に可撓性基板が好ましく用いられる。可撓性基板に用いる材料としては、透過率の高い有機プラスチックフィルムが好ましく、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等のプラスチックフィルムを用いることができる。また、フィルム状プラスチック基板には、絶縁性が不十分の場合は絶縁層、水分や酸素の透過を防止するためのガスバリア層、フィルム状プラスチック基板の平坦性や電極や活性層との密着性を向上するためのアンダーコート層等を備えることも好ましい。
【００６４】
ここで、可撓性基板の厚みは、５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚みを５０μｍ未満とした場合には、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚みを５００μｍよりも厚くした場合には、基板自体を自由に曲げることが困難になる、すなわち基板自体の可撓性が乏しくなるためである。
【００６５】
９）保護絶縁膜
必要によって、ＴＦＴ上に保護絶縁膜を設けても良い。保護絶縁膜は、活性層または抵抗層の半導体層を大気による劣化から保護する目的や、ＴＦＴ上に作製される電子デバイスと絶縁する目的がある。
【００６６】
その具体例としては、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、又はＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、又はＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
【００６７】
保護絶縁膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、又は転写法を適用できる。
【００６８】
１０）後処理
必要によって、ＴＦＴの後処理として、熱処理を行っても良い。熱処理としては、温度１００℃以上で、大気下または窒素雰囲気下で行う。熱処理を行う工程としては、半導体層を成膜後でも良いし、ＴＦＴ作製工程の最後に行っても良い。熱処理を行うことにより、ＴＦＴの特性の面内バラつきが抑制される、駆動安定性が向上する等の効果がある。
【００６９】
２．表示装置
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特に平面薄型表示装置（Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）に好ましく用いられる。より好ましくは、基板に有機プラスチックフィルムのような可撓性基板を用いたフレキシブル表示装置に用いられる。特に、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、移動度が高いことから有機ＥＬ素子を用いた表示装置、フレキシブル有機ＥＬ表示装置に最も好ましく用いられる。
【００７０】
３．有機ＥＬ素子
本発明における有機ＥＬ素子は、発光層の他に、正孔輸送層、電子輸送層、ブロック層、電子注入層、および正孔注入層などの従来知られている有機化合物層を有しても良い。
【００７１】
以下、詳細に説明する。
１）層構成
＜電極＞
本発明における有機電界発光層の一対の電極は、少なくとも一方は透明電極であり、もう一方は背面電極となる。背面電極は透明であっても、非透明であっても良い。
＜有機化合物層の構成＞
前記有機化合物層の層構成としては、特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、前記透明電極上に又は前記背面電極上に形成されるのが好ましい。この場合、有機化合物層は、前記透明電極又は前記背面電極上の前面又は一面に形成される。
有機化合物層の形状、大きさ、および厚み等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００７２】
具体的な層構成として、下記が挙げられるが本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
・陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／陰極、
・陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層／電子注入層／陰極。
【００７３】
以下に各層について詳細に説明する。
２）正孔輸送層
本発明に用いられる正孔輸送層は正孔輸送材を含む。前記正孔輸送材としては正孔を輸送する機能、もしくは陰極から注入された電子を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば特に制限されることはなく用いることが出来る。本発明に用いられる正孔輸送材としては、低分子正孔輸送材、および高分子正孔輸送材のいずれも用いることができる。
本発明に用いられる正孔輸送材の具体例として、例えば以下の材料を挙げることができる。
【００７４】
カルバゾ−ル誘導体、イミダゾ−ル誘導体、ポリアリ−ルアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリ−ルアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、及びポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。
これらは、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００７５】
正孔輸送層の厚みとしては、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。
【００７６】
３）正孔注入層
本発明おいては、正孔輸送層と陽極の間に正孔注入層を設けることができる。
正孔注入層とは、陽極から正孔輸送層に正孔を注入しやすくする層であり、具体的には前記正孔輸送材の中でイオン化ポテンシャルの小さな材料が好適用いられる。例えばフタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物、及びスターバースト型トリアリールアミン化合物等を挙げることができ、好適に用いることができる。
正孔注入層の膜厚は、１ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【００７７】
４）発光層
本発明に用いられる発光層は、少なくとも一種の発光材料を含み、必要に応じて正孔輸送材、電子輸送材、ホスト材を含んでもよい。
本発明に用いられる発光材料としては特に限定されることはなく、蛍光発光材料または燐光発光材料のいずれも用いることができる。発光効率の点から燐光発光材料が好ましい。
【００７８】
蛍光発光材料としては、例えばベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳香族ジメチリデン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、及びポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらは１種または２種以上を混合して用いることができる。
【００７９】
燐光発光材料としては特に限定されることはないが、オルトメタル化金属錯体、又はポルフィリン金属錯体が好ましい。
【００８０】
上記オルトメタル化金属錯体とは、例えば山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」１５０頁〜２３２頁、裳華房社（１９８２年発行）やＨ．Ｙｅｒｓｉｎ著「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｐｈｉｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｃｏｏｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、７１頁〜７７頁、１３５頁〜１４６頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社（１９８７年発行）等に記載されている化合物群の総称である。該オルトメタル化金属錯体を発光材料として発光層に用いることは、高輝度で発光効率に優れる点で有利である。
【００８１】
上記オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては、種々のものがあり、上記文献にも記載されているが、その中でも好ましい配位子としては、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、及び２−フェニルキノリン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有してもよい。また、上記オルトメタル化金属錯体は、上記配位子のほかに、他の配位子を有していてもよい。
【００８２】
本発明で用いるオルトメタル化金属錯体は、Ｉｎｏｒｇ  Ｃｈｅｍ．，１９９１年，３０号，１６８５頁、同１９８８年，２７号，３４６４頁、同１９９４年，３３号，５４５頁、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，１９９１年，１８１号，２４５頁、Ｊ．Ｏｒｇａｎｏｍｅｔ．Ｃｈｅｍ．，１９８７年，３３５号，２９３頁、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９８５年，１０７号，１４３１頁等、種々の公知の手法で合成することができる。
上記オルトメタル化錯体の中でも、三重項励起子から発光する化合物が本発明においては発光効率向上の観点から好適に使用することができる。
【００８３】
また、ポルフィリン金属錯体の中ではポルフィリン白金錯体が好ましい。
燐光発光材料は１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、蛍光発光材料と燐光発光材料を同時に用いてもよい。
【００８４】
ホスト材とは、その励起状態から、蛍光発光材料または燐光発光材料へエネルギー移動を起こし、その結果、蛍光発光材料または燐光発光材料を発光させる機能を有する材料のことである。
【００８５】
ホスト材としては、励起子エネルギーを発光材料にエネルギー移動させることのできる化合物ならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、具体的にはカルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾ−ル）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、及びポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。これらの化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
ホスト材の発光層における含有量としては２０質量％〜９９．９質量％が好ましく、さらに好ましくは５０質量％〜９９．０質量％である。
【００８６】
５）ブロック層
本発明においては、発光層と電子輸送層との間にブロック層を設けることができる。ブロック層とは発光層で生成した励起子の拡散抑制する層であり、また正孔が陰極側に突き抜けることを抑制する層である。
【００８７】
ブロック層に用いられる材料は、電子輸送層より電子を受け取り、発光層にわたす事のできる材料で有れば特に限定されることはなく、一般的な電子輸送材を用いることができる。例えば以下の材料を挙げることができる。トリアゾ−ル誘導体、オキサゾ−ル誘導体、オキサジアゾ−ル誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマ−、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマ−、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、及びポリフルオレン誘導体等の高分子化合物を挙げることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００８８】
６）電子輸送層
本発明においては電子輸送材を含む電子輸送層を設けることができる。
電子輸送材としては電子を輸送する機能、もしくは陽極から注入された正孔を障壁する機能のいずれかを有しているもので有れば制限されることはなく、前記ブロック層の説明時に挙げた電子輸送材を好適に用いることができる。
前記電子輸送層の厚みとしては、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。
【００８９】
前記厚みが、１０００ｎｍを越えると駆動電圧が上昇することがあり、１０ｎｍ未満であると該発光素子の発光効率が非常に低下する可能性があり好ましくない。
【００９０】
７）電子注入層
本発明おいては、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を設けることができる。
電子注入層とは、陰極から電子輸送層に電子を注入しやすくする層であり、具体的にはフッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム等のリチウム塩、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属塩、酸化リチウム、酸化アルミニウム、酸化インジウム、又は酸化マグネシウム等の絶縁性金属酸化物等を好適に用いることができる。
電子注入層の膜厚は０．１ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００９１】
８）基板
有機ＥＬ素子に用いられる基板の材料としては、水分を透過させない材料又は水分透過率の極めて低い材料が好ましく、また、前記有機化合物層から発せられる光を散乱乃至減衰等のさせることのない材料が好ましい。具体的例として、例えばＹＳＺ（ジルコニア安定化イットリウム）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレ−ト、ポリブチレンテレフタレ−ト、ポリエチレンナフタレ−ト等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリエ−テルスルホン、ポリアリレ−ト、アリルジグリコ−ルカ−ボネ−ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の合成樹脂等の有機材料、などが挙げられる。
前記有機材料の場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、又は低吸湿性等に優れていることが好ましい。これらの材料は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００９２】
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、前記形状としては、板状である。前記構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
【００９３】
基板は、無色透明であってもよいし、有色透明であってもよいが、前記発光層から発せられる光を散乱あるいは減衰等させることがない点で、無色透明であるのが好ましい。
【００９４】
基板には、その表面又は裏面（前記透明電極側）に透湿防止層（ガスバリア層）を設けるのが好ましい。前記透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。該透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
基板には、さらに必要に応じて、ハ−ドコ−ト層、およびアンダ−コ−ト層などを設けてもよい。
【００９５】
９）電極
有機ＥＬ素子における電極は、いずれが陽極であっても陰極であっても構わないが、好ましくは第１電極が陽極であり、第２電極が陰極である。
【００９６】
＜陽極＞
有機ＥＬ素子に用いられる陽極としては、通常、前記有機化合物層に正孔を供給する陽極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【００９７】
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、有機導電性化合物、またはこれらの混合物を好適に挙げられ、仕事関数が４．０ｅＶ以上の材料が好ましい。具体例としては、アンチモンやフッ素等をド−プした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の半導性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ルなどの有機導電性材料、およびこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。  
【００９８】
陽極は例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、該陽極の形成は、直流あるいは高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレ−ティング法等に従って行うことができる。また陽極の材料として有機導電性化合物を選択する場合には湿式製膜法に従って行うことができる。
【００９９】
陽極の前記発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。
【０１００】
なお、前記陽極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【０１０１】
陽極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５０μｍであり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
陽極の抵抗値としては、１０３Ω／□以下が好ましく、１０２Ω／□以下がより好ましい。
陽極は、無色透明であっても、有色透明であってもよく、該陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。この透過率は、分光光度計を用いた公知の方法に従って測定することができる。
【０１０２】
陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シ−・エム・シ−刊（１９９９）に詳述があり、これらを本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスチック基材を用いる場合は、ＩＴＯまたはＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で製膜した陽極が好ましい。
【０１０３】
＜陰極＞
有機ＥＬ素子に用いることの出来る陰極としては、通常、前記有機化合物層に電子を注入する陰極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極の中から適宜選択することができる。
【０１０４】
陰極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられ、仕事関数が４．５ｅＶ以下のものが好ましい。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、又はＣｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、及びイッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
【０１０５】
これらの中でも、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、又はアルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属との合金若しくは混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
【０１０６】
陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されていて、これらを本発明に適用することができる。
【０１０７】
陰極の形成法は、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コ−ティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式、などの中から前記材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って前記基板上に形成することができる。
例えば、前記陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
【０１０８】
陰極のパタ−ニングは、フォトリソグラフィ−などによる化学的エッチングにより行ってもよいし、レ−ザ−などによる物理的エッチングにより行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法により行ってもよい。
【０１０９】
陰極の有機電界発光素子における形成位置としては、特に制限はなく、該発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、有機化合物層上に形成されるのが好ましい。この場合、該陰極は、前記有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と有機化合物層との間に前記アルカリ金属又は前記アルカリ土類金属のフッ化物等による誘電体層を０．１ｎｍ〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。
【０１１０】
陰極の厚みとしては、前記材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍであり、２０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。
陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、前記陰極の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚みに薄く製膜し、更に前記ＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
【０１１１】
１０）保護層
有機ＥＬ素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
【０１１２】
保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、又は転写法を適用できる。
【０１１３】
１１）封止
さらに、有機ＥＬ素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。
水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、および酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、及びシリコーンオイル類が挙げられる。
【０１１４】
１２）素子の製造方法
有機ＥＬ素子を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、ディッピング、スピンコ−ト法、ディップコ−ト法、キャスト法、ダイコ−ト法、ロ−ルコ−ト法、バ−コ−ト法、グラビアコ−ト法等の湿式製膜法いずれによっても好適に製膜することができる。
中でも発光効率、耐久性の点から乾式法が好ましい。湿式製膜法の場合、残存する塗布溶媒が発光層を損傷させるので好ましくない。
特に好ましくは、抵抗加熱式真空蒸着法である。抵抗加熱式真空蒸着法は、真空下で加熱により蒸散させる物質のみを効率的に加熱できるので、素子が高温に曝されないのでダメージが少なく有利である。
【０１１５】
真空蒸着とは真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱させ気化もしくは昇華して、少し離れた位置に置かれた被蒸着物の表面に付着させ、薄膜を形成するというものである。蒸着材料、被蒸着物の種類により、抵抗加熱、電子ビーム、高周波誘導、レーザーなどの方法で加熱される。この中で最も低温で成膜を行うのが抵抗加熱式の真空蒸着法であり、昇華点の高い材料は成膜できないが、低い昇華点の材料であれば、被蒸着材料への熱ダメージがほとんど無い状態で成膜を行うことができる。
【０１１６】
本発明における封止膜材料は、抵抗加熱式の真空蒸着で成膜し得ることを特徴とする。
従来用いられてきた酸化シリコン等の封止剤は昇華点が高く、抵抗加熱で蒸着することは不可能であった。また、公知例に一般的に記載されているイオンプレーティング式などの真空蒸着法は、蒸着元部が数千℃と超高温となるため、被蒸着材料に熱的な影響を与えて変質させるため、特に熱や紫外線の影響を受けやすい有機ＥＬ素子の封止膜の製造方法としては適していない。
【０１１７】
１３）駆動方法
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
【０１１８】
有機ＥＬ素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
【０１１９】
（応用）
本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、液晶やＥＬ素子を用いた画像表示装置、特にＦＰＤのスイッチング素子、駆動素子として用いることができる。特に、フレキシブルＦＰＤ装置のスイッチング素子、駆動素子として用いるのが適している。さらに本発明の電界効果型薄膜トランジスタを用いた表示装置は、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明を含む広い分野で幅広い分野で応用される。
また、本発明の電界効果型薄膜トランジスタは、表示装置以外にも、有機プラスチックフィルムのような可撓性基板上に本発明の電界効果型薄膜トランジスタを形成し、ＩＣカードやＩＤタグなどに幅広く応用が可能である。
【実施例】
【０１２０】
以下に、本発明の薄膜電界効果型トランジスタについて、実施例により説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【０１２１】
実施例１
１．ＴＦＴ素子の作製
１）本発明のＴＦＴ素子１の作製
図２に示す断面構成のＴＦＴ素子を作製した。
基板としては、無アルカリガラス板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）を用いた。純水１５分→アセトン１５分→純水１５分の順で超音波洗浄を行った前記基板上に、ＳｎＯ２含有率が１０質量％である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）タ−ゲット（インジウム：錫＝９５：５（モル比））を用いて、ＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）により、ゲート電極としてのＩＴＯ薄膜（厚み３０ｎｍ）を形成した。ゲート電極ＩＴＯのパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
【０１２２】
次にゲート電極上に、下記のゲート絶縁膜の形成を行った。
ゲート絶縁膜：ＳｉＯ２をＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法（条件：ターゲットＳｉＯ２、成膜温度５４℃、スパッタガスＡｒ／Ｏ２＝１２／２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４００Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて１００ｎｍ形成し、ゲート絶縁膜を設けた。ゲート絶縁膜ＳｉＯ２のパターニングには、スパッタ時にシャドウマスクを用いることにより行った。
【０１２３】
この上に、順に、下記の活性層、中間層、ソース電極及びドレイン電極、及び抵抗層を成膜した。
（１）活性層
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、Ａｒ流量９７ｓｃｃｍ、Ｏ２流量１．６ｓｃｃｍ、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力０．４Ｐａの条件で行った。厚みは５０ｎｍであった。
（２）中間層
ＩｎＧａＺｎＯ４の組成を有する多結晶焼結体とＧａ２Ｏ３のそれぞれをターゲットとして２元共蒸着を、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により行った。各ターゲットの条件を調整してそれぞれの蒸着速度を制御し、ＩｎＧａＺｎＯ４とＧａ２Ｏ３の比率が容積比で８５／１５となるように成膜した。厚みは１０ｎｍであった。
得られた中間層のＩｎとＧａの原子比率は２０／３０であった。
【０１２４】
（３）ソース電極及びドレイン電極の形成
上記抵抗層の上にソース電極及びドレイン電極としてＡｌを４００ｎｍの厚みにＲＦマグネトロンスパッタ（条件：成膜温度４３℃、スパッタガスＡｒ＝１２ｓｃｃｍ、ＲＦパワー４０Ｗ、成膜圧力０．４Ｐａ）にて、蒸着した。
下記によりフォトリソグラフィー法によりレジストを形成し、エッチング処理を行った。
＜レジスト形成＞
レジストはスピンコータで塗布し、膜厚は１μｍとした。レジスト膜を形成後、９０℃でベークした。
＜エッチング条件＞
エッチングはリン酸硝酸混合液を用いて液温３５℃で行った。
【０１２５】
エッチング完了後、アルカリ性溶解液でレジストを溶解し、除去して、ソース電極及びドレイン電極を形成した。
【０１２６】
（４）抵抗層
Ｇａ２Ｏ３をターゲットとして、ＲＦマグネトロンスパッタ真空蒸着法により、厚み１０ｎｍに蒸着した。Ａｒ流量９７ｓｃｃｍ、Ｏ２流量５ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａの条件で行った。
【０１２７】
２）本発明のＴＦＴ素子２〜５の作製
ＴＦＴ素子１の作製と同様にして、但し、中間層と抵抗層の組成のみを下記に変更して、本発明のＴＦＴ素子２〜５を作製した。
＜ＴＦＴ素子２＞
中間層：ＴＦＴ素子１と同様に、ＩｎＧａＺｎＯ４とＧａ２Ｏ３の比率が容積比で８５／１５となるように成膜した。厚みは５ｎｍであった。
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍに蒸着した。
＜ＴＦＴ素子３＞
中間層：ＴＦＴ素子１と同様に、ＩｎＧａＺｎＯ４とＧａ２Ｏ３の比率が容積比で７５／２５となるように成膜した。厚みは１０ｎｍであった。
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍに蒸着した。
＜ＴＦＴ素子４＞
中間層：ＴＦＴ素子１と同様に、ＩｎＧａＺｎＯ４とＧａ２Ｏ３の比率が容積比で８５／１５となるように成膜した。厚みは１０ｎｍであった。
抵抗層：ＭｇＯを厚み１０ｎｍに蒸着した。
＜ＴＦＴ素子５＞
中間層：ＩｎＧａＺｎＯ４とＭｇＯの比率が容積比で８５／１５となるように成膜した。厚みは１０ｎｍであった。
抵抗層：ＭｇＯを厚み１０ｎｍに蒸着した。
【０１２８】
３）比較のＴＦＴ素子１〜５の作製
ＴＦＴ素子１の作製と同様にして、但し、中間層を除き、抵抗層として下記の組成を用いて、比較のＴＦＴ素子１〜５を作製した。
＜比較のＴＦＴ素子１＞
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍに蒸着した。
＜比較のＴＦＴ素子２＞
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み２０ｎｍに蒸着した。
＜比較のＴＦＴ素子３＞
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍに蒸着した。
更に、活性層の厚みを６０ｎｍに変更した。
＜比較のＴＦＴ素子４＞
抵抗層：ＭｇＯを厚み１０ｎｍに蒸着した。
＜比較のＴＦＴ素子５＞
抵抗層：ＴＦＴ素子１と同様に、Ｇａ２Ｏ３を厚み１０ｎｍに蒸着した。
更に、活性層の厚みを５ｎｍに変更した。
【０１２９】
２．膜物性の測定
上記ＴＦＴ素子の製造条件とそれぞれ同一条件で、無アルカリガラス基板（コーニング社、品番ＮＯ．１７３７）に直接これらの層を１００ｎｍ設けた物性測定用サンプルを作製した。これらの物性測定用サンプルの電気伝導度を測定した。
−電気伝導度の測定方法−
物性測定用サンプルの電気伝導度は、サンプルの測定されたシート抵抗と膜厚から計算し求めた。ここで、シート抵抗をρ（Ω／□）、膜厚をｄ（ｃｍ）とすると、電気伝導度σ（Ｓｃｍ−１）は、σ＝１／（ρ＊ｄ）として算出される。
本実施例において、物性測定用サンプルのシート抵抗１０７Ω／□未満の領域ではロレスタ−ＧＰ（三菱化学社製）、シート抵抗１０７Ω／□以上の領域ではハイテスタ−ＵＰ（三菱化学社製）を用いて２０℃の環境下で行った。物性測定用サンプルの膜厚測定には触針式表面形状測定器ＤｅｋＴａｋ−６Ｍ（ＵＬＶＡＣ社製）を用いた。
【０１３０】
−組成比の測定方法−
物性測定用サンプルの組成比のＲＢＳ（ラザフォード後方散乱）分析により、組成比を求めた。また、アモルファス膜であることは周知のＸ線回折法による分析により、確認できた。
【０１３１】
得られた結果を表１に示した。
【０１３２】
【表１】
2010067710.tif 000003
【０１３３】
３．性能評価
１）評価方法
得られた各ＴＦＴ素子について、飽和領域ドレイン電圧Ｖｄ＝１５Ｖ（ゲート電圧−１０Ｖ≦Ｖｇ≦１５Ｖ）でのＴＦＴ伝達特性の測定を行った。ＴＦＴ伝達特性の測定は、半導体パラメータ・アナライザー４１５６Ｃ（アジレントテクノロジー社製）を用いて行った。
図７は、これらの素子のＴＦＴ伝達特性を示す電流−電圧特性曲線である。横軸はゲート電圧（Ｖｇ）、縦軸はドレイン電流（Ｉｄ）である。ゲート電圧０Ｖ付近に最小電流値を発生する電圧（Ｖｏｎ）があり、その後ゲート電圧の増加と共に電流値が増大するパターンを示す。該パターンの場合、十分ＯＮ／ＯＦＦ比を発現することができ、表示装置の駆動ＴＦＴとして利用可能である。
【０１３４】
−ＯＮ／ＯＦＦ比の算出方法−
ＯＮ／ＯＦＦ比はＴＦＴ伝達特性からドレイン電流Ｉｄにおける最大値Ｉｄｍａｘと最小値Ｉｄｍｉｎとの比Ｉｄｍａｘ／Ｉｄｍｉｎから求められる。
一方、図８は、ゲート電圧の走査範囲内では、ＯＦＦ電流とＯＮ電流に識別性がなく、表示装置の駆動ＴＦＴとして利用することができない。本願における実施例で「動作せず」と評価されたＴＦＴは、ＯＮ／ＯＦＦ比が＜１０３と、極めて小さいものであって、このようなパターンを有している。
【０１３５】
−電界効果移動度の算出方法−
飽和領域における電界効果移動度μは、ＴＦＴ伝達特性から次式で求められる。
μ＝（２Ｌ／Ｗ＊Ｃｏｘ）＊（∂Ｉｄ１／２／∂Ｖｇ）
ここで、Ｌはチャネル長、Ｗはチャネル幅、Ｃｏｘはゲート絶縁膜の静電容量、Ｉｄはドレイン電流、Ｖｇはゲート電圧を示す。
【０１３６】
得られた結果を表２に示した。
【０１３７】
【表２】
2010067710.tif 000004
【０１３８】
本発明のＴＦＴ素子１〜５はいずれも明確に識別されたＯＮ電圧（Ｖｏｎ）を示し、高いＯＮ／ＯＦＦ比を示した。一方、比較のＴＦＴ素子１，２において素子１〜４はいずれもＯＮ電流が高く、ＯＮ／ＯＦＦ機能を果たすことの出来ないＴＦＴ伝達特性を示した。
また、比較のＴＦＴ素子５は測定によっては、低いＯＮ電流値で高いＯＮ／ＯＦＦ比を示したが、歩留まり率が明らかに低く、素子によっては全く動作せずの場合もあった。活性層の厚みが５ｎｍと薄いため、ゲート絶縁膜との境界面でゲート絶縁膜の凹凸の影響を受け、活性層の厚みが均一に成膜することが出来ないためと推定される。
【０１３９】
また、本発明の構成では、活性層の電気伝導度を抵抗層の電気伝導に対して１０１以上高く、優れたＯＮ／ＯＦＦ比をもたらしている。
【０１４０】
以上に明らかなように、本発明による活性層として酸化物半導体層、活性層より電気伝導度の高い抵抗層、前記活性層と前記抵抗層との間に前記活性層の酸化物半導体よりも酸素との結合力の強い元素種を含む酸化物を含有する中間層を有する構成によって、電界効果移動度が大きくかつＯＮ／ＯＦＦ比が高い予想外に優れた性能を示すことが見出された。
【０１４１】
実施例２
１．本発明のＴＦＴ素子６の作製
本発明のＴＦＴ素子１の作製において、基板にはポリエチレンナフタレートフィルムの両面に下記バリア機能を持つ絶縁層を有するバリア付きフイルムを用いた。前記バリアフイルム上に形成するゲート電極をＩＴＯ３０ｎｍよりＭｏ４０ｎｍに変更し、本発明のＴＦＴ素子６を作製した。Ｍｏの成膜は実施例１と同様の条件にて行った。
【０１４２】
上記バリア機能を持つ絶縁層にＳｉＯＮを用いた。絶縁層ＳｉＯＮの成膜条件は以下である。  
絶縁層：ＳｉＯＮを５００ｎｍの厚みに蒸着した。ＳｉＯＮの蒸着にはＲＦマグネトロンスパッタリング蒸着法（スパッタリング条件：ターゲットＳｉ３Ｎ４、ＲＦパワー４００Ｗ、ガス流量Ａｒ／Ｏ２＝１２／３ｓｃｃｍ、成膜圧力０．４５Ｐａ）を用いた。
【０１４３】
２．性能評価
実施例１と同様に、ＴＦＴ素子性能を評価した結果、本発明のＴＦＴ素子６は、ガラス上に作製した本発明のＴＦＴ素子１と同等の電界移動度、ＯＮ／ＯＦＦ比を示した。このことより、本発明のＴＦＴ素子は、有機プラスチックフィルムからなる可撓性基板上においても高移動度、高ＯＮ／ＯＦＦ比を示すことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明のＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図２】本発明の別の態様のＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図３】本発明の別の態様のＴＦＴ素子構造を示す模式図である。
【図４】リフトオフ法によるソース・ドレイン電極のパターニング工程を示す模式図である。
【図５】エッチング法によるソース・ドレイン電極のパターニング工程を示す模式図である。
【図６】本発明のＴＦＴ素子におけるエッチング法によるソース・ドレイン電極のパターニング工程を示す模式図である。
【図７】ＴＦＴの伝達特性曲線の模式図であって、ＯＮ／ＯＦＦ比が明確に発現している例である。横軸はゲート電圧（Ｖｇ）を表し、縦軸はＩｓｄ（ソース・ドレイン間電流）を表す。
【図８】ＴＦＴの伝達特性曲線の模式図であって、ＯＮ／ＯＦＦ比が識別不可の例である。
【符号の説明】
【０１４５】
１，１１，２１：基板
２，１２，２２：ゲート電極
３，１３，２３：ゲート絶縁膜
４，１４，２４：活性層
５，１５，２５：活性層
６，１６，２６：抵抗層
７−１，１７−１，２７−１ソース電極
７−２，１７−２，２７−２：ドレイン電極
【図５】
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【図６】
2010067710.tif 000006
【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７】
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【図８】
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