(57)【要約】【課題】  ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との密着性を改善し、ソース電極およびドレイン電極と電子材料層との接触抵抗が低い薄膜トランジスタを高い良品率で実現することを目的とする。【解決手段】  薄膜トランジスタであって、基板１０と、前記基板の上に設けられたゲート電極１１と、前記ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜１２と、前記ゲート絶縁膜の上に、前記ゲート絶縁膜に接して、所定の間隔を隔てて設けられたソース電極１５およびドレイン電極１４であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくとも一方が、金属と金属酸化物２１とを含有する、ソース電極およびドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜の上の、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の間隔に設けられた電子材料層１３とを有する薄膜トランジスタが提供される。【選択図】  図１
2007134546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜トランジスタであって、
基板と、
前記基板の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に、前記ゲート絶縁膜に接して、所定の間隔を隔てて設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくとも一方が、金属と金属酸化物とを含有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜の上の、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の間隔に設けられた電子材料層と
を有する薄膜トランジスタ。
【請求項２】
前記金属が金である、請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
【請求項３】
前記金属酸化物が、アルミニウム、シリコン、銅、クロム、チタン、銀、亜鉛、インジウム、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、モリブデンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属の酸化物である、請求項１の薄膜トランジスタ。
【請求項４】
前記金属酸化物が、前記金属中に分散されている、請求項１〜３に記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子材料を用いた薄膜トランジスタ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器用のフラットディスプレイの普及が目覚しい。このうち液晶ディスプレイは、液晶の光シャッター機能によりバックライトの光をｏｎ／ｏｆｆ制御し、カラーフィルターを用いて色彩を得る。これに対し、有機ＥＬディスプレイ（あるいは有機ＬＥＤディスプレイ）では各画素が個々に発光する（すなわち、自発光する）。このため、有機ＥＬディスプレイは、視野角が広いという利点があるばかりでなく、バックライトが不要であることから薄型化が可能になり、かつフレキシブルな基板上に形成が可能である等、多くの利点を持っている。このため、有機ＥＬディスプレイは次世代のディスプレイとして期待されている。
【０００３】
これらのディスプレイパネルの駆動方式は、大別して２つの種類に分けることができる。第一の駆動方式は、パッシブマトリックス型（あるいは、デューティー駆動方式、単純マトリックス方式）と呼ばれているものである。これは、複数のストライプ電極が行と列にマトリックス状に組み合わされ、行電極と列電極のそれぞれの交点に位置する画素を行電極と列電極に加えた駆動信号により発光させる。発光制御のための信号は、通常、行方向には１行毎に時系列で走査され、同一行の各列には同時に印加される。各画素には通常はアクティブ素子を設けず、行の走査周期のうち各行のデューティー期間にのみ発光制御するようにした方式である。
【０００４】
第二の駆動方式は、各画素にスイッチング素子を持ち、行の走査周期内にわたって発光が可能なアクティブマトリックス型と呼ばれるものである。例えば、１００行×１５０列のパネル全面を１００Ｃｄ／ｍ２の表示輝度で発光させる場合を想定する。この場合、アクティブマトリックス型では各画素は基本的に常時発光しているため、画素の面積率や各種の損失を考慮しない場合には、１００Ｃｄ／ｍ２で発光させれば良い。しかし、パッシブマトリックス型で同じ表示輝度を得ようとすると、各画素を駆動するデューティー比が１／１００になり、そのデューティー期間（選択期間）のみが発光時間となるため、発光時間内の発光輝度を１００倍の１００００Ｃｄ／ｍ２とする必要がある。
【０００５】
ここで、発光輝度を増すためには発光素子に流す電流を増大させればよい。しかし、例えば有機ＥＬ発光素子においては電流を増大させるとともに発光効率が低下することが知られている。この効率の低下により、アクティブマトリックス型の駆動方式とパッシブマトリックス型の駆動方式を同じ表示輝度で比較した場合、パッシブマトリクス型では相対的に消費電力が大きくなる。また、有機ＥＬ素子に流す電流を増すと、発熱等による材料の劣化が生じやすく、表示装置の寿命が短くなるという不都合がある。一方、これらの効率および寿命の観点から最大電流を制限すると、同じ表示輝度を得るために発光期間を長くする必要が生じる。しかしながら、パッシブマトリックス型駆動方式での発光時間を定めるデューティー比はパネルの行数の逆数であることから、発光期間の延長は、表示容量（駆動ライン数）の制限に結びつく。これらの点から、大面積、高精細度のパネルを実現するにはアクティブマトリックス型の駆動方式を用いる必要があった。通常のアクティブマトリックス駆動の基本回路として、図２に示されるように薄膜トランジスタをスイッチング素子として用いた方式が知られている。
【０００６】
大面積、高精細度に適したアクティブマトリックス型の駆動方式では、画素のスイッチング素子としてポリシリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が最も広く用いられている（特許文献１、特開2003-255857号公報）。しかしながら、例えば、ポリシリコンを用いるＴＦＴを形成するプロセス温度は少なくとも２５０℃以上の高温であり、フレキシブルなプラスチック基板を用いることが困難である問題点がある。
【０００７】
こういった従来のディスプレイパネルが有する種々の問題点に対処するため、従来から有機薄膜トランジスタ素子を用いる事が提案されている。
【０００８】
例えば特許文献２（WO01/15233号）には有機薄膜トランジスタにより画素の駆動制御を行う事が開示されている。この開示によれば、駆動素子が有機材料により構成されるため、低温での製造プロセスが可能であり、従ってフレキシブルなプラスチック基板を用いることが可能となる。また、安価な材料やプロセスを選定できるため低コスト化も可能となる。
【０００９】
有機薄膜トランジスタの代表的な構造は図３に示すようなボトムコンタクトと呼ばれるもの、図４に示すようなトップコンタクトと呼ばれるもの、および図５に示すトップゲートと呼ばれるものに大別される。ボトムコンタクトにおいては、ゲート絶縁膜上にソース電極とドレイン電極が直接、あるいは接着層を介して形成され、その後、有機電子材料層が形成される。一方、トップコンタクトにおいてはゲート絶縁膜上に有機電子材料層が形成された後、その上にソース電極とドレイン電極が形成される。これら２つはゲートが基板側に形成される（ボトムゲート）。一方で、トップゲート構造においてはゲートが膜表面側に形成される。この構造は特に有機電子材料層がアモルファスで表面が平滑なポリマー系材料の場合に多く用いられている。いずれの場合もゲート電極に印加されるゲート電圧により、有機電子材料層のゲート絶縁膜に接した部分に電荷が誘起され、その電荷がソース電極とドレイン電極の間に印加された電圧により移動することにより電流が流れる。このソース電極とドレイン電極の間の電流経路はチャネルと呼ばれるものである。チャネルは、通常ゲート絶縁膜に接した有機電子材料層の数分子層の極薄い部分に形成される。すなわち、電荷が流れるチャネル経路の厚さは数分子長さと言われ、例えば代表的有機電子材料であるペンタセンの場合は、分子長さは約１．５ｎｍである事から、チャネル経路の厚さは約５ｎｍと推定される。
【００１０】
これらの薄膜トランジスタは、ガラスやプラスチックを基板とし、ゲート電極としては、各種の金属薄膜が多く用いられる。具体的には、従来、アルミニウム、タンタル、金、クロム等の金属薄膜が多く用いられており、これらが、真空蒸着やスパッタなどの方法により形成される。また、これらのゲート電極に接して、各種酸化物や高分子よりなるゲート絶縁膜が、スパッタ、ＣＶＤ、塗布などの方法により形成される。また、ゲート電極が金属の場合は、これを適切な方法で酸化、もしくは陽極酸化し、その酸化膜をゲート絶縁膜とすることもできる。
【００１１】
【特許文献１】特開2003-255857号公報
【特許文献２】WO01/15233号パンフレット／特表2003-508797号公報
【非特許文献１】「化学便覧  基礎編  改訂５版」ｐ．II−６０９、日本化学会編、丸善株式会社（平成１６年２月）
【非特許文献２】「半導体デバイスの物理」、浜口智尋、谷口研二著、朝倉書店（１９９０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このような薄膜トランジスタにおいては以下の問題があった。すなわち、上記の素子構造のうち、図４に示したトップコンタクト構造では、ソース電極とドレイン電極は有機電子材料層の上に形成されるが、一般に有機電子材料層はフォトリソグラフのプロセスに耐えないため、蒸着のシャドウマスクにより、これらの電極のパターニングが行われる。このためチャネル長を３０μｍより小さくすることは技術的に困難である。この理由から、素子を小型集積化するには図３のボトムコンタクト構造か、図５のトップゲート構造による。これらの構造においては、ソース電極とドレイン電極はゲート絶縁膜上（ボトムコンタクトの場合）か、直接、基板上（トップゲートの場合）に形成される。
【００１３】
一方、ソース電極、ドレイン電極の材料としては、従来、金が最も多く用いられている。これは化学的な安定性に加えて、有機電子材料のほとんどが正孔輸送性であり、金の仕事関数が約５．１ｅＶ（非特許文献１、化学便覧）と大きいことから有機電子材料への正孔注入性が優れていることによるものである。しかしながら、一般に金薄膜を別材料上に形成した場合の密着性は小さく、薄膜形成後のパターニングプロセス等で剥離しやすいという問題点があった。これを改善する目的で、例えば密着性に優れたクロムやチタンの接着層を用いることも可能であり、広く行われているものである（図６）。しかしながら、前述のように、ゲート絶縁膜に接した有機電子材料層の数分子層の極薄い部分に形成されることから、この構成によると、有機電子材料のチャネルに接するのは接着層の部分が多くなり、電極から有機電子材料への電荷注入が阻害されることとなる。すなわち電極と有機電子材料との接触抵抗が大きくなるという不具合が生じる。このため、金薄膜をソース電極、ドレイン電極として用いる場合には、接着層を用いることなくゲート絶縁膜に密着させる方策が望まれていた。
【００１４】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との密着性を改善し、ソース電極およびドレイン電極と電子材料層との接触抵抗が低い薄膜トランジスタを高い良品率で実現する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一の側面によると、薄膜トランジスタであって、
基板と、
前記基板の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に、前記ゲート絶縁膜に接して、所定の間隔を隔てて設けられたソース電極およびドレイン電極であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極の少なくとも一方が、金属と金属酸化物とを含有する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート絶縁膜の上の、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の間隔に設けられた電子材料層と
を有する薄膜トランジスタが提供される。
【発明の効果】
【００１６】
以下に詳細に説明するように、本発明によれば、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との密着性を改善し、ソース電極およびドレイン電極と電子材料層との接触抵抗が低い薄膜トランジスタを高い良品率で実現する手段を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施の形態によって、限定されるものではない。
【００１８】
上記したように、本発明によると、薄膜トランジスタであって、基板１０と、ゲート電極１１と、ゲート絶縁膜１２と、ソース電極１５およびドレイン電極１４と、電子材料層１３とを有するトランジスタが提供される。図１に、本発明にかかる薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。本発明にかかる薄膜トランジスタにおいては、ゲート電極の電位により制御可能に、ソース電極とドレイン電極との間に、ゲート絶縁膜に接した電子材料層を介して（チャネル１６を介して）電流を流すことができる。
【００１９】
本発明にかかる薄膜トランジスタは、基板を有する。基板として、各種のガラス基板の他、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高分子フィルムを用いることが出来る。基板の厚さは、例えば０．０５〜２ｍｍとすることができる。
【００２０】
本発明にかかる薄膜トランジスタは、前記基板の上に設けられたゲート電極をさらに有する。本明細書において、「上に」は、基板に対して電子材料層のある向きを意図する。また、基板の上にゲート電極を設けるとは、基板の上にゲート電極を直接設ける場合の他、基板の上に、何らかの層を介してゲート電極を設ける場合も含む。その他の部材に関しても同様である。
【００２１】
ゲート電極の材料には、いずれの金属も適用可能であるが、材料コスト、薄膜形成のしやすさ、基板への密着性、大気中での安定性などを勘案して決定される。以上の観点から望ましい金属として、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、銅、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデンなどが挙げられるが、それらに限定されるものではない。ゲート電極の厚さは、例えば８０ｎｍとすることができる。
【００２２】
例えば、ガラス基板上に、アルミニウムよりなるゲート電極を形成することができる。このゲート電極の形成は、例えば真空蒸着やスパッタなどの一般的な方法にて容易に行う事が可能である。この際、必要に応じてシャドウマスクやフォトプロセスによりパターニングを行う。例えば、予めフォトレジストによりゲート電極を設ける領域を限定し、その後フォトレジストを剥離するか、あるいは、薄膜形成後、フォトレジストを塗布し、露光現像後、適切なエッチング液等により不要部分を除去する事でパターニングを行うことが可能である。
【００２３】
本発明にかかる薄膜トランジスタは、前記ゲート電極の上に設けられたゲート絶縁膜をさらに有する。ゲート絶縁膜として、各種金属酸化物、例えばシリコン、アルミ、タンタル、チタン、ストロンチウム、バリウムなどの酸化物、これらの金属の陽極酸化膜、これら酸化物の混合酸化物を用いることが可能である。これらの材料の薄膜は、スパッタ、反応性蒸着等の方法で形成可能である。また、ゲート電極に用いた金属を大気中酸化や陽極酸化などの方法で酸化する事によっても形成する事が出来る。また、ゲート絶縁膜として、高分子材料、例えばポリスチレン、ポリビニールアルコール、ポリビニールフェノール、アクリルなどのポリマー材料も用いることが出来る。これらの材料薄膜は適当な溶剤に溶解して塗布する事により得る事が可能である。特に金属酸化物は高分子材料に比して誘電率が高い材料が多く、トランジスタを比較的低電圧で駆動することが可能であるという特徴を有する。これに対し高分子材料は比較的誘電率が低いため、高速応答性がよいという特徴がある。また、高分子材料中に高誘電率の酸化物粒子を分散する事により薄膜の実効誘電率を上げる事も可能である。ゲート絶縁膜の厚さは、例えば１００ｎｍとすることができる。
【００２４】
ゲート電極上に、例えばＳｉＯ２よりなるゲート絶縁膜を形成する場合、この薄膜形成とパターニングも、ゲート電極と同様に、スパッタやフォトリソグラフにより容易に行う事が出来る。
【００２５】
本発明にかかる薄膜トランジスタは、前記ゲート絶縁膜の上に、前記ゲート絶縁膜に接して、所定の間隔を隔てて設けられたソース電極およびドレイン電極をさらに有する。前記ソース電極１５および前記ドレイン電極１４の少なくとも一方が、金属と金属酸化物２１とを含有する。一般に金属酸化物はゲート絶縁膜との密着性が高いため、これらを金薄膜に含有させることにより薄膜全体の密着性が改善される。
【００２６】
前記金属酸化物が、前記金属中に分散されていることが好ましい。すなわち、当該金属酸化物は金属とゲート絶縁膜の密着性を向上させる機能を持つものであり、その機能に限れば、例えばゲート絶縁膜上に金属酸化物層、金属層を順次積層する事によっても満足させる事は可能である。しかしながら、当該金属はソース電極、もしくはドレイン電極として電子材料層、特に図１のチャネル１６と電気的に接触している事が求められ、かつ一般にチャネル１６はゲート絶縁膜上の極薄い層に形成されるため、実質的には金属がゲート絶縁膜の直上に存在するよう構成される事が望まれる。つまり、密着性と電極としての電気的機能の両方を満足する事は、金属中に金属酸化物を分散する事で初めて実現される。なお、「分散されている」とは、当該物質（金属酸化物）が分散媒体（金属）中に離散物として存在し、かつ分散媒体の物理的連続性が保持されている状態を指す。また、金属酸化物が上記金属中に分散されていることは、以下のように測定することができる。すなわち、前記定義に従い、金属酸化物が分散された金属の電気伝導度が有限の値として確保されている事（絶縁物となっていない事）をもって測定する事が可能である。
【００２７】
前記金属が金であることが好ましい。上記したように、化学的な安定性に加えて、有機電子材料のほとんどが正孔輸送性であり、金の仕事関数が約５．１ｅＶ（非特許文献１、化学便覧）と大きいことから有機電子材料への正孔注入性が優れていることによるものである。
【００２８】
また、前記金属酸化物が、アルミニウム、シリコン、銅、クロム、チタン、銀、亜鉛、インジウム、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、タンタル、ニオブ、モリブデンおよびこれらの組み合わせからなる群から選ばれる少なくとも一つの金属の酸化物であることが好ましい。すなわち、アルミニウム（４．３ｅＶ）、シリコン（４．９ｅＶ）、銅（４．７ｅＶ）、クロム（４．５ｅＶ）、チタン（４．３ｅＶ）、銀（４．２ｅＶ）、亜鉛（４．９ｅＶ）、インジウム（４．１ｅＶ）、ニッケル（５．２ｅＶ）、コバルト（５．０ｅＶ）、ジルコニウム（４．１ｅＶ）、タンタル（４．３ｅＶ）、ニオブ（４．３ｅＶ）、モリブデン（４．６ｅＶ）は容易に酸化物が得られ、また金属としての仕事関数が概ね４．１ｅＶより大きく（括弧内の仕事関数の数値：非特許文献１、化学便覧）、電極膜内に金属として混入した場合も電気的特性への影響が小さいという特徴がある。
【００２９】
金属（好ましくは金）に対する金属酸化物の比率の最適値は金属酸化物により異なるが、金属（好ましくは金）が、主成分であることが好ましい。本明細書において、「主成分である金属」とは、ソース電極またはドレイン電極において、当該金属が、体積比において最も多い成分であることを意図する。より具体的には、金属酸化物の比率は、ソース電極またはドレイン電極の全体積に対して、凡そ３体積％〜５０体積％が望ましく、１０体積％〜４０体積％がさらに望ましい。ソース電極および／またはドレイン電極とゲート絶縁膜と密着性を確保するために、好ましくは３体積％以上、さらに好ましくは１０体積％以上である事が望まれる。一方で、薄膜としての導電率を確保し電極としての機能を発揮させるとともに、好ましくは５０体積％以下、さらに好ましくは４０体積％以下である事が望まれる。なお、金属酸化物の比率が大きくなると、端面粗さが大きくなりチャネル長さのばらつきが大きくなる可能性があるが、これを避ける点からも、好ましくは５０体積％以下、さらに好ましくは４０体積％以下である事が望まれる。
【００３０】
なお、ソース電極およびドレイン電極中の金属および金属酸化物の比率（体積比）は、以下のように測定できる。すなわち、一般の化学分析や、特性Ｘ線測定により元素を特定し、標準試料による検量線で較正する事で組成を定量化することができる。
【００３１】
ソース電極およびドレイン電極の厚さは、例えば６０ｎｍとすることができる。ソース電極およびドレイン電極の電気伝導度は一般に充分高いため、その厚さは、金属酸化物を添加しても、大きく厚くする必要は無い。ソース電極およびドレイン電極の厚さは従来と同一とすることができるのでしょうかまた、ソース電極およびドレイン電極の幅は、それぞれ２０μｍとすることができる。また、ソース電極およびドレイン電極の長さ（チャネル幅に相当）は、それぞれ１００μｍとすることができる。また、ソース電極とドレイン電極との間の間隙の幅（チャネル長に相当）は、それぞれ１０μｍとすることができる。
【００３２】
ソース電極およびドレイン電極の形成は、目的の金属（好ましくは金）と金属酸化物の２元スパッタ、または２元真空蒸着で容易に行う事ができる。この薄膜におけるパターニングはシャドウマスクでも可能であるが、２元の薄膜形成で相互のパターンずれが起こりやすいことから、フォトリソグラフを用いることが望ましい。特に、前述のようにチャネル長を３０μｍ以下とする場合はフォトリソグラフを用いることが特に望ましい。また特に、金属酸化物については、対応する金属をスパッタ、もしくは蒸着し、この際の雰囲気に酸素や水分を加えることによる反応性スパッタや反応性蒸着により形成することも可能である。このように、２元スパッタまたは２元真空蒸着により、金属酸化物を金属（好ましくは金）と同時に薄膜形成することにより、金属薄膜中に金属酸化物を微細粒子として分散させる事が出来る。また、当業者に明らかなように、ソース電極およびドレイン電極中の金属と金属酸化物の比率は、以下のように調整することができる。すなわち、通常の２元スパッタ、または２元真空蒸着と同様に、予め個々の成膜速度を測定し、その成膜速度の比率を膜中の成分比の調整パラメーターとする。成膜速度は、スパッタの場合はスパッタパワー、スパッタガス圧力など、真空蒸着の場合はボート温度などで制御される。当然ながら、出来上がった膜の組成比は、前述の測定法により確認することが出来る。
【００３３】
本発明にかかる薄膜トランジスタは、前記ゲート絶縁膜の上に設けられた電子材料層をさらに有する。電子材料層は、少なくとも前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の間隔に、好ましくは前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように設けられる。
【００３４】
電子材料層は、有機電子材料層であることが好ましい。有機電子材料としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセンなど各種アセン系化合物の他、チオフェンオリゴマー、へキシチオフェン系ポリマー、ルブレン、フルオレンチオフェン系ポリマー、銅フタロシアニン等の材料が好適であるがそれに限定されるものではなく、多くの有機電子材料が適用可能である。また、各種酸化物、アモリファスシリコン、ポリシリコンについても、同様の素子構造をとる場合は、同じ効果を奏する事が可能である。電子材料層の厚さは、例えば６０ｎｍとすることができる。
【００３５】
電子材料の形成は、通常の有機薄膜トランジスタと同様、真空蒸着、スパッタ、フォトリソグラフを用いて容易に行うことが出来る。
【００３６】
このようにして、本発明においては、従来の薄膜トランジスタの問題点を回避し、好ましくはソース電極およびドレイン電極として金を主成分として用いる有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との密着性を改善し、ソース電極およびドレイン電極と電子材料層との接触抵抗が低い薄膜トランジスタを高い良品率で実現することが出来る。
【実施例】
【００３７】
以下に、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、本発明は、以下に説明する実施例によって限定されるものではない。
【００３８】
［実施例１］
ガラス基板１０上に通常のスパッタによりアルミニウムよりなるゲート電極１１を形成した。ゲート電極の厚さは８０ｎｍとした。その後、ゲート電極１１の上にＳｉＯ２よりなるゲート絶縁膜１２をスパッタにより形成した。ゲート絶縁膜の膜厚は１００ｎｍとした。
【００３９】
上記成膜には、ＲＦマグネトロン方式のスパッタ装置を用いた。また、ターゲット寸法は４”Φとし、アルゴン圧力１Ｐａ（０．７×１０−２ｔｏｒｒ）の真空度で処理を行った。また、スパッタパワーは、アルミニウムの場合は１５０Ｗ、ＳｉＯ２の場合は２５０Ｗとした。成膜時の基板温度は室温とした。
【００４０】
その後、フォトレジスト（OFPR-800、東京応化工業株式会社）をスピンコートにより厚さ２μｍで塗布した。これに、フォトマスクを通して、紫外光（４０５ｎｍ、１１ｍＷ／ｃｍ２）を４秒間照射し、照射部を硬化させた。ソース電極とドレイン電極とを形成する部分は、間隔１０μｍ（チャネル長に相当）で設けられた２０ｘ１００μｍ（１００μｍがチャネル幅に相当）の２本の像とし、この部分はフォトマスクにより紫外光が照射されないようにした。その後、現像液（NMD-3、東京応化工業株式会社）により非照射部を洗い流して現像した後、プリベーク（１１０℃、９０秒）、ポストベーク（１３０℃、３０分）を行った。
【００４１】
その後、ソース電極１５とドレイン電極１４を、金と酸化銅のスパッタ膜で形成した。スパッタ雰囲気はアルゴン中に酸素を２０％含有させ、トータル圧力１Ｐａ（０．７×１０−２ｔｏｒｒ）の真空度とした。また、スパッタはＤＣスパッタで、スパッタパワーは、金では１５０Ｗ、銅では２００Ｗとした。銅は雰囲気中の酸素により酸化されて薄膜中では酸化銅（ＣｕＯ）として形成された。当該電極の膜厚は８０ｎｍ、組成は金：酸化銅＝７５：２５（体積比）であった。フォトレジストをリフトオフにより剥離した後、露出した基板面を波長２５４ｎｍの紫外光を照射して洗浄した。
【００４２】
その後、有機電子材料層１３としてペンタセン（アルドリッチ社製）を真空蒸着により、膜厚６０ｎｍで成膜した。この時の蒸着装置は拡散ポンプ排気で、蒸着は４×１０−４Ｐａ（３×１０−６ｔｏｒｒ）の真空度で行った。また、成膜速度は０．４ｎｍ／ｓｅｃ、成膜時の基板温度は６０℃とした。このようにして実施例１にかかる素子を２０個作製して、それら素子の特性を測定した。
【００４３】
［実施例２］
ソース電極１５とドレイン電極１４の材料を金：アルミ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）＝６５：３５とした以外は実施例１と同様にして実施例２にかかる素子を得た。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、ソースとして金とアルミニウムを用い、スパッタパワーを、金では１５０Ｗ、アルミニウムでは１８０Ｗとした。アルミニウムは雰囲気中の酸素により酸化されて薄膜中では酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）として形成された。当該電極の膜厚は８２ｎｍであった。
【００４４】
［実施例３］
ソース電極１５とドレイン電極１４の材料を金：チタン酸化物（ＴｉＯ２）＝７０：３０とした以外は実施例１と同様にして実施例３にかかる素子を得た。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、ソースとして金とチタンを用い、スパッタパワーを、金では１５０Ｗ、チタンでは２２０Ｗとした。チタンは雰囲気中の酸素により酸化されて薄膜中では酸化チタン（ＴｉＯ２）として形成された。当該電極の膜厚は７８ｎｍであった。
【００４５】
［実施例４］
ソース電極１５とドレイン電極１４の材料を金：インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）＝６０：４０とした以外は実施例１と同様にして実施例４にかかる素子を得た。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、ソースとして金とインジウムを用い、スパッタパワーを、金では１５０Ｗ、インジウムでは１００Ｗとした。インジウムは雰囲気中の酸素により酸化されて薄膜中では酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）として形成された。当該電極の膜厚は８５ｎｍであった。
【００４６】
［実施例５］
ゲート電極の材料をタンタルとし、ゲート絶縁膜をタンタルの陽極酸化により得た以外は実施例１と同様にして実施例４にかかる素子を得た。
【００４７】
ゲート電極の成膜は、以下のように行った。すなわち、ガラス基板１０上に通常のスパッタによりタンタルよりなるゲート電極１１を形成した。ゲート電極の厚さは８０ｎｍとした。
【００４８】
ゲート絶縁膜の陽極酸化は、以下のように行った。すなわち、ホウ酸アンモニウム水溶液（１重量％）中に試料を浸漬し、電圧７０Ｖを印加して２時間の陽極酸化処理を行った。
【００４９】
［比較例１］
ソース電極１５とドレイン電極１４を厚さ８０ｎｍの金単体スパッタ膜とした以外は実施例１と同様にして比較例１にかかる素子を得た。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、ソースとして金を用い、スパッタパワーを、１５０Ｗとした。金は雰囲気中の酸素により酸化される事なく、金属薄膜として形成された。当該電極の膜厚は８０ｎｍであった。
【００５０】
［比較例２］
ソース電極１５とドレイン電極１４を厚さ５ｎｍのクロムスパッタ膜の上に厚さ８０ｎｍの金単体スパッタ膜よりなるものとした以外は実施例１と同様にして比較例２にかかる素子を得た。
【００５１】
クロムスパッタ膜および金単体スパッタ膜の成膜は、以下のように行った。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、まずクロム、次いで金を成膜した。スパッタパワーは、クロムでは１７０Ｗ、金では１５０Ｗとした。クロム、金は各々、金属薄膜として形成された。
【００５２】
［比較例３］
ソース電極１５とドレイン電極１４を厚さ５ｎｍのチタンスパッタ膜の上に厚さ８０ｎｍの金単体スパッタ膜よりなるものとした以外は実施例１と同様にして比較例３にかかる素子を得た。
【００５３】
チタンスパッタ膜および金単体スパッタ膜の成膜は、以下のように行った。具体的には、ソース電極およびドレイン電極の成膜の際、まずチタン、次いで金を成膜した。スパッタパワーは、チタンでは１７０Ｗ、金では１５０Ｗとした。クロム、金は各々、金属薄膜として形成された。
【００５４】
［比較例４］
ソース電極１５とドレイン電極１４を厚さ８０ｎｍの金単体スパッタ膜よりなるものとし、ゲート電極の材料をタンタルとし、ゲート絶縁膜をタンタルの陽極酸化により得た以外は実施例１と同様にして比較例４にかかる素子を得た。ゲート電極およびゲート絶縁膜の成膜は、実施例５と同様に行った。金単体スパッタ膜からなるソース電極およびドレイン電極の成膜は、比較例１と同様に行った。
【００５５】
［評価］
表１に、以上の実施例および比較例にかかる素子の特性測定結果を示す。ここで、電気抵抗率はソース電極、ドレイン電極の薄膜そのものの抵抗率であり、四探針法で求めた面抵抗値と、別途測定した膜厚とから電気抵抗率を求めた。また、移動度は各トランジスタ素子の飽和電流値から計算によって求めたものである。すなわち、一般にＭＯＳＦＥＴの飽和ドレイン電流ＩＤは下式で表される（例えば、非特許文献２、「半導体デバイスの物理」参照）。
ＩＤ＝（Ｗ／２Ｌ）＊μ＊Ｃｏｘ＊ＶＤＳ２
（ここで、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長、Ｃｏｘはゲート絶縁膜静電容量、μは移動度、ＶＤＳは飽和ドレイン電圧を表す。）
【００５６】
移動度は、ソース電極、ドレイン電極と有機電子材料の接触抵抗、および電極自体の抵抗の効果を含む素子特性の指標となる。すなわち、同じ有機電子材料、ゲート絶縁膜で同じ素子寸法であれば、みかけの移動度が大きいほど、接触抵抗は小さいものと判断される。また、密着性は、別途大面積の試料を作製し、これに２ｍｍ角のカットを入れ、膜面に粘着テープを貼り、膜面を引き剥がすよう粘着テープを剥離するという方法を用いた。判定は、一部でも膜面に剥れがみられれば不良、全く剥れがみられないときにのみ良とした。また、良品率は、ソース電極、ドレイン電極を形成後、フォトレジストの剥離工程などでソース電極、ドレイン電極が剥離せず、電気測定が可能であった割合を示すものである。
【００５７】
【表１】
2007134546.tif 000003
【００５８】
実施例１〜４と比較例１を比較すると、ソース電極、ドレイン電極の材料そのものの電気抵抗率は上昇しているものの、素子特性の指標である移動度に大きな差異は無い。これは、ソース電極、ドレイン電極と有機電子材料との接触抵抗に比して電極自体の電気抵抗は充分小さいため、電極の電気抵抗率の上昇はほとんど影響無い事によるものと考えられる。一方で、比較例１に比して実施例１〜４ではソース電極、ドレイン電極の密着性には大きな改善が認められている。この点に関して、比較例４と実施例５でも同様の傾向が確認される。また、比較例２，３と実施例１〜４を比較すると、移動度の大きな改善が認められる。これは、実施例１〜４において、ソース電極、ドレイン電極と有機電子材料との接触抵抗が大きく改善された結果と考えられる。
【００５９】
このように、本発明により、本発明によれば、好ましくはソース電極およびドレイン電極として金を主成分として用いる有機薄膜トランジスタにおいて、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との密着性を改善し、ソース電極およびドレイン電極と電子材料との接触抵抗が低い薄膜トランジスタを高い良品率で実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１に、本発明にかかる薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。
【図２】図２に、薄膜トランジスタによる発光素子制御の等価回路を例示する模式的な回路図である。
【図３】図３に、ボトムコンタクト型の有機薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。
【図４】図４に、トップコンタクト型の有機薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。
【図５】図５に、トップゲート型の有機薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。
【図６】図６に、ボトムコンタクト型で、ソース電極およびドレイン電極とゲート絶縁膜との間に接着層を設けた有機薄膜トランジスタの模式的な断面図を示す。
【符号の説明】
【００６１】
１０〜６１０：基板、
１１〜６１１：ゲート電極
１２〜６１２：ゲート絶縁膜
１３〜６１３：電子材料層
１４〜６１４：ドレイン電極
１５〜６１５：ソース電極
１６〜６１６：チャネル
６２０：接着層
２１：金属酸化物粒子
２０３：Ｘ３行電極
２０４：Ｘ４行電極
２０６：キャパシタ部
２１０：発光部
２１６：Ｙ２列電極
２１７：Ｙ１列電極
２３０：薄膜トランジスタ
【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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