JP2010278173A - 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、表示装置、および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】有機半導体層を用いたトップゲート構造において、電流駆動能力の向上を確実に図ることが可能な薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】ソース電極１３ｓ−ドレイン電極１３ｄ間にわたって設けられた有機半導体層１５と、これらの上部にゲート絶縁膜１７を介して設けられたゲート電極１９とを有するトップゲート型の薄膜トランジスタ１-1である。特に、ゲート絶縁膜１７は、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層１７ａ、無機材料からなる密着層１７ｂ、およびフッ素樹脂層１７ａを構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層１７ｃとをこの順に積層した３層構造である。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機半導体を用いた薄膜トランジスタとその製造方法、更にはこの薄膜トランジスタを用いた表示装置および電子機器に関する。

有機半導体層をチャネルとして用いた薄膜トランジスタのうち、トップゲート型の薄膜トランジスタにおいては、有機半導体層にダメージを与えることなくゲート絶縁膜を形成することが、良好な素子特性を得る上で重要なポイントになる。このようなゲート絶縁膜の一つとして、アモルファスフッ素樹脂を用いる構成が提案されている。溶媒に可溶なある種のアモルファスフッ素樹脂は、有機半導体層にダメージを与えることなく、塗布法などの簡便な方法による成膜が可能な材料である（例えば下記非特許文献１参照）。

ところが、アモルファスフッ素樹脂を含むフッ素樹脂は、比誘電率２程度の低誘電率材料である。このため、フッ素樹脂からなるゲート絶縁膜を用いた薄膜トランジスタでは、リーク電流の発生を抑えつつ十分な電流駆動能力を得ることが困難である。

そこで、フッ素樹脂などの低誘電率材料層上に、高誘電率材料層を積層した２層ゲート絶縁膜構造（下記特許文献１参照）を採用することが考えられる。このような構成によれば、有機半導体層上にダメージを与えることなくフッ素樹脂膜を形成し、この上部に設けた高誘電率材料層によってリーク電流の発生を抑えつつ相互コンダクタンスを確保することで電流駆動能力の向上が図られる。

ＵＳ２００５／０１０４０５８Ａ１

"Gate insulators in organic field-effect transistors"、「Chem. Mater.」、１６号、２００４年、p.4543≡4555

しかしながら、上述した２層ゲート絶縁膜構造では、下層に設けられるフッ素樹脂層の表面が高い撥水・撥油性である。このため、有機半導体層に対してダメージを与えることなくフッ素樹脂層を形成したとしても、このフッ素樹脂層の上部に高誘電率樹脂層を再現性良く均一に塗布形成することは困難である。したがって、当該２層ゲート絶縁膜構造を有する薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜の膜厚ばらつきが大きく、電流駆動能力を含むトランジスタ特性を確実に向上させることが困難であった。

そこで本発明は、有機半導体層を用いたトップゲート構造において、電流駆動能力の向上を確実に図ることが可能な薄膜トランジスタを提供すること、さらにはその製造方法を提供することを目的とする。またこのような薄膜トランジスタを用いることにより表示特性に優れた表示装置および信頼性の高い電子機器を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の薄膜トランジスタは、有機半導体層上に絶縁ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられたトップゲート構造であり、特にゲート絶縁膜が３層構造で構成されたことを特徴としている。すなわちゲート絶縁膜は、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層、無機材料からなる密着層、およびフッ素樹脂層を構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層とをこの順に積層した３層構造である。

また本発明は、このような構成の薄膜トランジスタの製造方法でもあり、ソース電極、ドレイン電極、および有機半導体層が形成された基板上に、上述した３層構造のゲート絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する方法である。

また本発明は以上のような構成の薄膜トランジスタを画素電極に接続させた表示装置、および導電性パターンに接続させた電子機器でもある。

上述した構成の薄膜トランジスタおよびその製造方法では、有機半導体層上にフッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層を設けることにより有機半導体層の膜質を確保した状態で、さらに上層を成膜することができる。これにより、有機半導体層に形成されるチャネル部において電荷の移動度を確保することができる。さらに、フッ素樹脂層上には、密着層を介して高誘電率樹脂層が設けられるため、撥水・撥油性が高いフッ素樹脂層上に均一に高誘電率樹脂層が設けられる。これにより、均一な高誘電率樹脂層をゲート絶縁膜として用いることができ、確実に相互コンダクタンスを向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、有機半導体層を用いたトップゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、チャネル部の電荷移動度と相互コンダクタンスの向上とを確実に向上させることで、確実に電流駆動能力の向上を図ることが可能になる。またこのような薄膜トランジスタを画素電極に接続した表示装置においては、表示特性の向上を図ることが可能である。さらにこのような薄膜トランジスタを導電性パターンに接続させた電子機器においては、動作特性の信頼性向上を図ることが可能である。

第１実施形態の半導体装置の断面図である。 図１に示す半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。 第２実施形態の半導体装置の断面図である。 図２に示す半導体装置の製造方法の特徴部を示す断面工程図である。 第３実施形態の表示装置の回路構成図である。 第３実施形態の表示装置の一例を示す断面図である。 本発明が適用される封止された構成のモジュール形状の表示装置を示す構成図である。 本発明の表示装置を用いたテレビを示す斜視図である。 本発明の表示装置を用いたデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。 本発明の表示装置を用いたノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本発明の表示装置を用いたビデオカメラを示す斜視図である。 本発明の表示装置を用いた携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す斜視図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
１．第１実施形態（フッ素樹脂層と密着層とが同一パターンである構成例）
２．第２実施形態（フッ素樹脂層よりも密着層を一回り小さくした構成例）
３．第３実施形態（薄膜トランジスタを用いた表示装置への適用例）
４．第４実施形態（電子機器への適用例）
尚、第１実施形態および第２実施形態においては、薄膜トランジスタの製造方法を説明し、次いで得られた薄膜トランジスタの構成を説明する。

≪１．第１実施形態≫
図１は、第１実施形態の薄膜トランジスタ１-1の断面図である。この図に示す薄膜トランジスタ１-1は、トップゲート・ボトムコンタクト型であり、基板１１上のソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄに有機半導体層１５が設けられ、この上部にゲート絶縁膜１７を介してゲート電極１９を設けてなる。そして特に、ゲート絶縁膜１７が、フッ素樹脂層１７ａ、密着層１７ｂ、および高誘電率樹脂層１７ｃの３層構造で構成されているところが特徴的である。

以下、各構成要素の詳細を、図２の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。

先ず、図２（1）に示すように、少なくとも表面が絶縁性材料からなる基板１１上に、ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄを形成する。ここでは例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料膜を蒸着成膜し、この上部にフォトリソグラフィー法によってレジストパターンを形成し、これをマスクにして金属材料膜をパターンエッチングする。これにより、金属材料膜からなるソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄを形成する。

ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄの形成後には、レジストパターンの除去を行う。この際、レジストパターンがポジ型であれば、全面に紫外光（ＵＶ光）を照射し、次いで現像液（Tetra Methyl Anmonium Hydrooxideの３%水溶液）に浸漬することによってレジストパターンを剥離除去する。尚、ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄの材質、および材料膜の成膜方法を含む形成方法が限定されることはなく、リフトオフ法や印刷法を適用しても良い。

次に、図２（２）に示すように、ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄが形成された基板１１上の全面に、有機半導体層１５を成膜する。ここでは例えばペンタセンやTri isopropyl silylethynyl(TIPS)ペンタセン等の有機半導体材料を用い、スピンコート法、キャップコート法、ディップコート法等の塗布法、または真空蒸着法によって成膜する。尚、有機半導体層１５を構成する有機半導体材料や、その成膜方法が限定されることはない。

次いで、図２（３）に示すように、有機半導体層１５上の全面に、フッ素樹脂層１７ａを成膜し、さらにフッ素樹脂層１７ａ上に密着層１７ｂを成膜する。

フッ素樹脂層１７ａは、有機半導体層１５との界面がチャネル領域となる膜である。このようなフッ素樹脂層１７ａは、フッ素系溶媒に可溶な樹脂を用いることにより、有機半導体層１５にダメージを与えることなく、しかもスピンコート法等の塗布法により簡便に成膜することができる。この際、例えば塗布溶媒によってインク状にしたフッ素樹脂材料を、有機半導体層１５上に所定の塗布膜厚で塗布した後、焼成によって塗布溶媒を除去することによってフッ素樹脂層１７ａを得る。

このような塗布成膜に用いられるフッ素系溶媒に可溶な樹脂としては、例えばサイトップ（登録商標）のようなアモルファスフッ素樹脂が用いられる。また塗布溶媒となるフッ素系溶媒には例えばペルフルオロ溶媒が用いられる。この場合、塗布膜厚１００ｎｍで塗布成膜された層に対して、焼成温度１００℃で１０分間の焼成が行われる。

密着層１７ｂは、フッ素樹脂層１７ａの表面濡れ性を改善して上層との密着性を良好するための膜であり無機材料を用いて真空プロセスで成膜する。ここで用いられる無機材料としては、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの遮光性を有する金属材料が好ましく用いられるが、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等の無機絶縁膜であっても良い。

またこれらの材料からなる密着層１７ｂは、下地となるフッ素樹脂層１７ａの表面濡れ性を改善できる程度の膜厚として、例えば膜厚1ｎｍ以上で成膜されることとする。また密着層１７ｂの膜厚としてさらに好ましい値としては、以降に行う工程で照射される紫外線を遮光できる程度であることとし、例えばＡｕからなる密着層１７ｂを成膜する場合であれば膜厚２０ｎｍ程度で成膜されることとする。

さらにこれらの材料からなる密着層１７ｂを成膜する際の真空プロセスとしては、例えば金属材料であれば抵抗加熱法やスパッタ法、無機絶縁性材料であればスパッタ法が適用される。ただしスパッタ法を適用して密着層１７ｂを成膜する場合には、フッ素樹脂層１７ａを介してさらに下層の有機半導体層１５に対してダメージを与えないように成膜条件を選択することとする。

次に、図２（４）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、密着層１７ｂ上に島状のレジストパターン２１を形成する。このレジストパターン２１は、例えばポジ型のレジスト材料を用いて形成する。次いで、レジストパターン２１をマスクにして、密着層１７ｂ、フッ素樹脂層１７ａ、さらには有機半導体層１５を適宜の方法で島状にパターンエッチングして素子分離を行なう。これにより、フッ素樹脂層１７ａおよび密着層１７ｂによって有機半導体層１５を保護しつつ、有機半導体層１５、フッ素樹脂層１７ａ、および密着層１７ｂの積層構造を島状にパターニングしてなる“メサ”を形成する。

この際先ず、Ａｕからなる密着層１７ｂのパターンエッチングは、ヨウ化カリウム水溶液等を用いたウェットエッチングを行う。次にフッ素樹脂層１７ａと有機半導体層１５とを、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等のドライエッチング法によりパターンエッチングする。この際、反応ガス種として酸素（Ｏ₂）や、酸素Ｏ₂と４フッ化メタン（ＣＦ₄）との混合ガスが用いられる。

以上の後には、ポジ型のレジストパターン２１の全面に紫外光（ＵＶ光）を照射し、次いで現像液（Tetra Methyl Anmonium Hydrooxideの３%水溶液）に浸漬してレジストパターン２１を剥離除去する。この際、密着層１７ｂが、遮光性を有する金属材料で構成されていれば、紫外光（ＵＶ光）照射による有機半導体層１５の劣化が防止される。

尚、密着層１７ｂ、フッ素樹脂層１７ａ、さらには有機半導体層１５をパターニングして形成する島状は、素子分離可能な範囲で、少なくともソース電極１３ｓ−ドレイン電極１３ｄ間にわたって配置される大きさであれば良い。

その後、図２（５）に示すように、素子分離された有機半導体層１５と、その上部のフッ素樹脂層１７ａおよび密着層１７ｂとからなる島状を覆う状態で、基板１１上に高誘電率樹脂層１７ｃを成膜し、有機半導体層１５の側壁を高誘電率絶縁膜１７ｃで保護する。

高誘電率樹脂層１７ｃを構成する樹脂材料としては、フッ素樹脂よりも高誘電率である樹脂材料が用いられ、誘電率が高いほど好ましい。またこのような材料の中でも、Poly(vinyl cinnamate)：ＰＶＣＮのように、末端に水酸基を持たない材料であることが特に好ましい。これは、ＰＶＣＮをゲート絶縁膜として用いた有機薄膜トランジスタにおいては、バイアスストレス安定性が得られるとした報告（Jang,J. Kim,S. Nam,S. Chung,D. Yang,C. Yun,W. Park,C and Koo,J;”Hysteresis-free organic field-effect transistors and inverters using photocrosslinkable poly(vinyl cinnamate) as a gate dielectric”,「Appl.Phys.Lett」,92(2008)143306参照）に基づいている。ここではＰＶＣＮが末端に水酸基を持たない分子からなるためであると説明されている。したがって、ＰＶＣＮ以外であっても、末端に水酸基を持たない分子から構成される樹脂を高誘電率樹脂層１７の構成材料として用いることにより、バイアスストレス安定性が確保される。

また高誘電率樹脂材料として紫外線（ＵＶ光）硬化樹脂を選択して用いることにより、プロセスの低温化を図ることが可能になる。このため、基板１１としてプラスチック材料を用いることができる。

このような高誘電率樹脂材料を用いた高誘電率樹脂層１７の成膜は、スピンコート法、キャップコート法、ディップコート法等の塗布法によって行われる。高誘電率樹脂材料と共に塗布インクを構成する溶媒は、島状の側壁に露出している有機半導体層１５を侵食しない溶媒を選択することが好ましい。例えば有機半導体層１５がＴＩＰＳペンタセンからなるものであり、高誘電率樹脂材料としてＰＶＣＮを用いる場合であれば、このような溶媒としてγ-ブチルラクトンが好適に用いられる。

ここでは例えば、ＰＶＣＮのγ-ブチルラクトン溶液をスピンコート法により全面塗布する。続けて溶媒揮発のためのベーキングを経て、紫外光（ＵＶ光）を基板１１上の全面から照射して高誘電率脂樹材料を硬化させて高誘電率樹脂層１７ｃを得る。これにより、高誘電率樹脂層１７ｃ上に電極や層間絶縁膜などを形成し得る充分な耐薬品性を発現させると共に、層間リーク低減のために十分な絶縁性を得る。この際、密着層１７ｂが、遮光性を有する金属材料で構成されていれば、紫外光（ＵＶ光）照射による有機半導体層１５の劣化が防止される。

以上により、島状の有機半導体層１５上に、これと同一形状で設けられたフッ素樹脂層１７ａおよび密着層１７ｂと、これらの島状部分を覆う状態で基板１１上の全面に成膜された高誘電率樹脂層１７ｃとの３層構造のゲート絶縁膜１７が形成される。

以上の後には図２に示したように、ゲート絶縁膜１７上において、少なくともソース電極１３ｓ−ドレイン電極１３ｄ間にわたる位置に、ゲート電極１９およびここから引き出される配線を形成する。ゲート電極１９の形成は、ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄの形成と同様に行うことができる。

以上により、ゲート絶縁膜１７が、フッ素樹脂層１７ａ、密着層１７ｂ、および高誘電率樹脂層１７ｃの３層構造で構成されたトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１-1が得られる。

このような第１実施形態によれば、有機半導体層１５上に、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層１７ａを塗布成膜する構成であるため、有機半導体層１５の膜質を確保した状態で、さらに上層を成膜することができる。これにより、有機半導体層１５に形成されるチャネル部において電荷の移動度を確保することができる。

また、フッ素樹脂層１７ａ上には、密着層１７ｂを介して高誘電率樹脂層１７ｃを設ける構成としたことにより、撥水・撥油性が高いフッ素樹脂層１７ａ上に、均一に高誘電率樹脂層が設けることが可能になる。これにより、均一な高誘電率樹脂層１７ｃをゲート絶縁膜１７の構成要素として用いることができ、確実に相互コンダクタンスを向上させることができる。

またさらに、フッ素樹脂層１７ａの表面濡れ性（密着性）の改善方法としてアッシングによる表面改質が知られているが、本第１実施形態の密着層１７ｂを成膜する方法は、アッシング処理と比較して、高誘電率樹脂層１７ｃの下地面の密着性の向上が確実である。しかも、アッシング処理に起因する有機半導体層１５のプラズマダメージの懸念もない。このため、低誘電率のフッ素樹脂層１７ａを薄膜化することができる。これにより、ゲート絶縁膜１７全体を確実に高誘電率化することができる。このことからも、相互コンダクタンスの向上が可能である。

そして以上のように、チャネル部の電荷移動度と相互コンダクタンスの向上とを確実に向上させることが可能であることから、薄膜トランジスタ１-1においての電流駆動能力の向上を確実に図ることが可能になる。

≪２．第２実施形態≫
図３は、第２実施形態の薄膜トランジスタ１-2の断面図である。この図に示す薄膜トランジスタ１-2が、第１実施形態の薄膜トランジスタと異なるところは、３層構造で構成されたゲート絶縁膜１７’において、フッ素樹脂層１７ａよりも密着層１７ｂ’を一回り小さくした構成にある。このような構成は、特に密着層１７ｂ’が金属材料からなる場合に有効である。

このような構成の薄膜トランジスタ１-2を製造方法の特徴部を、図４の断面工程図に基づいて説明する。

先ず、第１実施形態において図２（１）〜図２（３）を用いて説明したと同様の工程を行い、基板１１上にソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄを形成し、さらに基板１１上の全面に有機半導体層１５、フッ素樹脂層１７ａ、および密着層１７ｂを成膜する。この際、密着層１７ｂは、第１実施形態と同様に無機材料を用いて真空プロセスを適用して成膜されるが、無機材料の中でも特に金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの遮光性を有する金属材料を選択して用いる。

次に、図４（1）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、密着層１７ｂ上に島状のレジストパターン２１を形成する。このレジストパターン２１は、例えばポジ型のレジスト材料を用いて形成する。次いで、レジストパターン２１をマスクにして、密着層１７ｂ、フッ素樹脂層１７ａ、さらには有機半導体層１５を適宜の方法で島状にパターンエッチングして素子分離を行なう。これにより、有機半導体層１５、フッ素樹脂層１７ａ、および密着層１７ｂの積層構造を島状にパターニングしてなる“メサ”が形成される。

この際、密着層１７ｂ’のパターンエッチングは、ウェットエッチング等の等方性エッチングを行うことにより、密着層１７ｂ’のエッチング側壁をレジストパターン２１の側壁面よりも内側に後退させる。これにより、レジストパターン２１よりも一回り小さい平面の島状に密着層１７ｂ’をパターニングする。例えば、Ａｕからなる密着層１７ｂ’であれば、ヨウ化カリウム水溶液等を用いたウェットエッチングを行うが、オーバーエッチングを行うことによってレジストパターン２１よりも一回り小さい平面の島状に密着層１７ｂ’をパターニングする。

次いで、フッ素樹脂層１７ａと有機半導体層１５とに対して、第１実施形態と同様の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等の等方性エッチングを行う。これによりフッ素樹脂層１７ａと有機半導体層１５とを、レジストパターン２１と略同一の平面形状にパターンエッチングする。パターンエッチング終了後には、ポジ型のレジストパターン２１の全面に紫外光（ＵＶ光）を照射し、次いで現像液（TetraMethylAnmoniumHydrooxideの３%水溶液）に浸漬してレジストパターン２１を剥離除去する。

その後、図４（１）に示すように、素子分離された有機半導体層１５と、その上部のフッ素樹脂層１７ａおよび密着層１７ｂ’とからなる島状を覆う状態で、基板１１上に高誘電率樹脂層１７ｃを成膜する。この誘電率樹脂層１７ｃの成膜は、第１実施形態において図２（５）を用いて説明したと同様に行われる。

以上により、有機半導体層１５と同一の島状に形状されたフッ素樹脂層１７ａ、フッ素樹脂層１７ａよりも一回り小さい密着層１７ｂ’、およびこれらを覆う高誘電率樹脂層１７ｃとの３層構造のゲート絶縁膜１７’が形成される。

以上の後には図３に示したように、ゲート絶縁膜１７’上において、少なくともソース電極１３ｓ−ドレイン電極１３ｄ間にわたる位置に、ゲート電極１９およびここから引き出される配線を形成する。ゲート電極１９の形成は、ソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄの形成と同様に行うことができる。

以上により、ゲート絶縁膜１７’、島状のフッ素樹脂層１７ａ、これよりも1回り小さい島状の密着層１７ｂ’、およびこれらを覆う高誘電率樹脂層１７ｃの３層構造で構成されたトップゲート・ボトムコンタクト型の薄膜トランジスタ１-2が得られる。

このような第２実施形態によれば、３層構造で構成されたゲート絶縁膜１７’において、フッ素樹脂層１７ａよりも一回り小さい島状として密着層１７ｂ’を構成した。これにより、密着層１７ｂ’の上方の周縁角部において、島状を覆う高誘電率樹脂層１７ｃの膜厚が薄くなることを防止できる。このため、第１実施形態の効果に加えて、金属材料かなる密着層１７ｂ’と、高誘電率樹脂層１７ｃ上に設けたゲート電極１９およびこれと同層の配線との間でのリークの発生を防止できる効果を有する。

尚、上述した第１実施形態および第２実施形態においては、トップゲート型の薄膜トランジスタとしてトップゲート・ボトムコンタクト型を例示した。しかしながら、本発明の薄膜トランジスタは、トップゲート・トップコンタクト型にも適用可能である。

≪３．第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態として、上述の実施形態で説明した薄膜トランジスタを備えた表示装置を説明する。ここでは第２実施形態で説明した薄膜トランジスタ１-2と共に、有機電界発光素子ＥＬとを用いたアクティブマトリックス型の表示装置３０を説明する。

図５には、表示装置３０の回路構成図を示す。この図に示すように、表示装置３０の基板１１上には、表示領域１１ａとその周辺領域１１ｂとが設定されている。表示領域１１ａには、複数の走査線３１と複数の信号線３３とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。また周辺領域１１ｂには、走査線３１を走査駆動する走査線駆動回路３５と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線３３に供給する信号線駆動回路３７とが配置されている。

走査線３１と信号線３３との各交差部に設けられる画素回路は、例えばスイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２、保持容量Ｃｓ、および有機電界発光素子ＥＬで構成されている。

そして、走査線駆動回路３５による駆動により、スイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１を介して信号線３３から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２から有機電界発光素子ＥＬに供給され、この電流値に応じた輝度で有機電界発光素子ＥＬが発光する。尚、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２は、共通の電源供給線（Ｖｃｃ）３９に接続されている。

尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域１１ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。

図６には、以上のような回路構成の表示装置５における１画素分の断面図として、薄膜トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１および容量素子Ｃｓと、有機電界発光素子ＥＬとが積層された部分の断面図を示す。

この図に示すように、各画素には薄膜トランジスタＴｒ２，Ｔｒ１として、例えば図１で示した第１実施形態の薄膜トランジスタ（１-1）または、図３で示した第２実施形態の薄膜トランジスタ（１-2）が設けられている。

薄膜トランジスタＴｒ１のソース電極１３ｓと、薄膜トランジスタＴｒ２のゲート電極１９ｂとは、ゲート絶縁膜１７を構成する高誘電率樹脂層１７ｃに設けられた接続孔１７ｈを介して接続されている。また、薄膜トランジスタＴｒ２のゲート電極１９ｂを延設した部分と、ソース電極１３ｓを延設した部分との間に、ゲート絶縁膜１７における高誘電率樹脂層１７ｃを挟持させて容量素子Ｃｓが構成されている。また、図５の回路図にも示したように、薄膜トランジスタＴｒ１のゲート電極１９ａは走査線（３１）に、薄膜トランジスタＴｒ１のドレイン電極１３ｄは信号線（３３）に、薄膜トランジスタＴｒ２のソース電極１３ｓは電源供給線（３９）にそれぞれ延設される。

尚、画素回路に示した信号線３３および電源供給線３９は、断面図のソース電極１３ｓおよびドレイン電極１３ｄと同一層を用いて同一の層構造で構成されていて良い。

以上の薄膜トランジスタＴｒ１,Ｔｒ２および容量素子Ｃｓは、例えば保護膜を介して層間絶縁膜４１で覆われている。この層間絶縁膜４１は、平坦化膜として構成されることが好ましい。この層間絶縁膜４１とゲート絶縁膜１７を構成する高誘電率樹脂層１７ｃとには、薄膜トランジスタＴｒ２のドレイン電極１３ｄに達する接続孔４１ｈが設けられている。

そして、層間絶縁膜４１上の各画素に、接続孔４１ａを介して薄膜トランジスタＴｒ２に接続された有機電界発光素子ＥＬが設けられている。この有機電界発光素子ＥＬは、層間絶縁膜４１上に設けられた絶縁性パターン４３で素子分離されている。

この有機電界発光素子ＥＬは、層間絶縁膜４１上に設けられた画素電極４５を備えている。この画素電極４５は、各画素毎に導電性パターンとして形成され、層間絶縁膜４１に設けられた接続孔４１ａを介して薄膜トランジスタＴｒ２のドレイン電極１３ｄに接続されている。このような画素電極４５は、例えば陽極として用いられるものであり、光反射性を有して構成されていることとする。

そして、この画素電極４５の周縁が、有機電界発光素子ＥＬを素子分離するための絶縁性パターン４３で覆われている。この絶縁性パターン４３は、画素電極４５を広く露出させる開口窓４３ａを備えており、この開口窓４３ａが有機電界発光素子ＥＬの画素開口となる。このような絶縁性パターン４３は、例えば感光性樹脂を用いて構成され、リソグラフィー法を適用してパターニングされたものであることとする。

そして、このような絶縁性パターン５３から露出する画素電極４５上を覆う状態で、有機層４７が設けられている。この有機層４７は、少なくとも有機発光層を備えた積層構造からなり、必要に応じて陽極（ここでは画素電極５５）側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層、電子注入層、さらには他の層を積層してなる。また有機層４７は、例えば各有機電界発光素子ＥＬで発生させる発光光の波長毎に、少なくとも有機発光層を含む層が画素毎に異なる構成でパターン形成されていることとする。また、各波長の画素で共通の層を有していても良い。さらに、この有機電界発光素子ＥＬが、微小共振器構造として構成されている場合、各有機電界発光素子ＥＬから取り出す波長に合わせて有機層４７の膜厚が調整されていることとする。

以上のような有機層４７を覆い、画素電極４５との間に有機層４７を狭持する状態で、共通電極４９が設けられている。この共通電極４９は、有機電界発光素子ＥＬの有機発光層で発生させた光を取り出す側の電極であり、光透過性を有する材料で構成されていることとする。またここでは、画素電極５５が陽極として機能するものであるため、この共通電極４９は、少なくとも有機層４７に接する側が陰極として機能する材料を用いて構成されていることとする。さらに、この有機電界発光素子ＥＬが、微小共振器構造として構成されている場合、この共通電極４９は、半透過半反射性を有する構成であることとする。尚、図５の回路図にも示したように、この共通電極４９はＧＮＤに設置されている。

そして、以上のような画素電極４５と共通電極４９との間に有機層４７が挟持された各画素部分が、有機電界発光素子ＥＬとして機能する部分となる。

またここでの図示は省略したが、各有機電界発光素子ＥＬの形成面側は、光透過性材料からなる封止樹脂で覆われ、さらにこの封止樹脂を介して光透過性材料からなる対向基板が張り合わされた状態で表示装置５が構成されている。

以上のような構成の表示装置３０によれば、第１実施形態および第２実施形態で説明したように、トランジスタ特性が良好でかつ均一な薄膜トランジスタ（１-1，１-2）を用いて画素回路を構成しているため、表示特性の向上を図ることが可能になる。特に、薄膜トランジスタ（１-1，１-2）は、電流駆動能力が高いものであるため、高い輝度で有機電界発光素子ＥＬを発光させた表示が可能である。

尚、上述した実施形態においては、有機電界発光素子ＥＬを用いたアクティブマトリックス型の表示装置を例示した。しかしながら本発明の表示装置は、有機半導体層を用いた薄膜トランジスタを搭載した表示装置に広く適用可能であり、例えば液晶表示装置や電気泳動型ディスプレイにも適用できる。

また以上説明した本発明に係る表示装置３０は、図７に開示したような、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部である表示領域１１ａを囲むようにシーリング部５１が設けられ、このシーリング部５１を接着剤として、透明なガラス等の対向部（封止基板５３）に貼り付けられ形成された表示モジュールが該当する。この透明な封止基板５３には、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等が設けられてもよい。尚、表示領域１１ａが形成された表示モジュールとしての基板１１には、外部から表示領域１１ａ（画素アレイ部）への信号等を入出力するためのフレキシブルプリント基板５３が設けられていても良い。

≪４．第４実施形態≫
図８〜１２には、以上説明した本発明に係る表示装置を表示部として用いた電子機器の一例を示す。本発明の表示装置は、電子機器に入力された映像信号、さらに電子機器内で生成した映像信号を表示するあらゆる分野の電子機器における表示部に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。

図８は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。

図９は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１０は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１１は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１２は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

尚、上述した実施形態においては、第１実施形態または第２実施形態で説明した薄膜トランジスタを備えた電子機器の一例として、アクティブマトリックス型の表示部を備えた電子機器を示した。しかしながら本発明の電子機器は、薄膜トランジスタを導電性パターンに接続させた状態で搭載した電子機器に広く適用可能であり、表示部を設けたもの以外であっても、ＩＤタグ、センサー等の電子機器への適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。

１-1，１-2…薄膜トランジスタ、１１…基板、１３ｓ…ソース電極、１３ｄ…ドレイン電極、１５…有機半導体層、１７…ゲート絶縁膜、１７ａ…フッ素樹脂層、１７ｂ…密着層、１７ｃ…高誘電率樹脂層、１９，１９ａ，１９ｂ…ゲート電極、３０…表示装置、４５…画素電極（導電性パターン）

Claims (17)

1. 基板上のソース電極およびドレイン電極と、
   前記ソース電極とドレイン電極との間にわたって設けられた有機半導体層と、
   前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記有機半導体層が形成された前記基板上に、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層、無機材料からなる密着層、および前記フッ素樹脂層を構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層とをこの順に積層したゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜上のゲート電極とを備えた
   薄膜トランジスタ。
2. 前記密着層は、遮光性材料で構成されており、
   前記高誘電率樹脂層は、紫外線硬化樹脂で構成されている
   請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
3. 前記密着層は、金属材料で構成されている
   請求項１または２に記載の薄膜トランジスタ。
4. 前記密着層は、無機絶縁性材料で構成されている
   請求項１〜３の何れかに記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記有機半導体層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成された前記基板上に設けられている
   請求項１〜４の何れかに記載の薄膜トランジスタ。
6. 前記有機半導体層は、前記密着層および前記フッ素樹脂層と共に島状にパターニグされ、前記高誘電率樹脂層で覆われている
   請求項５に記載の薄膜トランジスタ。
7. 前記密着層は、金属材料からなり、前記有機半導体層および前記フッ素樹脂層よりも一回り小さい島状にパターニングされている
   請求項６記載の薄膜トランジスタ。
8. 基板上に、ソース電極およびドレイン電極と、当該ソース電極とドレイン電極との間にわたる有機半導体層とを形成する工程と、
   前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記有機半導体層が形成された前記基板上に、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層、無機材料からなる密着層、および前記フッ素樹脂層を構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層とをこの順に積層成膜したゲート絶縁膜を形成する工程と、
   前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程とを行なう
   薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記密着層の成膜は、真空プロセスを適用して行われる
   請求項８記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、遮光性材料を用いて前記密着層を成膜した後、紫外線硬化樹脂を用いて前記高誘電率樹脂層を成膜する
    請求項８または９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
11. 前記基板上に前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成した後に、当該基板上に前記有機半導体層を形成する
    請求項８〜１０の何れかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
12. 前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、前記有機半導体層上に、前記フッ素樹脂層と前記密着層とをこの順に成膜した後、前記有機半導体層と共に当該密着層およびフッ素樹脂層とを島状にパターニングすることにより素子分離を行ない、次に前記高誘電率樹脂層を成膜する
    請求項１１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
13. 前記密着層は、金属材料からなり、
    前記素子分離を行なう際には、前記有機半導体層および前記フッ素樹脂層よりも一回り小さい島状に前記密着層をパターニングする
    請求項１２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
14. 薄膜トランジスタと、当該薄膜トランジスタに接続された画素電極とを有し、
    前記薄膜トランジスタは、
    前記基板上のソース電極およびドレイン電極と、
    前記ソース電極とドレイン電極との間にわたって設けられた有機半導体層と、
    前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記有機半導体層が形成された前記基板上に、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層、無機材料からなる密着層、および前記フッ素樹脂層を構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層とをこの順に積層したゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上のゲート電極とを備えた
    表示装置。
15. 前記密着層は、遮光性材料で構成されており、
    前記高誘電率樹脂層は、紫外線硬化樹脂で構成されている
    請求項１４に記載の表示装置。
16. 薄膜トランジスタに接続された導電性パターンとを有し、
    前記薄膜トランジスタは、
    前記基板上のソース電極およびドレイン電極と、
    前記ソース電極とドレイン電極との間にわたって設けられた有機半導体層と、
    前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記有機半導体層が形成された前記基板上に、フッ素系溶媒に可溶な樹脂からなるフッ素樹脂層、無機材料からなる密着層、および前記フッ素樹脂層を構成する樹脂よりも誘電率が高い樹脂材料からなる高誘電率樹脂層とをこの順に積層したゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上のゲート電極とを備えた
    電子機器。
17. 前記密着層は、遮光性材料で構成されており、
    前記高誘電率樹脂層は、紫外線硬化樹脂で構成されている
    請求項１６に記載の電子機器。

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