JP4358152B2

JP4358152B2 - 薄膜トランジスタ及びそれを備えた平板表示装置

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Publication number: JP4358152B2
Application number: JP2005148530A
Authority: JP
Inventors: 在本具; ▲ミン▼徹徐; 然坤牟
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Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びそれを備えた平板表示装置に係り、更に詳細には、接触抵抗が低下した薄膜トランジスタ及びそれを備えた平板表示装置に関する。

液晶ディスプレイ素子や有機電界発光ディスプレイ素子、または無機電界発光ディスプレイ素子などの平板表示装置に使用される薄膜トランジスタ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴ）は、各ピクセルの動作を制御するスイッチング素子、及びピクセルを駆動させる駆動素子として使用される。

そのようなＴＦＴは、高濃度の不純物でドープされたソース／ドレイン領域と、そのソース／ドレイン領域の間に形成されたチャンネル領域とを有する半導体層を有し、その半導体層と絶縁されて、前記チャンネル領域に対応する領域に位置するゲート電極と、前記ソース／ドレイン領域にそれぞれ接触されるソース／ドレイン電極とを有する。

ところが、前記ソース／ドレイン電極は、通常、電荷の流れが円滑に行われるように一関数の低い金属からなるが、そのような金属と半導体層とが接触された領域の高い接触抵抗により、素子の特性が低下し、ひいては消費電力が増加する問題点がある。

金属と半導体との間の接触抵抗を低下させるために、多様な方法が使用されている。非晶質シリコンを半導体層として使用する場合には、非晶質シリコンと金属材ソース／ドレイン電極との間にｎ^＋シリコン層をおいて、電子またはホールの移動を円滑にし、ポリシリコンを半導体層として使用する場合には、金属との接触抵抗を改善するために、前記ポリシリコンをドープする。

ところが、前記方法は、３００℃以上の高温で使用せねばならないため、もし基板を熱に弱いプラスチック基板にする場合には、使用できないという問題点がある。

一方、最近の平板ディスプレイ装置は、薄型化と共にフレキシブルな特性が要求されている。

そのようなフレキシブルな特性のために、ディスプレイ装置の基板を従来のグラス材の基板ではない、プラスチック基板の使用がよく試されているが、そのようにプラスチック基板を使用する場合には、前記したように、高温工程ではない低温工程を使用せねばならない。したがって、従来のポリシリコン系のＴＦＴを使用し難いという問題があった。

それを解決するために、最近に有機半導体が使用されている。有機半導体層は、低温工程で形成できるため、フレキシブル型のＴＦＴを実現できる長所を有する。

有機半導体を備えるＴＦＴも、有機半導体物質とソース／ドレイン電極とをなす金属物質が接触する境界地点での接触抵抗が高いという問題点がある。前記接触抵抗を低下させるために、ゲート絶縁膜または保護膜の有機半導体層と隣接した最上部には、ＯＴＳ、ＨＭＤＳなどのＳＡＭ（ＳｅｌｆＡｓｓｅｍｂｌｅｄＭｏｎｏｌａｙｅｒ）処理を行うか、またはフッ素系の高分子や一般汎用の高分子でコーティング処理できる。例えば、特許文献１には、ソース及びドレイン電極にドーパントを注入した後、ソース及びドレイン電極の周りのチャンネルを選択的に露光して、ソース及びドレイン電極の周りのチャンネルがドープされたＴＦＴが開示されている。

しかし、既存の方法では満足すべきレベルに接触抵抗が低下しないため、それを改善する必要性は相変らず要求されている。
韓国特許第２００３−００８５５９２号公報

本発明は、前記のような問題点を鑑みてなされたものであって、有機半導体とソース／ドレイン電極との間の接触抵抗が低下する効果が得られるＴＦＴ、及びそれを備えた平板表示装置を提供するところにその目的がある。

前記本発明の課題を解決するために、本発明は、ゲート電極と、前記ゲート電極と絶縁されたソース及びドレイン電極と、前記ゲート電極と絶縁され、前記ソース及びドレイン電極にそれぞれ接する有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート電極とを絶縁させるゲート絶縁膜とを備え、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点での第１キャパシタンス値は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第２キャパシタンス値、前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第３キャパシタンス値、及び前記有機半導体層と前記ソース及びドレイン電極とが接触する部分での第４キャパシタンス値のうち一つ以上のキャパシタンス値より大きいことを特徴とするＴＦＴを提供する。

そのような本発明の他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点での第１キャパシタンス値は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第２キャパシタンス値、または前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第３キャパシタンス値より大きいこともある。

そのような本発明の更に他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点での第１キャパシタンス値は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第２キャパシタンス値、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分での第３キャパシタンス値より大きいこともある。

そのような本発明の更に他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１厚さは、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２厚さ、または前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第３厚さより薄いこともある。

そのような本発明の更に他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１厚さは、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２厚さ、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第３厚さより薄いこともある。

そのような本発明の更に他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１誘電定数は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２誘電定数、または前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第３誘電定数より大きいこともある。

そのような本発明の更に他の特徴によれば、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１誘電定数は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２誘電定数、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第３誘電定数より大きいこともある。

前記したような誘電定数差を具現するために、前記有機半導体層、前記ソース及びドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜の第１部分は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２及びＣａＦ_２からなる群から選択された一つ以上の物質を更に含むシリコン酸化物、及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなり、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第２部分、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第３部分のうち一つ以上の部分は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなりうる。

前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジアンヒドリド及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びそれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びそれらの誘導体、金属を含有するか、または含有していないフタロシアニン及びそれらの誘導体、ピロメリト酸ジアンヒドリド及びその誘導体、及びピロメリト酸ジイミド及びそれらの誘導体のうち少なくともいずれか一つを含みうる。

前記本発明の他の課題を達成するために、本発明は、前記したようなＴＦＴを各画素に備え、前記ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続された平板表示装置を提供する。

本発明によれば、有機半導体層とソース及びドレイン電極との間の接触抵抗が低下したＴＦＴが得られる。前記ＴＦＴを利用すれば、信頼性の確保された平板表示装置を製造できる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について更に詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施例に係るＴＦＴを示した平面図であり、図２ないし図４は、図１のＩ−Ｉについての断面図である。

まず、図１及び図２から分かるように、本発明に係るＴＦＴ１０は基板１１上に備えられる。前記基板１１は、グラス材の基板またはプラスチック材の基板が使用されうる。基板上に形成されたＴＦＴ１０は、互いに隣接して備えられており、その構造が同じである。以下では、まず、それらのうち一つのＴＦＴ１０についてその構造を説明する。

前記基板上には、所定パターンのゲート電極１２が形成され、そのゲート電極１２を覆うようにゲート絶縁膜１３が形成される。そして、ゲート絶縁膜１３の上部には、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂがそれぞれ形成される。そのソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂは、図１及び図２から分かるように、一定部分のゲート電極１２と重畳させうるが、必ずしもそれに限定されるものではない。前記ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂの上部には、有機半導体層１５が全面形成される。

前記有機半導体層１５は、ソース／ドレイン領域１５ｂと、そのソース／ドレイン領域１５ｂを連結するチャンネル領域１５ａとを備える。前記有機半導体層１５は、ｎ型またはｐ型の有機半導体が使用され得、ソース／ドレイン領域１５ｂのみにｎ型またはｐ型の不純物がドープされうる。

前記有機半導体層１５を形成する有機半導体物質としては、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジアンヒドリド及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びそれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びそれらの誘導体、金属を含有するか、または含有していないフタロシアニン及びそれらの誘導体、ピロメリト酸ジアンヒドリド及びその誘導体、及びピロメリト酸ジイミド及びそれらの誘導体などが使用されうる。

有機半導体層１５において、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂと接触された領域の有機半導体結晶は、他の領域の有機半導体の結晶より大きさが小さい。そのようなソース／ドレイン電極と接触された領域の小さな有機半導体結晶によって、結晶粒子が大きくなり、トラップサイトが増加しつつ、抵抗（すなわち、接触抵抗）が大きくなる。そのような接触抵抗を低下させるために、本発明に係るＴＦＴは、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの第１キャパシタンス値が、前記有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値、前記ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂと前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第３キャパシタンス値、及び前記有機半導体層１５と前記ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとが接触する部分での第４キャパシタンス値のうち一つ以上のキャパシタンス値より大きい構造を有する。

更に具体的に、本発明に係るＴＦＴの有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの第１キャパシタンス値は、特に、前記有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値、または前記ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂと前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第３キャパシタンス値、または前記第２キャパシタンス値と前記第３キャパシタンス値のいずれの値より大きいこともあり、前記第２キャパシタンス値及び第３キャパシタンス値は、それぞれ同じであるか、または異なることもある。

前記したようなキャパシタンス値の制御による接触抵抗の低下は、下記数式１によって更に明確に理解できる。
＜数１＞
Ｖ_ｔｈ＝ｑＮ_Ａｔ／Ｃ_ＯＸ
前記数式１のうち、Ｖ_ｔｈは閾値電圧であり、ｑは電荷量であり、Ｎ_Ａは電荷濃度であり、ｔは有機半導体層の厚さであり、Ｃ_ＯＸはキャパシタンス値である。

前記数式１によれば、キャパシタンス値が増加すれば、閾値電圧が低下して接触抵抗が低下する。したがって、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでのキャパシタンス値を増加させれば、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの閾値電圧が低下して、前記地点での接触抵抗の低下効果が得られる。それにより、前記地点でのホールキャリア集積が容易になり、チャンネル領域が容易に形成されうるため、ＴＦＴの信頼性を向上させうる。

有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでのキャパシタンス値を増加させる方法のうち一つは、下記数式２による。
＜数２＞
Ｃ_ＯＸ＝ε／ｄ
前記数式２のうち、Ｃ_ＯＸはキャパシタンス値であり、εは誘電定数であり、ｄは膜厚である。

すなわち、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜１３の厚さを薄くするか、または有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜部分の誘電定数を大きくすれば、キャパシタンス値を増加させうる。それを適用した具体的な実施例を、以下に図面を参照して更に詳細に説明する。

前記したようなキャパシタンス値差を具現するために、ＴＦＴのうちゲート絶縁膜の厚さをゲート絶縁膜部分別に制御できる。

図２から分かるように、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_１を、有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_２より薄くすることができる。そのようなゲート絶縁膜の厚さの差によって、図２に示されたＴＦＴの有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの第１キャパシタンス値は、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値より大きくなる。それは、前記数式２から分かるように、キャパシタンス値が電極間の誘電層（すなわち、ゲート絶縁膜）の厚さに反比例する点を利用したものである。

図３には、本発明の他の一実施例を示したが、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_１が、有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_２、及びソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_３よりいずれも薄くすることができる。その時、前記ゲート絶縁膜厚さｄ_２を前記ゲート絶縁膜厚さｄ_３より薄くすることができる。

一方、図４には、本発明の更に他の一実施例に係るＴＦＴを示したが、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜厚さｄ_１が、有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜厚さｄ_２、及びソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜１３の厚さｄ_３よりいずれも薄くすることができる。その時、前記ゲート絶縁膜厚さｄ_２と前記ゲート絶縁膜厚さｄ_３とが同じであることもある。

前記したようなゲート絶縁膜の厚さの差によって、図２ないし図４に示されたＴＦＴの有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの第１キャパシタンス値は、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値、及び／またはソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第３キャパシタンス値より大きくなる。

そのような本発明のＴＦＴのゲート絶縁膜の領域別の厚さの差は、まず従来の方法でゲート絶縁膜を形成した後、追加マスクを使用して所定のゲート絶縁膜部分の上部に、所定の厚さに再びゲート絶縁膜を形成することで具現できる。または、更に簡単に所定の領域での露光度を制御できるハーフトーンマスクを利用してゲート絶縁膜の厚さの差を具現できる。

本発明に係るキャパシタンス値差を具現するために、前記したように、ＴＦＴのうちゲート絶縁膜の厚さを制御する以外に、ゲート絶縁膜の誘電定数をゲート絶縁膜部分別に制御できる。すなわち、前記数式２から分かるように、キャパシタンス値は、誘電体の誘電定数値に比例するため、前記した各領域別に誘電定数を異ならせれば、相異なるキャパシタンス値が得られる。ゲート絶縁膜誘電定数が制御されたＴＦＴの多様な実施例は、図５ないし図７を参照する。図５ないし図７も図１のＩ−Ｉに沿って切断したＴＦＴの断面図に該当する。

本発明に係るＴＦＴは、前記したようなキャパシタンス値差を具現するために、ゲート絶縁膜部分別に多様な誘電定数を有するゲート絶縁膜を備える。

図５には、本発明の更に他の一実施例に係るＴＦＴを示したが、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜部分１３ａの誘電定数ε_１が、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｂの誘電定数ε_２より大きいこともある。そのようなゲート絶縁膜の領域別の誘電定数差によって、図５に示されたＴＦＴの有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する部分Ｃでの第１キャパシタンス値は、有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値より大きくなる。それは、前記数式２から分かるように、キャパシタンス値は、誘電体の誘電定数値に比例するという点を利用したものである。

図６には、本発明の更に他の一実施例に係るＴＦＴを示したが、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜部分１３ａの誘電定数ε_１が、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｂの誘電定数ε_２、及びソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜１３ｃの誘電定数ε_３よりいずれも大きいこともある。その時、前記誘電定数ε_２は、前記誘電定数ε_３より大きいこともある。

一方、図７には、本発明の更に他の一実施例に係るＴＦＴが示されているが、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃの下部のゲート絶縁膜部分１３ａの誘電定数ε_１が、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｂの誘電定数ε_２、及びソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｃの誘電定数ε_３よりいずれも大きいこともある。その時、前記誘電定数ε_２は、前記誘電定数ε_３と同じであることもある。

前記したようなゲート絶縁膜の誘電定数差によって、図５ないし図７に示されたＴＦＴの有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点Ｃでの第１キャパシタンス値は、有機半導体層１５と前記ゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第２キャパシタンス値、及び／またはソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分での第３キャパシタンス値より大きくなる。

図５ないし７に示された本発明のＴＦＴにおいて、例えば、有機半導体層１５、ソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂ、及びゲート絶縁膜１３がいずれも接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分１３ａは、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２及びＣａＦ_２からなる群から選択された一つ以上の物質を更に含むシリコン酸化物、及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなっており、有機半導体層１５とゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｂ、及びソース及びドレイン電極１４ａ、１４ｂとゲート絶縁膜１３とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分１３ｃのうち一つ以上の部分は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなりうる。そのような本発明のＴＦＴのゲート絶縁膜の誘電定数差は、例えばドーピング処理法またはイオン注入法を利用して具現できる。

イオン注入法を利用して、ゲート絶縁膜の誘電定数差を具現する方法の一実施例によれば、まず、ゲート電極を覆うようにシリコン酸化物層または窒化物層を形成する。その後、所定パターンのマスクを利用して、前記シリコン酸化物層または窒化物層をマスキングする。その時、例えば、前記シリコン酸化物層または窒化物層上に、クロムマスク層を形成した後、フォトリソグラフィ工程を利用してマスクパターンを形成できる。それによって得たマスキングされたシリコン酸化物層または窒化物酸化物層にイオンを注入する。前記イオンは、例えばＴｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｆ及びＣａからなる元素のうち一つ以上の元素のイオンであることもある。イオン注入が完了すれば、例えば湿式エッチング法などを使用してマスク層を除去する。その結果、得たイオンが注入されたゲート絶縁膜部分と、イオンが注入されていないゲート絶縁膜部分とからなるゲート絶縁膜を酸化雰囲気で熱処理することで、本発明のゲート絶縁膜が得られる。

本発明のＴＦＴは、以上で説明したような積層構造を有する形態だけでなく、多様な積層構造を有するように形成されることもある。

前記のような構造のＴＦＴは、ＬＣＤまたは有機電界発光表示装置のような平板表示装置に備えられることもある。

図８は、平板表示装置の一実施例である有機電界発光表示装置に、前記ＴＦＴを適用したことを示したものである。

図８は、有機電界発光表示装置の一つの副画素を示したものであって、そのような各副画素には、自発光素子として有機電界発光素子（以下、“ＥＬ素子”という）を備えており、ＴＦＴが少なくとも一つ以上が備えられている。そして、図面には示されていないが、別途のキャパシタが更に備えられている。

そのような有機電界発光表示装置は、有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）の発光色によって多様な画素パターンを有するが、好ましくは赤色、緑色、青色の画素を備える。

そのような赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各副画素は、図８から分かるように、ＴＦＴ構造と自発光素子の有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）とを有する。そして、ＴＦＴを備えるが、そのＴＦＴは、前記した実施例に係るＴＦＴであり得る。しかし、必ずしもそれに限定されるものではなく、多様な構造のＴＦＴを備えうる。

図８から分かるように、絶縁基板２１上に、前記したＴＦＴ２０が備えられる。

図８に示されたように、前記ＴＦＴ２０は、基板２１上に所定パターンのゲート電極２２が形成され、そのゲート電極２２を覆うようにゲート絶縁膜２３が形成される。そして、ゲート絶縁膜２３の上部には、ソース及びドレイン電極２４ａ、２４ｂがそれぞれ形成される。その時、ゲート絶縁膜２３の形態は、前記したように、キャパシタンス値差を具現するためのものである。前記ゲート絶縁膜についての多様な実施例は前記の通りであり、詳細な説明は省略する。

前記ソース及びドレイン電極２４ａ、２４ｂの上部には、有機半導体層２５が覆われる。

前記有機半導体層２５は、ソース／ドレイン領域と、そのソース／ドレイン領域を連結するチャンネル領域とを備える。

有機半導体層２５が形成された後には、前記ＴＦＴ２０を覆うようにパッシベーション膜２７が形成されるが、そのパッシベーション膜２７は、単一層または複数層の構造より形成されており、有機物、無機物、または有機／無機複合物より形成されうる。

前記パッシベーション膜２７の上部には、画素定義膜２８により、ＥＬ素子３０の有機発光膜３２を形成する。

前記有機ＥＬ素子３０は、電流の流れにより赤色、緑色、青色の光を発光して所定の画像情報を表示するものであって、ＴＦＴ２０のソース及びドレイン電極２４ａ、２４ｂのうちいずれか一つに連結された画素電極３１、全体画素を覆うように備えられた対向電極３３、及びそれらの画素電極３１と対向電極３３との間に配置されて発光する有機発光膜３２より構成される。前記画素電極３１と対向電極３３とは、前記有機発光膜３２により互いに絶縁されており、有機発光膜３２に互いに逆極性の電圧を加えて、有機発光膜３２で発光が行われるようにする。本発明は、必ずしも前記のような構造に限定されるものではなく、多様な有機電界発光表示装置の構造がそのままに適用されうる。

前記有機発光膜３２は、低分子または高分子有機膜が使用されうるが、低分子有機膜を使用する場合、ホール注入層（ＨｏｌｅＩｎｊｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ：ＨＩＬ）、ホール輸送層（ＨｏｌｅＴｒａｎｓｐｏｒｔＬａｙｅｒ：以下、ＨＴＬ）、発光層（ＥｍｉｓｓｉｏｎＬａｙｅｒ：以下、ＥＭＬ）、電子輸送層（ＥｌｅｃｔｒｏｎＴｒａｎｓｐｏｒｔＬａｙｅｒ：ＥＴＬ）、電子注入層（ＥｌｅｃｔｒｏｎＩｎｊｅｃｔｉｏｎＬａｙｅｒ：ＥＩＬ）などが単一あるいは複合の構造で積層されて形成され得、使用できる有機材料も銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、トリス−８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）などを始めとして多様に適用できる。それらの低分子有機膜は、真空蒸着の方法より形成される。

高分子有機膜の場合には、ほぼＨＴＬ及びＥＭＬより備えられた構造を有することもあり、その時、前記ＨＴＬとしてＰＥＤＯＴを使用し、発光層としてＰＰＶ（Ｐｏｌｙ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｖｉｎｙｌｅｎｅ）系及びポリフルオレン系などの高分子有機物質を使用し、それをスクリーン印刷やインクジェット印刷方法などより形成できる。

前記のような有機膜は、必ずしもそれに限定されるものではなく、多様な実施例が適用されうる。

前記画素電極３１は、アノード電極の機能を行い、前記対向電極３３は、カソード電極の機能を行うが、もちろん、それらの画素電極３１と対向電極３３の極性は逆であっても関係ない。

液晶表示装置の場合、それとは違って、前記画素電極３１を覆う下部配向膜（図示せず）を形成することで、液晶表示装置の下部基板の製造を完成する。

そのように、本発明に係るＴＦＴは、図８でのように、各副画素に搭載されることもあり、画像が具現されないドライバ回路（図示せず）にも搭載されうる。

そして、有機電界発光表示装置は、基板２１としてフレキシブルなプラスチック基板を使用することが適している。

前記では、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を離脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更が可能であるということが理解できる。

本発明に係るＴＦＴは、非常に低い抵抗値を有するが、それは、各種の電子機器、例えば平板表示装置などに有用に利用されうる。

本発明の一実施例に係るＴＦＴの構造を示した平面図である。本発明の一実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。本発明の一実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。本発明の一実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。本発明の他の実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。本発明の他の実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。本発明の他の実施例に係るＴＦＴの構造を示した断面図である。図２のＴＦＴを有機電界発光表示装置に適用した場合の断面図である。

符号の説明

１０ＴＦＴ
１１基板
１２ゲート電極
１３ゲート絶縁膜
１４ｂソース及びドレイン電極
１５、１５ａ、１５ｂ有機半導体層
Ｃ地点
ｄ_１、ｄ_２絶縁膜の厚さ

Claims

ゲート電極と、
前記ゲート電極から絶縁されたソース及びドレイン電極と、
前記ゲート電極から絶縁され、前記ソース及びドレイン電極にそれぞれ接する有機半導体層と、
前記ソース及びドレイン電極を前記ゲート電極から絶縁させるゲート絶縁膜を備え、
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点でのゲート絶縁膜の第１キャパシタンス値は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分でのゲート絶縁膜の第２キャパシタンス値、及び、前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分でのゲート絶縁膜の第３キャパシタンス値より大きいことを特徴とする薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点の下部のゲート絶縁膜の第１厚さは、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第２厚さより薄いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点の下部のゲート絶縁膜の第１厚さは、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第２厚さ、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第３厚さの両方より薄いことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１誘電定数は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２誘電定数より大きいことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点の下部のゲート絶縁膜部分の第１誘電定数は、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第２誘電定数、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜部分の第３誘電定数の両方より大きいことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層と、前記ソース及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜とが互いに接触する地点の下部のゲート絶縁膜の第１部分は、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２及びＣａＦ_２からなる群から選択された一つ以上の物質を更に含むシリコン酸化物、及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなっており、前記有機半導体層と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第２部分、及び前記ソース及びドレイン電極と前記ゲート絶縁膜とが接触する部分の下部のゲート絶縁膜の第３部分のうち一つ以上の部分は、シリコン酸化物及びシリコン窒化物のうち一つ以上からなることを特徴とする請求項５に記載の薄膜トランジスタ。
前記有機半導体層は、ペンタセン、テトラセン、アントラセン、ナフタレン、α−６−チオフェン、α−４−チオフェン、ペリレン及びその誘導体、ルブレン及びその誘導体、コロネン及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド及びその誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジアンヒドリド及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリパラフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリパラフェニレン及びその誘導体、ポリフロレン及びその誘導体、ポリチオフェンビニレン及びその誘導体、ポリチオフェン−ヘテロ環芳香族共重合体及びその誘導体、ナフタレンのオリゴアセン及びそれらの誘導体、α−５−チオフェンのオリゴチオフェン及びそれらの誘導体、金属を含有するか、または含有していないフタロシアニン及びそれらの誘導体、ピロメリト酸ジアンヒドリド及びその誘導体、及びピロメリト酸ジイミド及びそれらの誘導体のうち少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタを各画素に備え、前記薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極に画素電極が接続されたことを特徴とする平板表示装置。