JP5842008B2 - 薄膜トランジスタ、有機ｅｌ発光素子及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ、有機ｅｌ発光素子及び薄膜トランジスタの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、薄膜トランジスタ、有機ＥＬ発光素子及び薄膜トランジスタの製造方法に関する。
液晶表示装置又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置等のアクティブマトリクス駆動型の表示装置等では、画素回路において、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられている。
例えば、薄膜トランジスタは、基板と、基板上に設けられたゲート電極と、ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極とを備えるものである。
薄膜トランジスタの半導体層としてはシリコンを用いることが多いが、近年、有機材料を半導体層として用いた有機薄膜トランジスタも開発されている。例えば、特許文献１には、従来の有機薄膜トランジスタが開示されている（特許文献１）。
特開平１０−２７０７１２号公報
近年、表示装置の大画面化が進んでおり、これに伴って画素回路における配線も長くなる。配線が長くなると、配線抵抗が高くなって配線における電流ロスが大きくなるので、配線の低抵抗化が望まれている。ここで、配線は、薄膜トランジスタにおけるゲート電極やソース電極（ドレイン電極）と同時にパターン形成されることが多いことから、配線を低抵抗化する場合にはゲート電極等も低抵抗化する必要がある。
ここで、配線抵抗を低くする一つの手段として、配線の膜厚を厚くする、すなわち、ゲート電極やソース電極（ドレイン電極）の膜厚を厚くすることが考えられる。一方、薄膜トランジスタの特性を向上させるためにはゲート絶縁膜を薄くすることが好ましい。
しかしながら、厚膜化したゲート電極を薄いゲート絶縁膜によって被覆すると、ゲート絶縁膜によるゲート電極の被覆性が悪化し、ゲート絶縁膜の耐電圧特性が低下するという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ゲート絶縁層の耐電圧特性を向上することができる薄膜トランジスタ及びこれを備えた有機ＥＬ発光素子並びに薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様は、基板上に位置するゲート電極と、前記ゲート電極を被覆するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に位置する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極の上方に位置する第１領域と、前記第１領域と同一物質からなり前記ゲート電極の上方とは異なる場所に位置する第２領域とを含み、前記第１領域の密度は、前記第２領域の密度よりも高いことを特徴とする。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様は、基板上にゲート電極を形成する第１工程と、前記ゲート電極を被覆してゲート絶縁層を形成する第２工程と、前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極の上方の領域を挟んでソース電極とドレイン電極とを並設する第３工程と、前記ソース電極と前記ドレイン電極とに電気的に接続される半導体層を形成する第４工程と、を有し、前記第２工程は、前記ゲート電極を被覆するように絶縁性材料を塗布する塗布工程と、前記ゲート電極の上方の領域に塗布された前記絶縁性材料が前記ゲート電極の上方とは異なる領域に塗布された前記絶縁性材料よりも隆起した状態で、前記絶縁性材料を加熱する工程と、前記絶縁性材料を加熱する工程の後、前記絶縁性材料の表面をプレス部材により押圧するプレス工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
本発明によれば、ゲート絶縁層の耐電圧特性を向上させることができるとともに、ゲート電極上におけるゲート絶縁層の比誘電率が高いのでＴＦＴ特性を向上させることができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの断面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程を説明するための断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ発光素子の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態の変形例に係る薄膜トランジスタの構成を説明するための図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁層のプレス前及びプレス後の状態を示す図である。 図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁層の減膜率とプレス後のゲート絶縁層の比誘電率との関係を示す図である。
本発明に係る薄膜トランジスタの一態様は、基板上に位置するゲート電極と、前記ゲート電極を被覆するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に位置する半導体層と、前記半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極の上方に位置する第１領域と、前記第１領域と同一物質からなり前記ゲート電極の上方とは異なる場所に位置する第２領域とを含み、前記第１領域の密度は、前記第２領域の密度よりも高い。
本態様によれば、ゲート電極上におけるゲート絶縁層は高密度の第１領域によって構成されているので、ゲート絶縁層の耐電圧特性を向上させることができる。これにより、結果としてゲート電極を厚膜化してゲート電極と同層の配線も厚膜化する方法を採用することができるので、低抵抗配線とすることができる。
さらに、本態様によれば、ゲート電極上におけるゲート絶縁層の第１領域は第２領域よりも比誘電率が高くなるので、半導体層のチャネル領域に誘起されるキャリアの密度を高くすることができる。これにより、ＴＦＴ特性を向上させることができる。
さらに、本態様では、第１領域と第２領域とが同一物質によって形成されているので、第１領域と第２領域との間には界面が形成されない。これにより、リーク電流の発生を抑制することができるので、ゲート絶縁層の耐電圧特性が低下することを抑制することができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第２領域は、前記ゲート電極と、当該ゲート電極に隣接する他のゲート電極との間に位置する領域である、とすることができる。
本態様によれば、隣り合うゲート電極間に位置する領域である第２領域の比誘電率は、ゲート電極の上方に位置する第１領域の比誘電率よりも小さくなる。これにより、隣り合うゲート電極間に発生する寄生容量を抑制することができる。さらに、隣り合うゲート電極間の比誘電率が小さいので、薄膜トランジスタの応答速度を向上させることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記ゲート絶縁層は、前記第１領域と前記第２領域との間の領域である第３領域を含み、前記第３領域の密度は、前記第１領域の密度から前記第２領域の密度へ遷移する密度である、とすることができる。
本態様によれば、ゲート電極の端部が、第２領域よりも平均密度が高い第３領域によって覆われるので、ゲート電極の端部で発生しやすい先端放電を抑制することができる。これにより、ゲート絶縁層３の耐電圧特性を一層向上させることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記ゲート絶縁層は、有機絶縁膜である、とすることができる。この場合、前記有機絶縁膜は、その一部に無機材料が添加された有機材料からなることが好ましい。
本態様によれば、有機絶縁膜の材料を塗布した後に、プリベークして溶媒を気化して未硬化の状態でプレスして圧縮することによって、粗密差のある有機絶縁膜を容易に形成することができる。これにより、高密度の第１領域と低密度の第２領域とを含むゲート絶縁層を容易に形成することができる。
また、本発明に係る有機ＥＬ発光素子の一態様は、上記のいずれかの薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの上方に位置し、コンタクトホールが形成された平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成され、前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極と電気的に接続する下部電極と、前記下部電極の上方に位置する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に位置する有機発光層と、を備えるものである。
本態様によれば、ゲート絶縁層の耐電圧特性が優れた薄膜トランジスタを用いている。そのため、配線抵抗を低下する手法として、ゲート電極とともに配線も厚膜化する方法を採用することができる。これにより、有機ＥＬ発光素子が大型化しても電流ロスの少ない配線を実現することができるので、高速動作を行うことができる有機ＥＬ発光素子を実現することができる。
さらに、本態様によれば、第１領域によってゲート電極の上方におけるゲート絶縁層の比誘電率が他の領域の比誘電率と比べて高くなっているので、半導体層のチャネル領域に誘起されるキャリアの密度を高くすることができる。これにより、薄膜トランジスタのＴＦＴ特性を向上させることができるので、さらに高速動作を行うことができる有機ＥＬ発光素子を実現することができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様は、基板上にゲート電極を形成する第１工程と、前記ゲート電極を被覆してゲート絶縁層を形成する第２工程と、前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極の上方の領域を挟んでソース電極とドレイン電極とを並設する第３工程と、前記ソース電極と前記ドレイン電極とに電気的に接続される半導体層を形成する第４工程と、を有し、前記第２工程は、前記ゲート電極を被覆するように絶縁性材料を塗布する塗布工程と、前記ゲート電極の上方の領域に塗布された前記絶縁性材料が前記ゲート電極の上方とは異なる領域に塗布された前記絶縁性材料よりも隆起した状態で、前記絶縁性材料を加熱する工程と、前記絶縁性材料を加熱する工程の後、前記絶縁性材料の表面をプレス部材により押圧するプレス工程とを少なくとも含むものである。
本態様によれば、ゲート電極上における隆起した有機絶縁性材料の圧縮率を他の領域の有機絶縁性材料の圧縮率よりも大きくすることができるので、膜密度が異なる第１領域及び第２領域を含むゲート絶縁層を形成することができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第２工程における前記塗布工程において、前記ゲート電極の上方の領域と前記ゲート電極の上方以外の領域とに、同一の絶縁性材料を塗布する、としてもよい。
本態様によれば、密度の異なる領域同士の間には界面が形成されないのでゲート絶縁層の耐電圧特性が低下することを抑制することができる。さらに、密度の異なる複数種の材料を用いてゲート絶縁層を形成する場合と比較して、ゲート絶縁層を形成する工程を簡素化することもできる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第２工程における前記プレス工程によって、前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極上の領域に対応する第１領域の密度が、前記ゲート絶縁層における前記第１領域とは異なる場所に位置する領域の密度よりも高くなる、としてもよい。
本態様によれば、ゲート絶縁層の耐電圧特性及びＴＦＴ特性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第１工程において、前記ゲート電極に隣接する他のゲート電極を形成し、前記第２工程における前記塗布工程において、前記ゲート電極及び前記他のゲート電極を被覆するように前記絶縁性材料を塗布し、前記第２工程におけるプレス工程によって、前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極上の領域に対応する第１領域の密度が、前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極と当該ゲート電極に隣接する他のゲート電極との間の領域に対応する第２領域の密度よりも高くなる、としてもよい。
本態様によれば、隣り合うゲート電極間に発生する寄生容量を抑制することができる薄膜トランジスタを得ることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様において、前記第２工程における前記プレス工程によって、前記ゲート絶縁層における前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域の密度が、前記第１領域の密度から前記第２領域の密度へ遷移する密度となる、としてもよい。
本態様によれば、ゲート電極の端部で発生する先端放電を抑制して耐電圧特性に非常に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第２工程における前記塗布工程において、前記ゲート電極の上方以外の領域に塗布する絶縁性材料よりも誘電率が高い絶縁性材料を前記ゲート電極の上方に塗布してもよい。
本態様によれば、第１領域と第２領域との密度差及び誘電率差を容易に大きくすることができるので、チャネル領域に誘起されるキャリア密度を容易に向上させることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様において、前記第２工程は、さらに、前記プレス工程の後に、紫外線照射処理及び加熱処理の少なくともいずれか一つの処理によって前記絶縁性材料を硬化する硬化工程を含む、としてもよい。
本態様によれば、絶縁性材料の分子構造を緻密にして分子結合を強固にすることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記プレス部材は、平面を有し、前記第２工程における前記プレス工程において、前記平面によって前記絶縁性材料を押圧する、としてもよい。
本態様によれば、絶縁性材料の隆起している部分に対しては、絶縁性材料の隆起していない部分よりも容易に大きな押圧力を付与することができる。これにより、絶縁性材料に対して粗密差のある領域を容易に形成することができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第２工程における前記絶縁性材料を加熱する工程において、前記絶縁性材料の少なくとも表面を固化する、としてもよい。
本態様によれば、絶縁性材料が流動して広がることを抑制して絶縁性材料の凹凸状態を容易に維持することができるので、ゲート電極の上方における隆起した有機絶縁材料に対しては他の領域と比べて容易に高い押圧力を付与することができる。これにより、ゲート電極の上方の有機絶縁材料の圧縮率を大きくすることができるので、ゲート電極の上方の有機絶縁材料の密度を容易に高くすることができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、前記第２工程における前記プレス工程において、前記プレス部材と前記絶縁性材料の表面との間に、前記プレス部材に前記絶縁性材料が付着することを防止するための付着防止用保護シートを介して、前記プレス部材を押圧する、としてもよい。
本態様によれば、絶縁性材料がプレス部材に付着することを防止することができるので、絶縁性材料がプレス部材に付着してプレス後の有機絶縁性材料の表面の平坦性が損なわれることを防止することができる。
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様では、絶縁性材料を加熱する工程において、絶縁性材料に含まれる溶媒の沸点以上の温度で前記絶縁性材料を加熱する、としてもよい。
本態様によれば、絶縁性材料の溶媒の少なくとも一部をより確実に気化させることができ、その後のプレス工程によって絶縁性材料に密度勾配を発生させることが出来る。
（実施の形態）
以下、本発明に係る薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法の実施の形態について説明する。但し、本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。
まず、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０は、ボトムゲート型でｐ型（ｐチャネル）のＴＦＴであって、基板１と、ゲート電極２と、ゲート絶縁層３と、ソース電極４と、ドレイン電極５と、隔壁部６と、半導体層７と、平坦化膜８とを備える。以下、薄膜トランジスタ１０の各構成要素について詳述する。
基板１は、例えば、石英ガラス又は無アルカリガラスからなるガラス基板である。なお、基板１としては、プラスチックフィルム等の可撓性を有するフレキシブル基板等を用いても構わない。
ゲート電極２は、基板上に位置し、基板１上に所定形状にパターン形成されている。ゲート電極２は、導電性材料又はその合金等の単層構造又は多層構造からなり、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、又はモリブデンタングステン（ＭｏＷ）等を用いて形成される。
ゲート絶縁層３は、ゲート電極２を被覆して形成されている。本実施の形態において、ゲート絶縁層３は、当該薄膜トランジスタ１０におけるゲート電極２だけではなく、当該薄膜トランジスタに隣接する他の薄膜トランジスタのゲート電極２０あるいはその他配線等の当該ゲート電極２と同層に形成された他の電極や配線等も覆うようにして、基板１上の全面に形成される。ゲート絶縁層３は、例えば、ポリイミド、ポリビニルフェノール、又はポリプロピレン等からなる有機絶縁膜によって形成することができる。なお、この有機絶縁膜は、その一部にシリコン酸化膜やアルミナ等の無機材料が添加された有機材料によって構成されていてもよい。
また、ゲート絶縁層３は、ゲート電極２の上方に位置する領域である第１領域３１と、ゲート電極２の上方とは異なる場所に位置する領域である第２領域３２と、第１領域３１と第２領域３２との間の領域である第３領域３３とによって構成されている。本実施の形態において、第２領域３２と第３領域３３とは、基板１上におけるゲート電極２が形成されていない領域であり、基板１上に直接形成される領域である。このうち、第３領域３３は、ゲート電極２の側周部周辺の領域である。
ゲート絶縁層３において、第１領域３１は、膜密度が他の領域よりも高い高密度領域である。また、第２領域３２は、膜密度が他の領域よりも低い低密度領域である。第３領域３３は、膜密度が第１領域３１の密度から第２領域３２の密度へと遷移する遷移密度領域である。
また、本実施の形態において、第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３は、同一物質からなる。従って、各領域は、上記膜密度の違いに応じた比誘電率となっている。具体的には、高密度の第１領域３１の比誘電率は、他の領域の比誘電率よりも高い値になっており、低密度の第２領域３２の比誘電率は、他の領域の比誘電率よりも低い値となっており、また、第３領域３３の比誘電率は、第１領域３１の比誘電率と第２領域３２の比誘電率の間の値となっている。
ここで、第１領域３１において、膜密度をρ１とし、比誘電率をε１とし、膜厚をｔ１とし、第２領域３２において、膜密度をρ２とし、比誘電率をε２とし、膜厚をｔ２とし、さらに、第３領域３３において、平均膜密度をρ３とし、比誘電率をε３とし、膜厚をｔ３とすると、本実施の形態では、ρ１＞ρ３＞ρ２、ε１＞ε３＞ε２、ｔ１＜ｔ３＝ｔ２の関係を満たしている。また、ゲート電極２の膜厚をｔｇとすると、ｔｇ＜ｔ２＝ｔ３の関係を満たしている。
なお、ゲート絶縁層３の表面にはゲート電極２の厚みによって段差が生じるが、当該段差は小さく、ゲート絶縁層３の表面は概ね平坦である。当該段差は、少なくともゲート電極２の膜厚ｔｇよりも小さい。
一対のソース電極４及びドレイン電極５は、ゲート電極２の上方の領域を挟んで並設されている。すなわち、ソース電極４及びドレイン電極５は、ゲート絶縁層３上に離間して形成され、ゲート電極２の上方に所定の間隔をあけて対向配置されている。また、ソース電極４及びドレイン電極５における対向する各端部は、隔壁部６の開口内に露出するように構成されている。すなわち、ソース電極４及びドレイン電極５の開口側の端部は、平面視したときに隔壁部６の開口部分に位置するように形成されている。
また、ソース電極４及びドレイン電極５は、導電性材料又はその合金等の単層構造又は多層構造からなり、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、ＭｏＷ又はＭｏＮ（窒化モリブデン）等を用いて形成することができる。
隔壁部６は、ソース電極４及びドレイン電極５を覆うようにゲート絶縁層３上に形成されている。また、隔壁部６は、半導体層７を画素ごとに分離して区画するために、チャネル部（半導体層７）に対応して形成された開口を有する。
隔壁部６の開口は、ゲート電極２の上方に形成されており、本実施の形態では平面視形状が矩形状となるように形成されている。隔壁部６は、半導体層７の周囲を規制するバンクであって、半導体層７を形成するために開口内に塗布された有機半導体溶液の流れをせき止める機能を有する。隔壁部６の隔壁部分は、レジスト等の感光性材料を用いて形成することができ、この感光性樹脂を部分的に露光及び現像することによって開口を形成することができる。なお、フッ素等によって隔壁部６に対して所定の表面処理を行うことにより、隔壁部６の表面にも撥水性を持たせることが好ましい。
半導体層７は、隔壁部６の隔壁部分（開口における内壁）によって囲まれており、半導体層７の外周は、この内壁面によって規制されている。半導体層７は、ゲート絶縁層３上に位置し、開口内においてソース電極４が露出する部分の上面と、開口内に露出するゲート絶縁層３の上面と、開口内においてドレイン電極５が露出する部分の上面とにわたって形成されている。
本実施の形態における半導体層７は、有機材料を塗布することによって形成される塗布型の有機半導体層である。有機半導体層は、所定の有機半導体材料を含む溶剤を、インクジェット法等の印刷法によって隔壁部６の開口内に塗布して結晶化することによって形成することができる。有機半導体層の材料としては、例えば、ペンタセン、フタロシアニン系、又は、ポルフィリン系の可溶性の有機半導体材料を用いることができる。
なお、半導体層７を保護するために、隔壁部６の開口内における半導体層７の上に保護膜を形成してもよい。これにより、半導体層７に浸入しようとする水分や酸素又は不純物を効果的に遮断することができる。
平坦化膜８は、半導体層７を覆って隔壁部６の開口を埋めるように隔壁部６の上に形成される。平坦化膜８は、薄膜トランジスタ１０の表面を平坦化する膜であるとともに、層間のリーク電流の発生を抑制する層間絶縁膜である。平坦化膜８としては、例えば、レジストなどの有機材料やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などの無機材料を用いて形成することができる。
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の作用効果について説明する。
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０は、例えば表示パネルの画素回路等に用いることができる。ここで、表示パネルの大型化に伴って配線が長くなると、配線抵抗が高くなって電流ロスが大きくなるので、配線の低抵抗化が望まれている。特に、薄膜トランジスタを有機ＥＬ表示パネルの駆動トランジスタとして用いる場合、電流駆動型の有機ＥＬ発光素子に対して所望の電流を供給する必要があるので、配線における電流ロスは画質の低下を引き起こすので好ましくない。
配線の電流ロスを減らすためには配線抵抗を低くする必要があるが、その方法の一つとして、配線の膜厚を厚くすることが考えられる。例えば、有機ＥＬ表示パネルにおける配線の膜厚としては、高速動作を実現するために配線材料として低抵抗のＡｌ（アルミニウム）やＣｕ（銅）を用いた場合であっても、５００〜１０００ｎｍ、あるいは、１０００ｎｍ以上が要求される。ここで、配線は、薄膜トランジスタにおけるゲート電極及びソース電極（ドレイン電極）の材料を用いて、これらのゲート電極等と同時にパターン形成されることから、配線の膜厚を厚くすると、配線と同層のゲート電極等の膜厚も厚くなる。
一方、薄膜トランジスタにおいてＴＦＴ特性の向上を図るためにはゲート絶縁層を薄くすることが好ましく、例えば、ゲート絶縁層としては、１００〜３００ｎｍ程度の膜厚に抑えることが要求される。
この場合、配線の厚膜化とゲート絶縁層の薄膜化とを同時に満たすとなると、ボトムゲート型の薄膜トランジスタにおいては、配線の厚膜化によって膜厚化したゲート電極上に、当該ゲート電極の膜厚の数分の一となる非常に薄い膜厚のゲート絶縁層を被覆することになり、ゲート絶縁層の耐電圧特性が低下するという課題がある。特に、ゲート電極のコーナー部では、ゲート絶縁層の薄膜化に伴ってゲート絶縁膜の耐電圧特性が著しく低下する。さらに、ゲート絶縁層の耐電圧特性が低下すると、当該薄膜トランジスタを用いた表示パネルの歩留りが低下してしまう。
これに対して、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０によれば、ゲート電極２上におけるゲート絶縁層３は密度が高い第１領域３１によって構成されているので、ゲート絶縁層３における耐電圧特性を向上させることができる。これにより、ゲート電極２の膜厚を厚くしても所望の耐電圧特性を維持することができる。従って、ゲート電極２と同時にパターニングして配線を形成する場合には、ゲート電極２の厚膜化によって配線も厚膜化して抵抗を小さくすることができる。この結果、表示パネルが大型化しても、電流ロスの少ない配線を実現することができるので、高速動作を行うことができるとともに高画質の表示パネルを実現することができる。
さらに、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０によれば、ゲート電極２の上方に位置する第１領域３１の密度がゲート電極２の上方とは異なる場所に位置する第２領域３２の密度よりも高くなっているので、ゲート電極２の上方におけるゲート絶縁層３（第１領域３１）の比誘電率は他の領域の比誘電率と比べて高くなっている。これにより、半導体層７のチャネル領域に誘起されるキャリアの密度を高くすることができるので、ＴＦＴ特性を向上させることができる。
また、本実施の形態では、ゲート絶縁層３における第２領域３２が、当該薄膜トランジスタ１０におけるゲート電極２と当該ゲート電極２に隣接する他のゲート電極２０との間に位置する領域となっている。すなわち、第１領域３１よりも低密度である第２領域３２は、隣接する２つの薄膜トランジスタにおいて、一方の薄膜トランジスタのゲート電極と他方のトランジスタのゲート電極との間の領域となっている。これにより、隣り合うゲート電極間に位置する第２領域３２の比誘電率は、ゲート電極２の上方に位置する第１領域３１の比誘電率よりも小さくなる。従って、隣り合うゲート電極間に発生する寄生容量を抑制することができる。さらに、隣り合うゲート電極間の比誘電率が小さいので、薄膜トランジスタの応答速度を向上させることもできる。
また、本実施の形態では、ゲート電極２の端部周辺における第３領域３３の密度が、第１領域３１の密度から第２領域３２の密度へと遷移する密度となっている。これにより、第２領域３２よりも平均密度が高い第３領域３３がゲート電極２の端部を被覆することになるので、ゲート電極２の端部で発生しやすい先端放電を抑制することができる。従って、さらにゲート絶縁層３の耐電圧特性を向上させることができる。
なお、本実施の形態において、ゲート絶縁層３における第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３は同一物質によって構成されているが、第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３を複数種の異なる材料を用いて形成しても構わない。例えば、ゲート電極２の上方に塗布する絶縁性材料を、ゲート電極２の上方以外の領域に塗布される絶縁性材料よりも誘電率が高い物質で構成しても構わない。このように、第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３を異なる材料によって構成することによって、各領域における密度差及び誘電率差を容易に大きくすることができる。従って、チャネル領域に誘起されるキャリア密度を一層向上させることができ、ＴＦＴ特性をさらに向上させることができる。
但し、複数種の異なる材料を用いてゲート絶縁層３を形成すると、異なる材料で構成される領域同士の間には界面が形成されて当該界面を通ってリーク電流が流れやすくなるので、耐電圧特性が低下する。一方、本実施の形態のように、ゲート絶縁層３における密度の異なる領域を同一物質によって形成すると、密度の異なる領域同士の間が連続的となって上記のような界面が形成されないので、ゲート絶縁層３の耐電圧特性が低下することを抑制することができる。従って、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０のように、ゲート絶縁層３における第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３については、同一物質によって構成することが好ましい。
また、ゲート絶縁層３を同一物質によって形成する場合、ゲート絶縁層３は有機絶縁膜によって構成することが好ましい。これにより、有機絶縁膜の材料を塗布した後に、プリベークして溶媒を気化して未硬化の状態でプレスして圧縮することによって、粗密差のある有機絶縁膜を容易に形成することができる。従って、高密度の第１領域３１と低密度の第２領域３２とを含むゲート絶縁層３を容易に形成することができる。
次に、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の製造方法について、図２及び図３を用いて説明する。図２及び図３は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程を説明するための断面図である。
まず、図２の（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板１上に所定形状のゲート電極２を形成する（ゲート電極形成工程）。具体的には、基板１上にゲート電極２の材料をスパッタ又は蒸着によって堆積させてゲート金属膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによってゲート金属膜をパターニングすることで所定形状のゲート電極２を形成する。
このとき、基板１上に複数の薄膜トランジスタを形成する場合は、各薄膜トランジスタのゲート電極も同時に形成する。例えば、図２の（ａ）に示すように、ゲート電極２とともに、ゲート電極２に隣接するゲート電極２０を同時にパターン形成する。また、ゲート電極２の材料を用いて基板１上に配線も同時に形成する場合、ゲート金属膜のパターニング時においてゲート電極２とともに配線もパターン形成する。例えば、ゲート電極２とともに、ゲート電極２に接続されるゲート線を同時にパターン形成する。
次に、図２の（ｂ）〜（ｅ）に示すように、ゲート電極２を覆うようにして、密度の異なる複数の領域を有するゲート絶縁層３を形成する（ゲート絶縁層形成工程）。なお、本実施の形態において、ゲート絶縁層３は、ゲート電極２だけを覆うのではなく、当該ゲート電極２に隣接するゲート電極２０をも覆うように形成される。
ゲート絶縁層形成工程では、まず、図２の（ｂ）に示すように、ゲート電極２を被覆するように絶縁性材料を塗布する（塗布工程）。本実施の形態において、ポリイミド、ポリビニルフェノール又はポリプロピレン等からなる有機絶縁材料を含む溶剤（有機絶縁性材料３０）を塗布法によって塗布する。
また、本実施の形態では、ゲート電極２の上方の領域とゲート電極２の上方以外の領域とには、同一の有機絶縁性材料３０を塗布しているので、ゲート電極２の上方の領域からゲート電極２の上方以外の領域にわたって連続的に有機絶縁性材料３０が塗布される。さらに、ゲート電極２及び他のゲート電極２０を被覆するように有機絶縁性材料３０を塗布しているので、ゲート電極２の上方の領域から他のゲート電極２０の上方以外の領域にわたっても連続的に有機絶縁性材料３０が塗布される。すなわち、ゲート電極２と同層に形成された全ての電極や配線を覆うようにして有機絶縁性材料３０が塗布される。
このとき、有機絶縁性材料３０は、基板１上においてほぼ一定の膜厚で塗布されるので、有機絶縁性材料３０は、ゲート電極２の膜厚及び当該ゲート電極２と同層の配線等における膜厚の起伏に従った状態で塗布される。これにより、同図に示すように、ゲート電極２等の上方の領域に塗布された有機絶縁性材料３０は、ゲート電極２等の上方とは異なる領域（すなわち、ゲート電極２等が形成されていない領域）に塗布された有機絶縁性材料３０よりも隆起した状態となる。
次に、ゲート電極２の上方の領域に塗布された有機絶縁性材料３０がゲート電極２の上方とは異なる領域に塗布された有機絶縁性材料３０よりも隆起した状態で、図２の（ｃ）に示すように、有機絶縁材料３０を加熱する（加熱工程）。本実施の形態では、加熱工程として、加熱処理等のプリベーク（仮硬化）を施すことによって、有機絶縁性材料３０に含まれる溶媒の少なくとも一部を気化させる（気化工程）。
このように有機絶縁性材料３０に含まれる溶媒を気化させることによって有機絶縁性材料３０の流動性を低下させることができる。これにより、プレス前において、ゲート電極２の上方の領域に塗布された有機絶縁性材料３０がゲート電極２の上方とは異なる領域に塗布された有機絶縁性材料３０よりも隆起した状態、すなわち、有機絶縁性材料３０の表面の凹凸状態を維持することができる。
なお、加熱工程（気化工程）を実施しない場合、例えば有機絶縁性材料３０の一部を隆起させた状態としてそのまま次工程でプレスを行うと、有機絶縁性材料の流動性３０が高い状態で圧力が加わることになる。すると、有機絶縁性材料３０流動性が高いため、受ける圧力が一定になるように有機絶縁性材料３０が移動してしまう。これにより、本実施の形態のように、有機絶縁性材料３０の中に密度勾配を発生させることができない。
なお、加熱工程では、有機絶縁性材料３０に含まれる溶媒の沸点以上で、有機絶縁性材料３０を加熱することが好ましい。また、有機絶縁性材料３０が、有機絶縁性材料３０に含まれる溶媒の沸点以上の温度になるように、有機絶縁性材料３０を加熱することがより好ましい。これにより、有機絶縁性材料３０の溶媒の少なくとも一部をより確実に気化させることができ、その後のプレス工程によって有機絶縁性材料３０中に密度勾配を発生させることが出来る。
次に、図２の（ｄ）に示すように、溶媒を気化させた絶縁性材料の表面をプレス部材２００により押圧する（プレス工程）。このプレス工程では、有機絶縁性材料３０に対して押圧力を付与することで有機絶縁性材料３０を圧縮成形して、当該有機絶縁性材料３０の表面全面を平坦にする。このとき、プレス前において有機絶縁性材料３０の表面は凹凸状態となっており、また有機絶縁性材料３０の流動性が低下した状態となっているため凹凸状態を維持しやすい状態になっている。そのため、有機絶縁性材料３０がプレス部材２００に押圧された際、ゲート電極２の上方における有機絶縁性材料３０の隆起している部分（凸部分）から隆起していない部分（凹部分）に有機絶縁性材料３０が流れ出てしまうのではなく、隆起している部分（凸部分）に対して集中的に押圧力が付与される。これにより、隆起部分（凸部分）に対応するゲート電極２上における有機絶縁性材料３０の密度が、隆起していない部分（凹部分）に対応する有機絶縁性材料３０の密度よりも高くなる。
また、このプレス工程では、同図に示すように、プレス面が平面となっているプレス部材２００を用いて有機絶縁性材料３０を平坦化することが好ましい。これにより、有機絶縁性材料３０の隆起している部分に対しては、有機絶縁性材料３０の隆起していない部分よりも容易に大きな押圧力を付与することができるので、有機絶縁性材料３０に対して粗密差のある領域を容易に形成することができる。
また、プレス部材２００のプレス面には、有機絶縁性材料３０が付着することを防止するための付着防止用保護シートを設けておくことが好ましい。これにより、プレス部材２００と有機絶縁性材料３０の表面との間に付着防止用保護シートを介した状態でプレス工程を行うことができるので、有機絶縁性材料３０がプレス部材２００に付着してプレス後の有機絶縁性材料３０の表面の平坦性が損なわれることを防止することができる。
また、プレス工程の後は、紫外線照射処理及び加熱処理の少なくともいずれか一つの処理によって有機絶縁性材料３０を本硬化する本硬化工程を施すことが好ましい。これにより、粗密領域を含む所定形状のゲート絶縁層３を形成することができる。
この本硬化工程では、有機絶縁性材料３０にアクリルポリマー等の高分子材料又はアクリルモノマー等の低分子材料からなる光架橋基が含まれる場合、ＵＶ光等の光照射によって有機絶縁性材料３０の分子中に分子結合が形成される。また、有機絶縁性材料３０に熱架橋基が含まれる場合、加熱処理によって有機絶縁性材料３０の分子中に分子結合が形成される。これにより、有機絶縁性材料３０の分子構造が緻密になって分子結合が強固になり、有機絶縁性材料３０を完全に硬化させることができる。
以上のゲート絶縁層形成工程によって、図２の（ｅ）に示すように、ゲート電極２上の領域に対応する第１領域３１の密度が当該第１領域３１とは異なる場所に位置する領域の密度よりも高い状態となっているゲート絶縁層３を形成することができる。具体的には、ゲート電極２上の領域に対応する第１領域３１の密度が、ゲート電極２と当該ゲート電極２に隣接する他のゲート電極２０との間の領域に対応する第２領域３２の密度よりも高くすることができる。さらに、第１領域３１と第２領域３２との間の第３領域３３の密度が、第１領域３１の密度から第２領域３２の密度へと遷移する密度とすることができる。
次に、図３の（ａ）に示すように、ゲート絶縁層３の上に、ゲート電極２の上方の領域を挟んでソース電極４とドレイン電極５とを並設する。具体的には、ゲート絶縁層３上の全面に、ソース電極４及びドレイン電極５の材料を堆積させてソースドレイン金属膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことによってソースドレイン金属膜をパターニングすることにより、対向する所定形状の一対のソース電極４及びドレイン電極５を形成する。ソースドレイン金属膜は、例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、ＭｏＷ又はＭｏＮ等を用いて、スパッタ又は蒸着によって形成することができる。また、ソースドレイン金属膜のエッチング除去によって、ゲート絶縁層３が露出する。
なお、ソースドレイン金属膜をパターニングする際、ソース電極４及びドレイン電極５をパターン形成すると同時に、表示パネルにおける配線もパターン形成することができる。すなわち、表示パネルの配線とソース電極４及びドレイン電極５とを同じ材料を用いて同時に形成することができる。例えば、ソースドレイン金属膜をパターニングすることによって、映像信号線（ソース線）を形成することができる。
次に、図３の（ｂ）に示すように、ゲート絶縁層３上に、開口を有する隔壁部６を形成する。具体的には、まず、基板１の上方の全面に、隔壁部６の所定の材料を塗布することによって隔壁層を形成する。隔壁層は、ソース電極４、ドレイン電極５及び露出させたゲート絶縁層３等を覆うように形成される。次に、隔壁層をパターニングすることにより、ソース電極４とドレイン電極５との間におけるゲート絶縁層３を再び露出させるようにして、ゲート電極２の上方を開口する。これにより、開口と隔壁部分（バンク）とを有する所定形状の隔壁部６を形成することができる。隔壁部６の開口は、半導体層７を形成する部分に対応して形成され、平面視したときにソース電極４及びドレイン電極５の各端部が当該開口内に露出するように形成される。
なお、隔壁層のパターニングは、隔壁層を露光及び現像することによって行うことができる。また、隔壁層は撥水性を持たせるためにフッ素等を含有した材料を用いても構わない。あるいは、隔壁層に開口を形成した後、隔壁部６の表面に撥水性を持たせるために、フッ素等を用いて隔壁層に対して所定の表面処理を行っても構わない。
次に、図３の（ｃ）に示すように、隔壁部６の開口内に、ソース電極４とドレイン電極５とに電気的に接続される半導体層７を形成する。具体的には、まず、隔壁部６の開口内に、有機半導体材料を含む溶液（有機半導体溶液）をインクジェット法にて塗布する。開口内に塗布された有機半導体溶液は、隔壁部６の対向する隔壁部分（開口の内壁面）にガードされて、有機半導体溶液の塗布領域が規制される。これにより、有機半導体溶液が隔壁部６の開口の外側に流れ出してしまうことを防止することができる。なお、上記のインクジェット法による有機半導体材料溶液の塗布は、隔壁部６の開口の中央付近に滴下して行うことが好ましい。また、有機半導体材料としては、ペンタセン、フタロシアニン系、又は、ポルフィリン系の可溶性の有機材料を用いることができる。次に、所定の熱処理を行うことによって有機半導体溶液を乾燥させて固化し、有機半導体材料の結晶化を行う。これにより、隔壁部６の開口内において、外周が規制された所定形状の半導体層７を形成することができる。本実施の形態において、半導体層７は、露出するゲート絶縁層３の上面を覆うように、ソース電極４の端部の上面からドレイン電極５の端部の上面にわたって形成される。
次に、図３の（ｄ）に示すように、基板１上の全面に平坦化膜８を形成する。平坦化膜８は、表面が平坦化するように所望の厚さで形成する。なお、平坦化膜８は、ＳＯＧ等の所定の材料を塗布することによって形成することができる。
なお、有機半導体は、水分や酸素等を取り込むとトランジスタの閾値電圧変動等の特性劣化を引き起こす。そこで、これを防止するために、上述のように、水分や酸素等の透過を防止する保護膜を有機半導体と平坦化層の間に設けても良い。
以上のようにして、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０を製造することができる。
以上、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０の製造方法によれば、ゲート電極２が形成された基板１上に有機絶縁性材料を塗布し、隆起した状態で有機絶縁性材料に含まれる溶媒を気化し、隆起した状態の有機絶縁性材料の表面をプレスすることによって、ゲート電極２上における隆起した有機絶縁性材料の圧縮率を他の領域の有機絶縁性材料の圧縮率よりも大きくすることができる。このように、本実施の形態では、有機絶縁性材料に付与する圧縮率差を利用することによって、膜密度が異なる第１領域３１及び第２領域３２を含むゲート絶縁層３を形成することができる。
なお、本実施の形態におけるゲート絶縁層形成工程の塗布工程では、ゲート電極２の膜厚より厚い膜厚で有機絶縁性材料を塗布形成することが好ましい。これにより、有機絶縁性材料の全体をプレスしたときに、ゲート電極２等の上方における隆起した有機絶縁性材料３０（凸部分）に対して高い押圧力を容易に付与して当該凸部分を効果的に圧縮することができるので、ゲート絶縁層３において膜密度の異なる領域を容易に形成することが可能となる。
また、ゲート絶縁層形成工程の塗布工程では、上述のとおり、ゲート絶縁層３における第１領域３１、第２領域３２及び第３領域３３を異なる物質からなる有機絶縁性材料を用いて塗布形成することもできるが、同一物質によって構成することが好ましい。これにより、密度の異なる領域同士の間には界面が形成されないのでゲート絶縁層３の耐電圧特性が低下することを抑制することができる。さらに、ゲート絶縁層３を同一物質によって形成することによって、密度の異なる複数種の材料を用いてゲート絶縁層３を形成する場合と比較して、ゲート絶縁層３を形成する工程を簡素化することができる。
また、本実施の形態におけるゲート絶縁層形成工程の加熱工程（気化工程）では、有機絶縁性材料の少なくとも表面を固化するように行うことが好ましい。このように有機絶縁性材料の表面を固化することにより、有機絶縁性材料３０がプレス部材によって押圧された時に、ゲート電極２等の上方における隆起した有機絶縁性材料３０（凸部分）に対して高い押圧力を付与することができる。これにより、ゲート電極２等の上方の有機絶縁性材料３０の圧縮率を、ゲート電極２等の上方以外の有機絶縁性材料３０の圧縮率よりも大きくすることができるので、ゲート電極２等の上方の有機絶縁性材料３０の密度を容易に高くすることができる。
なお、ゲート絶縁層３（絶縁膜）をプレスによって押圧することによる誘電率の変化を、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタにおけるプレス前のゲート絶縁層（絶縁膜）とプレス後のゲート絶縁層（絶縁膜）を示している。図６Ｂは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタにおけるゲート絶縁層（絶縁膜）の減膜率とプレス後のゲート絶縁層（絶縁膜）の比誘電率との関係を示す図である。
図６Ａに示すように、ゲート絶縁層３（絶縁膜）は、プレスによって押圧されることにより厚さが減少する。ここで、プレス前の絶縁膜について、厚みをｄｉとし、比誘電率をεｉと定義する。また、プレス後の絶縁膜について、厚みをｄｐとし、比誘電率をεｐとし、プレスによって減少した絶縁膜の厚さをｄａと定義する。
この場合、プレス後の絶縁膜の比誘電率εｐは、以下の式で表すことができる。
εｐ＝εｉ（１−Ｐ）／（１−εｉ・Ｐ）
上式において、Ｐは、絶縁膜の厚みの減少率である減膜率質を示しており、Ｐ＝ｄａ／ｄｉで表される。
図６Ｂに、絶縁膜の減膜率Ｐと、上式によって算出された、プレス後の絶縁膜の比誘電率εｐとの関係を示す。図６Ｂには、プレス前の比誘電率εｉがそれぞれ３．５（●）、３．０（◆）、２．８（×）の絶縁膜の場合のデータが示されている。
図６Ｂに示すように、いずれの絶縁膜についても、プレスによって減膜率Ｐが増加するに伴って、比誘電率εｐも増加することが分かる。なお、比誘電率εｉ＝３．０の絶縁膜においては、プレスによって膜厚が９０％に圧縮（すなわち、減膜率が１０．０％の場合）すると、プレス後の絶縁膜の比誘電率εｐはプレス前の絶縁膜の比誘電率εｉと比較して１２９％に向上する。
次に、本実施の形態に係る有機ＥＬ発光素子１００について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ発光素子の構成を示す断面図である。
本実施の形態に係る有機ＥＬ発光素子１００は、複数の画素がマトリクス状に配置された画素部（表示部）を有する有機ＥＬ表示パネルであって、各画素に対応するように形成された有機ＥＬ素子を含むＥＬ層と、薄膜トランジスタ１０及び配線等によって構成される画素回路部を含むＴＦＴ層とを備える。画素回路部は、各画素に対応するように形成された画素駆動用の駆動トランジスタ及び画素選択用のスイッチングトランジスタと、ソース線、ゲート線及び電源線等によって構成されている。図４に示す有機ＥＬ発光素子は、表示パネルの一画素（サブ画素）の構成を示したものである。
図４に示すように、有機ＥＬ発光素子１００は、基板１上に形成された薄膜トランジスタ１０と、薄膜トランジスタ１０を覆うように形成された平坦化膜８と、平坦化膜８上に形成された、下部電極６１、有機層６２及び上部電極６３からなる有機ＥＬ素子６０と、有機ＥＬ素子６０の有機層６２を画素ごとに分離する隔壁部５０と、有機ＥＬ素子６０を覆うように形成された封止層７０と、封止基板８０とを備える。
薄膜トランジスタ１０は、上述の本実施の形態における薄膜トランジスタであり、特に半導体層７が有機材料によって構成された有機薄膜トランジスタである。基板１上には、複数の薄膜トランジスタ１０がアレイ状に形成される。また、薄膜トランジスタ１０は、ｐチャネル型の駆動トランジスタとしているので、ドレイン電極５が有機ＥＬ素子６０の下部電極６１と電気的に接続されている。なお、図４には、スイッチングトランジスタは図示されていない。
図４に示すように、平坦化膜８には、有機ＥＬ素子６０の下部電極６１と薄膜トランジスタ１０のドレイン電極５（ドレイン電極５の延設部分）とを接続するためのコンタクトホール８Ｈが設けられている。コンタクトホール８Ｈは、ドレイン電極５上の平坦化膜８を除去することによって形成することができる。これにより、ドレイン電極５の表面を露出させることができるので、コンタクトホール８Ｈを介してドレイン電極５と下部電極６１とを接続することができる。
本実施の形態における有機ＥＬ素子６０は、トップエミッション型の有機ＥＬ素子であって、平坦化膜８上において画素単位（発光単位）で形成されている。有機ＥＬ素子６０は、下部電極６１、有機層６２及び上部電極６３からなる。
下部電極６１は、平坦化膜８上に形成され、駆動回路部から電流が流れ込む陽極（アノード）であって有機ＥＬ素子６０の画素電極として機能する。また、本実施の形態における有機ＥＬ素子６０はトップエミッション型であるので、下部電極６１は反射電極として構成されている。反射電極としての下部電極６１は、例えば、Ａｌ又は銀合金ＡＰＣなどの反射金属の単層構造、あるいは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物と銀合金ＡＰＣなどの反射金属との２層構造とすることができる。下部電極６１は、画素ごとに分離形成されている。なお、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子とする場合、下部電極６１は、ＩＴＯなどの透明金属酸化物のみからなる透明電極とする。
また、上述のように、下部電極６１は、平坦化膜８を貫通するコンタクトホール８Ｈを介して、薄膜トランジスタ１０のドレイン電極５と電気的に接続されている。これにより、下部電極６１には、駆動トランジスタとしての薄膜トランジスタ１０のドレイン電極５から、ソース線から供給されたデータ電圧に対応する電流が供給される。
有機層６２は、下部電極６１上において画素単位で形成されており、所定の有機発光材料で構成される発光層を含む有機ＥＬ層である。発光層は、下部電極６１と上部電極６３とに所定の電圧が印加されることにより注入された電子と正孔とが再結合して生じるエネルギーにより当該発光層の発光材料が励起されて発光する。発光層は、例えば、下層としてα−ＮＰＤ（Ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ］ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）を用い、上層としてＡｌｑ３（ｔｒｉｓ−（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ）を用いた積層構造とすることができる。
また、有機層６２は、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層又は電子注入層を含み、これらの層の全部又は一部の層が積層されて構成される。この場合、例えば、正孔注入層としては、ＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）などの化合物などを用いることができ、正孔輸送層としては、トリフェルアミンやポリアニリンなどを用いることができ、電子注入層としては、ポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）などを用いることができる。
上部電極６３は、駆動回路部へ電流が流れ出す陰極（カソード）であり、下部電極６１対して負の電圧を発光層に印加して、電子を発光層に注入する機能を有する。上部電極６３は、下部電極６１と対向するように形成された透明電極であって、有機層６２上に形成される。なお、本実施の形態における上部電極６３は、各画素に共通となるように形成された共通電極である。上部電極６３は、透過率の高い材料及び構造を用いることが好ましく、ＩＴＯ又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明金属酸化物によって構成することができる。なお、本実施の形態において、上部電極６３の電位は接地電位としている。
隔壁部５０は、有機層６２を画素ごとに分離して区画するための開口と、有機層６２の周囲を規制する隔壁（バンク）とによって構成されており、平坦化膜８上に形成されている。隔壁部５０の隔壁部分は、レジスト等の感光性樹脂を用いて形成することができ、この感光性樹脂を部分的に露光及び現像することによって開口を形成することができる。
封止層７０は、有機ＥＬ素子６０までが形成された基板１と封止基板８０とを接合する接着層として機能するとともに、有機ＥＬ素子６０を封止して保護する保護層としても機能する。封止層７０の材料としては、例えば、アクリル系又はエポキシ系の樹脂などを用いることができる。なお、上部電極６３と封止層７０との間に、有機ＥＬ素子６０をさらに水分や酸素から保護するために薄膜封止層を形成してもよい。薄膜封止層の材料としては、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ）又は酸窒化珪素（ＳｉＯＮ）等の透明絶縁材料を用いることができる。
封止基板８０は、有機ＥＬ素子６０を封止して有機ＥＬ発光素子１００を外部から保護する基板である。すなわち、封止基板８０は、有機ＥＬ発光素子１００の外面を形成する。また、封止基板８０は、有機ＥＬ素子６０の発光層から放出される光を透過する透光基板である。封止基板８０としては、例えば透明ガラス基板を用いることができる。なお、必要に応じて封止基板８０の内面に、赤色、緑色及び青色の各色に対応するカラーフィルタを形成してもよく、この場合、封止基板８０はカラーフィルタを通過した光を外部に透過する。
以上、本実施の形態に係る有機ＥＬ発光素子１００によれば、ゲート絶縁層３の耐電圧特性が優れた薄膜トランジスタ１０を用いているので、抵抗配線を低下させる手法としてゲート電極２を厚膜化する方法を採用することができる。これにより、ゲート電極２と同時にパターン形成される配線も厚膜化し、低抵抗配線を実現することができる。従って、有機ＥＬ発光素子１００が大型化しても電流ロスの少ない配線を実現することができるので、高速動作を行うことができる有機ＥＬ発光素子を実現することができる。
さらに、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ１０は、ゲート電極２の上方に位置する第１領域３１の密度がゲート電極２の上方とは異なる場所に位置する第２領域３２の密度よりも高くなっているので、ゲート電極２の上方におけるゲート絶縁層３の比誘電率は他の領域の比誘電率と比べて高くなっている。これにより、半導体層７のチャネル領域に誘起されるキャリアの密度を高くすることができるので、ＴＦＴ特性を向上させることができる。従って、さらに高速動作を行うことができる有機ＥＬ発光素子を実現することができる。
さらに、有機ＥＬ発光素子１００では、各画素において蓄積容量部（ゲート電極２とソース電極４又はドレイン電極５とで構成される容量）が設けられるが、ゲート電極２の上方のゲート絶縁層３の比誘電率が他の領域の比誘電率と比べて高くなっているので、蓄積容量部の大きさ（面積）を小さくすることができる。従って、画素サイズを容易に微細化することができるとともに、画素レイアウトの自由度を向上させることができる。
また、隣接画素間のゲート電極２同士の間におけるゲート絶縁層３（第２領域３２）の比誘電率は、ゲート絶縁層３の他の領域の比誘電率と比べて小さくなっている。これにより、有機ＥＬ発光素子１００における寄生容量を小さくすることができるので、パネルを容易に大型化することができるとともに高速動作を行うことができる。
以上、本発明に係る薄膜トランジスタ、有機ＥＬ発光素子及び薄膜トランジスタの製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態において、ゲート絶縁層３は同一物質で構成したが、比誘電率が異なる複数種の物質によってゲート絶縁層３を構成してもよい。この場合、例えば、ゲート絶縁層形成工程の塗布工程において、ゲート電極２の上方には第１の比誘電率を有する第１の有機絶縁性材料を塗布し、ゲート電極２の上方以外の領域には第１の比誘電率とは異なる第２の比誘電率を有する第２の有機絶縁性材料を塗布することで実現することができる。
また、上記の実施の形態において、半導体層７は有機半導体層としたが、これに限らない。例えば、半導体層７としては、シリコンやゲルマニウム等からなる無機半導体層とすることもできる。なお、この場合、シリコン等からなる半導体層はＣＶＤによって薄膜形成してエッチングによってパターン形成することによって所定形状とすることができるので、隔壁部６は形成しなくてもよい。
また、上記の実施の形態において、ゲート電極２と他のゲート電極２０とを含む２つ以上のゲート電極を被覆するように有機絶縁性材料３０を塗布した上で押圧を行ったが、塗布工程及び押圧工程は、少なくとも一つのゲート電極を覆って有機絶縁性材料３０を塗布し、かつその有機絶縁性材料３０の押圧を行うものであればよい。
また、上記の実施の形態において、第３領域３３は、ゲート電極２の側周部周辺の領域としたが、ゲート電極２の上方にその一部が存在していてもよい。例えば、図２の（ｂ）で、ゲート電極２を被膜して絶縁膜材料が塗布された際、ゲート電極２の端部において絶縁膜材料の厚みがゲート電極２の中央部よりも薄くなっている場合には、第３領域３３がゲート電極２の上方に位置する場合がある。
また、上記の実施の形態において、ゲート電極２の断面形状を矩形として説明を行ったが、ゲート電極２の断面形状は矩形に限られるものではない。例えば図５の（ａ）に示すように、ゲート電極２の断面形状が、側面部において厚みが減少するテーパー状となった台形であってもよい。特に、ゲート電極２をウェットエッチングにより加工した場合、ゲート電極２の両端部はテーパー状になりやすい。なお、図５の（ａ）は、図２の（ｂ）の工程に対応し、ゲート絶縁層３を形成するための有機絶縁性材料３０がゲート電極２を被覆するように塗布されている状態を示している。
なお、図５の（ａ）に示される状態の有機絶縁性材料３０に対して、上述の気化工程及びプレス工程を施すことにより、図５の（ｂ）に示すようなゲート絶縁層３が形成される。すなわち、ゲート電極２の中央付近に位置し、ゲート電極２の厚みが最も大きい領域の上方には、膜密度が他の領域よりも高い第１領域３１が存在する。また、ゲート電極２の厚みが減少するテーパー状の側面部の上方の領域を少なくとも含むように第３領域３３が存在する。そして、第３領域３３よりもゲート電極２から離れた領域に、第２領域３２が存在する。
また、上記の実施の形態において、薄膜トランジスタ１０は有機ＥＬ発光素子に適用したが、これに限らない。例えば、薄膜トランジスタ１０は、液晶表示装置等の他の表示装置にも適用することができる。また、当該表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ又は携帯電話などの電子機器に適用することができる。
また、上記の実施の形態における薄膜トランジスタ１０については、基板１上に複数の薄膜トランジスタ１０を形成することによって、薄膜トランジスタアレイとしても構成することもできる。
また、上記の実施の形態において、薄膜トランジスタ１０は、ｐチャネルＴＦＴとしたが、ｎチャネルＴＦＴとすることもできる。
なお、その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本発明に係る薄膜トランジスタ及び有機ＥＬ発光素子は、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ又は携帯電話等における表示装置、あるいはその他様々な電気機器において広く利用することができる。
１ 基板
２、２０ ゲート電極
３ ゲート絶縁層
４ ソース電極
５ ドレイン電極
６、５０ 隔壁部
７ 半導体層
８ 平坦化膜
８Ｈ コンタクトホール
１０ 薄膜トランジスタ
３０ 有機絶縁性材料
３１ 第１領域
３２ 第２領域
３３ 第３領域
６０ 有機ＥＬ素子
６１ 下部電極
６２ 有機層
６３ 上部電極
７０ 封止層
８０ 封止基板
１００ 有機ＥＬ発光素子
２００ プレス部材

Claims (18)

  1. 基板上に位置するゲート電極と、
    前記ゲート電極を被覆するゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層上に位置する半導体層と、
    前記ゲート絶縁層上に位置し、前記半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極と、を有し、
    前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極の上方に位置する第１領域と、前記第１領域と同一物質からなり前記ゲート電極の上方とは異なる場所に位置する第２領域とを含み、
    前記第１領域の密度は、前記第２領域の密度よりも高く、
    前記半導体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が連続する領域が上方に位置する領域において、前記ゲート絶縁層の表面が平坦である
    薄膜トランジスタ。
  2. 前記第２領域は、前記ゲート電極と、当該ゲート電極に隣接する他のゲート電極との間に位置する領域である
    請求項１に記載の薄膜トランジスタ。
  3. 前記ゲート絶縁層は、前記第１領域と前記第２領域との間の領域である第３領域を含み、
    前記第３領域の密度は、前記第１領域の密度から前記第２領域の密度へ遷移する密度である
    請求項２に記載の薄膜トランジスタ。
  4. 前記ゲート絶縁層は、有機絶縁膜である
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタ。
  5. 前記有機絶縁膜は、その一部に無機材料が添加された有機材料からなる
    請求項４に記載の薄膜トランジスタ。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜トランジスタと、
    前記薄膜トランジスタの上方に位置し、コンタクトホールが形成された平坦化膜と、
    前記平坦化膜上に形成され、前記コンタクトホールを介して前記ドレイン電極又は前記ソース電極と電気的に接続する下部電極と、
    前記下部電極の上方に位置する上部電極と、
    前記下部電極と前記上部電極との間に位置する有機発光層と、を備える
    有機ＥＬ発光素子。
  7. 基板上にゲート電極を形成する第１工程と、
    前記ゲート電極を被覆してゲート絶縁層を形成する第２工程と、
    前記ゲート絶縁層上に、前記ゲート電極の上方の領域を挟んでソース電極とドレイン電極とを並設する第３工程と、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極とに電気的に接続される半導体層を形成する第４工程と、を有し、
    前記第２工程は、
    前記ゲート電極を被覆するように絶縁性材料を塗布する塗布工程と、
    前記ゲート電極の上方の領域に塗布された前記絶縁性材料が前記ゲート電極の上方とは異なる領域に塗布された前記絶縁性材料よりも隆起した状態で、前記絶縁性材料を加熱する工程と、
    前記絶縁性材料を加熱する工程の後、前記絶縁性材料の表面をプレス部材により押圧するプレス工程とを少なくとも含む
    薄膜トランジスタの製造方法。
  8. 前記第２工程における前記塗布工程において、
    前記ゲート電極の上方の領域と前記ゲート電極の上方以外の領域とに、同一の絶縁性材料を塗布する
    請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  9. 前記第２工程における前記プレス工程によって、
    前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極上の領域に対応する第１領域の密度が、前記ゲート絶縁層における前記第１領域とは異なる場所に位置する領域の密度よりも高くなる
    請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  10. 前記第１工程において、
    前記ゲート電極に隣接する他のゲート電極を形成し、
    前記第２工程における前記塗布工程において、
    前記ゲート電極及び前記他のゲート電極を被覆するように前記絶縁性材料を塗布し、
    前記第２工程におけるプレス工程によって、
    前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極上の領域に対応する第１領域の密度が、前記ゲート絶縁層における前記ゲート電極と当該ゲート電極に隣接する他のゲート電極との間の領域に対応する第２領域の密度よりも高くなる
    請求項７又は８に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  11. 前記第２工程における前記プレス工程によって、
    前記ゲート絶縁層における前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域の密度が、前記第１領域の密度から前記第２領域の密度へ遷移する密度となる
    請求項１０に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  12. 前記第２工程における前記塗布工程において、
    前記ゲート電極の上方以外の領域に塗布する絶縁性材料よりも誘電率が高い絶縁性材料を前記ゲート電極の上方に塗布する
    請求項７に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  13. 前記第２工程は、さらに、
    前記プレス工程の後に、紫外線照射処理及び加熱処理の少なくともいずれか一つの処理によって前記絶縁性材料を硬化する硬化工程を含む
    請求項７〜１２のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  14. 前記プレス部材は、平面を有し、
    前記第２工程における前記プレス工程において、
    前記平面によって前記絶縁性材料を押圧する
    請求項７〜１３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  15. 前記第２工程における前記絶縁性材料を加熱する工程において、
    前記絶縁性材料の少なくとも表面を固化する
    請求項７〜１４のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  16. 前記第２工程における前記プレス工程において、
    前記プレス部材と前記絶縁性材料の表面との間に、前記プレス部材に前記絶縁性材料が付着することを防止するための付着防止用保護シートを介して、前記プレス部材を押圧する
    請求項７〜１５のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  17. 前記絶縁性材料を加熱する工程において、
    前記絶縁性材料に含まれる溶媒の沸点以上の温度で前記絶縁性材料を加熱する
    請求項７〜１６のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  18. 前記プレス工程において、前記半導体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が連続する領域が上方に形成される領域を含むように、前記絶縁性材料の表面をプレス部材により押圧する
    請求項７〜１７のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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