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JP2008281988A - 発光装置とその作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬを同一基板上に低温プロセスにおいて形成し、有機層の劣化を低コストで抑制することを目的とする。
【解決手段】有機ＥＬ素子を駆動するための電界効果型トランジスタを有する発光装置の作製方法において、基板１上に電界効果型トランジスタを形成する工程と、絶縁層７を形成する工程と、絶縁層７の上に下部電極８を形成する工程と、下部電極８の上に有機ＥＬ素子を構成するための有機層１０を形成する工程と、有機層１０の上に上部電極１１を形成する工程と、を含み、電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、有機層１０を形成する工程の前に、電界効果型トランジスタからＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が１０−５ｇ／ｍ２未満となる熱処理を行う熱処理工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置とその作製方法に関し、特に、電界効果型トランジスタをスイッチング素子とし、同一基板上に有機ＥＬ素子を積層した発光装置とその作製方法に関する。
有機ＥＬパネルの駆動方式の一つとして、基板上に形成された電界効果型トランジスタを用いる、いわゆるアクティブマトリクス方式がとられている。
この方法は、有機ＥＬ素子の輝度を電流により制御するため、充分な電流が流せる移動度の大きな電界効果型トランジスタが適している。
電界効果型トランジスタとして、現時点では非晶質Ｓｉ半導体や多結晶Ｓｉ半導体、有機物半導体等が用いられている。しかし、非晶質Ｓｉ半導体や有機物半導体は移動度が低い。また、多結晶Ｓｉ半導体は大面積化が困難であり、高コストである。
さらに、多結晶Ｓｉ半導体には粒界が存在し、キャリア散乱による素子特性のバラつきが生じることから、輝度むらを抑えるための回路が別途必要となり、更なるコストアップと開口率の減少の原因となっている。
一方、近年、電界効果型トランジスタの半導体層の材料として、例えばＺｎ−Ｏ系のような導電性酸化物を主成分として用いた系の開発が盛んに行われている（非特許文献２）。
酸化物半導体は非晶質Ｓｉ半導体よりも高い移動度を持ち、低温成膜が可能で、低コストである。酸化物半導体をフレキシブル基板上に形成することで、フレキシブルトランジスタの開発が試みられている。
また、可視光に対して透明であることから、発光素子と組み合わせた際に開口率の向上を図ることが可能である。透明酸化物半導体（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，以後ＴＯＳ）を用いたＴＦＴ（以後、ＴＯＳ−ＴＦＴ）と有機ＥＬを組み合わせたアクティブマトリクス方式の有機ＥＬパネルの開発が望まれている。
さらに、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系（ＩｎとＧａとＺｎとを含む酸化物系）（非特許文献３）やＺｎ−Ｓｎ−Ｏ系（ＺｎとＳｎとを含む酸化物系）は非晶質のＴＯＳ−ＴＦＴである。そして、多結晶の半導体で問題となるキャリア散乱が理論上存在しないことから、より開口率が向上することが見込まれている。
非特許文献１には、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ系（ＺｎとＳｎとを含む酸化物系）のＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬを同一基板上に積層する技術が開示されている。
一方、有機ＥＬ素子はわずかな水分の存在により素子寿命が著しく低減することが知られている。このため、有機ＥＬ素子全体を樹脂等で覆ったり、水分吸着剤を設けた層内に封入することで水分の吸着を抑制している。将来的には水蒸気バリア膜として固体薄膜を用いて封止することで、コスト低減と有機ＥＬパネルの薄型化を図ることが求められている。
特許文献１には、有機発光媒体、層間絶縁膜、カラーフィルタ、蛍光媒体、平坦化層における含水率を０．０５重量％以下とすることで、無発光領域の発生を抑制した有機ＥＬ表示装置及びその製造方法が開示されている。
含水率を低減する製造方法としては、有機発光媒体の形成前及び形成後、又はいずれか一方の時に脱水工程を設けて、脱水処理を行うとしている。
この脱水工程の手法としては、露点調整、真空度調整、不活性ガス導入、加熱処理やこれらの組み合わせが挙げられている。
加熱処理の温度としては、脱水効率が著しく低下しない６０℃以上、有機発光媒体又は蛍光媒体等の有機膜に対して熱損傷を与えない３００℃以下が良いことが開示されている。
加熱処理の時間は、カラーフィルタ、蛍光媒体、層間絶縁膜等の面積や膜厚に影響され、１０分〜１２時間の範囲内の値とすることが好ましいことが開示されている。この理由としては、脱水時間が１０分未満になると、脱水処理が不十分となり、組み立て後の有機発光媒体の含水率を０．０５重量％以下にするのが困難となる場合があるためである旨説明されている。また、脱水時間が１２時間を超えても、処理時間が長くなるだけで、得られる効果は変わらない場合があることが開示されている。
このことから、脱水時間を、３０分〜１０時間の範囲内の値とすることがより好ましく、１〜６時間の範囲内の値とすることがさらに好ましいとしている。
また、特許文献２には、有機層を形成する前に、大気圧中で２００〜３５０℃、減圧下で２００〜４００℃、好ましくは２５０〜３５０℃の熱処理を行うことで絶縁膜中又はその表面に吸着している水分を除去する技術が開示されている。半導体層には多結晶Ｓｉを用いている。
Ｐ．Ｇoｒｒｎら，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌ．１８，ｐｐ．７３８−７４１（２００６） Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８２，ｐｐ．７３３−７３５（２００３） Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．４３２，ｐｐ．４８８−４９２（２００４） ＷＯ０１／０５８２２１ 特開２００６−０８０４９５号公報
絶縁膜を水蒸気バリア膜として用いる場合において、フレキシブル基板として耐熱性の低い樹脂フィルム等を用いる場合や、プロセスの低コスト化を図る場合、より低温プロセスにより水蒸気バリア膜を成膜する必要がある。
しかし、より低温での成膜により、絶縁膜の水蒸気バリア性は低下する傾向があり、充分な効果が得られにくくなる。これは低温プロセス（例えば３００℃以下）で成膜を行うと、形成された膜の密度が小さくなり、緻密な膜を形成することが困難になるためであると考えられる。
また、基板の耐熱性の制約から、３００℃以下の低温で各構成層を形成する必要があるため、ＴＦＴの各構成層の内部や表面に吸着する水分量は、高温成膜の場合に比較して多くなる。
一方、非晶質Ｓｉや多結晶Ｓｉに比較して、一般に酸化物は分極性が高く、水分を非常に吸着し易い傾向があり、低温で成膜する際にはこの傾向はより顕著である。例えば、本発明の酸化物半導体に用いているＩｎのように、酸化物となった際に分極性が高い元素は、吸湿性が高い傾向が強く、非晶質Ｓｉ半導体や多結晶Ｓｉ半導体に比較して表面に吸着する水分量は非常に多い。さらに、半導体層が酸化物の場合は、水分子として表面に吸着する成分だけでなく、膜中に多量のＯＨ基を含んでいる。このＯＨ基は、加熱時に水分子として脱離し得ることから、水分子として含まれる量を減少させるだけでは、有機ＥＬの劣化を防ぐには不充分である。すなわち、酸化物半導体層は、単に膜中の水分量（Ｈ２Ｏの形で膜中に存在する成分）のみで管理する手法では、有機ＥＬの劣化を効果的に防ぐことが困難である。
特許文献１では、有機発光媒体、層間絶縁膜、カラーフィルタ、蛍光媒体、平坦化層における含水率を０．０５重量％以下とすることで、有機ＥＬ表示装置の無発光領域の発生を抑制する技術が開示されている。
しかしながら、本発明のように、電界効果型ＴＦＴの半導体層として酸化物半導体を用いる場合は、素子形成後に、半導体層からＨ２Ｏとして脱離、又は拡散する成分が多く、長期的には問題となる。すなわち、膜中にはＨ２Ｏの形で存在する量が少なくても、酸化物半導体のようにＯＨ基等が存在する場合には、脱離時にＨ２Ｏとして脱離し得るため、実質的には膜中に水分量が多く含まれるものと同様の悪影響を与え得る。
したがって、特許文献１の製造方法を、酸化物半導体を有する有機ＥＬ表示装置に応用したとしても、経時的にＨ２Ｏとして脱離し得る成分が膜中に存在し得るため、長期間に渡って有機ＥＬの劣化を防ぐには不充分であると考えられる。
酸化物半導体を用いたＴＦＴ（以後、ＴＯＳ−ＴＦＴ）から、加熱時にＨ２Ｏとして脱離し得る成分による、有機ＥＬ素子の劣化を防ぐ方法として、ＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬ素子の間に、より高い水蒸気バリア性を有する膜を成膜する方法が考えられる。
水蒸気バリア膜に要求される水蒸気透過率は１０−５ｇ／ｍ２／ｄａｙ未満と言われている。
これを満たすものとしては、アクリル樹脂と酸化アルミニウムや酸化シリコンを数回積層した多層膜や、プラズマＣＶＤで成膜したＳｉＮｘとプラズマ重合ＣＮｘ：Ｈ膜を交互に積層した膜がある。しかし、いずれも複雑な成膜プロセスであり、高コストとなる。
このため、ＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬとを（典型的には同一基板上に）低温プロセスにおいて形成し、製品として充分な寿命を得るためには、高コストな水蒸気バリア層が必須であった。
本発明は、有機ＥＬ素子を駆動するための電界効果型トランジスタとしてＴＯＳ−ＴＦＴを有する（典型的には同一基板上）表示装置等を低温プロセスにおいて形成し、有機層の劣化を低コストで抑制することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、有機ＥＬ素子を構成するための有機層を形成する工程以降に、それより前に形成された部位からの水分の脱離及び拡散を防止することにより、有機層の劣化を防止するものである。
すなわち、有機層を形成するより前に形成された電界効果型トランジスタ、絶縁層、下部電極及び素子分離膜を予め熱処理し、その後にＨ２Ｏとして脱離及び拡散する成分の残存量を低下させることにより、有機層の劣化を防止する。
具体的には、有機ＥＬ素子を駆動するための電界効果型トランジスタを有する発光装置の作製方法において、前記電界効果型トランジスタはＩｎ又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物半導体を有し、基板上に前記電界効果型トランジスタを形成する工程と、絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極の上に前記有機ＥＬ素子を構成するための有機層を形成する工程と、前記有機層の上に上部電極を形成する工程と、を含み、前記電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、前記有機層を形成する工程の前に、該電界効果型トランジスタから前記有機層を形成する工程中にＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が１０−５ｇ／ｍ２未満となる熱処理工程を含むことを特徴とする。
また、本発明は、前記熱処理工程が、前記電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、連続して行われることを特徴とする。
また、本発明は、前記熱処理工程が、前記電界効果型トランジスタを形成する工程の後、連続して行われることを特徴とする。
また本発明は、前記熱処理工程が、前記絶縁層を形成以降、有機ＥＬ素子を構成するための有機層を形成する工程の前までに行われることを特徴とする。
また、本発明は、前記電界効果型トランジスタが、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、を含み、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記半導体層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を３００℃以下の温度で形成することを特徴とする。
また、本発明は、前記半導体層が、Ｉｎ及びＺｎのうちの少なくとも一つを含む酸化物であることを特徴とする発光装置である。
また本発明は、前記半導体層がＩｎとＺｎとを含む酸化物であって、少なくとも一部が非晶質であることを特徴とする発光装置である。
また、本発明は、前記熱処理工程の後に前記半導体層中に、６００℃まで熱処理する際にＨ２Ｏとして脱離し得る成分が、３．０×１０−３ｇ／ｍ２未満であることを特徴とする発光装置である。
本発明によれば、低温プロセスによりＴＯＳ−ＴＦＴと同一基板上に有機ＥＬ素子を積層して発光装置を作製する場合において、有機層の劣化を低コストで抑制することが可能となる。
本発明者らが、ＴＯＳ−ＴＦＴの電気特性と、ＴＯＳ−ＴＦＴの酸化物半導体層から加熱時にＨ２Ｏとして脱離し得る成分量との関係を調べた。その結果、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分をある程度含んだ状態で、良好に動作することが確認されている。Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分をある程度含んだ状態とは、具体的には、１．０個／ｎｍ３〜１．４個／ｎｍ３ということである。
一方で、水分が有機ＥＬ素子の劣化要因であることが良く知られており、有機ＥＬ素子の駆動用ＴＦＴとしては、加熱時にＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が少ないことが好ましい。
このような状況に鑑み、本発明者らは、酸化物半導体層から加熱時にＨ２Ｏとして脱離し得る成分量を減少させた場合の、ＴＯＳ−ＴＦＴの電気特性を調べたところ、有機ＥＬ素子の駆動に充分な特性が得られることを見出した。このことから、有機ＥＬ素子の駆動用ＴＦＴとして、ＴＯＳ−ＴＦＴを用いる場合に必要な処理方法として、本発明の完成に至った。
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
本実施の形態では、非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系のＴＯＳ−ＴＦＴをスイッチング素子とし、本発明の典型的な構成である、同一基板上に有機ＥＬ素子を積層して有機ＥＬ表示パネルを作製する場合について説明する。本発明において、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎとを含む酸化物系材料を意味する。
図１は、本発明の一実施形態としての発光装置の構成を示す断面図である。
図１において、１は基板としてのガラス基板、２はゲート電極、３はゲート絶縁層、４は酸化物半導体層（半導体層）、５はドレイン電極、６はソース電極である。また、７は絶縁層、８は下部電極としての透明陽極、９は必要に応じて設けることが可能な素子分離膜、１０は有機層、１１は上部電極としての金属陰極、１２はパッシベーション膜として用いられる絶縁層である。
まず、酸化物半導体層（半導体層）４にはソース電極５とドレイン電極６が直接接合されていて、絶縁層３を介してゲート電極２で制御される。有機層１０は下部の透明陽極８とコンタクトホールを介してドレイン電極６へ接続されている。
ＴＯＳ−ＴＦＴのドレイン電極５又はソース電極６と、透明陽極８の電極とは電気的に接続されている。
有機層１０は、電子輸送層、発光層、ホール輸送層から構成されているが、この構成に何ら限定されるものではない。
有機層１０の下には透明陽極８があり、ＴＯＳ−ＴＦＴがＯＮ状態の時には有機層１０には電圧が印加されて発光に至る。
金属陰極１１は、発光素子がボトムエッミッションとして使用する場合には、金属電極を使用し両面発光をさせるには、透明電極を使用してもよい。その発光素子の目的によって変更することができる。
開口率の向上の観点からは、絶縁性基板、各電極、絶縁層、半導体層等は可視光波長に対して透明であることが望ましい。
Ｉｎ、Ｇａ、ＺｎやＳｎ等を含む酸化物では、組成と成膜時の酸素分圧等の条件を変えることにより、絶縁体、半導体、導電体のいずれも作製が可能である。
また、有機層の形成プロセス中のダメージからＴＯＳ−ＴＦＴを保護するため、必要に応じてＴＯＳ−ＴＦＴと有機層の間に、酸化物又は酸窒化物で形成された透明保護膜を備えることも好ましい形態である。
次に、本発明における、有機ＥＬ素子を駆動するための電界効果型トランジスタを有する発光装置の作製方法について、図２に基づいて説明する。
まず、基板上に電界効果型トランジスタを形成する（ステップＳ１）。ボトムゲート、トップコンタクトの場合、基板１上にゲート電極２をパターニングして形成した後に、ゲート絶縁層３を形成する。次に、酸化物半導体層４をパターニングして形成する。
ここで、酸化物半導体層４を形成した後、有機ＥＬ素子を構成するための有機層の形成前までがドライプロセスであるならば、酸化物半導体層４を形成した後、連続して、脱水のための熱処理を行うことが好ましい。
本発明において、上記「連続して」とは、各工程が、当該各工程間に一瞬の時間的間隔も開けることなく連続していることを意味するものではない。酸化物半導体層４を形成する工程の後、他の工程を経ることなく、脱水のための熱処理を行うことを意味するものである。
したがって、酸化物半導体層４を形成する工程の後、脱水のための熱処理を行う工程の前に、酸化物半導体層４の特性に悪影響を与えない範囲で待機している時間があっても良い。
上記のように、分極性の高い金属イオンを含む酸化物半導体層４は、水分を吸着しやすい傾向があり、また、表面に吸着した水分がＯＨ基等の形で内部に拡散してしまう。
したがって、酸化物半導体層４の形成後にウェットプロセスが存在する場合は、脱水したとしても再び水分を吸着してしまう。そのため、プロセスの途中で再び水分を吸着し得るプロセスを経た場合には次のプロセスに移行する前に脱水のための本発明の熱処理を行っておくことが好ましい。
また、酸化物半導体層４の形成後、後記するステップＳ４の有機層の形成前までがドライプロセスのみの場合は、酸化物半導体層４が最も水分を吸着した層となる場合が多い。この場合にも、次のプロセスに移行する前に脱水のための熱処理を行っておくことが好ましい。
次に、ドレイン電極５及びソース電極６をパターニングして形成し、電界効果型トランジスタが完成する。
次に、絶縁層７を形成し（ステップＳ２）、ソース電極６へのコンタクトホールを形成した後に、透明電極８を形成し（ステップＳ３）、ソース電極６に接合する。
ここで、酸化物半導体層４を形成した直後に脱水のための熱処理を行わず、透明電極８の形成直後にのみ、脱水のための熱処理を行うのであれば、１５０℃以上で３０分以上の熱処理を行うことが好ましい。
また、透明電極８の形成後に素子分離膜９を形成する場合は、素子分離膜９の形成直後に、１５０℃以上で３０分以上の熱処理を行い、脱水を行うことが好ましい。
次に、透明電極８の上に有機ＥＬ素子を構成するための有機層１０を形成し（ステップＳ４）、有機層１０の上に金属陰極１１を形成する（ステップＳ５）。
脱水のための加熱処理は雰囲気や圧力に依存せず、成膜時の条件に依存して、ドライエア、窒素ガス、希ガス等の不活性雰囲気だけでなく、酸素等の雰囲気を用いることができる。
本発明の熱処理時の加熱温度は、１５０℃から３００℃、好ましくは２００℃から３００℃である。また、一定温度でなく昇温する場合は、例えば、赤外線ランプを用いて毎分６０℃で昇温を行い、１５０℃に到達すれば、本発明の効果を得ることができる。
いずれの場合でも、加熱処理を行った後に、その温度より高い温度で有機層の形成を行った場合は、電界効果型トランジスタからＨ２Ｏとして脱離する成分量が１０−５ｇ／ｍ２以上となるため、先に行った熱処理の効果が失われてしまう。
したがって、本発明における熱処理の温度は、その後に行う有機層の形成時の熱処理温度以上である必要がある。
いずれの場合でも、電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、有機層を形成する工程（ステップＳ４）の前に、電界効果型トランジスタからＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が１０−５ｇ／ｍ２未満となるような熱処理を行う必要がある。
以下、各構成要素についてさらに詳しく説明する。
（基板）
一般的に発光素子にはガラス基板が用いられているが、本実施形態で用いる基板としては、Ｒａ（算術平均粗さ）が数ｎｍ以内の平坦性を有する基板が好適に用いることができる。
本発明のＴＯＳ−ＴＦＴは低温で形成可能であるので、一般的に高温プロセスを必要とするａ−Ｓｉ ＴＦＴを使用するアクティブマトリクスでは使用が困難である樹脂基板が使用可能である。
この場合、主に２００℃程度までのプロセス温度が一般的であるが、条件（例えば、短時間の熱処理等、樹脂基板に実質的にダメージを与えない条件等）によっては３００℃程度まで適用できる。
樹脂基板を採用することにより軽量で壊れにくい発光素子が得られ、ある程度ならば曲げることも可能になる。
この場合、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜、ゲート電極、半導体層のすべてを室温から３００℃まで、望ましくは２００℃までの温度で形成する必要がある。
基板が透明な場合は開口率が大きくなることから、さらに好適である。
これ以外にも、もちろんＳｉのような半導体基板やセラミックス基板も利用可能である。また、平坦であれば金属基板上に絶縁層を設けた基板も利用可能である。
（電界効果型トランジスタ）
本実施の形態においては、電界効果型トランジスタの半導体層に関してはＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系又はこれにＧａを加えた系の半導体を用いることが好ましい。
この組成にＭｇなどを置換又は添加することが可能であるが、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３未満であり、電子移動度が１ｃｍ２／（Ｖ・秒）以上とすることが必要である。
本発明者の知見によれば、半導体層にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の半導体を用いる場合、一度熱処理を行った温度までは、膜内部の水分が脱離し難いという特徴がある。
図３は、室温成膜により作成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜の昇温脱離分析の結果を示すグラフである。
図３において、縦軸はＨ２Ｏ分子の脱離量、横軸は昇温脱離分析中のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜表面と接触させた熱電対の温度を示している。また、矢印で示した温度は熱処理温度を示している。
熱処理していない試料の場合は１１０℃付近に表面吸着した水分の脱離ピークが認められる。一方で、熱処理を行った試料の場合は、その熱処理温度までは水分の脱離が大幅に低減していることが分かる。
したがって、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜からの水分の脱離量を熱処理によりコントロールすることができる。有機層の形成プロセス中のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜からの水分脱離量を減少させたい場合は、有機層の形成前にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜の熱処理を行うことで半導体層から水分を脱離させておく。水分を脱離させる熱処理条件は、有機層の形成プロセスにおいて用いられるプロセス温度よりも高い温度を用いることで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜からの水分脱離を効果的に抑制することができる。
熱処理温度が高ければ高いほど、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜からの脱離量は低減できるが、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜の膜質の変化やキャリア濃度の変化も伴うため、３００℃程度までが好ましい熱処理温度である。
図４は、熱処理温度と、熱処理後にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜に残存した、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の量をプロットしたグラフである。グラフ中左端の点は熱処理を行ってない試料である。
本発明において、「熱処理後にＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜に残存した、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の量」とは、脱水のための熱処理後にも依然として半導体膜中に残存する成分である。そして、半導体膜中には必ずしもＨ２Ｏの形で存在するものではなく、例えばＯＨ基等の形で存在しており、６００℃まで熱処理した際にＨ２Ｏとして脱離し得る成分を意味する。
グラフから１３０℃（３．１×１０−３ｇ／ｍ２）と１７０℃（３．３×１０−３ｇ／ｍ２）で熱処理した試料は、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分が熱処理を施していない試料（３．０×１０−３ｇ／ｍ２）よりも多く残存していることが認められる。
一見、熱処理と残留成分との関係が矛盾するように見えるが、この原因としては以下のような理由が考えられる。すなわち、熱処理のために１３０℃まで昇温する際に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜表面に吸着しているＨ２ＯやＯＨ基が、半導体膜内部に拡散したことが考えられる。さらに、熱処理を施していない場合にＨやＨ２として脱離し得る成分が、熱処理によりＨ２Ｏとして脱離し得る成分に変化（結合の状態が変化）したことが考えられる。
このことは、図３において、２００℃付近よりも高温において、１３０℃と１７０℃で熱処理を施した試料からの脱離量が、熱処理を施していない試料よりも多いことからも裏付けられる。すなわち、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の残存量が増加しているものの、熱処理を施した温度よりも高い温度にならないと脱離しない形態に変化しており、再度同じ温度まで熱処理する際には脱離しなくなると考えられる。
これに対し、２４０℃以上で熱処理した試料は、熱処理を施さない試料に対して、大幅に残存量が減少していることがわかる。この理由としては、２４０℃が、上記の「高い温度でＨ２Ｏとして脱離する形態」をも脱離する温度以上になっているためと考えられる。２４０℃で熱処理した試料に残存する、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の量は、２．７×１０−３ｇ／ｍ２である。前記したように、加熱処理の温度としては、１５０℃から３００℃であれば良いと考えられるが、長期的に水分の拡散を防止する上では、半導体層中に残存する、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の量が少ないことが好ましい。このことから、Ｈ２Ｏとして残存する成分の量が、熱処理を施していない試料未満になるような熱処理温度が好ましい。この温度は、１７０℃と２４０℃の点を直線で結び、熱処理を施していない試料の残存量（３．０×１０−３ｇ／ｍ２）と同じ量になる温度と考えると、温度と残存量の測定精度を勘案すると、約２００℃（計算上は２０２℃）となる。このことから、加熱処理の温度としては、２００℃よりも高い温度が好ましい。より好ましくは２０２℃より高い温度である。また、半導体層中に残存する、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の量としては、３．０×１０−３ｇ／ｍ２未満が好ましい。
また、半導体層が透明な場合は開口率が大きくなることから、さらに好適である。
半導体層の形成にはスパッタリング法やパルスレーザー蒸着法が適しているが、生産性に有利な各種スパッタリング法がより好ましい。また、この半導体層と基板の間には適宜、バッファ層を挿入することも有効である。
ゲート絶縁膜にはＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ又はＨｆＯ２の１種、又はそれらの化合物を少なくとも二種以上含む混晶化合物が好ましいが、その限りではない。
さらに好ましいのはＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系及びこれにＧａを加えた絶縁膜である。
成膜条件を制御することにより、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜と同様に、一度熱処理した温度までは水分脱離が起こり難い絶縁膜とすることができる。絶縁層が透明な場合は開口率が大きくなることから、さらに好適である。
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極には、Ａｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ａｇ等と、これらの内少なくとも１つを含む合金や酸化物がある。
ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極に関しても、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系及びこれにＧａを加えた導電膜を採用することができる。
成膜条件を制御することにより、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜と同様に、一度熱処理した温度までは水分脱離が起こり難い電極とすることができる。
（有機層）
本実施形態で用いる有機層１０は、一般的には以下の複数層の構成となっている。
ホール輸送層／発光層＋電子輸送層（電子輸送機能を有する発光層の意味）の２層構造
ホール輸送層／発光層／電子輸送層の３層構造
ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層の４層構造
ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層の５層構造
この他電子障壁層や付着改善層なども挿入する場合がある。
発光層部分には蛍光と燐光を用いる場合があるが発光効率から燐光を用いるのが有効である。燐光材料としてはイリジウム錯体が有用である。また、用いる分子としては低分子系、高分子系双方利用可能であり、低分子系では一般的に蒸着で、高分子系はインクジェットや印刷で形成可能である。
例としては、低分子系ではアミン錯体、アントラセン類、希土類錯体、貴金属錯体があげられ、高分子系としてはπ共役系と色素含有ポリマーがあげられる。
電子注入層としてはアルカリ金属やアルカリ土類金属及びそれらの化合物やアルカリ金属をドープした有機層などがあげられる。また、電子輸送層としてはアルミ錯体やオキサジアゾール、トリアゾール類、フェナントロリン類などがあげられる。
ホール注入層としてはアリールアミン類、フタロシアニン類、ルイス酸ドープ有機層があげられ、ホール輸送層としてはアリールアミン類があげられる。
有機層の形成で、最も高温のプロセスを伴うのは、素子分離膜の形成を除けば、ホール輸送層の乾燥時である場合が多い。
ホール輸送層の最も代表的な材料であるポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルフォネート）（以後、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）の場合、乾燥条件として主に１２０℃以上が用いられている。しかし、長期的に劣化を抑えたい場合は１５０℃以上で乾燥させることが望ましい。
したがって、電界効果型トランジスタの熱処理温度としては、上記のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体膜の特性変化が少ない３００℃未満であり、かつ、１２０℃以上、望ましくは１５０℃以上である。
（上部・下部電極）
上部及び下部電極は両面発光タイプ及びトップエミッションタイプかボトムエミッションタイプか、及び陰極や陽極かで好ましい材料が異なってくる。
（上部電極）
両面発光タイプ及びトップエミッションタイプでは上部電極が透明であることが必要である。有機ＥＬ素子の場合、その構成により好ましい電極がある。
例えば、上部電極に接続される有機層が陽極の場合には仕事関数の大きな透明電極であることが好ましい。
例としては、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上のＩＴＯや導電性ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、などがあげられる。
また、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系も利用可能である。この場合にはＴＦＴの場合とは異なりキャリア濃度は多いほど、例えば１０１９／ｃｍ３以上が好ましい。
ボトムエミッションタイプの場合には透明である必要がない。そのため、上部電極が陽極の場合には仕事関数の大きなＡｕ合金やＰｔ合金等が、陰極の場合にはＡｇ添加Ｍｇ、Ｌｉ添加Ａｌ、シリサイド、ホウ化物、窒化物などが利用可能である。
（下部電極）
下部電極は両面発光タイプ及びボトムエミッションタイプでは透明であることが必要である。
製造方法としては、ＩｎとＧａとＺｎの内少なくとも１種以上を含み、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上となるように酸素流量等の堆積条件を調整することが好ましい。
そして、少なくとも一部が非晶質の酸化物である導電性ＺｎＯ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ又はＩＴＯなどが好ましい。
また、電子キャリア濃度が１０１８／ｃｍ３以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系も利用可能である。
また、透明電極の上部にアルカリ金属やアルカリ土類金属をドープした合金を数１０ｎｍ以下に形成することにより下部電極とすることができる。
トップエミッションタイプの場合には透明である必要がないので、陽極の場合には仕事関数の大きなＡｕ合金やＰｔ合金等が、陰極の場合にはＡｇ添加Ｍｇ、Ｌｉ添加Ａｌ、シリサイド、ホウ化物、窒化物などが利用可能である。
［実施例］
以下に、図５に基づいて、有機ＥＬ素子とＴＯＳ−ＴＦＴを同一基板上に実装する際の作製例を説明する。有機ＥＬ素子の形成プロセス中の最高到達温度は１５０℃である。
また、大気暴露による不必要な水分吸着を避けるため、フォトリソグラフィー法とウェットプロセス法によるプロセスを除き、適宜トランスファーベッセル等を用いて大気に触れないようにする。
（電界効果型トランジスタ形成）
被成膜基板としてガラス基板１（コーニング社製１７３７）を選択する。成膜前処理としてはこの基板の超音波脱脂洗浄をアセトン、ＩＰＡ、超純水により各５分ずつ行った後、空気中１５０℃にて１０分間、脱水のための熱処理を施す。この時に脱水が不充分な場合は、ガラス基板の表面平坦性等に悪影響を及ぼさない範囲で、雰囲気や温度及び時間を変えることができる。
脱水が不充分な場合とは、半導体層の熱処理工程の有無に関わらず、有機層を形成する時に、該電界効果型トランジスタからＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が１０−５ｇ／ｍ２以上となる場合である。
ガラス基板上にあらかじめフォトリソグラフィー法とウェットプロセス法により、ゲート電極２のパターニングを施し、ゲート電極２としてＡｌとＡｇをそれぞれ１５０ｎｍづつ蒸着する。
次に、ゲート絶縁膜３としてＳｉＯ２膜をスパッタ法により成膜する。基板温度は室温、パワーを３００Ｗとし、Ａｒガス２．２×１０−２Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ、Ｏ２ガス２．０×１０−３Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃの雰囲気中で、圧力０．１８７Ｐａでスパッタを行う。
そして、空気中１５０℃にて１０分間、脱水のための熱処理を施す。この時に脱水が不充分な場合は、ガラス基板の場合と同様に熱処理条件を変えることができる。
その後、パターニングされた基体上に、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）４組成を有する多結晶焼結体をターゲットとして、スパッタ法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物半導体薄膜４を形成する。パターニングの方法としては、フォトリソグラフィー法とウェットプロセス法がある。
この際、圧力は０．６Ｐａ、所望のＡｒガス、酸素ガス雰囲気下、室温で４０ｎｍ堆積させる。その後、空気中１５０℃にて５分間、脱水のための熱処理を施す。この時に脱水が不充分な場合は、ガラス基板の場合と同様に熱処理条件を変えることができる。
ここで、熱処理前後の試料を、それぞれトランスファーベッセルを用い、大気にさらさない状態で昇温脱離分析装置（電子科学株式会社製ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗ）に移動し、測定を行う。
熱処理前の試料から１５０℃までにＨ２Ｏとして脱離し得る成分量は７×１０−４ｇ／ｍ２であり、１０−５ｇ／ｍ２以上となる。
熱処理後の試料から１５０℃までにＨ２Ｏとして脱離し得る成分量は３×１０−６ｇ／ｍ２であり、１０−５ｇ／ｍ２未満となる。
ソース電極５及びドレイン電極６をフォトリソグラフィー法とウェットプロセス法によりパターニングする。
次に、絶縁膜７としてＳｉＯ２膜を上記ゲート絶縁膜３と同じ条件でスパッタ法により成膜し、空気中１５０℃にて１０分間の熱処理を施す。この時に脱水が不充分な場合は、ガラス基板の場合と同様に熱処理条件を変えることができる。
上記一連のプロセスにおいてフォトリソグラフィー法とドライプロセス法より各々の層を所望のサイズに形成しておく。
（下部電極形成）
次にＩＴＯをスパッタリング法により３５０ｎｍ形成して下部電極８とする。
この際にソース電極６と下部電極８をコンタクトホールを介して接合する。成膜後に空気中１５０℃にて５分間、脱水のための熱処理を施す。この時に脱水が不充分な場合は、ガラス基板の場合と同様に熱処理条件を変えることができる。
（有機層形成前の水分脱離量の定量）
下部電極８の形成後の熱処理が終わった試料の一部を、トランスファーベッセルを用い、大気にさらさない状態で昇温脱離分析装置に移動し測定を行う。
１５０℃に昇温するまでにＨ２Ｏとして脱離し得る成分量は８×１０−６ｇ／ｍ２であり、１０−５ｇ／ｍ２未満となり、有機ＥＬ素子の劣化を及ぼす水分脱離量を下回っている。
（素子分離膜の形成）
必要に応じて素子分離膜９を形成する。
（有機層の形成）
次に抵抗蒸発法により、電子輸送層としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム膜を２５ｎｍ成膜し、その上に発光層として４，４’−ビス（２，２）−ジフェニルビニル膜を４５ｎｍ形成する。
その後、ホール輸送層であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜を２０ｎｍ形成する。さらにその上に４，４’−ビス［Ｎ，Ｎ−ジアミノ］−４”−フェニル−トリフェニルアミンをホール注入層として５５ｎｍ成膜し、全体で有機層１０とする。
有機層１０の形成時で最も高温の処理を伴うのは、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの形成であり、６０℃、４０００ｒｐｍでスピンコートを行い、空気中で１５０℃、２０分乾燥する。
（上部電極形成）
２元蒸着法によりＡｌとＡｇの合金を５０ｎｍ、Ａｌを５０ｎｍ成膜して上部電極１１とする。
上記した素子にプローブを当てて駆動すると、基板裏側から、すなわちボトムエミッションタイプで青色の発光が得られる。
（パッシベーション膜の形成）
必要に応じてパッシベーション膜１２を形成する。
［比較例］
実施例において、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系アモルファス酸化物半導体薄膜４に水分脱離処理を施さない場合、有機層の形成前に、昇温脱離分析を行うと次のような結果になる。１５０℃までにＨ２Ｏとして脱離し得る成分量は９×１０−４ｇ／ｍ２以上であり、１０−５ｇ／ｍ２を大幅に上回る。
したがって、比較例で作成したＴＦＴ上に有機層を形成すると、有機層の形成工程中に水分脱離が起こり有機層の特性を劣化させることになる。
本発明は、発光装置に利用可能であり、特に、有機ＥＬ発光装置に利用可能である。
本発明の一実施形態として、ＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬ素子を同一基板上に形成した発光装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態としての発光装置の作製方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態としての透明酸化物半導体の昇温脱離曲線を示すグラフである。 本発明の一実施形態としての、透明酸化物半導体の熱処理温度と、Ｈ２Ｏとして脱離し得る成分の残存量を示すグラフである。 本発明の一実施形態としての、ＴＯＳ−ＴＦＴと有機ＥＬ素子を同一基板上に形成した発光装置の作製過程を示す断面図である。
符号の説明
１ ガラス基板
２ ゲート電極
３ ゲート絶縁層
４ 酸化物半導体層
５ ドレイン電極
６ ソース電極
７ 絶縁層
８ 下部電極（透明陽極）
９ 素子分離膜
１０ 有機層
１１ 上部電極（金属陰極）
１２ 絶縁層(パッシベーション膜)

Claims (8)

  1. 有機ＥＬ素子を駆動するための電界効果型トランジスタを有する発光装置の作製方法において、
    前記電界効果型トランジスタはＩｎ又はＺｎから選択される少なくとも一つの元素を含む酸化物半導体を有し、
    基板上に前記電界効果型トランジスタを形成する工程と、
    絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の上に下部電極を形成する工程と、
    前記下部電極の上に前記有機ＥＬ素子を構成するための有機層を形成する工程と、
    前記有機層の上に上部電極を形成する工程と、を含み、
    前記電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、前記有機層を形成する工程の前に、該電界効果型トランジスタから前記有機層を形成する工程中にＨ２Ｏとして脱離し得る成分量が１０−５ｇ／ｍ２未満となる熱処理工程を含むことを特徴とする発光装置の作製方法。
  2. 前記熱処理工程が、前記電界効果型トランジスタの半導体層を形成する工程の後、連続して行われることを特徴とする請求項１記載の発光装置の作製方法。
  3. 前記熱処理工程が、前記電界効果型トランジスタを形成する工程の後、連続して行われることを特徴とする請求項１記載の発光装置の作製方法。
  4. 前記熱処理工程が、前記絶縁層を形成した後、有機ＥＬ素子を構成するための有機層を形成する工程の前までに行われることを特徴とする請求項１記載の発光装置の作製方法。
  5. 前記電界効果型トランジスタが、ソース電極と、ドレイン電極と、半導体層と、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、を含み、
    前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記半導体層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を３００℃以下の温度で形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の発光装置の作製方法。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載される発光装置の作製方法で作製される発光装置であって、
    前記半導体層が、Ｉｎ又はＺｎのうちの少なくとも一つを含む酸化物であることを特徴とする発光装置。
  7. 前記半導体層がＩｎとＺｎとを含む酸化物であって、少なくとも一部が非晶質であることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
  8. 前記熱処理工程の後の前記半導体層中に、６００℃まで熱処理する際にＨ２Ｏとして脱離し得る成分が、３．０×１０−３ｇ／ｍ２未満であることを特徴とする請求項６又は７記載の発光装置。
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