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技術 薄膜デバイスおよびその製造方法

出願人 日本放送協会株式会社日本触媒
発明者 中田充深川弘彦辻博史本村玄一中嶋宜樹武井達哉森井克行
出願日 2015年5月12日 (6年2ヶ月経過) 出願番号 2015-097510
公開日 2016年12月15日 (4年6ヶ月経過) 公開番号 2016-213380
状態 未査定
技術分野 エレクトロルミネッセンス光源 ウェットエッチング 薄膜トランジスタ
主要キーワード 攪拌量 塗布成膜法 伝導バンド ウエットエッチング液 GZOターゲット ITZO膜 ソース電極膜 所望領域
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (4)

課題

有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を駆動するTFT素子とを一体的に形成する際に、特に、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極ウエットエッチングによりパターニングすることを可能とする。

解決手段

有機電界発光素子10を、陰極陽極との間に、酸化物を含む電子注入層3および発光層5を含む複数の層を積層して形成するとともに、TFT素子を、ウエットエッチングによって形成する酸化物半導体層14を含む複数の層を積層して形成し、有機電界発光素子10およびTFT素子20の各層を積層形成する際に、酸化物半導体層14のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する電子注入層3のエッチングレートが、このエッチング液に対する酸化物半導体層14のエッチングレートの1/5以下となるように設定する。

概要

背景

近年、ディスプレイに搭載される有機電界発光素子およびそれを駆動する薄膜トランジスタ(以下、TFTと称することもある)の研究が盛んに行われている。
このような有機電界発光素子の駆動用素子等に用いられるTFTとしては、特に、酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO(IGZO)))や酸化亜鉛(ZnO)からなる酸化物半導体等をチャネルに用いたものの研究が盛んであり、実機としても種々適用されている。

上述した酸化物半導体をチャネルに用いたTFT(酸化物TFT)は、従来より有機電界発光素子の駆動用に使用されている、アモルファスシリコン(a-Si)をチャネルに用いたTFTよりも移動度が大きいという利点を有している。また、酸化物半導体はスパッタリング等を用いて室温で成膜できるので、酸化物TFTを、ガラス基板だけではなくポリエチレンナフタレート(PEN)やポリエーテルスルホン(PES)等の樹脂基板上に形成することが可能との利点を有している。

一方、有機電界発光素子は、陰極陽極との間に、電子輸送層発光層正孔輸送層等の複数の層を積層した構造とされており、これら各層を形成するのに適した材料について、研究、開発がなされている。このうち陰極としては、LiF等のアルカリ金属アルミニウム等の金属が用いられており、これらの材料は、大気中の水分や酸素の影響を受けると劣化しやすいという問題を有していた。

したがって、有機電界発光素子をディスプレイ等に応用する際には、厳密な封止処理が必要となるため、低コスト化フレキシブル化が困難であった。
これに対して近年、下部電極表面に、大気中安定性が高く仕事関数が小さい金属酸化物を成膜することで、有機層への電子注入を促進し、大気中での安定動作を可能とした電界発光素子(有機無機ハイブリッド有機EL素子:Hybrid Organic InorganicLED:HOILED)が知られている。

すなわち、このハイブリッド有機EL素子の特徴としては、大気安定性が高いこと、また、ディスプレイへの応用を考慮して、トランジスタとのコンタクト部となる下部電極が陰極とされていること、が挙げられる。
このような電子注入性酸化物半導体層を構成する酸化物としては、伝導バンドエネルギー準位が高いものが好ましく、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、IGZO、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化鉄(Fe2O3)、酸化錫(SnO2)等が使用可能であることが既に報告されており、(下記特許文献1〜4を参照)その中でも発光効率の高いZnO、IGZO等の材料が特に注目されている。

ところで、このような有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を駆動するTFT素子とからなるデバイスの製造工程の効率化を図るために、これら有機電界発光素子とTFT素子とを一体的に形成する手法が知られている。具体的には、図3に示すような、有機電界発光素子とTFT素子の各層を順次形成していく成膜手法が知られている。

この成膜手法は、図3に示すように、まず、基板201上にゲート電極膜212とゲート絶縁膜213を形成する。次に、画素電極202を形成する(工程1)。この後、有機電界発光素子210の電子注入層203を形成する(工程2)。続いて、TFT素子220の半導体層214を積層するとともに、所定領域をエッチングする(工程3)。続いて、TFT素子220のソース/ドレイン電極216a、216bを形成し所望領域をエッチングする(工程4)。このとき、ドレイン電極216bと画素電極202を接続する。この後、TFT素子220用の保護膜215を形成する(工程5)。続いて、有機電界発光素子210のバッファ層209、電子輸送層204、発光層205、正孔輸送層206、正孔注入層207および陽極208をこの順に積層形成する(工程6)。
以上のようにして、有機電界発光素子210とTFT素子220とが一体的に形成される。

概要

有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を駆動するTFT素子とを一体的に形成する際に、特に、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極をウエットエッチングによりパターニングすることを可能とする。 有機電界発光素子10を、陰極と陽極との間に、酸化物を含む電子注入層3および発光層5を含む複数の層を積層して形成するとともに、TFT素子を、ウエットエッチングによって形成する酸化物半導体層14を含む複数の層を積層して形成し、有機電界発光素子10およびTFT素子20の各層を積層形成する際に、酸化物半導体層14のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する電子注入層3のエッチングレートが、このエッチング液に対する酸化物半導体層14のエッチングレートの1/5以下となるように設定する。

目的

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、電子注入層を含む有機電界発光素子とこれを駆動するTFT素子を一体的に形成する場合に、電子注入層への影響を抑制して、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極をウエットエッチングによりパターニングすることを可能とし得る薄膜デバイスおよびその製造方法を提供する

効果

実績

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請求項1

薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスの製造方法において、前記有機電界発光素子にあっては、陰極からなる第1の電極膜陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成するとともに、前記薄膜トランジスタ素子にあっては、ウエットエッチングによって形成する酸化物半導体層を含む複数の層を積層して形成し、前記有機電界発光素子および前記薄膜トランジスタ素子の各層を積層形成する際に、前記酸化物半導体層のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記酸化物半導体層のエッチングレートの1/5以下となるように設定することを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。

請求項2

前記エッチングレートが1/24以下となるように設定することを特徴とする請求項1記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項3

前記エッチング液が、リン酸硝酸酢酸および水からなるPANエッチング液であり、前記酸化物半導体層の構成材料と前記電子注入層の構成材料の組合せが、この順に、主としてIGZOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてIGZOを含む材料であることを特徴とする請求項1または2記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項4

薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスの製造方法において、前記有機電界発光素子にあっては、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成するとともに、前記薄膜トランジスタ素子にあっては、ウエットエッチングによって形成するソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成し、前記有機電界発光素子および前記薄膜トランジスタ素子の各層を積層形成する際に、前記ソース/ドレイン電極のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記ソース/ドレイン電極のエッチングレートの1/12以下となるように設定することを特徴とする薄膜デバイスの製造方法。

請求項5

前記エッチング液が、リン酸、硝酸、酢酸および水からなるPANエッチング液であり、前記ソース/ドレイン電極の構成材料と前記電子注入層の構成材料の組合せが、この順に、主としてMoを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてAlを含む材料と主としてITZOを含む材料であることを特徴とする請求項4記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項6

前記電子注入層の構成材料が、主としてITZOを含む材料であることを特徴とする請求項1、2および4のうちいずれか1項記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項7

前記エッチングレートが5nm/分以下であることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1項記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項8

前記電子注入層を前記第1の電極膜上に形成することを特徴する請求項1〜7に記載の薄膜デバイスの製造方法。

請求項9

薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成される酸化物半導体層を含む複数の層を積層して形成され、前記酸化物半導体層の構成材料と前記電子注入層の構成材料が、この順に、主としてIGZOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてIGZOを含む材料とされていることを特徴とする薄膜デバイス。

請求項10

薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成されるソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成され、前記ソース/ドレイン電極の構成材料と前記電子注入層の構成材料が、この順に、主としてMoを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてAlを含む材料と主としてITZOを含む材料とされていることを特徴とする薄膜デバイス。

請求項11

薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成される酸化物半導体層およびソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成され、前記電子注入層の構成材料が、主としてITZOを含む材料とされていることを特徴とする薄膜デバイス。

技術分野

0001

本発明は、ディスプレイ装置に搭載される有機電界発光素子とそれを駆動する薄膜トランジスタで構成される薄膜デバイスおよびその製造方法に関する。

背景技術

0002

近年、ディスプレイに搭載される有機電界発光素子およびそれを駆動する薄膜トランジスタ(以下、TFTと称することもある)の研究が盛んに行われている。
このような有機電界発光素子の駆動用素子等に用いられるTFTとしては、特に、酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO(IGZO)))や酸化亜鉛(ZnO)からなる酸化物半導体等をチャネルに用いたものの研究が盛んであり、実機としても種々適用されている。

0003

上述した酸化物半導体をチャネルに用いたTFT(酸化物TFT)は、従来より有機電界発光素子の駆動用に使用されている、アモルファスシリコン(a-Si)をチャネルに用いたTFTよりも移動度が大きいという利点を有している。また、酸化物半導体はスパッタリング等を用いて室温で成膜できるので、酸化物TFTを、ガラス基板だけではなくポリエチレンナフタレート(PEN)やポリエーテルスルホン(PES)等の樹脂基板上に形成することが可能との利点を有している。

0004

一方、有機電界発光素子は、陰極陽極との間に、電子輸送層発光層正孔輸送層等の複数の層を積層した構造とされており、これら各層を形成するのに適した材料について、研究、開発がなされている。このうち陰極としては、LiF等のアルカリ金属アルミニウム等の金属が用いられており、これらの材料は、大気中の水分や酸素の影響を受けると劣化しやすいという問題を有していた。

0005

したがって、有機電界発光素子をディスプレイ等に応用する際には、厳密な封止処理が必要となるため、低コスト化フレキシブル化が困難であった。
これに対して近年、下部電極表面に、大気中安定性が高く仕事関数が小さい金属酸化物を成膜することで、有機層への電子注入を促進し、大気中での安定動作を可能とした電界発光素子(有機無機ハイブリッド有機EL素子:Hybrid Organic InorganicLED:HOILED)が知られている。

0006

すなわち、このハイブリッド有機EL素子の特徴としては、大気安定性が高いこと、また、ディスプレイへの応用を考慮して、トランジスタとのコンタクト部となる下部電極が陰極とされていること、が挙げられる。
このような電子注入性酸化物半導体層を構成する酸化物としては、伝導バンドエネルギー準位が高いものが好ましく、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、IGZO、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化鉄(Fe2O3)、酸化錫(SnO2)等が使用可能であることが既に報告されており、(下記特許文献1〜4を参照)その中でも発光効率の高いZnO、IGZO等の材料が特に注目されている。

0007

ところで、このような有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を駆動するTFT素子とからなるデバイスの製造工程の効率化を図るために、これら有機電界発光素子とTFT素子とを一体的に形成する手法が知られている。具体的には、図3に示すような、有機電界発光素子とTFT素子の各層を順次形成していく成膜手法が知られている。

0008

この成膜手法は、図3に示すように、まず、基板201上にゲート電極膜212とゲート絶縁膜213を形成する。次に、画素電極202を形成する(工程1)。この後、有機電界発光素子210の電子注入層203を形成する(工程2)。続いて、TFT素子220の半導体層214を積層するとともに、所定領域をエッチングする(工程3)。続いて、TFT素子220のソース/ドレイン電極216a、216bを形成し所望領域をエッチングする(工程4)。このとき、ドレイン電極216bと画素電極202を接続する。この後、TFT素子220用の保護膜215を形成する(工程5)。続いて、有機電界発光素子210のバッファ層209、電子輸送層204、発光層205、正孔輸送層206、正孔注入層207および陽極208をこの順に積層形成する(工程6)。
以上のようにして、有機電界発光素子210とTFT素子220とが一体的に形成される。

先行技術

0009

特開2012-4492号公報
特開2007-53286号公報
特開2014-154715号公報
特開2014-154382号公報

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、IGZO等を電子注入層とする有機電界発光素子とこれを駆動するIGZO等の酸化物半導体を用いた酸化物TFTを一体的に形成する場合、TFTの半導体層と電子注入層について、ウエットエッチングに対する選択性をとることが難しい。このため半導体層に関してウエットエッチングによるパターニング形状加工)を行なうことが困難という課題がある。

0011

半導体をパターニングするためにリフトオフ法を用いることも可能であるが、このリフトオフ法を用いた場合には、加工精度が悪くTFT特性の均一化を図ることが難しく、半導体層の残渣の発生により歩留まりが低下するといった課題がある。また、上記特許文献4に示されているように、半導体層と電子注入層を同時に形成してパターニングする手法が知られているが、これら2つの層の膜厚成膜条件が同様となってしまうため、各々の層ごとに最適な膜厚や成膜条件に設定することが難しいという課題がある。

0012

また、TFT素子のソース/ドレイン電極としてモリブデンやアルミニウムが幅広く用いられている。これらをウエットエッチングでパターニングする際に幅広く用いられるのがPANエッチング液リン酸硝酸酢酸および水を含むエッチング液)であるが、IGZOやZnOもこのエッチング液に溶解することから、ウエットエッチングによってソース/ドレイン電極をパターニングすることが難しいという課題がある。

0013

さらに、ソース/ドレイン電極をパターニングするためにリフトオフ法を用いることもできるが、このリフトオフ法は上述したように、加工精度が悪くTFT特性の均一化を図ることが難しく、半導体層の残渣の発生により歩留まりが低下するといった課題がある。

0014

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、電子注入層を含む有機電界発光素子とこれを駆動するTFT素子を一体的に形成する場合に、電子注入層への影響を抑制して、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極をウエットエッチングによりパターニングすることを可能とし得る薄膜デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0015

本発明に係る第1の薄膜デバイスの製造方法は、
薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスの製造方法において、
前記有機電界発光素子にあっては、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成するとともに、前記薄膜トランジスタ素子にあっては、ウエットエッチングによって形成する酸化物半導体層を含む複数の層を積層して形成し、
前記有機電界発光素子および前記薄膜トランジスタ素子の各層を積層形成する際に、前記酸化物半導体層のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記酸化物半導体層のエッチングレートの1/5以下となるように設定することを特徴とするものである。

0016

なお、前記エッチングレートは1/24以下となるように設定することがより好ましい。
また、前記エッチング液が、リン酸、硝酸、酢酸および水からなるPANエッチング液であり、前記酸化物半導体層の構成材料と前記電子注入層の構成材料の組合せが、この順に、主としてIGZOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてIGZOを含む材料であることが好ましい。
ここで、「主として××を含む材料」とは、「××を50重量%以上含む材料」のことをいうものとする。

0017

また、本発明に係る第2の薄膜デバイスの製造方法は、
薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスの製造方法において、
前記有機電界発光素子にあっては、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成するとともに、前記薄膜トランジスタ素子にあっては、ウエットエッチングによって形成するソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成し、
前記有機電界発光素子および前記薄膜トランジスタ素子の各層を積層形成する際に、前記ソース/ドレイン電極のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記ソース/ドレイン電極のエッチングレートの1/12以下となるように設定することを特徴とするものである。

0018

また、前記エッチング液が、リン酸、硝酸、酢酸および水からなるPANエッチング液であり、前記ソース/ドレイン電極の構成材料と前記電子注入層の構成材料の組合せが、この順に、主としてMoを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてAlを含む材料と主としてITZOを含む材料であることが好ましい。
また、前記電子注入層の構成材料が、主としてITZOを含む材料であることが好ましい。
また、第1および第2の薄膜デバイスの製造方法において、前記エッチングレートが5nm/分以下であることが好ましい。
また、前記電子注入層を前記第1の電極膜上に形成することが好ましい。

0019

また、本発明に係る第1の薄膜デバイスは、
薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、
前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成される酸化物半導体層を含む複数の層を積層して形成され、
前記酸化物半導体層の構成材料と前記電子注入層の構成材料が、この順に、主としてIGZOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてIGZOを含む材料とされていることを特徴とするものである。

0020

また、本発明に係る第2の薄膜デバイスは、
薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、
前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成されるソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成され、
前記ソース/ドレイン電極の構成材料と前記電子注入層の構成材料が、この順に、主としてMoを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてAlを含む材料と主としてITZOを含む材料とされていることを特徴とするものである。

0021

さらに、本発明に係る第3の薄膜デバイスは、
薄膜トランジスタ素子とこの薄膜トランジスタ素子により駆動される有機電界発光素子を含む薄膜デバイスにおいて、
前記有機電界発光素子は、陰極からなる第1の電極膜と陽極からなる第2の電極膜との間に、酸化物を含む電子注入層および発光層を含む複数の層を積層して形成されるとともに、前記薄膜トランジスタ素子は、ウエットエッチングによって形成される酸化物半導体層およびソース/ドレイン電極を含む複数の層を積層して形成され、
前記電子注入層の構成材料が、主としてITZOを含む材料とされていることを特徴とするものである。

発明の効果

0022

本発明の薄膜デバイスの製造方法によれば、電子注入層を含む有機電界発光素子とこれを駆動するTFT素子を一体的に形成する場合に、TFT素子の酸化物半導体層のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記酸化物半導体層のエッチングレートの1/5以下となるようにしている。

0023

また、本発明の他の薄膜デバイスの製造方法によれば、酸化物電子注入層を含む有機電界発光素子とこれを駆動するTFT素子を一体的に形成する場合に、ソース/ドレイン電極のウエットエッチングで使用するエッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対するソース/ドレイン電極のエッチングレートの1/12以下となるようにしている。

0024

これにより、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極に対してウエットエッチングにより処理を行う際に、電子注入層が受けるダメージを大幅に抑制することができるので、このエッチングによりパターニングすることが可能となり、このパターニングを行う際に、上記酸化物半導体層やソース/ドレイン電極と、上記電子注入層とを、層ごとに最適な膜厚や成膜条件に設定することができ、製造の歩留まりの低下も抑制することができる。

0025

また、本発明に係る薄膜デバイスによれば、上記酸化物半導体層の構成材料と上記電子注入層の構成材料を、この順に、主としてIGZOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてZnOを含む材料と主としてIGZOを含む材料としている。さらに、本発明に係る他の薄膜デバイスによれば、上記ソース/ドレイン電極の構成材料と上記酸化物半導体層の構成材料を、この順に、主としてMoを含む材料と主としてITZOを含む材料、または主としてAlを含む材料と主としてITZOを含む材料としている。

0026

したがって、これら本発明に係る薄膜デバイスによれば、上記酸化物半導体層のエッチングレートに対する上記電子注入層のエッチングレート、あるいは上記ソース/ドレイン電極のエッチングレートに対する上記電子注入層のエッチングレートを大幅に低下させることができ、TFT素子の酸化物半導体層またはソース/ドレイン電極をウエットエッチングによりパターニングすることが可能となり、特性の良好な薄膜デバイスを製造することが可能となる。

図面の簡単な説明

0027

本発明の第1実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法の各工程を時系列的に示す図である。
本発明の第2実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法の各工程を時系列的に示す図である。
従来技術に係る薄膜デバイスの製造方法の各工程を時系列的に示す図である。

実施例

0028

以下、本発明の実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法を図面を用いて説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法の各工程を示す図であり、そのうち工程7の図は第1実施形態に係る薄膜デバイスの構造を示す断面図である。

0029

この薄膜デバイスは、有機電界発光素子(HOILED:以下同じ)10と、この有機電界発光素子10を駆動するTFT素子(薄膜トランジスタ素子:以下同じ)20とを一体的に形成してなる素子である。

0030

この第1実施形態の薄膜デバイスの製造方法は、まず、基板(例えば、可撓性を有する樹脂基板)1上に、スパッタリング法を用いて室温環境下でクロム(Cr)層を形成し、さらにフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いてCr層をパターニングしてゲート電極膜12を形成する。

0031

次に、ゲート電極膜12上(一部は基板1上)に、プラズマCVD法を用いて、酸化ケイ素によるゲート絶縁膜13を200nmの厚さに形成する。

0032

次にゲート絶縁膜13上に画素電極2としてのITO層を形成し、さらにフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所望の形状に画素電極2をパターニングする(工程1)。

0033

次に、インジウム、スズ、亜鉛を含む酸化物であるITZO(Indium-Tin-Zinc-Oxygen:In-Sn-Zn-O)からなるITZO膜をスパッタリング法を用いて10nmの厚さに形成する。この場合のスパッタターゲットとしてはITZOの焼結体を用いる。

0034

このITZOをフォトリソグラフィ法および塩酸を含むエッチング液を用いたウエットエッチングによりパターニングして電子注入層3を形成する(工程2)。

0035

次に、IGZO(In-Ga-Zn-O)膜からなる酸化物半導体層14を30nmの厚さに形成する(工程3)。
IGZO膜は、インジウム、ガリウム、亜鉛を含む酸化物半導体層であり、スパッタリング法を用いて室温環境下で形成する。このIGZO膜は成膜状態においてはアモルファス(非晶質)である。
また、この場合のスパッタターゲットとしてはIGZOの焼結体を用いる。IGZOターゲットにおける、インジウム、ガリウム、亜鉛、酸素の組成比は、例えば1:1:1:4とする。

0036

さらに、この酸化物半導体層(IGZO膜)14に対し、フォトリソグラフィ法及び40℃のPANエッチング液を用いたウエットエッチングにより適切なパターニング処理を施す(工程4)。ここでは、PANエッチング液として、組成比がリン酸80wt%、硝酸5wt%、酢酸10wt%および純水5wt%からなるエッチング液を用いた。

0037

なお、上記ウエットエッチング条件に対するIGZO、ZnO、ITZOのエッチングレートを測定したところ、IGZOが100nm/分程度(例えば80〜120nm/分)、ZnOが600nm/分以上、ITZOが5nm/分以下であった。
エッチングレートにおいてITZOはIGZOの1/24(=5/120)以下であり、高い選択性が得られる。このため、電子注入層3であるITZOをほとんど溶解することなくTFT素子20の酸化物半導体層14であるIGZOをウエットエッチングによりパターニングすることができる。

0038

また、エッチングレートにおいてIGZOはZnOの1/5(=120/600)以下であり、ある程度の選択性が得られる。さらに、エッチングレートにおいてITZOはZnOの1/120(=5/600)以下であり、極めて高い選択性が得られる。

0039

したがって、エッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記酸化物半導体層のエッチングレートの1/5以下となるように設定することが肝要である。

0040

次に、TFT特性において、ドレイン電流の向上を図り、かつ信頼性の改善を図るために、空気中で300℃の熱アニールを1時間施す。次に、モリブデン(Mo)をスパッタリングにより積層し、この後フォトリソグラフィドライエッチングによりパターニングを行って、ソース電極16aおよびドレイン電極16bを形成する(工程5)。

0041

次に、スピンコート法を用いて有機膜からなる保護膜15を積層し、所望の形状にパターニングする(工程6)。

0042

続いて、有機電界発光素子10の電子注入層(有機膜)3上に、バッファ層9、電子輸送層4、発光層5、正孔輸送層6、正孔注入層7、および陽極8をこの順に積層形成する(工程7)。

0043

以上のようにして、薄膜デバイスが製造される。すなわち、図1の工程7に示される薄膜デバイスは第1実施形態に係る薄膜デバイスの層構成を示す断面図となっている。

0044

従来、IGZOやZnOを電子注入層3に用いたものが知られているが、これらの材料では、IGZOからなる酸化物半導体層14との間で、パターニングに用いられるウエットエッチング液に対する選択性がとれないため、酸化物半導体層14をウエットエッチングによりパターニングすることが難しかった。

0045

そこで、本実施形態においては、図1に示すように、電子注入層3としてITZOを採用している。上述したようにPANエッチング溶液に対し、ITZOのエッチングレートは5nm/分以下であるから、電子注入層3のエッチング速度を大幅に低下させることができる。すなわち、PANエッチング液を用いた場合、ITZOからなる電子注入層3を溶解させることなく、IGZO(やZnO等のその他の酸化物半導体)からなる酸化物半導体層14のパターニングをウエットエッチングで処理することができる。

0046

上記第1実施形態においては、電子注入層3としてITZOを用いているが、これに限定されるものではなく、これに替えて、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、アルミニウム、シリコンゲルマニウムボロンマンガンチタン、モリブデンのうち少なくとも何れか1元素を含む材料を用いるようにしてもよい。
もっとも、上述したように、エッチング液に対する前記電子注入層のエッチングレートが、該エッチング液に対する前記酸化物半導体層のエッチングレートの1/5以下となる関係を満足するような材料を選択する必要がある。

0047

なお、上記実施形態においては、ITZOからなる電子注入層3をスパッタリング法を用いて成膜しているが、これに替えて、パルスレーザー蒸着法電子ビーム蒸着法塗布成膜法等の他の成膜法を用いることも可能である。

0048

<第2実施形態>
図2は、第2実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法の各工程を示す図であり、そのうち工程7の図は第2実施形態に係る薄膜デバイスの構造を示す断面図である。

0049

この薄膜デバイスは、上記第1実施形態と同様に、有機電界発光素子110と、この有機電界発光素子110を駆動するTFT素子120とを一体的に形成してなる素子である。
なお、図2において各部材に付されている符号は、図1に示す第1実施形態において対応する各部材に付されている符号に100を加えて表すものとする。

0050

この第2実施形態の薄膜デバイスの製造方法は、まず基板(例えば、可撓性を有する樹脂基板)101上に、スパッタリング法を用いて室温環境下でクロム(Cr)層を形成し、さらにフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いてCr層をパターニングしてゲート電極膜112を形成する。

0051

次に、ゲート電極膜112上(一部は基板101上)に、プラズマCVD法を用いて、酸化ケイ素によるゲート絶縁膜113を200nmの厚さに形成する。

0052

次にゲート絶縁膜113上に画素電極102としてのITO層を形成し、さらにフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所望の形状に画素電極102をパターニングする(工程1)。

0053

次に、有機電界発光素子110の電子注入層103およびTFT素子120の酸化物半導体層114を作製するため、インジウム、スズ、亜鉛を含む酸化物であるITZO(Indium-Tin-Zinc-Oxygen:In-Sn-Zn-O)からなるITZO膜をスパッタリング法を用いて30nmの厚さに形成する(工程2、3)。この場合のスパッタターゲットとしてはITZOの焼結体を用いる。

0054

さらに、このITZO膜に対し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、画素電極102上およびゲート絶縁膜113上において適切なパターニング処理を施す。

0055

ゲート絶縁膜113上でパターニングした領域をTFT素子120の酸化物半導体層114として、また、画素電極102上でパターニングした領域を有機電界発光素子110の電子注入層103として用いる。
上記実施形態では、成膜工程の効率化のために、酸化物半導体層114と電子注入層103を同一材料により形成しているが、互いに異なる組成の材料を用いてもよい。また、成膜工程の効率化のために、酸化物半導体層114と電子注入層103を同時に形成しているが、互いに異なるタイミングで形成してもよい。また、本実施形態においては、図2に示す如く、画素電極102と電子注入層103を互いに異なる断面形状としているが互いに同一の断面形状(形状)としてもよい。

0056

次に、TFT特性における、ドレイン電流の向上を図り、かつ信頼性の改善を図るために、空気中で300℃の熱アニールを1時間施す。次に、ソース/ドレイン電極116a、116bとしてモリブデン(Mo)をスパッタリングにより積層する(工程4)。

0057

さらに、このソース/ドレイン電極116a、116bに対し、フォトリソグラフィ法及び40℃のPANエッチング液を用いたウエットエッチングにより適切なパターニング処理を施す(工程5)。ここでは、PANエッチング液として、組成比がリン酸80wt%、硝酸5wt%、酢酸10wt%および純水5wt%からなるエッチング液を用いた。

0058

なお、上記ウエットエッチング条件に対するMo、IGZO、ZnO、ITZOのエッチングレートを測定したところ、Moが60nm/分程度(例えば60〜70nm/分)、Alが75nm/分程度(例えば75〜85nm/分)、IGZOが100nm/分以上、ZnOが600nm/分以上、ITZOが5nm/分以下であった。
エッチングレートにおいてITZOはMoの1/12(=5/60)以下となり、実際のエッチングにおいて高い選択性が得られる。このため、電子注入層103であるITZOをほとんど溶解することなくソース/ドレイン電極116a、116bであるMoをウエットエッチングによりパターニングすることができる。

0059

また、ソース/ドレイン電極116a、116bとしてMoに替えてAlを用いた場合、エッチングレートにおいてITZOはAlの1/15(=5/75)以下となり、これによっても実際のエッチングにおいて高い選択性が得られる。

0060

したがって、エッチング液に対する前記電子注入層103のエッチングレートが、該エッチング液に対するソース/ドレイン電極116a、116bのエッチングレートの1/12以下となるように設定することが肝要である。

0061

次に、スピンコート法を用いて有機膜からなる保護膜115を積層し、所望の形状にパターニングする(工程6)。

0062

続いて、有機電界発光素子110の電子注入層(有機膜)103上に、バッファ層109、電子輸送層104、発光層105、正孔輸送層106、正孔注入層107、および陽極108を順に積層形成する(工程7)。

0063

以上のようにして、薄膜デバイスが製造される。すなわち、図2の工程7に示される薄膜デバイスは第2実施形態に係る薄膜デバイスの層構成を示す断面図となっている。

0064

従来、IGZOやZnOを電子注入層103に用いたものが知られているが、これらの材料では、Moからなるソース/ドレイン電極116a、116bとの間で、パターニングに用いられるウエットエッチング液に対する選択性がとれないため、ソース/ドレイン電極116a、116bをウエットエッチングによりパターニング処理することが難しかった。

0065

そこで、本実施形態においては、図2に示すように、電子注入層103としてITZOを用いている。上述したようにPANエッチング溶液に対し、ITZOのエッチングレートは5nm/分以下であるから、第1実施形態と同様に電子注入層103のエッチング速度を大幅に低下させることができる。すなわち、PANエッチング液を用いることによって、ITZOからなる電子注入層103を溶解させることなく、Mo(やAl)からなるソース/ドレイン電極116a、116bをウエットエッチングで処理することができる。

0066

上記第2実施形態においては、電子注入層103としてITZOを用いているが、これに限定されるものではなく、これに替えて、インジウム、ガリウム、亜鉛、スズ、アルミニウム、シリコン、ゲルマニウム、ボロン、マンガン、チタン、モリブデンのうち少なくとも何れか1元素を含む材料を用いるようにしてもよい。
もっとも、上述したように、エッチング液に対する電子注入層103のエッチングレートが、該エッチング液に対する上記ソース/ドレイン電極116a、116bのエッチングレートの1/12以下となるような関係を満足する材料を選択する必要がある。

0067

なお、上記第1および第2実施形態においては、ITZOからなる電子注入層103をスパッタリング法を用いて成膜しているが、これに替えて、パルスレーザー蒸着法、電子ビーム蒸着法、塗布成膜法等の他の成膜法を用いることも可能である。

0068

また、上記第1および第2実施形態において、有機電界発光素子10やTFT素子20の層構成は一例であって、これに限られるものではない。
また、上記第1および第2実施形態において、エッチングレートは、溶液の濃度、温度、攪拌量、さらには不純物に依存するので、これらの要素を適宜選択して、エッチングレートを調整することが好ましい。
また、上記第1および第2実施形態においては、酸化物半導体層、ソース/ドレイン電極および電子注入層が、各々単一の材料から構成されている例が示されているが、本発明の薄膜デバイスおよびその製造方法によれば、これらの材料は主材料であればよく、その他の材料が含まれている場合を排除するものではない。

0069

1、101、201基板
2、102、202画素電極
3、103、203電子注入層
4、104、204電子輸送層
5、105、205発光層
6、106、206正孔輸送層
7、107、207正孔注入層(第2の金属酸化物層
8、108、208陽極
9、109、209バッファ層
10、110、210有機電界発光素子
12、112、212ゲート電極膜
13、113、213ゲート絶縁膜
14、114、214酸化物半導体層
15、115、215 保護膜
16a、116a、216aソース電極膜
16b、116b、216bドレイン電極膜
20、120,220 TFT素子

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