JP2006173616A - 有機薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜トランジスタの特性を安定的に確保できる有機半導体薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法において、絶縁基板上にデータ線を形成し、データ線を覆う層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜上にゲート線を形成する。次に、ゲート線を覆い、データ線を露出する第１コンタクトホールを有するゲート絶縁層を形成し、その上にコンタクトホールを通じてデータ線と接続されるソース電極及びドレイン電極を備える画素電極を形成する。次に、有機半導体を形成し、有機半導体上に保護膜を形成する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法において、絶縁基板上にデータ線を形成し、データ線を覆う層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜上にゲート線を形成する。次に、ゲート線を覆い、データ線を露出する第１コンタクトホールを有するゲート絶縁層を形成し、その上にコンタクトホールを通じてデータ線と接続されるソース電極及びドレイン電極を備える画素電極を形成する。次に、有機半導体を形成し、有機半導体上に保護膜を形成する。
【選択図】図２
Description
本発明は、有機半導体薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法に関する。
次世代ディスプレイの駆動素子として、有機半導体を用いた電界効果トランジスタに関する研究が盛んに行われている。一般に、有機半導体は、その材料によって、オリゴチオフェン、ペンタセン、フタロシアニン、Ｃ６０などの低分子材料と、ポリチオフェン系、ポリチエニレン−ビニレン系などの高分子材料とに大別される。
低分子有機半導体は、電荷移動度が０．０５〜１．５と優れ、点滅比などの特性も優れている。しかし、通常、遮蔽マスクを用いて真空蒸着によって有機半導体を積層し、パターニングするため、工程が複雑になり、生産性が低下するといった量産面でのデメリットがある。
低分子有機半導体は、電荷移動度が０．０５〜１．５と優れ、点滅比などの特性も優れている。しかし、通常、遮蔽マスクを用いて真空蒸着によって有機半導体を積層し、パターニングするため、工程が複雑になり、生産性が低下するといった量産面でのデメリットがある。
これに対し、高分子有機半導体は、電荷移動度が０．００１〜０．１と多少低いが、溶媒に溶解させて基板上にコーティングまたはプリンティングすることが可能であるため、大面積の表示板への適用が有利であり、量産性が高いというメリットがある。このような有機半導体を用いた薄膜トランジスタは、軽薄であって、大面積及び大量生産が実現できる次世代表示装置の駆動素子として良い評価を受けている。
しかし、有機半導体及びゲート絶縁膜は、膜質の特性が弱く、後続工程における蒸着条件またはエッチング条件によって、薄膜に損傷を受け、薄膜特性が変化するなどの問題点が発生する。これは、薄膜トランジスタの特性を低下させる原因となる。
本発明の目的は、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保できる有機半導体薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法を提供することである。
前記目的を達成するために、本発明では、ゲート線及びデータ線をゲート絶縁膜よりも先に形成し、半導体層を形成する前に画素電極を形成する。
すなわち、本発明の有機薄膜トランジスタ表示板は、基板、
前記基板上に形成されているデータ線、
前記データ線上に形成されている層間絶縁膜、
前記層間絶縁膜上に形成されて、ゲート電極を有するゲート線、
前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成され、前記層間絶縁膜と共に前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層、
前記ゲート絶縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続されている第１電極、
前記ゲート電極を中心に前記第１電極と対向している第２電極、
前記第１電極及び前記第２電極上に形成され、前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体、及び
前記有機半導体上に形成されている保護膜
を含むことを特徴とする。
すなわち、本発明の有機薄膜トランジスタ表示板は、基板、
前記基板上に形成されているデータ線、
前記データ線上に形成されている層間絶縁膜、
前記層間絶縁膜上に形成されて、ゲート電極を有するゲート線、
前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成され、前記層間絶縁膜と共に前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層、
前記ゲート絶縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続されている第１電極、
前記ゲート電極を中心に前記第１電極と対向している第２電極、
前記第１電極及び前記第２電極上に形成され、前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体、及び
前記有機半導体上に形成されている保護膜
を含むことを特徴とする。
この有機薄膜トランジスタ表示板では、第１電極及び第２電極がＩＴＯから構成されていてもよい。
第２電極は画素電極を備えていてもよい。
有機半導体と前記保護膜との間に、絶縁体がさらに形成されていてもよい。
絶縁体は、フッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含んでいてもよい。なかでも、パリレンが好ましい。
第２電極は画素電極を備えていてもよい。
有機半導体と前記保護膜との間に、絶縁体がさらに形成されていてもよい。
絶縁体は、フッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含んでいてもよい。なかでも、パリレンが好ましい。
層間絶縁膜は、窒化ケイ素、ポリアクリル、ポリイミドまたはベンゾサイクロブテンを含んでいてもよい。なかでも、窒化ケイ素が好ましい。
ゲート絶縁層は、ＯＴＳ表面処理された酸化ケイ素、窒化ケイ素、マレイミドスチレン、ポリビニルフェノール及び改質シアノエチルプルランのうちの少なくとも一つから構成されていてもよい。
ゲート絶縁層は、ＯＴＳ表面処理された酸化ケイ素、窒化ケイ素、マレイミドスチレン、ポリビニルフェノール及び改質シアノエチルプルランのうちの少なくとも一つから構成されていてもよい。
有機半導体は、
テトラセン、ペンタセン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チオフェン環の２，５位置によって４〜８個が連結されたオリゴチオフェン、
ペリレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
ナフタレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
金属化フタロシアニンまたはそのハロゲン化誘導体、
ペリレン、コロネン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チエニレン及びビニレンのコオリゴマー又はコポリマー、及び
前記これら物質の芳香族環または複素環式芳香族環に炭素数１〜３０個のハイドロカーボン鎖を１個以上含有する誘導体からなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
テトラセン、ペンタセン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チオフェン環の２，５位置によって４〜８個が連結されたオリゴチオフェン、
ペリレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
ナフタレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
金属化フタロシアニンまたはそのハロゲン化誘導体、
ペリレン、コロネン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チエニレン及びビニレンのコオリゴマー又はコポリマー、及び
前記これら物質の芳香族環または複素環式芳香族環に炭素数１〜３０個のハイドロカーボン鎖を１個以上含有する誘導体からなる群から選択される少なくとも１種であってもよい。
また、本発明の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法は、絶縁基板上にデータ線を形成する工程、
前記データ線上に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜上にゲート線を形成する工程、
前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層を前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成する工程、
前記ゲート絶縁層上に前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続される第１電極、及び前記第１電極と分離された第２電極を形成する工程、
前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体を形成する工程、及び
前記有機半導体上に保護膜を形成する工程
を含むことを特徴する。
前記データ線上に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜上にゲート線を形成する工程、
前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層を前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成する工程、
前記ゲート絶縁層上に前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続される第１電極、及び前記第１電極と分離された第２電極を形成する工程、
前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体を形成する工程、及び
前記有機半導体上に保護膜を形成する工程
を含むことを特徴する。
この有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法では、有機半導体上及び前記保護膜下に絶縁体を形成する工程をさらに含んでいてもよい。
第１電極及び第２電極はＩＴＯから工程されていてもよい。
絶縁体はフッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含有していてもよい。
第１電極及び第２電極はＩＴＯから工程されていてもよい。
絶縁体はフッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含有していてもよい。
本発明によれば、有機半導体及びゲート絶縁膜がフォトエッチング工程にさらされることを最少化し、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。また、有機半導体の下部にソース電極及びドレイン電極を配置することにより、ゲート絶縁膜とソース電極及びドレイン電極との間の接触特性を安定的に確保することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例に対して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
本発明の実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板及びその製造方法に関して、図面を参考にして詳細に説明する。
まず、図１及び図２を参照して本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板構造を説明する。
図１は、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図２は、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板の構造を示した断面図で、図１のＩＩ-ＩＩ’線に沿った断面図である。
まず、図１及び図２を参照して本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板構造を説明する。
図１は、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図２は、本発明の一実施例による有機薄膜トランジスタ表示板の構造を示した断面図で、図１のＩＩ-ＩＩ’線に沿った断面図である。
本発明の実施例による有機薄膜トランジスタ表示板は、透明な絶縁基板１１０上に複数のデータ線１７１が形成されている。
データ線１７１は、主に横方向に延びてデータ電圧を伝達する。各データ線１７１は、外部回路または他の層との接触のために幅が拡張されている拡張部１７９を含む。
データ線１７１は、データ信号の遅延や電圧降下を減らせるように、低い比抵抗の金属、例えば金、銀、銅、アルミニウム（Ａｌ）やこれらの合金の金属からなる導電膜を含むのが好ましい。また、物理的な性質が異なる二つ以上の導電膜を備えることができる。即ち、一つの導電膜は低抵抗の導電物質からなり、その他の導電膜は、他の物質、特にＩＺＯまたはＩＴＯとの物理的、化学的、電気的な接触特性が優れた物質、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（例：モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）合金）、クロム（Ｃｒ）などの導電物質からなるのが好ましい。
データ線１７１は、主に横方向に延びてデータ電圧を伝達する。各データ線１７１は、外部回路または他の層との接触のために幅が拡張されている拡張部１７９を含む。
データ線１７１は、データ信号の遅延や電圧降下を減らせるように、低い比抵抗の金属、例えば金、銀、銅、アルミニウム（Ａｌ）やこれらの合金の金属からなる導電膜を含むのが好ましい。また、物理的な性質が異なる二つ以上の導電膜を備えることができる。即ち、一つの導電膜は低抵抗の導電物質からなり、その他の導電膜は、他の物質、特にＩＺＯまたはＩＴＯとの物理的、化学的、電気的な接触特性が優れた物質、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（例：モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）合金）、クロム（Ｃｒ）などの導電物質からなるのが好ましい。
データ線１７１の側面はそれぞれ傾斜し、基板１１０の表面に対して約３０〜８０度の傾斜角を有する。
データ線１７１上には、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮｘ）または酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁物質や耐久性の優れたポリアクリル（アクリル系ポリマー）、ポリイミド、ベンゾサイクロブテン（Ｃ10Ｈ8）などを含有する有機絶縁物質からなる層間絶縁膜１６０が形成されている。
データ線１７１上には、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＮｘ）または酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などの無機絶縁物質や耐久性の優れたポリアクリル（アクリル系ポリマー）、ポリイミド、ベンゾサイクロブテン（Ｃ10Ｈ8）などを含有する有機絶縁物質からなる層間絶縁膜１６０が形成されている。
層間絶縁膜１６０上にはゲート信号を伝達する複数のゲート線１２１が形成されている。
ゲート線１２１は主に縦方向に延びているデータ線１７１と交差し、各ゲート線１２１の一部は上または下に突出されて複数のゲート電極１２４をなす。この時、ゲート線１２１の一端部１２９は、外部回路または他の層との連結のために幅が拡張されている。
ゲート線１２１は主に縦方向に延びているデータ線１７１と交差し、各ゲート線１２１の一部は上または下に突出されて複数のゲート電極１２４をなす。この時、ゲート線１２１の一端部１２９は、外部回路または他の層との連結のために幅が拡張されている。
ゲート線１２１は、ゲート信号の遅延や電圧降下を減らせるように、低い比抵抗(resistivity)の金属、例えば金、銀、アルミニウムやこれらの合金などの金属からなる導電膜を含むのが好ましい。また、物理的性質の異なる二つ以上の導電膜を含むことができる。即ち、一つの導電膜は低抵抗の導電物質からなり、その他の導電膜は他の物質、特にＩＺＯまたはＩＴＯとの物理的、化学的、電気的な接触特性が優れた物質、例えばモリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（例：モリブデン-タングステン（ＭｏＷ）合金）、クロム（Ｃｒ）などの導電物質からなるのが好ましい。
ゲート線１２１の側面はそれぞれ傾斜しており、基板１１０の表面に対して約３０〜８０度の傾斜角を有する。
ゲート線１２１上には窒化ケイ素などの無機絶縁物質または誘電物質からなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。ここで、ゲート絶縁層１４０は、ＯＴＳ（octadecyl-trichloro-silane）によって表面処理されたＳｉＯ2膜としてもよいし、真空状態で化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程により形成される高分子物質であり、ポリ(パラ-キシリレン)の略称であるパリレンまたはフッ素含有炭化水素系高分子としてもよい。
ゲート線１２１上には窒化ケイ素などの無機絶縁物質または誘電物質からなるゲート絶縁膜１４０が形成されている。ここで、ゲート絶縁層１４０は、ＯＴＳ（octadecyl-trichloro-silane）によって表面処理されたＳｉＯ2膜としてもよいし、真空状態で化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程により形成される高分子物質であり、ポリ(パラ-キシリレン)の略称であるパリレンまたはフッ素含有炭化水素系高分子としてもよい。
パリレンは、コーティング均一度が極めて優れ、コーティングの膜厚を１，０００Å〜数μｍまで調節することができ、誘電率が非常に低く、絶縁膜としての特性が優れている。パリレンは、高分子化されれば現存する全ての有機溶媒に殆ど溶解されず、耐化学性が優れている。パリレンは、常温で蒸着可能で熱ストレスがなく、ドライコーティング工程が施されるため溶媒が必要なく、環境にやさしいというメリットがある。また、添加剤がなく、ガスの発生がないため、特にシリコン半導体を用いた薄膜トランジスタ表示板の製造に適している。さらに、工程が簡単で安価の製造費用を実現することができる。
ゲート絶縁膜１４０にはゲート電極１２４に隣接したデータ線１７１の一部及びデータ線１７１の端部１７９をそれぞれ露出する複数のコンタクトホール１４３、１４２と層間絶縁膜１６０と共にゲート線１２１の端部１２９を露出するコンタクトホール１４１が形成されている。このように、ゲート絶縁膜１４０がゲート線１２１及びデータ線１７１の端部１２９、１７９を露出するコンタクトホール１４１、１４２を有する実施例において、外部の駆動回路を異方性導電膜を用いてゲート線１２１及びデータ線１７１に接続するために、ゲート線１２１及びデータ線１７１が接触部を有する構造である。また、基板１１０上に直接ゲート駆動回路が有機半導体薄膜トランジスタと同一層で形成でき、ゲート線１２１及びデータ線１７１の端部は駆動回路の出力端に電気的に直接接続される。
コンタクトホール１８５、１８１、１８２は、データ線１７１の一部、ゲート線の端部１２９及びデータ線の端部１７９を露出するが、コンタクトホール１４３、１４１、１４２からは、後に形成されるＩＴＯまたはＩＺＯの導電膜との接触特性を確保するために、アルミニウム系列のような弱い接触特性を有する導電物質は露出されないのが好ましい。また、コンタクトホール１４３、１４１、１４２からデータ線１７１の一部、ゲート線１２１及びデータ線１７１の端部１２９、１７９の境界線が露出されてもよい。
ゲート絶縁膜１４０上には、ＩＺＯまたはＩＴＯのような透明な導電物質、或いは反射度を有する導電物質からなる複数のソース電極８３、複数の画素電極１９０及び複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。ソース電極及び画素電極はＩＴＯからなるのが好ましい。
画素電極１９０のうちのゲート絶縁膜１４０を介在してゲート電極１２４上部に位置する一部は、ドレイン電極をなし、データ信号の印加を受ける。
画素電極１９０のうちのゲート絶縁膜１４０を介在してゲート電極１２４上部に位置する一部は、ドレイン電極をなし、データ信号の印加を受ける。
ソース電極８３は、ゲート電極１２４を中心に画素電極１９０のドレイン電極と対向し、コンタクトホール１４３を通じてデータ線１７１と接続されている。
画素電極１９０はまた、隣接するゲート線１２１及びデータ線１７１とオーバーラップして開口率を向上させるが、重ならなくてもよい。
接触補助部材８１、８２は、コンタクトホール１４１、１４２を通じてゲート線及びデータ線の端部１２９、１７９とそれぞれ接続される。接触補助部材８１、８２は、ゲート線１２１及びデータ線１７１の各端部１２９、１７９と駆動集積回路のような外部装置との接着性を補完し、これらを保護する役割をするもので、これらの適用は必須ではなく、選択的である。
画素電極１９０はまた、隣接するゲート線１２１及びデータ線１７１とオーバーラップして開口率を向上させるが、重ならなくてもよい。
接触補助部材８１、８２は、コンタクトホール１４１、１４２を通じてゲート線及びデータ線の端部１２９、１７９とそれぞれ接続される。接触補助部材８１、８２は、ゲート線１２１及びデータ線１７１の各端部１２９、１７９と駆動集積回路のような外部装置との接着性を補完し、これらを保護する役割をするもので、これらの適用は必須ではなく、選択的である。
次に、ソース電極８３及び画素電極１９０が形成されているゲート絶縁層１４０上には有機半導体１５４が形成されている。この時、有機半導体１５４は島状となっており、ソース電極８３と画素電極１９０のドレイン電極のと間に位置して、ゲート電極１２４上のゲート絶縁膜１４０を完全に覆っている。
有機半導体１５４には、水溶液や有機溶媒に溶解される高分子物質や低分子物質が利用される。高分子有機半導体は、一般に、溶媒に溶解され易くプリンティング工程に適している。また、低分子有機半導体の中でも有機溶媒に溶解され易い物質があるときはそれを利用する。
有機半導体１５４には、水溶液や有機溶媒に溶解される高分子物質や低分子物質が利用される。高分子有機半導体は、一般に、溶媒に溶解され易くプリンティング工程に適している。また、低分子有機半導体の中でも有機溶媒に溶解され易い物質があるときはそれを利用する。
有機半導体１５４は、テトラセン、ペンタセン又はこれらの置換基を含有する誘導体であるか、チオフェン環の２，５位置で４〜８個が連結されたオリゴチオフェンとすることができる。
また、有機半導体１５４は、ペリレンテトラカルボキシジアンヒドリド（ＰＴＣＤＡ）またはそのイミド誘導体であるか、ナフタレンテトラカルボキシジアンヒドリド（ＮＴＣＤＡ）またはそのイミド誘導体とすることができる。
また、有機半導体１５４は、ペリレンテトラカルボキシジアンヒドリド（ＰＴＣＤＡ）またはそのイミド誘導体であるか、ナフタレンテトラカルボキシジアンヒドリド（ＮＴＣＤＡ）またはそのイミド誘導体とすることができる。
また、有機半導体１５４は、金属化フタロシアニンまたはそのハロゲン化誘導体であるか、ペリレン、コロネン又はそれらの置換基を含有する誘導体とすることができる。ここで、フタロシアニンに添加される金属としては、銅、コバルト、亜鉛などが好ましい。
また、有機半導体１５４は、チエニレン及びビニレンのコオリゴマーまたはコポリマーであってもよい。
また、有機半導体１５４は、チエニレン及びビニレンのコオリゴマーまたはコポリマーであってもよい。
さらに、有機半導体層１５０はチオフェンであってもよい。
また、有機半導体１５４は、これらのような誘導体等の芳香族または複素環式芳香族環に炭素数１〜３０個のハイドロカーボン鎖を１個以上含有する誘導体であってもよい。
ゲート電極１２４、ソース電極８３及び画素電極１９０のドレイン電極は、有機半導体１５４と共に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をなし、薄膜トランジスタのチャンネルは、ソース電極１７３と画素電極１９０のドレイン電極間の有機半導体１５４に形成される。
また、有機半導体１５４は、これらのような誘導体等の芳香族または複素環式芳香族環に炭素数１〜３０個のハイドロカーボン鎖を１個以上含有する誘導体であってもよい。
ゲート電極１２４、ソース電極８３及び画素電極１９０のドレイン電極は、有機半導体１５４と共に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をなし、薄膜トランジスタのチャンネルは、ソース電極１７３と画素電極１９０のドレイン電極間の有機半導体１５４に形成される。
有機半導体１５４上には、乾式低温成膜工程が可能な絶縁物質からなる絶縁体１６４が形成されており、該絶縁体１６４は、有機半導体１５４を完全に覆っている。前記絶縁体１６４は、乾式工程によって常温または低温で形成可能なパリレンまたはフッ素含有炭化水素系高分子のような絶縁物質からなり、これによって、後の成膜工程、つまり絶縁体１６４または後に保護膜１８０を形成する工程において有機半導体１５４が損傷されるのを防ぐ。その結果、有機半導体薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。
画素電極１９０が形成されているゲート絶縁膜１４０と有機半導体１５４及び絶縁体１６４の上には、平坦化特性が優れ、かつ感光性を有する有機物質、またはプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で形成されるａ-Ｓｉ:Ｃ:Ｏ、ａ-Ｓｉ:Ｏ:Ｆなどの低誘電率絶縁物質、または窒化ケイ素や酸化ケイ素などからなる保護膜１８０が形成されている。
以下、前記のような構成の本発明による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の動作作用について説明する。
以下、前記のような構成の本発明による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の動作作用について説明する。
例えば、Ｐ型半導体において、ゲート電極１２４、ソース電極８３及びドレイン電極に電圧が印加されない場合、有機半導体層１５４内の電荷等は全て有機半導体層１５４内に均等に拡散することになる。ソース電極８３とドレイン電極１７５間に電圧が印加されれば、低い電圧下では電圧に比例して電流が流れる。この時、ゲート電極１２４にプラスの電圧を印加すれば、印加された電圧による電界によって正孔が全て上方に押し上げられる。これにより、ゲート絶縁層１４０近傍に電導電荷のない層が形成されることになる。これを空乏層と称する。この時、ソース電極８３及びドレイン電極に電圧を印加すれば、電導可能な電荷運搬者が減っているため、ゲート電極１２４に電圧を印加しないときよりも少ない電流が流れる。これに対し、ゲート電極１２４にマイナス電極を印加すれば、印加された電圧による電界によって有機半導体１５４とゲート絶縁層１４０との間にマイナス、プラスの電荷が誘導される。その結果、ゲート絶縁層１４０近傍に電荷量の多い層が形成されることになる。これを蓄積層と称する。この時、ソース電極８３及びドレイン電極に電圧を印加すれば、より多くの電流が流れる。従って、ソース電極８３とドレイン電極間に電圧を印加した状態で、ゲート電極１２４にプラス電圧とマイナス電圧を交互に印加することによって、ソース電極８３とドレイン電極間に流れる電流量を制御することができる。このような電流量の比を点滅比（on/off ratio）と言う。点滅比が大きいほど優れたトランジスタである。
以下、図１及び図２に示した液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板を本発明の一実施例によって製造する方法について、図３〜図１２、図１及び図２を参考にして詳細に説明する。
図３、図５、図７、図９及び図１１は、本発明の図１及び図２の有機半導体薄膜トランジスタ表示板を製造する工程をその工程順で示した配置図であり、図４は、図３の半導体薄膜トランジスタ表示板のＩＶ-ＩＶ’線による断面図であり、図６は、図５の半導体薄膜トランジスタ表示板のＶＩ-ＶＩ’線による断面図であり、図８は、図７の半導体薄膜トランジスタ表示板のＶＩＩＩ-ＶＩＩＩ’線による断面図であり、図１０は、図９の半導体薄膜トランジスタ表示板のＸ-Ｘ’線による断面図であり、図１２は、図１１の半導体薄膜トランジスタ表示板のＸＩＩ-ＸＩＩ’線による断面図である。
図３、図５、図７、図９及び図１１は、本発明の図１及び図２の有機半導体薄膜トランジスタ表示板を製造する工程をその工程順で示した配置図であり、図４は、図３の半導体薄膜トランジスタ表示板のＩＶ-ＩＶ’線による断面図であり、図６は、図５の半導体薄膜トランジスタ表示板のＶＩ-ＶＩ’線による断面図であり、図８は、図７の半導体薄膜トランジスタ表示板のＶＩＩＩ-ＶＩＩＩ’線による断面図であり、図１０は、図９の半導体薄膜トランジスタ表示板のＸ-Ｘ’線による断面図であり、図１２は、図１１の半導体薄膜トランジスタ表示板のＸＩＩ-ＸＩＩ’線による断面図である。
まず、図３及び図４に示されるように、透明な絶縁基板１１０上に金、銀、銅、アルミニウム、クロムなどの低抵抗導電物質を含有する導電膜を２，０００Å程度の厚さに真空熱蒸着で形成し、その後フォトエッチング工程でパターニングしてデータ線１７１を形成する。透明な絶縁基板１１０としては、ガラス、シリコンまたはプラスチックが用いられる。
次に、図５及び図６のように、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）で窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）を２，０００Å程度の厚さに積層してゲート絶縁層１４０を形成する。ゲート絶縁層１４０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などの絶縁物質で形成することができ、ＯＴＳに浸して表面処理を行う。また、ゲート絶縁層１４０は、マレイミドスチレン（maleimide-styrene）、ポリビニルフェノール（ＰＶＰ）及び改質シアノエチルプルラン（Modified Cyanoethylpullulan：ｍ−ＣＥＰ）のうちの一つで形成することができる。
次に、金、アルミニウムまたは銀、またはこれらを含む合金などの導電層を蒸着し、これをフォトエッチングでパターニングしてゲート電極１２４を含むゲート線１２１を形成する。本実施例において、ゲート線１２１は、Ａｌ-Ｎｄ合金を１，５００Å程度の厚さに積層し、モリブデン（Ｍｏ）またはモリブデン合金を３００Å程度の厚さに積層して形成する。
次に、図７及び図８のように、マスクを用いたフォトエッチング工程でゲート絶縁膜１４０及び層間絶縁膜１６０をパターニングして、データ線１７１、ゲート線の端部１２９及びデータ線の端部１７９が露出されるようにコンタクトホール１４３、１４１、１４２を形成する。
次に、図９及び図１０のように、ＩＴＯをスパッタリングで４００Å程度の厚さに積層してＩＴＯ膜を形成する。この時、スパッタリング工程は、２０〜３５度範囲の常温で実施し、ＩＴＯ膜は均一な非晶質状態である。次に、マスクを用いたフォト工程で非晶質ＩＴＯ膜上に感光膜パターンを形成し、その後感光膜パターンをエッチングマスクとしてパターニングして、データ線１７１とコンタクトホール１４３を通じて接続されるソース電極８３と、ソース電極８３と対向するドレイン電極を備える画素電極１９０と、接触部材８１、８２などを形成する。エッチングに際しては、エッチング液を利用する湿式エッチングを施し、エッチング液はクロムをエッチングする時に用いるクロムエッチング液（ＨＮＯ3/（ＮＨ4）2Ｃｅ（ＮＯ3）6/Ｈ2Ｏ）を利用する。
次に、図９及び図１０のように、ＩＴＯをスパッタリングで４００Å程度の厚さに積層してＩＴＯ膜を形成する。この時、スパッタリング工程は、２０〜３５度範囲の常温で実施し、ＩＴＯ膜は均一な非晶質状態である。次に、マスクを用いたフォト工程で非晶質ＩＴＯ膜上に感光膜パターンを形成し、その後感光膜パターンをエッチングマスクとしてパターニングして、データ線１７１とコンタクトホール１４３を通じて接続されるソース電極８３と、ソース電極８３と対向するドレイン電極を備える画素電極１９０と、接触部材８１、８２などを形成する。エッチングに際しては、エッチング液を利用する湿式エッチングを施し、エッチング液はクロムをエッチングする時に用いるクロムエッチング液（ＨＮＯ3/（ＮＨ4）2Ｃｅ（ＮＯ3）6/Ｈ2Ｏ）を利用する。
ここで、ＩＴＯ膜は、ゲート絶縁膜１４０と接する下部界面から上部表面まで非晶質となっているため、エッチング工程の際にも、一定にエッチングが実施されてＩＴＯ膜が流失することがない。また、非晶質であることによって、塩酸を含まないクロムエッチング液でパターニングし、下部の有機ゲート絶縁膜１４０が損傷を受けるのを最少に抑えられる。次に、エッチングマスクとして用いた感光膜パターンを除去し、その後アニーリング工程を実施して非晶質のＩＴＯ膜を準結晶化する。アニーリング工程は１８０℃以上の温度が好ましく、１〜３時間実施するのが好ましい。
次に、図１１及び図１２のように、テトラセン、ペンタセン又はこれらの置換基を含有する有機半導体層を形成した後、その上にパリレンのような絶縁物質を形成して有機半導体１５４及び絶縁体１６４を形成する。この時、有機半導体１５４及び絶縁体１６４は、シャドーマスクを用いた真空蒸着法、マスクを用いたフォトエッチング工程、接触印刷またはインクジェット印刷などの方法で形成したり、パターニングすることができる。
次に、図１及び図２に示したように、ソース電極８３、ドレイン電極を備える画素電極１９０が形成されている基板１１０上に、有機半導体１５４と絶縁体１６４を覆う絶縁膜を積層し、マスクを用いたフォトエッチング工程でパターニングして保護膜１８０を形成する。この時、絶縁体１６４にて有機半導体１６４を完全に覆い、その後保護膜１８０を積層することで、保護膜１８０の成膜工程において有機半導体１５４が損傷されるのを防ぐことができる。
このような本発明の実施例による薄膜トランジスタ表示板の製造方法において、半導体１５４を形成する前にフォトエッチング工程でパターニングするゲート線１２１及びデータ線１７１とソース電極８３及び画素電極１９０を形成する。これにより、半導体１５４が製造工程時に損傷を受けるのを防止し、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。
また、データ線１７１及びゲート線１２１を形成した後、ゲート絶縁膜１４０を形成することで、エッチング条件にゲート絶縁膜１４０が露出されるのを最少化し、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。
本実施例において、ソース電極８３及び画素電極１９０のドレイン電極を、下部のゲート絶縁膜１４０及び有機半導体１５４との優れた接触特性を有し、かつ高い仕事関数を有するＩＴＯで形成する。特に、ＩＴＯ膜は、準結晶（quasi-crystalline）状態であり、特にゲート絶縁膜１４０と接する界面も準結晶となっており、ゲート絶縁膜１４０が有機絶縁物質からなるものであっても優れた接触特性を確保することができる。
本実施例において、ソース電極８３及び画素電極１９０のドレイン電極を、下部のゲート絶縁膜１４０及び有機半導体１５４との優れた接触特性を有し、かつ高い仕事関数を有するＩＴＯで形成する。特に、ＩＴＯ膜は、準結晶（quasi-crystalline）状態であり、特にゲート絶縁膜１４０と接する界面も準結晶となっており、ゲート絶縁膜１４０が有機絶縁物質からなるものであっても優れた接触特性を確保することができる。
図１３は、本発明の他の実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図であり、図１４は、図１３の有機半導体薄膜トランジスタ表示板のＸＩＶ-ＸＩＶ’線による断面図である。
図１３及び図１４のように、本実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の層状構造は、大概図１及び図２に示した薄膜トランジスタ表示板の層状構造と同様である。即ち、基板１１０上に縦方向にデータ線１７１が延びており、データ線１７１を覆う層間絶縁膜１６０上部には、その上にモリブデン及び窒素を含むモリブデン窒化膜１２６が形成されている。複数のゲート電極１２４を含む複数のゲート線１２１が横方向に延びて設けられている。ゲート線１２１を覆うゲート絶縁膜１４０には、ゲート線１２１の端部１２９と層間絶縁膜１６０と共にデータ線１７１及びデータ線１７１の端部１７９を露出するコンタクトホール１４１、１４２、１４３が形成されている。ゲート絶縁膜１４０上には、コンタクトホール１４３を通じてデータ線１７１に接続されているソース電極８３とゲート電極１２４を中心にソース電極８３と対向する画素電極１９０が形成されており、複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。また、ソース電極８３と画素電極１９０間のゲート絶縁膜１４０上には、複数の島状半導体１５４及び絶縁体１６４が形成され、その上部には島状半導体１５４及び絶縁体１６４を覆う島状の保護膜１８０が形成されていることが好ましい。
図１３及び図１４のように、本実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板の層状構造は、大概図１及び図２に示した薄膜トランジスタ表示板の層状構造と同様である。即ち、基板１１０上に縦方向にデータ線１７１が延びており、データ線１７１を覆う層間絶縁膜１６０上部には、その上にモリブデン及び窒素を含むモリブデン窒化膜１２６が形成されている。複数のゲート電極１２４を含む複数のゲート線１２１が横方向に延びて設けられている。ゲート線１２１を覆うゲート絶縁膜１４０には、ゲート線１２１の端部１２９と層間絶縁膜１６０と共にデータ線１７１及びデータ線１７１の端部１７９を露出するコンタクトホール１４１、１４２、１４３が形成されている。ゲート絶縁膜１４０上には、コンタクトホール１４３を通じてデータ線１７１に接続されているソース電極８３とゲート電極１２４を中心にソース電極８３と対向する画素電極１９０が形成されており、複数の接触補助部材８１、８２が形成されている。また、ソース電極８３と画素電極１９０間のゲート絶縁膜１４０上には、複数の島状半導体１５４及び絶縁体１６４が形成され、その上部には島状半導体１５４及び絶縁体１６４を覆う島状の保護膜１８０が形成されていることが好ましい。
しかし、本実施例による有機半導体薄膜トランジスタ表示板は、ゲート線１２１と同一層にゲート線１２１と電気的に分離された複数の維持電極線１３１が形成されている。維持電極線１３１は、画素電極１９０と重畳してストレージキャパシタ（維持蓄電器）を作る維持電極１３５を有する。維持電極線１３１は、共通電圧などの予め定められた電圧の印加を外部から受け、画素電極１９０とゲート線１２１の重畳で発生する維持容量が充分なときには維持電極線１３１は省略することもでき、画素の開口率を極大化するために画素領域の周縁に配置することもできる。
また、データ線１７１において、ソース電極８３が接続されるコンタクトホール１４３が位置する部分１７３が他の部分よりも広い幅に拡張されている。
また、画素電極１９０のドレイン電極８５は突出してソース電極８３と対向している。
本発明の実施例において、有機半導体及びゲート絶縁膜がフォトエッチング工程に露出されることを最少化し、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。また、有機半導体の下部にソース電極及びドレイン電極を配置し、ＩＴＯで形成することによって、ゲート絶縁膜とソース電極及びドレイン電極間の接触特性を安定的に確保することができる。
また、画素電極１９０のドレイン電極８５は突出してソース電極８３と対向している。
本発明の実施例において、有機半導体及びゲート絶縁膜がフォトエッチング工程に露出されることを最少化し、薄膜トランジスタの特性を安定的に確保することができる。また、有機半導体の下部にソース電極及びドレイン電極を配置し、ＩＴＯで形成することによって、ゲート絶縁膜とソース電極及びドレイン電極間の接触特性を安定的に確保することができる。
以上、本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができる。
１２１ ゲート線
１２４ ゲート電極
１４０ ゲート絶縁層
１４１、１４２、１４３ コンタクトホール
１５４ 有機半導体層
１６４ 絶縁体
１６０ 層間絶縁膜
１７１ データ線
１８０ 保護膜
１９０ 画素電極
８１、８２ 接触補助部材
８３ ソース電極
１２４ ゲート電極
１４０ ゲート絶縁層
１４１、１４２、１４３ コンタクトホール
１５４ 有機半導体層
１６４ 絶縁体
１６０ 層間絶縁膜
１７１ データ線
１８０ 保護膜
１９０ 画素電極
８１、８２ 接触補助部材
８３ ソース電極
Claims (12)
- 基板、
前記基板上に形成されているデータ線、
前記データ線上に形成されている層間絶縁膜、
前記層間絶縁膜上に形成されて、ゲート電極を有するゲート線、
前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成され、前記層間絶縁膜と共に前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層、
前記ゲート絶縁層上に形成され、前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続されている第１電極、
前記ゲート電極を中心に前記第１電極と対向している第２電極、
前記第１電極及び前記第２電極上に形成され、前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体、及び
前記有機半導体上に形成されている保護膜
を含む、有機薄膜トランジスタ表示板。 - 前記第１電極及び第２電極はＩＴＯからなる、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記第２電極は画素電極を備えている、請求項１又は２に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機半導体と前記保護膜との間に形成されている絶縁体をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記絶縁体は、フッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含む、請求項４に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記層間絶縁膜は、窒化ケイ素、ポリアクリル、ポリイミドまたはベンゾサイクロブテンを含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記ゲート絶縁層は、ＯＴＳ表面処理された酸化ケイ素、窒化ケイ素、マレイミドスチレン、ポリビニルフェノール及び改質シアノエチルプルランのうちの少なくとも一つからなる、請求項１〜６のいずれか１つに記載の有機薄膜トランジスタ表示板。
- 前記有機半導体は、
テトラセン、ペンタセン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チオフェン環の２，５位置によって４〜８個が連結されたオリゴチオフェン、
ペリレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
ナフタレンテトラカルボキシジアンヒドリドまたはそのイミド誘導体、
金属化フタロシアニンまたはそのハロゲン化誘導体、
ペリレン、コロネン及びそれらの置換基を含有する誘導体、
チエニレン及びビニレンのコオリゴマー又はコポリマー、及び
前記物質の芳香族環または複素環式芳香族環に炭素数１〜３０個のハイドロカーボン鎖を１個以上含有する誘導体からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の有機薄膜トランジスタ表示板。 - 絶縁基板上にデータ線を形成する工程、
前記データ線上に層間絶縁膜を形成する工程、
前記層間絶縁膜上にゲート線を形成する工程、
前記データ線を露出するコンタクトホールを有するゲート絶縁層を前記ゲート線及び前記層間絶縁膜上に形成する工程、
前記ゲート絶縁層上に前記コンタクトホールを通じて前記データ線と接続される第１電極、及び前記第１電極と分離された第２電極を形成する工程、
前記第１電極及び前記第２電極と接触する有機半導体を形成する工程、及び
前記有機半導体上に保護膜を形成する工程
を含む、有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。 - 前記有機半導体上及び前記保護膜下に絶縁体を形成する工程をさらに含む、請求項９に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記第１電極及び第２電極はＩＴＯからなる、請求項９又は１０に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
- 前記絶縁体はフッ素含有炭化水素系高分子またはパリレンを含有する、請求項１０又は１１に記載の有機薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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