CN101017840A - 有机薄膜晶体管阵列板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有机薄膜晶体管阵列板及其制造方法，该阵列板包括：衬底；形成在衬底上的数据线；连接到数据线的源极电极；包含面对源极电极的部分的漏极电极；与源极电极和漏极电极部分交叠的第一有机半导体；形成在第一有机半导体上的第一栅极绝缘件；形成在第一栅极绝缘件上的阻挡件；与阻挡件形成在相同层上并连接到漏极电极的像素电极；包含栅极电极的栅极线，其与数据线相交叉并形成在阻挡件上。

Description

有机薄膜晶体管阵列板
技术领域
本发明涉及一种有机薄膜晶体管阵列板及其制造方法。
背景技术
一般地，平板显示器如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管显示器(OLED显示器)和电泳显示器包括多个成对的场产生电极和设置在其间的电光激发层(activating layer)。LCD采用液晶层且OLED采用有机发射层作为电光激发层。成对的场产生电极中的一个电极通常连接到被施加电信号的开关元件。电光激发层通过将电信号变成光信号来显示图像。在平板显示器中，把具有三个端子的薄膜晶体管(TFT)用作开关元件。传输扫描信号的栅极线控制TFT，传输图象信号的数据线经选通的开关元件施加到像素电极。
采用有机半导体代替无机半导体如Si的有机薄膜晶体管(OTFT)被使用，因为它可以通过低温下的溶液工艺(solution process)形成。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种有机薄膜晶体管阵列板包括：衬底；形成在衬底上的数据线；连接到数据线的源极电极；包含部分面对源极电极的漏极电极；与源极电极和漏极电极部分交叠的第一有机半导体；形成在第一有机半导体上的第一栅极绝缘件；形成在第一栅极绝缘件上的阻挡件；与阻挡件形成在相同层上并连接到漏极电极的像素电极；和包含栅极电极的栅极线，其与数据线相交叉并形成在阻挡件上。
阻挡件和像素电极可以包含ITO。
数据线和源极电极可以由不同的材料制成。
源极电极和漏极电极可以包括ITO或IZO。
OTFT阵列板还可以包括暴露部分源极电极和漏极电极的开口以及包含暴露部分漏极电极的第一接触孔的隔离部。
OTFT阵列板还可以包括形成在第一接触孔中的第二有机半导体和第二栅极绝缘件，其中像素电极设置在第二栅极绝缘件上，并且其中第二有机半导体、第二栅极绝缘件和像素电极具有小于第一接触孔的第二孔。
OTFT阵列板还可以包括通过第二接触孔将像素电极连接到漏极电极的连接件。连接件可以与栅极线形成在相同层上。栅极电极可以完全覆盖阻挡件。OTFT阵列板还可以包括设置在与数据线相同层上的存储电极。
漏极电极可以包括至少一些部分，所述一些部分与部分交叠存储电极的部分部分地集成。
可以在漏极电极和存储电极之间形成层间绝缘层。
OTFT阵列板还可以包括设置在有机半导体之下且形成在与数据线相同层上的光阻挡膜。栅极绝缘件可以包括有机材料。
OTFT阵列板还可以包括覆盖栅极电极的第一钝化件。
OTFT阵列板还可以包括覆盖栅极线端部的第二钝化件。
一种制造有机薄膜晶体管阵列板的方法包括：在衬底上形成数据线；在数据线上形成层间绝缘层；形成连接到数据线的源极电极以及面对源极电极的漏极电极；形成包括源极电极上的开口以及漏极电极上的接触孔的隔离部；在开口和接触孔中形成有机半导体；在有机半导体上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成阻挡件和像素电极；利用阻挡件和像素电极作为掩模蚀刻栅极绝缘层和有机半导体；以及在阻挡件、隔离部及像素电极上形成包括栅极线的栅极导体和连接件。
有机半导体的形成可以包括：重整隔离部的表面；在隔离部的表面上涂覆有机半导体层；和在不存在隔离部的部分内设置有机半导体。隔离部表面的重整可以在存在隔离部的部分和不存在隔离部的部分之间提供不同的亲水性。存在隔离部的部分可以比不存在隔离部的部分有更小的亲水性。隔离部表面的重整可以包括在隔离部的表面上施加氟，从而氟化物处理隔离部的表面。
制造有机薄膜晶体管阵列板的方法还可以包括在形成栅极导体之后形成覆盖栅极电极的钝化件。
附图说明
通过阅读下面结合附图的描述，本发明的前述及其它目的、特点和优点将变得更加清晰，其中：
图1是根据本发明的示例性的实施例的有机薄膜晶体管阵列板的布局图；
图2是图1中所示的薄膜晶体管阵列板沿II-II线的截面图；
图3、图5、图7、图9、图12和图15是根据本发明的示例性实施例的图1和图2中所示的有机薄膜晶体管阵列板在其制造方法的中间步骤的布局图；
图4是图3所示有机薄膜晶体管阵列板沿IV-IV线的截面图；
图6是图5所示有机薄膜晶体管阵列板沿VI-VI线的截面图；
图8是图7所示有机薄膜晶体管阵列板沿VIII-VIII线的截面图；
图10是图9所示有机薄膜晶体管阵列板沿X-X线的截面图；
图11是图10所示有机薄膜晶体管阵列板在其制造的后续步骤中的截面图；
图13是图12所示有机薄膜晶体管阵列板沿XIII-XIII线的截面图；
图14是图13所示有机薄膜晶体管阵列板在其制造的后续步骤的截面图；
图16是图15所示有机薄膜晶体管阵列板沿XVI-XVI线的截面图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的示例性的实施例。
下面将参考展示了本发明优选实施例的附图更全面地描述本发明。但本发明可以以很多不同的形式实施，且不应局限于在此给出的实施例。
附图中，为了清楚起见，放大了层、膜、板和区域等的厚度。在说明书全文中相同的标号表示相同的元件。应该理解，当称一个元件如层、区域或衬底位于另一个元件“上”时，可以是直接地处于另一个元件上，也可以是中间有间隔元件。相反，当称一个元件“直接在”另一个元件上时，则不存在中间间隔元件。
图1是根据本发明的示例性的实施例的有机TFT阵列板的布局图；图2是图1中所示的TFT阵列板沿II-II线的截面图。
在由透明绝缘材料如玻璃、硅树脂或塑料制成的绝缘衬底110上形成多条数据线171、多条存储电极线172和多个光阻挡件174。
数据线171传递数据信号且基本上在纵向上延伸。每条数据线171包括多个向侧向凸出的突出部173和用于与另一层或外部驱动电路连接的宽的端部179。产生数据信号的数据驱动电路(未示出)可以安装在连接到衬底110的柔性印刷电路膜(未示出)上、直接安置在衬底110上或与衬底110集成。当电路集成在衬底110上时，数据线171可延伸到并直接连接到数据驱动电路。
存储电极线172基本上平行于数据线171延伸且接收预定的电压。每条存储电极线172设置在两条数据线171之间并更接近相邻数据线中的右手侧的一条。存储电极线172具有从直的干线(stem)分叉出且与直的干线形成矩形的存储电极177。但存储电极线172可以有各种其它的形状和布置。
光阻挡件174与数据线171和存储电极线172分开。
数据线171、存储电极线172和光阻挡件174可以由铝基金属如铝(Al)或铝合金、银基金属如银(Ag)或银合金、铜基金属如铜(Cu)或铜合金、钼基金属如钼(Mo)或钼合金、铬(Cr)、钽(Ta)或钛(Ti)制成。但它们可以具有包括两层有不同物理特性的导电膜(未示出)的多层结构。其中一个导电膜由低阻金属如铝基、银基和铜基金属构成以减少信号延迟或电压降。另一个膜优选地由材料如钼基金属、铬(Cr)、钽(Ta)或钛(Ti)制成，其具有与其它材料尤其是氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)的良好的物理、化学以及电接触特性，或者与衬底110具有良好的粘接性。下铬层和上铝(合金)层的组合、下铝(合金)层和上钼(合金)层的组合都是很好的例子。但数据线171和存储电极线172可以由各种其它的金属或导体制成。
数据线171、存储电极线172和光阻挡件174的侧面相对于衬底110的表面倾斜，倾角范围大约在30°～80°。
在数据线171、存储电极线172和光阻挡件上形成层间绝缘层160。层间绝缘层160可以由无机绝缘材料如氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)制成，厚度可从约2000到约5000。
层间绝缘层160包括多个分别暴露数据线171的突出部173和数据线171的端部179的接触孔163和162。在层间绝缘层160上形成多个源极电极133、多个漏极电极135和多个接触辅助部82。每个源极电极133为岛状并经接触孔163连接到数据线171。
每个漏极电极135包括光阻挡件174上面对源极电极133的部分136(以下称作电极部分)和至少与存储电极线172的一部分交叠的部分137(以下称作电容部分)。电极部分136通过面对源极电极133形成TFT的一部分，并且电容部分137与存储电极线172形成存储电容器，以增强保持电压的能力。
接触辅助部82经接触孔162连接到数据线171的端部179，以保护端部179并增强端部179与外部装置的连接。
因为源极电极133和漏极电极135必须直接接触有机半导体，所以源极电极1 33由与无机半导体具有类似的功函数的导体材料制成。因此，有机半导体和漏极电极之间的肖特基势垒低。这使得载流子易于注入和运动。这种导体材料的例子有ITO和IZO。源极电极133和漏极电极135的厚度可以约为300～1000。
在包含源极电极133、漏极电极135和层间绝缘层160的衬底的整个表面上形成隔离部(partition)140。优选地隔离部140由可以以液态涂覆的光敏有机材料制成。隔离部140的厚度可以约为5000～4μm。
隔离部140包括多个开口147和多个接触孔145。开口147暴露源极电极133、漏极电极135和它们之间的层间绝缘层160。接触孔145暴露漏极电极135。
在隔离部140的开口147和接触孔145中形成多个半导体岛154和154a。
形成在开口147中的有机半导体岛154接触源极电极133和漏极电极135。有机半导体岛全部被隔离部140包围，因为它们的高度低于开口147的深度。因为有机半导体岛154完全被隔离部140包围，所以保护有机半导体岛154免受后续制造工艺步骤中使用的化学物质的损坏。
形成在开口147中的有机半导体岛154设置在防止入射的背光直接照射有机半导体岛154的光阻挡件174之上。结果，防止了有机半导体岛154中的光泄漏电流。
形成在接触孔145中的每个有机半导体岛154a具有小于接触孔145的接触孔。有机半导体岛154和154a可以包括高分子化合物或低分子化合物，其可溶于水溶液或有机溶剂中。
有机半导体岛154和154a可以包括并四苯(tetracne)和并五苯(pentacene)的衍生物，并且可以由包含四至八个连结在噻吩环的2，5位置处的噻吩的低聚噻吩(oligothiophene)制成。
有机半导体岛154和154a可以包括聚噻吩乙烯撑(polythienylenevinylene)、聚-3-己基噻吩(poly-3-hexylthiophene)、聚噻吩、酞氰染料(phthalocyanine)、金属化酞氰(metallized phthalocyanine)、或它们的卤代衍生物。有机半导体岛154也可以包括二萘嵌苯四羧酸二酐(PTCDA)、萘四羧酸二酐(NTCDA)或它们的酰亚胺衍生物。有机半导体岛154可以包括二萘嵌苯、六苯并苯(coronene)、或具有它们的取代基的衍生物。
有机半导体岛154和154a的厚度可以在大约300～3000的范围。
在栅极有机半导体岛154和154a上形成多个栅极绝缘件146。栅极绝缘件146形成得比开口147和接触孔145大。栅极绝缘件146包括多个具有与有机半导体岛145a的大小基本相同的接触孔。
栅极绝缘件146由具有相对高的介电常数的无机材料或有机材料形成。此有机材料的例子包括基于聚酰亚胺的化合物、基于聚乙烯醇的化合物、基于聚荧烷(polyfluorane-based)的化合物，或可溶的高分子化合物如基于聚对二甲苯(parylene-based)的化合物。无机材料的例子包括可具有有用十八烷基三氯代硅烷(OTS)等处理的表面的硅氧化物。
在栅极绝缘件146上形成多个阻挡件193和多个像素电极191。
阻挡件193保护栅极绝缘件146和有机半导体岛154，并具有与栅极绝缘件146基本相同的倾斜角。
像素电极191包括设置在接触孔145中且小于接触孔145的另外多个接触孔197。因此，漏极电极135经接触孔197暴露。
每个像素电极191可以与栅极线121或/和数据线171交叠，以增大开口率。
像素电极191接收来自薄膜晶体管的数据电压，并与提供有公共电压的公共电极(未示出)共同产生电场，该电场决定设置在两电极之间的液晶层(未示出)的液晶分子取向。像素电极191和公共电极形成称作“液晶电容器”的电容器，其在薄膜晶体管关断后存储施加的电压。
在像素电极191和阻挡件193上形成多条栅极线121和连接件128。
栅极线121传递栅极信号且基本上在水平方向延伸，且与数据线171和存储电极线172相交叉。每条栅极线121包括一个宽的端部129，用于与另一层或外部驱动电路相连接。用于产生栅极信号的栅极驱动电路(未示出)可以安置在连接到衬底110的柔性印刷电路(FPC)膜(未示出)上、直接安置在衬底110上，或集成到衬底110上。当电路集成到衬底110上时栅极线121可以延伸并直接连接到栅极驱动电路。
栅极电极124与有机半导体岛154交叠，栅极绝缘件146置于其间。栅极电极124大至足以完全覆盖阻挡件193。阻挡件193增强栅极电极124与栅极绝缘件146之间的粘合性，从而防止栅极电极124升离。
连接件128大至足以覆盖接触孔145并连接到像素电极191和漏极电极135。
栅极线121和连接件128可以由与数据线171和存储电极线172相同的材料形成。
栅极线121和连接件128的侧面也相对于衬底110的表面倾斜，并且优选其倾斜角约在30°～80°的范围。
栅极电极124、源极电极133和漏极电极135与有机半导体岛154一起形成薄膜晶体管。在设置于源极电极133和漏极电极135之间的有机半导体岛上形成薄膜晶体管的沟道。
在栅极线121和连接件128上形成多个钝化件180和81。
钝化件180用于保护有机薄膜晶体管，且可以形成在衬底的某些部位或整个表面上。但也可以省去钝化件180。
在栅极线121的端部129上形成钝化件81，并且该钝化件81具有多个接触孔181以能够与外部电路连接。此外，钝化件81防止栅极线121的端部129间彼此短路。
现在将参考图3～16详细描述图1和2所示的有机TFT阵列板的制造方法。
图3、5、7、9、12和15是根据本发明实施例的图1和图2所示的有机TFT阵列板的制造方法的中间步骤的布局图，图4是图3所示有机TFT阵列板沿IV-IV线的截面图，图6是图5所示有机TFT阵列板沿VI-VI线的截面图，图8是图7所示有机TFT阵列板沿VIII-VIII线的截面图，图10是图9所示有机TFT阵列板沿X-X线的截面图，图11是图10所示有机TFT阵列板在图10所示步骤的后续步骤的截面图，图13是图12所示有机TFT阵列板沿XIII-XIII线的截面图，图14是图13所示有机TFT在图13所示步骤的后续步骤的截面图，图16是图15所示有机TFT阵列板沿XVI-XVI线的截面图。
参见图3和图4，通过溅射等在衬底110上沉积金属层，并通过光刻使其图案化，且蚀刻以形成包含突出部173和端部179的多条数据线171、多个光阻挡件174、以及包含多个存储电极177的多条存储电极线172。
参见图5和图6，层间绝缘层160可以由无机材料制成，并通过化学气相沉积(CVD)等法沉积。层间绝缘层160通过光-蚀刻使其图案化，以形成多个接触孔162和163。
参见图7和图8，通过溅射形成ITO或IZO层，并通过光-蚀刻使其图案化以形成多个源极电极133、多个漏极电极135和多个接触辅助部82。
参见图9和图10，在衬底的整个表面上涂覆光敏有机层并对其显影以形成具有多个开口147和多个接触孔145的隔离部140。
随后在隔离部140上形成多个有机半导体岛。
有机半导体岛154可以通过表面重整(surface reform)来形成。表面重整是一种通过利用等离子体将材料的表面改变成亲水性或疏水性的方法。首先，重整隔离部140的表面。根据本示例性的实施例，用等离子态的氟处理隔离部140的表面。可以在干蚀刻腔内供给氟化气体如CF4、C2F6或SF6及氧气和/或惰性气体。在此情况下，由有机材料制成的隔离部140的表面通过碳和氟的键合进行氟化物处理。但是，即使源极电极133、漏极电极135和层间绝缘层160通过开口147和接触孔145暴露，它们也没有被氟化物处理，因为它们由无机材料制成。由于隔离部140的表面被氟化物处理，隔离部140的表面被重整为疏水性。相反，通过开口147和接触孔145暴露的部分相对具有亲水性。
接下来，用溶于溶剂中的有机半导体材料旋涂或狭缝涂覆衬底的整个表面。如上所述，隔离部140的表面是疏水性的，开口147和接触孔145是亲水性的，有机半导体液体趋于积累到开口147和接触孔145中。
最后，在通过烘干工艺去除溶剂之后，在开口147中形成多个有机半导体岛147，并且在接触孔145中也形成多个有机半导体残留部154a。
通过表面重整，定义疏水区和亲水区以在衬底上形成有机半导体岛154。此方法比利用圆点掩模(shadow mask)的方法简单。因此减少了制造时间和成本。
但是，有机半导体岛154可以通过喷墨印刷法形成，而不利用表面重整法。接下来，参见图11，在衬底的整个表面上形成栅极绝缘层146。
随后，如图12和图13所示，溅射ITO层并通过光-蚀刻使其图案化，从而形成多个阻挡件193和多个像素电极191。此时，使像素电极191图案化，从而形成小于接触孔145且设置在接触孔145中的多个接触孔197。
阻挡件193和由ITO制成的像素电极191几乎没有受到用在后处理中的蚀刻化学物的损坏，以致于它们可以同时形成。因此，因为不需要用于单独形成阻挡件193的掩模，所以使用了较少数量的制造薄膜晶体管阵列板所用的掩模。
参见图14，利用阻挡件193和像素电极191作为掩模，栅极绝缘层146和剩余在接触孔197中的有机半导体残留部154a被蚀刻。
之后，参见图14和图15，通过溅射沉积金属层并通过光-蚀刻使其图案化，从而形成包含多个栅极电极124和多个端部129的多条栅极线121以及多个连接件128。栅极电极124形成为大小完全覆盖阻挡件。
最后，参见图1和图2，形成分别覆盖有机薄膜晶体管和栅极线121的端部129的多个钝化件180和81，并且对这些钝化件曝光和显影，以在钝化件81中形成多个接触孔181。
如上所述，在隔离部内形成有机半导体岛并用阻挡件覆盖，由此防止有机半导体岛在后处理期间受影响。此外，因为用与有机半导体岛具有良好的接触特性的材料形成源极电极和漏极电极，有机TFT的质量得以提高。因为阻挡件与像素电极一起形成，所以需要较少的掩模和处理工序。通过表面重整法简化了形成半导体岛的方法。
虽然以上结合实用的示例性的实施例描述了本发明，但对于本领域技术人员显然，在不脱离本发明实质和范围的前提下可以对本发明做各种改型和等同替换。

Claims (22)

1.一种有机薄膜晶体管阵列板，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的数据线；
连接到所述数据线的源极电极；
包含面对所述源极电极的部分的漏极电极；
与所述源极电极和所述漏极电极部分交叠的第一有机半导体；
形成在所述第一有机半导体上的第一栅极绝缘件；
形成在所述第一栅极绝缘件上的阻挡件；
与所述阻挡件形成在相同层上并连接到所述漏极电极的像素电极；及
包含栅极电极的栅极线，其与所述数据线相交叉并形成在所述绝缘件上。
2.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述阻挡件和所述像素电极包含ITO。
3.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述数据线和所述源极电极由不同的材料制成。
4.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述源极电极和所述漏极电极包括ITO或IZO。
5.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，还包括：
暴露部分所述源极电极和所述漏极电极的开口；
包含暴露部分所述漏极电极的第一接触孔的隔离部。
6.如权利要求5的有机薄膜晶体管阵列板，还包括形成在所述第一接触孔中的第二有机半导体和第二栅极绝缘件，其中所述像素电极设置在所述第二栅极绝缘件上，并且所述第二有机半导体、所述第二栅极绝缘件和所述像素电极具有小于所述第一接触孔的第二孔。
7.如权利要求6的有机薄膜晶体管阵列板，还包括经所述第二接触孔将所述像素电极连接到所述漏极电极的连接件。
8.如权利要求7的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述连接件与所述栅极线形成在相同层上。
9.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述栅极电极完全覆盖所述绝缘件。
10.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，还包括与所述数据线形成在相同层上的存储电极。
11.如权利要求10的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述漏极电极包括与所述存储电极部分交叠的至少一部分。
12如权利要求11的有机薄膜晶体管阵列板，其中层间绝缘层形成在所述漏极电极和所述存储电极之间。
13.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，还包括设置在所述有机半导体之下且与所述数据线形成在相同层上的光阻挡膜。
14.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，其中所述栅极绝缘件包括有机材料。
15.如权利要求1的有机薄膜晶体管阵列板，还包括覆盖所述栅极电极的第一钝化件。
16.如权利要求15的有机薄膜晶体管阵列板，还包括覆盖所述栅极线的端部的第二钝化件。
17.一种制造有机薄膜晶体管阵列板的方法，包括：
在衬底上形成数据线；
在所述数据线上形成层间绝缘层；
形成连接到所述数据线的源极电极和面对所述源极电极的漏极电极；
形成包括所述源极电极上的开口以及所述漏极电极上的接触孔的隔离部；
在所述开口和所述接触孔中形成有机半导体；
在所述有机半导体上形成栅极绝缘层；
在所述栅极绝缘层上形成阻挡件和像素电极；
利用所述阻挡件和所述像素电极作为掩模蚀刻所述栅极绝缘层和所述有机半导体；及
在所述阻挡件、所述隔离部和所述像素电极上形成包括栅极线的栅极导体和连接件。
18.如权利要求17的方法，其中所述有机半导体的形成包括：
重整所述隔离部的表面；
在所述隔离部的所述表面上涂覆有机半导体层；及
在不存在所述隔离部的部分中设置有机半导体。
19.如权利要求18的方法，其中所述隔离部表面的所述重整导致在设置有所述隔离部的部分和不存在所述隔离部的部分之间亲水性不同。
20.如权利要求19的方法，其中设置所述隔离部的部分比不存在所述隔离部的部分有更小的亲水性。
21.如权利要求18的方法，其中所述隔离部表面的所述重整包括在所述隔离部的表面上施加氟从而氟化物处理所述隔离部的表面。
22.如权利要求17的方法，还包括在形成所述栅极导体之后形成覆盖所述栅极电极的钝化件。
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