CN101924124B - 半导体装置的生产方法 - Google Patents

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Abstract

考虑到有机TFT的有机半导体层有可能由于水、光、氧气等而受到破坏的问题，本发明的一个目的是简化生产步骤并且提供用来高可靠性地生产具有有机TFT的半导体装置。根据本发明，含有有机材料的半导体层是通过使用掩模形成图案而形成的，因此有机TFT是在掩模没有被除去而是保留在半导体层上的状态下完成的。另外，通过使用保留的掩模可以保护半导体层免受水、光、氧气等的破坏。

Description

半导体装置的生产方法
本申请是申请日为2005年8月25日，申请号为200580028621.X(国际申请号为PCT/JP2005/015963)，发明名称为“半导体装置的生产方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有有机薄膜晶体管的半导体装置以及它的生产方法。
背景技术
现在，采用用于在具有绝缘表面的基底上形成的半导体薄膜(厚度为约几纳米至几百纳米)构成薄膜晶体管(TFT)的技术引起了人们的注意。薄膜晶体管已经被广泛到电子装置例如IC和电子光学装置上。特别是，薄膜晶体管已经被迫切地开发为显示装置的开关元件。
对TFT中使用有机半导体(在下文中，被称为“有机TFT”)的薄膜晶体管的研究正在进行中。由于使用了有机材料，有机TFT具有优良的柔韧性。另外，与使用无机半导体的TFT相比，有机TFT可以在较低的温度下形成；因此，树脂材料例如塑料可以被用作基底。结果是，能够获得轻便的并且柔韧的装置。有机TFT不仅能够被预期通过使用印刷方法、喷墨方法、气相沉积方法等来简化工艺，而且由于可以使用便宜的材料作为基底而能够抑制生产成本；因此，可以估计在成本方面有很大的优势。
有机TFT具有一个缺点，即，如果将有机TFT留在大气中，由于曝露于水或氧气中，有机半导体被氧化或者被分解，这就引起了电学特性的破坏。因此，如在专利文献1(专利文献1：专利公开号No.2003-324202)中那样，在有机TFT的半导体层上形成绝缘膜，通过该绝缘膜来保护该半导体层以减少由于水、光、或者氧气所导致的破坏。
发明的公开
然而，当形成用于覆盖有机TFT的半导体层的绝缘膜的时候，向TFT的生产步骤中加入了一个生产步骤。
此外，在同一基底上形成多个具有不同导电性的有机TFT的情况下，还要求预先形成的半导体薄膜被绝缘膜覆盖等，以使得预先形成的具有一种导电性的有机TFT的半导体薄膜没有与在后面所形成的具有另一种导电性的半导体薄膜的图案形成一起被刻蚀。因此，需要在预先形成的半导体膜上新形成绝缘膜的步骤。
另一方面，在通过形成图案来形成有机半导体层的情况下，存在除去用于形成图案的掩模的步骤。通常，掩模是由有机绝缘膜例如聚乙烯形成的；因此，该掩模是通过湿法刻蚀除去的。在除去该掩模后，对有机半导体层的表面进行冲洗以洗掉残留在有机半导体层表面上的刻蚀剂。因此，很有可能在该步骤中水渗入到有机半导体层中；因此，该步骤对于有机半导体层不是有利的。掩模材料和有机半导体层材料是有机材料；因此，当除去掩模的时候，很难在有机半导体材料和掩模之间获得大的选择性。为了获得大的选择性，需要对用于有机半导体和掩模的材料进行选择；因此，在选择材料上存在限制。
本发明的简述
考虑到上述问题，本发明的一个目的是简化生产步骤。此外，本发明的一个目的是提供用于以高可靠性生产具有有机TFT的半导体装置的方法。
本发明的一个特征是通过使用掩模形成图案来形成含有有机材料的半导体层，来在掩模没有被除去而是保留在半导体层上面的情况下完成TFT。本发明的一个特征是使用保留的掩模来保护半导体层免受由于水、光、氧气等所导致的破坏。
本发明的一个特征是当在同一基底上形成了P型和N型有机TFT的时候，通过使用掩模形成图案形成了具有一种导电性的半导体层，然后通过使用掩模形成图案形成具有另一种导电性的半导体层，其中该掩模保留在该半导体层上。也就是说，本发明的一个特征是采用保留在各个半导体层上的掩模来完成每一个有机TFT。
本发明的一个特征是通过使下面的半导体层受到较少物理损坏的方法，例如液滴排放方法，形成将要形成于半导体层上的掩模。本发明的一个特征是在保留的掩模和含有有机材料的半导体层之间提供由无机膜形成的阻隔层。注意在该说明书中，液滴排放方法是一种使用喷墨装置或者分配器装置来形成薄膜的方法。
根据本发明，生产步骤可以被简化并且可以防止有机TFT免受水、光、或氧气的破坏，因此能够获得具有高可靠性的有机TFT。此外，由于不除去掩模，不再需要考虑在除去掩模的步骤中对刻蚀剂的选择问题，因此可以自由地选择用于有机半导体和掩模的材料。
由于不再有除去掩模的步骤，因此通常用来除去掩模的湿法刻蚀以及在刻蚀后对有机半导体层表面的冲洗可以被省略。因此，可以省略其中水最有可能渗入有机半导体层的步骤，这对于防止对有机半导体层的破坏非常有效。
当本发明被用来形成具有不同导电性的有机TFT的时候，可以使含有具有一种导电性的有机材料的半导体膜在含有具有另一种导电性的有机材料的半导体层上存在掩模的情况下形成图案。因此，能够防止由于形成图案而使具有另一种导电性的半导体层的表面被刻蚀。另外，能够防止半导体层中薄膜的不必要减少和对半导体层的物理损坏。
通过在半导体层与掩模之间提供阻隔层能够进一步保护半导体层免受来自外部环境的水、光、氧气等的破坏。即使在掩模保留水的情况下，也能够通过阻隔层防止水渗入到半导体层中。
附图的简单描述
图1A-1E是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图2是根据本发明的半导体装置的说明图；
图3A-3D是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图4A-4E是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图5A-5D是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图6A和6B是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图7A和7B是根据本发明的显示装置的顶视图和电路图；
图8A和8B是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图9A和9B是根据本发明的半导体装置的说明图；
图10A-10C是根据本发明的半导体装置的生产步骤的说明图；
图11A和11B是使用本发明的显示装置的视图；
图12A和12B是使用本发明具有电子墨水的显示装置的视图；
图13A-13C是各自具有根据本发明的半导体装置的电子装置；和
图14A-14C是各自具有根据本发明的半导体装置的电子装置。
参考说明
101：基底，102：栅电极，103：栅绝缘膜，104：源电极，104’：漏电极，105：半导体膜，106：掩模，107：半导体层，102a：栅电极，102b：栅电极，104a：源电极，104a’：漏电极，104b：源电极，104b’：漏电极，105a：第一半导体膜，106a：第一掩模，107a：半导体层，105b：第二半导体膜，106b：第二掩模，107b：半导体层，601：有机TFT，602：有机TFT，604：导线，605：导电层，606：绝缘层，607：电致发光层，608：导电层，603：绝缘膜，701：EL元件，801：无机薄膜，802：阻隔层，901：阻隔层，902：有机TFT，1001：基底，1002：栅电极，1003：栅绝缘膜，1004：源电极，1004’：漏电极，1005：半导体膜，1006：掩模，1007：半导体层，1101：有机TFT，1102：象素电极，1103：定向薄膜，1104：液晶，1105：定向薄膜，1106：反电极，1107：滤色器，1108：基底，1109：起偏振片，1100：起偏振片，1110：绝缘层，1111：导线，1112：导电层，1113：绝缘层，1114：电致发光层，1115：导电层，1201：塑料基底，1203：有机TFT，1204：象素电极，1205：普通电极，1206：微胶囊，1207：阻隔层，1209：电子墨水层，1210：绝缘膜，1213：导线，9501：底盘，9502：显示部分，9602：显示部分，9601：底盘，9801：底盘，9802：显示部分，9102：显示部分，9101：底盘，9201：底盘，9202：显示部分，9701：显示部分，103a：栅绝缘膜，103b：栅绝缘膜，1202：塑料基底，1208：阻隔层，1211：绝缘膜，1212：绝缘膜
实施本发明的最佳方式
参照附图对根据本发明的实施方式进行了详细地描述。然而，本领域的技术人员很容易理解，可以对本文中所公开的技术方案和细节进行各种方式的修改而不偏离本发明的目的和范围。因此，应该注意不应该将下面所给出的实施方式的描述视为对本发明的限制。另外，在每一个附图中，相同的参考数字表示相同的部分，并且省略了详细的描述。
(实施方式1)
在该实施方式中，参考图1A-1E解释了根据本发明的有机TFT的生产方法。
如图1A中所示制备了具有绝缘表面的基底101。可以使用玻璃基底、石英基底或者由绝缘物质例如矾土形成的基底作为该基底101。另外，可以使用具有柔性的基底，并且可以使用包括选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺等之一的基底。
然后，通过液滴排放方法、印刷方法、电场喷镀方法、PVD(物理汽相沉积)方法、CVD(化学汽相沉积)方法、气相沉积方法等使用具有导电性的材料在基底101上形成TFT的栅电极102。栅电极102的薄膜厚度优选为100nm-500nm。在使用PVD方法、CVD方法、气相沉积方法等的情况下，栅电极102是在沉积后被刻蚀成为希望的形状而形成的。
作为具有导电性的材料，可以适当地使用金属，例如Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Si、Ge、Zr或Ba；铟锡氧化物(ITO)、氧化锌(ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、加入了镓的锌氧化物(GZO)，或者含有氧化硅的铟锡氧化物，它们中的每一种都被用作透明的导电膜；有机铟；有机锡；氮化钛(TiN)等。另外，可以层叠由这些材料中的任何材料形成的导电层。
在通过液滴排放方法形成栅电极的情况下，其中导体溶解或分散于溶剂中的组合物被用作将要从排放口排放的组合物。具有导电性的材料的金属、卤化银微粒或者分散剂纳米颗粒可以被用作导体。
作为从排放口排放的组合物，考虑到特定的电阻值，优选使用溶解或分散于溶剂中的金、银和铜中的任何材料。更优选使用具有低电阻并且便宜的银或铜。作为溶剂，可以使用酯类例如醋酸丁酯或者醋酸乙酯；醇类例如异丙醇或乙醇；甲基乙基酮；有机溶剂例如丙酮等。
用于液滴排放方法的组合物的粘度优选在5mPa·s至20mPa·s的范围内来防止该组合物干燥并且将该组合物从排放口顺利地排放。表面张力优选为40mN/m或更少。注意可以根据所要使用的溶剂以及目标用途来适当地调节该组合物的粘度等。例如，其中将ITO、ZnO、IZO、GZO、含有氧化硅的铟锡氧化物、有机铟、有机锡等溶解或分散于溶剂中的组合物的粘度为5mPa·s-20mPa·s，其中将银溶解或分散于溶剂中的组合物的粘度为5mPa·s to 20mPa·s，并且其中将金溶解或分散于溶剂中的组合物的粘度为10mPa·s-20mPa·s。
虽然每个喷嘴的直径都取决于所希望的图案的形状等，但是为了防止阻塞喷嘴并且为了生产高清晰度图案，优选使导体的粒径尽可能小。优选地，导体的粒径为0.1μm或更小。该组合物是通过已知的方法例如电解方法、原子化方法、湿体研碎法等形成的，并且通常，它的粒径为约0.5μm-10μm。然而，当应用气体蒸发方法的时候，由分散剂保护的纳米颗粒是微小的，为约7nm。当每一个纳米颗粒的表面都覆盖了涂层的时候，这些纳米颗粒并不粘结于溶剂中并且在室温下稳定地分散于溶剂中，并且显示出类似于液体的性质。相应地，优选使用涂层。
排放该组合物的步骤可以在减压下进行。这是因为从排放的点到落到将被处理的物体上的点的时间段中，该组合物的溶剂被汽化，因此，可以省略或缩短后面的干燥和烘焙步骤。在排放溶液之后，干燥和烘焙步骤中的一个步骤或这两个步骤是根据溶液在大气压下或者减压下通过激光辐射、快速热淬火、加热炉等进行的。干燥和烘焙中的每一个步骤都是热处理的步骤。例如，干燥是在100℃下进行三分钟并且烘焙是在200℃-350℃的温度下进行了15分钟至120分钟，其中每一个步骤都具有不同的目的、温度和时间段。可以加热基底来有助于进行干燥和烘焙步骤。此时对基底的加热温度取决于基底的材料等，但是其被设置为100℃-800℃(优选，200℃-350℃)。根据这些步骤，通过溶液中溶剂的汽化或者以化学方式除去分散剂并且使围绕导电颗粒的树脂固化和收缩促进了导电颗粒之间的熔融和焊接。干燥或烘焙步骤是在氧气氛、氮气氛、或者大气中进行的。这些步骤优选是在溶液中的溶剂有可能汽化的氧气氛中进行的。然而，根据加热温度、气氛、或者时间，由有机物质形成的粘结剂保留在导电层中。
在该实施方式中，含有银作为其主要成分的导电层是通过选择性地排放分散了几纳米银粒子的溶液(在下文中被称为″Ag糊料″)并且对其干燥和烘焙而形成为栅电极的。
接下来，在栅电极102上形成薄膜厚度为100nm-400nm的栅绝缘膜103。该栅绝缘膜103可以被形成为具有由含有氮化硅、氧化硅的绝缘膜或者由通过薄膜形成方法例如电离CVD方法或溅射方法形成的含有硅的其它绝缘膜构成的单层结构或者叠层结构。栅绝缘膜103优选从与栅电极接触的那一侧具有由硅氮化物膜(硅氮化物氧化物膜)、硅氧化物膜和硅氮化物膜(硅氮化物氧化物膜)构成的叠层结构。由于在该结构中，栅电极与硅氮化物膜或者硅氮化物氧化物接触，因此可以防止由于氧化所导致的对栅电极的破坏。
作为替换，栅电极103可以通过液滴排放方法、涂布方法、溶胶-凝胶方法等使用绝缘溶液形成。作为绝缘溶液的典型例子，可以适当地使用分散了无机氧化物颗粒、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、丙烯酸树脂、PSG(磷玻璃)、BPSG(磷硼玻璃)、基于硅酸盐的SOG(旋涂玻璃(Spin on Glass))、基于烷氧基硅酸盐的SOG、基于聚硅氮烷的SOG和以聚甲基硅氧烷为典型代表的包括Si-CH3键的SiO2的溶液。
接下来，如图1B中所示的那样，使用导电材料在栅绝缘膜103上形成源电极和漏电极104和104′。源电极和漏电极可以通过与栅电极102相似的材料和方法形成，并且它的薄膜厚度优选为300nm-800nm。在这里，源电极和漏电极104和104′是通过选择性地排放分散了几纳米银颗粒的Ag糊料溶液并且通过干燥而形成的。
然后，如图1C中所示，通过印刷方法、喷涂方法、旋转涂布、液滴排放方法、蒸汽沉积方法、CVD方法等，在源电极和漏电极104和104′上由有机半导体材料形成半导体膜105。由于半导体膜105可以比希望的半导体层的尺寸大，因此半导体层105可以如图1C中所示的那样被形成在整个表面上，或者不是形成在整个表面上而是如图1D中所示的那样，形成在一部分区域上。
当在有机半导体材料中使用基于高分子量的材料的时候，可以适当地使用浸渍方法、浇铸方法、刮涂方法、旋转涂布方法、喷涂方法、喷墨方法或者印刷方法。有机分子晶体或者有机高分子量化合物材料可以被用作有机半导体材料。作为具体的有机分子晶体，可以给出多环芳香化合物，基于共轭双键的化合物、胡萝卜素、大环化合物或者它的络合物、酞菁、电荷转移络合物(CT络合物)、TTF(四硫富瓦烯)：TCNQ(四氰代二甲基苯醌)络合物、自由基、二苯基枯基偕腙肼、颜料和蛋白质。另一方面，作为具体的有机高分子量化合物材料，可以举出高分子量材料，例如π-共轭聚合物(高分子量)、聚乙烯基吡啶、碘络合物、酞菁金属络合物等。特别是，优选使用具有包括共轭双键骨架的π-共轭聚合物(高分子量)，例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚亚噻吩基、聚噻吩衍生物，聚(3-己基噻吩)[P3HT，即，其中引入到聚噻吩三个位置上的柔性烷基是己基的烷基聚噻吩衍生物的高分子量材料]、聚(3-烷基噻吩)、聚(3-二十二烷基噻吩)、聚对亚苯基衍生物或者聚对亚苯基亚乙烯基衍生物。
由低分子量基材形成的有机半导体膜可以通过气相沉积方法形成。例如，噻吩低聚物膜(聚合度为6)或者并五苯膜可以通过气相沉积方法形成。
特别是，在基底101是大的富有柔韧性的基底等的情况下，该有机半导体膜优选是通过滴溶液的方法形成的。然后，通过任其自然地蒸发或者通过烘焙来对溶剂进行汽化来形成半导体膜105。半导体膜105优选具有20nm-100nm的薄膜厚度，并且在这里它的薄膜厚度被设置为50nm。
然后，由绝缘材料形成具有400nm-2μm薄膜厚度的掩模106以至于使其与半导体膜105接触。本发明的一个特征是通过一种方法形成掩模而不对半导体膜105产生物理破坏，也就是说，在通过滴液排放方法、印刷方法和滴液排放方法形成之后使用光掩模来曝光的方法等。由于对半导体膜105的物理破坏少于等离子方法或溅射方法的破坏，因此这些用来形成掩模的方法是特别优选的。
耐热高分子量材料优选被用作绝缘材料，并且可以使用具有芳香环或杂环作为主链并且在脂肪族部分包括至少一个极性杂原子的高分子量材料。作为这样的高分子量物质的典型例子，可以给出聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸树脂、硅氧烷、聚酰亚胺等。当将光掩模用作掩模106的时候，光敏树脂材料例如环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂等被用作由光敏树脂构成的绝缘膜。另外，还可以使用光敏有机材料例如苯并环丁烯、聚对亚苯基二甲基、flare和聚酰亚胺。作为典型的正性光敏树脂，可以给出具有酚醛清漆树脂和萘醌二叠氮化合物作为光敏剂的光敏树脂，而作为典型的负性光敏树脂，可以给出具有碱性树脂、二苯基硅烷二醇、酸生成剂等的光敏树脂。当有机材料用于掩模的时候，由于其优良的平面度很难反映下层中的半导体膜的不均匀性；因此，在掩模上形成的薄膜厚度可以是均匀的并且还可以防止断路。
当掩模是通过滴液排放方法形成的时候，将其中上述绝缘材料溶解或者分散到溶剂中的物体用作将要从排放口排放的化合物。
然后，使用掩模106对半导体膜105形成图案来形成图1E中所示的半导体层107。作为图案形成的方法，这里有O2灰化、O3灰化等。在掩模是由有机材料形成的情况下，在进行形成图案的时候，掩模和半导体层在一定程度上受到蚀刻。然而，与半导体层的厚度相比，掩模的薄膜厚度非常厚并且对掩模的刻蚀不是问题；因此，不需要对掩模和有机半导体层之间的刻蚀选择性进行过多的考虑。掩模106没有被除去而是被保留在半导体层107上，这样完成了有机TFT。在完成该有机TFT之后，在该TFT上形成了绝缘膜、钝化膜等来形成半导体装置。
因此，可以省略除去掩模的步骤，并且通过完成有机TFT而不除去用来将半导体层图案化的掩模，可以防止与除去掩模相关的湿气渗入半导体层。通过使掩模保留在半导体层上可以防止物理影响，例如由光、氧气、湿气等所引起的破坏和刻蚀，并且可以使保留的掩模作为有机半导体层的保护膜。
在上面的步骤中，在形成源电极和漏电极之后形成半导体层来完成有机TFT。作为替换，使用有机半导体材料形成的半导体层107可以在形成栅绝缘膜103之后形成，并且源电极和漏电极104和104′可以在此之后形成。图2显示了通过该步骤形成的根据本发明的有机TFT的横截面图。
在图2的情况下，由于保留了掩模106，半导体层107与源电极和漏电极104和104′的接触区域被减少。因此，当将该半导体膜图案化的时候，该半导体膜可以以倒锥形形成图案。据此，半导体层与源电极和漏电极的接触区域变大，另外，可以防止源电极和漏电极的断路。
在源电极和漏电极是在形成半导体层之后形成的情况下，当形成源电极和漏电极的时候，该半导体层可以受到等离子、汽相沉积、溅射等的影响。然而，通过应用本发明，通过掩模，保护了该半导体层免受等离子、汽相沉积、溅射等的影响；因此，可以使该半导体层免受物理破坏。
(实施方式2)
在该实施方式中，参考图3A-3D解释了形成顶栅有机TFT的方法。在图3A-3D中，对于与实施方式1中相同的参考数字，将材料、形成方法等引用到实施方式1的描述中。
在基底101上形成源电极和漏电极104和104′。然后，在基底101和源电极和漏电极上形成含有有机材料的半导体膜105，然后，形成掩模106以至于使其与半导体膜105接触(图3A和3B)。
接下来，如图3C中所示，使用掩模106将半导体膜105图案化来形成半导体层107。接下来，在没有除去掩模106而是使其保留的状态下，在掩模106上形成栅电极102(图3D)。在该实施方式中，掩模106同时作为半导体层107的保护膜和栅绝缘膜。
如在该实施方式中那样，顶部有机TFT是以掩模106保留在半导体层107上的状态被完成的，因此消除了形成栅绝缘膜的步骤，并且当形成栅绝缘膜时，可以消除例如等离子或者溅射对半导体层107的物理影响。另外，可以防止由来自外部的水、光、氧等所引起的对半导体层107的破坏。
(实施方式3)
在该实施方式中，参考图4A-4E解释了同时形成N型有机TFT第一元件和P型有机TFT第二元件的方法。在图4A-4E中，对于与实施方式1中具有相同参考数字的基底、栅电极、栅绝缘膜、源电极和漏电极、掩模、半导体膜、半导体层等，将它们的材料、形成方法等引用到实施方式1的描述中。
在图4A中，在基底101上形成了第一元件的栅电极102a和第二元件的栅电极102b。然后，在第一元件的栅电极102a和第二元件的栅电极102b上形成了栅绝缘膜103。进一步，在栅绝缘膜103上形成了第一元件的源电极和漏电极104和104a′，以及第二元件的源电极和漏电极104b和104b′。
接下来，如图4B中所示，在第一和第二元件的源电极和漏电极上形成了第一半导体膜105a。作为第一半导体膜105a，可以使用N型有机半导体材料和P型有机半导体材料中的任何一种，并且在这里使用的是N型有机半导体材料。对于特定的N型有机半导体材料，可以使用在将要完成的N型有机TFT的操作范围内的任何材料。第一半导体膜105a可以如图4B中所示的那样被形成在整个表面上，或者可以如图1D中所示的那样被部分地形成于形成N型半导体层的区域中。
接下来，在第一半导体膜105a上形成第一掩模106a并且使用第一掩模使第一半导体膜105a形成图案来形成第一元件的半导体层107a(图4C)。
然后，如图4D中所示，形成由P型有机半导体材料形成的第二半导体膜105b，其中第一掩模仍保留在半导体层107a上。对于P型有机半导体材料，可以使用在将要完成的N型有机TFT的操作范围内的任何材料，并且在这里使用了并五苯。在第二半导体膜105b上形成第二掩模106b，并且使用第二掩模将第二半导体膜图案化。在这个时候，第一掩模106a保留在半导体层107a上；因此，当将第二半导体膜图案化的时候，能够使半导体层107a免受物理损坏。
根据上文，第一元件和第二元件是通过形成作为第二元件的P型有机TFT的半导体层107b而完成的，并且该N型有机TFT和P型有机TFT可以在同一基底上形成(图4E)。另外，附加的TFT可以包括根据该实施方式形成的N型有机TFT和P型有机TFT。
当在一个基底上形成N型和P型有机TFT的情况下，需要单独地提供形成N型有机半导体层的步骤和形成P型有机半导体层的步骤。因此，预先形成的具有一种导电性的有机半导体层在一些情况下受到了物理损坏。另外，由于两个有机半导体层都含有有机材料，因此在刻蚀速度上没有很大的差异；因此，在使另一个有机半导体层形成图案的同时，在一些情况下预先形成的具有一种导电性的有机半导体层被显著地刻蚀。
然而，根据本发明，由于预先形成的有机半导体层受到了保留在其上的掩模的保护，因此，能够降低由使后面所形成的有机半导体层形成图案对预先形成的有机半导体层所引起的物理影响。此外，通过作为保护膜的掩模可以防止光、热、氧等渗入到有机半导体层中，从而能够提供具有高可靠性的有机TFT。
该实施方式解释了在实施方式1中图1A-1E中所示的在形成源电极和漏电极以后形成有机半导体层的步骤。然而，很明显，如图2中所示，源电极和漏电极可以在形成半导体层后形成，或者可以形成N型和P型有机TFT以至于具有实施方式2中的顶栅结构。
(实施方式4)
在该实施方式中，参考图5A-7B解释了在电致发光(EL)显示装置的一个象素中所包括的N型有机TFT和P型有机TFT。在图5A-7B中，对于与实施方式1-3中相同的参考数字，将它们的材料、形成方法等引用到实施方式1-3的描述中。
首先，在基底101上形成第一元件的栅电极102a。作为第一元件，可以使用N型有机TFT和P型有机TFT中的任何一种，并且在这里使用了N型有机TFT。在第一元件的栅电极102a上形成栅绝缘膜103a、源电极和漏电极104a和104a′(图5A)。然后，形成了含有N型有机半导体材料的第一半导体膜105a和第一掩模106a(图5B)。在这里，第一半导体膜105a是在局部形成的；然而，第一半导体膜105a可以在整个表面上形成。
使用第一掩模对第一半导体膜刻蚀来形成第一元件的含有N型有机材料的半导体层107a。在该阶段，形成了具有栅电极102a、栅绝缘膜103a、源电极和漏电极104a和104a′，以及含有有机材料的半导体层107a的第一元件(图5C)。
然后，如图5D所示，形成了作为P型有机TFT的第二元件。顺序形成了第二元件的栅绝缘膜103b、源电极和漏电极104b和104b′、含有P型有机半导体材料的第二半导体膜105b、第二掩模106b。在这里，第二半导体膜105b是在局部形成的；然而，第二半导体膜105b可以在整个表面上形成。使用第二掩模刻蚀第二半导体膜来形成第二元件的含有P型有机材料的半导体层107b。根据上述步骤，形成了N型有机TFT 601和P型有机TFT 602(图6A)。
然后，如图6B所示，形成了绝缘膜603。任何无机薄膜和有机薄膜都可以被用作该绝缘膜。连续地，形成了连接到P型有机TFT 602的漏电极104b′的导线604，并且形成了连接到该导线的导电层605。然后，形成了作为堤的绝缘层606，并且将电致发光层607与导电层608层叠以至于使其与导电层605接触。在上述结构中，由于驱动发光元件的TFT是P型有机TFT，因此导电层605相应于阳极并且导电层608相应于阴极。另外，来自发光元件的光是向着基底101面发出的，也就是说，底部发射结构。然而，在该实施方式中EL元件的结构，如果光是使用N型有机TFT601和P型有机TFT602放出的，则可以使用任何结构，并且该结构不限于在该实施方式中所描述的EL元件的结构。
根据上述步骤，完成了通过P型和N型有机TFT驱动EL元件的显示装置。通过根据该实施方式中的方法生产显示装置，第一元件的漏电极104a′还可以作为第二元件的栅电极。因此，可以省略电连接第一元件的漏电极和第二元件的栅电极的步骤并且能够缩短制备过程。
在该实施方式中，向第一元件和第二元件应用了底栅结构；然而，该结构并不限于此，并且第一元件可以是顶栅结构并且第二元件可以是底栅结构。同样在这种情况下，第一元件的源电极和漏电极之一还可以作为第二元件的栅电极。
图7A显示了根据该实施方式生产的显示装置的象素部分的顶视图并且图7B显示了它的电路图。图6B是沿着图7A的显示装置的象素部分的线A-A′的横截面图。图7B中所显示的参考数字701表示EL元件，其包括图6B中的导电层605和608以及电致发光层607。
本发明可以在允许的范围内自由地结合实施方式1-3。
(实施方式5)
在该实施方式中，参考图8A和8B解释了在实施方式1-4中，在有机半导体层和掩模之间具有作为它的保护膜的阻隔层的结构。
如图8A所示，达到在基底上形成底栅TFT的源电极和漏电极的步骤与在实施方式1中图1A和1B中所示的那些步骤相似。然后，在形成含有有机材料的半导体膜105之后，形成与半导体膜105接触的无机薄膜801。无机薄膜是由硅氧化物膜、硅氮化物膜或者硅氧化物氮化物膜或者包括至少其中两个层的层叠膜形成的。CVD方法、溅射方法、气相沉积方法、液滴排放方法、印刷方法等可以被用作形成无机薄膜的方法。考虑到对半导体膜的物理破坏，优选使用液滴排放方法、印刷方法等作为用于形成无机薄膜801的方法。
接下来，形成掩模106使其与无机薄膜801接触，以至于如图8B中所示，使用掩模106来刻蚀该无机薄膜801和半导体膜105。首先使用掩模106刻蚀无机薄膜801，然后使用掩模106刻蚀半导体膜105。通过刻蚀完成了在半导体层107和掩模106之间具有阻隔层802的有机TFT。通过提供阻隔层，该阻隔层还作为半导体层和掩模的保护膜；因此可以更确定地防止该半导体层免受水、光或氧气的破坏。
通常使用有机材料来形成掩模106；因此，在一些情况下掩模自身吸收并且保持水。然而，在掩模和半导体层之间提供了阻隔层，并且据此，即使该掩模保持水，也通过阻隔层防止了掩模的湿气渗入到该半导体层中。因此，能够提供具有较高可靠性的有机TFT。由于阻隔层可以利用掩模106来刻蚀，因此没有太多地增加生产步骤的数量。
在该实施方式中，该解释是使用图1E中显示的底栅有机TFT进行的；然而，很明显该实施方式可以被应用到图2的底栅有机TFT或者图3D的顶栅有机TFT。
(实施方式6)
在该实施方式中，参考图9A和9B解释了用来减少由从基底面渗入的水、有机气体等所引起的对有机半导体层的损害的结构。
在该实施方式中，在基底和有机TFT之间提供了阻隔层901。该阻隔层可以是通过射频溅射方法由不含氢的硅氮化物形成的，或者可以是硅氮化物和硅氧化物膜的多层膜。该阻隔层可以如图9A所示的那样在基底的整个表面上形成，或者可以如图9B中所示的那样选择性地在一部分上形成，其中在该部分上将形成有机TFT。在形成阻隔层901以后，在阻隔层上形成了在实施方式1-5中所解释的有机TFT 902。
该阻隔层是阻挡从基底面渗入的水蒸气或者有机气体的阻隔层，其能够防止有机半导体材料等受到由水或有机气体所引起的破坏。当将在实施方式5中所解释的在半导体层和掩模之间具有阻隔层的结构应用于该实施方式的时候，可以从有机半导体层的上面或下面防止水蒸气或者有机气体。
该实施方式可以在允许的范围内与实施方式1-5自由地结合。
(实施方式7)
在该实施方式中，参考图10A-10C描述了使用有机材料形成本发明的有机TFT的例子。首先，如图10A所示的那样制备具有绝缘表面的基底1001。基底1001可以具有柔韧性和透光性，并且由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺等之一的材料制得。该基底1001的实用厚度为10μm-200μm。
使用导电糊料在基底1001上形成了作为TFT的栅电极1002的第一导电膜。导电碳糊料、导电银糊料、导电铜糊料、导电镍等被用作该导电糊料，并且该导电糊料通过丝网印刷方法、辊涂方法或者液滴排放方法被成型为预定的形状。在该导电糊料形成为预定的图案以后，进行流平和干燥，然后在100℃-200℃的温度下进行固化。
然后，在栅电极1002上形成作为栅绝缘膜1003的绝缘膜。通过辊涂方法、喷涂方法等，由加入了丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、苯氧基树脂、非芳香族多官能团异氰酸酯，三聚氰胺树脂等的材料形成第一绝缘膜。考虑到栅电压，优选形成栅绝缘膜，使其具有约100nm-200nm的薄膜厚度。
然后，在栅绝缘膜1003上形成作为源电极和漏电极1004和1004′的第二导电膜。由于很多有机半导体材料是其中用于运输电荷的材料运输作为载流子空穴的P型半导体，因此作为用于第二导电膜的材料，希望使用用于与半导体层欧姆接触的具有高逸出功的金属。具体地，该第二导电膜是通过液滴排放方法、印刷方法或者辊涂方法，由包括金属例如金、铂、铬、钯、铝、铟、钼或镍，或它们的合金的导电糊料形成的。
接下来，形成有机半导体膜。当在有机半导体膜中使用高分子量基材的时候，可以适当地使用浸渍方法，浇注方法、刮涂方法、旋转涂布方法、喷涂方法、液滴排放方法或者印刷方法。有机分子晶体或者有机高分子量化合物可以被用作有机半导体材料。作为具体的有机分子晶体，可以给出多元环芳香族化合物、共轭双键基化合物、胡萝卜素、大环化合物或者它的络合物、酞菁、电荷转移络合物(CT络合物)、TTF(四硫富瓦烯)：TCNQ(四氰代二甲基苯醌)络合物、自由基、二苯基枯基偕腙肼、颜料和蛋白质。另一方面，作为具体的有机高分子量化合物材料，可以举出高分子量材料例如π-共轭聚合物(高分子量)、聚乙烯基吡啶、碘络合物、酞菁金属络合物等。特别是，优选使用具有包括共轭双键骨架的π-共轭聚合物(高分子量)，例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚亚噻吩基、聚噻吩衍生物、聚(3-己基噻吩)[P3HT，即，引入到聚噻吩三个位置上的柔性烷基是己基的烷基聚噻吩衍生物的高分子量材料]、聚(3-烷基噻吩)、聚(3-二十二烷基噻吩)、聚对亚苯基衍生物或者聚对亚苯基亚乙烯基衍生物。
气相沉积方法可以用于由低分子量基材形成的有机半导体膜。例如，噻吩低聚物膜(聚合度为6)或者并五苯膜可以通过气相沉积方法形成。
特别是，在基底1001是大的富有柔韧性的基底等的情况下，该有机半导体膜优选是通过滴溶液的方法形成的。然后，如图10B中所示的那样，通过自然放置或者烘焙使溶剂蒸发来形成含有机材料的半导体层1005。
形成将要作为掩模1006的绝缘层以至于使其与半导体膜1005接触。该掩模可以通过液滴排放方法或者印刷方法形成，另外，在通过液滴排放方法形成以后，可以使用光掩模使掩模的形状曝露于光。这些用于形成形成掩模的方法是优选的，这是因为对半导体膜的物理损坏少于等离子方法或溅射方法造成的损坏。耐热高分子量材料优选被用作绝缘层的材料，并且可以使用具有芳香环或者杂环作为主链并且在脂肪族部分包括至少一个高极性杂原子的高分子量材料。作为这样的高分子量物质的典型例子，可以给出聚乙烯醇(PVA)、丙烯酸树脂、硅氧烷、聚酰亚胺等。当光掩模被用作掩模1006的时候，使用光敏树脂材料例如环氧树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂等作为光敏树脂绝缘膜。另外，还可以使用光敏有机材料例如苯并环丁烯、聚对亚苯基二甲基、flare和聚酰亚胺。作为典型的正性光敏树脂，可以给出具有酚醛清漆树脂和萘醌二叠氮化合物作为光敏剂的光敏树脂，而作为典型的负性光敏树脂，可以给出具有碱树脂、二苯基硅烷二醇、酸产生剂，等。
然后，如图10C中所示，使用掩模1006对含有有机材料的半导体膜1005进行刻蚀来形成含有有机材料的半导体层1007。不除去掩模1006而是将其保留在半导体层1007上面，从而完成有机TFT。在完成有机TFT之后，在TFT上形成绝缘膜、钝化膜等来生产半导体装置。
如上所述，通过所有部分都是由有机化合物材料形成的有机TFT可以获得质轻并且柔韧的半导体装置。另外，该有机TFT可以由便宜的有机材料形成，并且进一步，可以提高这些材料的可用性，从而能够降低半导体装置的成本。在生产步骤中不需要抽真空机器；因此，还可以降低机器成本。
该实施方式可以在允许的范围内与实施方式1-6自由地结合。
(实施方式8)
参考附图11A和11B解释了根据本发明的用于生产显示装置中的显示面板的方法。在图11A和11B中，对于与实施方式1-7中相同的参考数字，将它们的材料、形成方法等引用到实施方式1-7的描述中。
首先，参考图11A解释了用于形成液晶显示面板的方法。在基底101上形成根据实施方式1-4形成的有机TFT 1101，形成象素电极1102以使其与包括在该有机TFT 1101中的漏电极104′相连，并且在象素电极1102上形成定向膜1103。制备具有滤色器1107、反电极1106和定向膜1105的基底1108，然后用密封剂(没有显示)裱糊到该基底101上。然后，注入液晶1104来完成具有显示功能的显示装置。分别将起偏振片1100和1109裱糊到基底101和1108上。此外，为了实现生产时间的缩短和生产成本的降低，也可以通过液滴排放方法形成定向膜1103和1105以及液晶1104。
参考图11B解释了用于生产在包括发光元件的显示装置中的显示面板的方法。在基底101上形成根据实施方式1-4形成的有机TFT1101，并且在该有机TFT 1101上形成绝缘层1110。形成连接到包含在有机TFT 1101中的漏电极104′的导线1111，并且形成导电层1112以至于使其与该导线相连。接下来，形成将成为堤的绝缘层1113，并且将电致发光层1114和导电层1115层叠以至于使其与导电层1112接触。在上面的结构中，当驱动发光元件的有机TFT 1101是N型有机TFT的时候，导电层1112相应于阴极并且导电层1115相应于阳极。这样，就完成了进行所谓的顶部发射，其中来自发光元件的光是向着基底101面的相反方向发出的显示装置。另一方面，当驱动发光元件的有机TFT1101是P型有机TFT的时候，导电层1112相应于阳极并且导电层1115相应于阴极。这样，就完成了进行底部发射的显示装置，其中来自发光元件的光是向着基底101面发出的。
在该实施方式中所描述的显示面板仅仅是一种模式，很明显可以生产具有其他各种结构的显示面板。该实施方式可以在允许的范围内与实施方式1-7自由地结合。
(实施方式9)
参考图12A和12B详细地解释该实施方式。根据该实施方式的显示装置具有象素部分以及将要应用到各个象素的有机TFT控制电场，该像素部分具有由微胶囊形成的电子墨水，其中该微胶囊中掺入了其中通过应用电场而使反射率改变的对比介质或者其中通过在每一个象素中应用电场而使反射率改变的带电粒子。
图12A是解释了象素部分的结构的纵向截面图，并且图12B显示了顶视图。在塑料基底1201和1202之间存在在实施方式1-7中解释的使用有机半导体层的有机TFT 1203。将包括掺入了带电粒子的微胶囊1206的电子油墨层1209布置在与各个有机TFT电连接的象素电极1204和在象素电极相反侧的普通电极1205之间。由绝缘材料形成绝缘膜1210-1212，并且使导线1213与象素电极1204和有机TFT 1203电连接。在图12A中所示的纵向截面图相应于图12B中所示的线A-A′。
塑料基底1201和1202中的至少一个具有透光性，并且它的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺等。塑料基底优选具有柔韧性，并且它的实用厚度为10μm-200μm。当然，即使将塑料基底的厚度增加到大于上面所描述的范围，本发明的技术方案也基本上不会受到影响。
在塑料基底1201和1202的表面上，由无机绝缘材料形成阻隔层1207和1208以使其具有10nm-200nm的薄膜厚度。其是AlOXN1-X(x＝0.01原子％-20原子％)膜，通过射频溅射方法使用硅作为靶并且使用氮气作为溅射气体由不含氢的硅氮化物形成的层，或者包括两者中任一层的叠层结构。该无机绝缘材料被精密地形成来用作抵抗从外部环境渗入的水蒸气和有机气体的阻隔层。阻隔层被形成来保护有机半导体材料和与其中通过应用电场而使反射率改变的对比介质或者与通过应用电场而使反射率变化的带电粒子结合的微胶囊免受水蒸气或有机气体的损害。
该实施方式可以在允许的范围内与实施方式1-8自由地结合。
(实施方式10)
作为通过应用本发明所生产的电子装置的例子，可以给出下列装置：数码照相机；声音重放装置例如汽车音响；个人电脑；游戏机；个人数字助手(移动电话、便携式游戏机等)；具有储存介质的图像重放装置例如家用视频游戏机；等。这些电子装置的具体例子显示于图13A-14C中。
图13A显示了电视机，其包括底盘9501、显示部分9502，等。图13B显示了用于个人电脑的监视器，其包括底盘9601、显示部分9602，等。图13C显示了个人电脑，其包括底盘9801、显示部分9802，等。本发明被用来生产上述电子装置的显示部分。根据本发明的有机TFT很难受到损坏并且是高可靠性的；因此，能够提供显示器很难被损坏的显示装置。另外，根据本发明的有机TFT可以由便宜的有机材料，通过利用印刷方法或液滴排放方法形成，并且在生产步骤中不需要昂贵的抽真空机器；因此，可以便宜地生产这些电子装置。
图14A显示了便携式终端设备中的移动电话，其包括底盘9101、显示部分9102，等。图14B是便携式终端设备中的PDA，其包括底盘9201、显示部分9202，等。图14C显示了摄像机，其包括显示部分9701和9702，等。本发明被用来生产上述电子装置的显示部分。根据本发明的有机TFT很难被损坏并且是高可靠性的；因此可以提供显示器很难被损坏的显示装置。上述电子装置是便携式终端设备；因此，它们的屏幕被相当地缩小。因此，优选通过使用其中将多晶半导体用作通道的薄膜晶体管，以及位于同一基底上的多层导线作为显示部分，安装驱动电路和功能电路例如CPU来获得微型化。根据本发明的有机TFT可以由便宜的有机材料通过利用印刷方法或液滴排放方法形成，并且在生产步骤中不需要使用昂贵的抽真空机器；因此，可以便宜地生产这些电子装置。此外，上述电子装置是便携式终端设备；因此，为了增加减薄、质轻和微型化方面的价值，可以使用利用发光元件的显示部分。该实施方式可以在允许的范围内与上述实施方式自由地结合。
该申请基于在2004年8月31日向日本专利局提交的顺序号为No.2004-251926的日本专利申请，在这里将其内容并入作为参考。

Claims (22)

1.一种显示装置，该显示装置包括：
第一柔性基底；
第二柔性基底；
第一柔性基底和第二柔性基底之间的有机TFT；
与所述有机TFT电连接的象素电极；
普通电极；和
象素电极和普通电极之间的包括掺入了带电粒子的微胶囊的电子油墨层；
其中所述有机TFT包含：
栅电极；
该栅电极上的栅绝缘膜；
该栅绝缘膜上的源电极和漏电极；
该源电极和漏电极上的有机半导体膜；和
该有机半导体膜上的包含绝缘材料的掩模，和
其中所述绝缘材料包括光敏树脂材料。
2.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述掩模的边缘和有机半导体膜的侧表面相互对准。
3.根据权利要求1所述的显示装置，该装置还包括：
有机半导体膜上的无机膜，
其中所述掩模形成在该无机膜上。
4.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述源电极和漏电极的材料与栅电极的材料相同。
5.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述有机半导体膜包括并五苯。
6.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第一柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺，且
其中所述第二柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺。
7.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述栅电极包括由有机物质形成的粘结剂。
8.一种显示装置，所述显示装置包括：
第一柔性基底；
第二柔性基底；
第一柔性基底和第二柔性基底之间的有机TFT；
与所述有机TFT电连接的象素电极；
普通电极；和
象素电极和普通电极之间的包括掺入了带电粒子的微胶囊的电子油墨层；
其中所述有机TFT包含：
栅电极；
该栅电极上的栅绝缘膜；
该栅绝缘膜上的有机半导体膜；
该有机半导体膜上的包含绝缘材料的掩模；和
该掩模上的源电极和漏电极，和
其中所述绝缘材料包括光敏树脂材料。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其中所述有机半导体膜具有锥形。
10.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述掩模的边缘和有机半导体膜的侧表面相互对准。
11.根据权利要求8所述的显示装置，该装置还包括：
有机半导体膜上的无机膜，
其中所述掩模形成在该无机膜上。
12.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述源电极和漏电极的材料与栅电极的材料相同。
13.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述有机半导体膜包括并五苯。
14.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述第一柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺，且
其中所述第二柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺。
15.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述栅电极包括由有机物质形成的粘结剂。
16.一种显示装置，所述显示装置包括：
第一柔性基底；
第二柔性基底；
第一柔性基底和第二柔性基底之间的有机TFT；
与所述有机TFT电连接的象素电极；
普通电极；和
象素电极和普通电极之间的包括掺入带电粒子的微胶囊的电子油墨层；
其中所述有机TFT包含：
源电极和漏电极；
源电极和漏电极上的有机半导体膜；
该有机半导体膜上的包含绝缘材料的掩模；和
该掩模上的栅电极，和
其中所述绝缘材料包括光敏树脂材料。
17.根据权利要求16所述的显示装置，
其中所述掩模的边缘和有机半导体膜的侧表面相互对准。
18.根据权利要求16所述的显示装置，该装置还包括：
有机半导体膜上的无机膜，
其中所述掩模形成在该无机膜上。
19.根据权利要求16所述的显示装置，
其中所述源电极和漏电极的材料与栅电极的材料相同。
20.根据权利要求16所述的显示装置，
其中所述有机半导体膜包括并五苯。
21.根据权利要求16所述的显示装置，
其中所述第一柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺，且
其中所述第二柔性基底包括选自以下的一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)和聚酰亚胺。
22.根据权利要求16所述的显示装置，
其中所述栅电极包括由有机物质形成的粘结剂。
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