CN102790172A - 半导体元件和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了半导体元件和电子装置。该半导体元件包括有机半导体层以及设置在有机半导体层的上表面上的层,其中,该层的轮廓在该有机半导体层的轮廓内侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括有机半导体元件的半导体元件以及设置有这种半导体元件的电子装置。
背景技术
为了应用于诸如有机电致发光(EL)显示器或挠性电子纸的显示设备或者诸如挠性印刷电路板、有机薄膜太阳能电池或触摸面板的电子装置,已经开发了使用诸如有机薄膜晶体管(TFT)的有机半导体的半导体元件。
在有机TFT的生产过程中,当用作通道的有机半导体层形成为岛状时,开始,在有机半导体层的上表面上形成用作保护膜的金属等的层,然后向该层涂覆常用的光致抗蚀剂。随后,例如通过光刻法对光致抗蚀剂膜图案化以形成掩膜,然后通过使用形成的掩膜依次蚀刻保护膜和有机半导体层(例如:参照国际公开第WO/2010/061823号)。
发明内容
但是,关于国际公开第WO/2010/061823号中所描述的相关技术的方法,有机半导体层和其上表面上的层被蚀刻成相同的形状,因此,有机半导体层的上表面上的层的端部可能会延伸到有机半导体层外,从而形成檐部(eaves portion)。这种檐部会造成在有机半导体层上形成的配线层内出现缺口,并且已经对改进进行研究。
期望提供一种半导体元件,其中,有机半导体层的上表面上的层的形状的缺陷减少,还提供一种设置有这种半导体元件的电子装置。
根据本发明实施方式的半导体元件包括:有机半导体层,以及设置在有机半导体层的上表面上的层,其中,该层的轮廓在有机半导体层的轮廓内侧。
关于根据本发明实施方式的半导体元件,有机半导体层的上表面上的层的轮廓在有机半导体层的轮廓内侧,从而,抑制了有机半导体层的上表面上的层的端部延伸到有机半导体层外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,因此抑制了由于在檐部切割配线层而在设置在有机半导体层上的配线层内出现缺口。
根据本发明实施方式的电子装置设置有上述半导体元件。
根据本发明实施方式的电子装置设置有上述半导体元件,其中,形状缺陷减少,例如,檐部,因此,抑制了有机半导体层上配线层内出现缺口。从而,可通过连结多个上述半导体元件来形成大规模集成电路。
关于根据本发明实施方式的半导体元件,有机半导体层的上表面上设置的层的轮廓被指定为在有机半导体层的轮廓内侧,从而,可抑制有机半导体层的上表面上的层的端部延伸到有机半导体层外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,在通过这种半导体元件形成电子装置的情况下,可抑制在设置在有机半导体层上的配线层内出现缺口,并且可通过连结多个上述半导体元件来形成大规模集成电路。
附图说明
图1A为根据本发明第一实施方式的有机TFT的构造的平面图,图1B为示出沿着图1A所示的线IB-IB的构造的截面图;
图2A至图2C为示出按步骤顺序制造图1A和图1B所示的有机TFT的方法的截面图;
图3A至图3C为示出随图2C所示的步骤后的步骤的截面图;
图4A和图4B为示出随图3C所示的步骤后的步骤的截面图;
图5A至图5C为示出相关技术中按步骤顺序的制造方法的部分的截面图;
图6A至图6C为说明相关技术中制造方法的问题的截面图;
图7A为示出根据本发明第二实施方式的有机TFT的构造的平面图,图7B为示出沿着图7A所示的线VIIB-VIIB的构造的截面图;
图8A和图8B为示出按步骤顺序制造图7A和图7B所示的有机TFT的方法的截面图;
图9A和图9B为示出设置有有机TFT的显示设备的构造实例的图示;
图10A和图10B为示出图9A和图9B所示的显示设备应用实例1的外观的透视图;
图11为示出应用实例2的外观的透视图;
图12A为示出从正面看应用实例3的外观的透视图,图12B为示出从背面看的外观的透视图;
图13为示出应用实例4的外观的透视图;
图14为时候粗应用实例5的外观的透视图;
图15A为应用实例6打开状态下的正视图,图15B为其侧视图,图15C为闭合状态下的正视图,图15D为左视图,图15E为右视图,图15F为俯视图,图15G为仰视图;以及
图16A为示出根据本发明实施方式的有机半导体二极管的构造的平面图,图16B为示出沿着图16A所示的线XVIB-XVIB的构造的截面图。
具体实施方式
下面将结合附图对根据本发明的实施例进行详细说明。将以下面的顺序进行说明。
1.第一实施方式(有机半导体层的上表面上的层由金属形成并且配线层由与该层相同的材料形成的实例)
2.第二实施方式(有机半导体层的上表面上的层由金属形成并且配线层由与该层不同的材料形成的实例)
3.第三实施方式(有机半导体层的上表面上的层由金属氧化物形成的实例)
4.第四实施方式(有机半导体层的上表面上的层由导电聚合物形成的实例)
5.显示设备和应用实例
第一实施方式
图1A和图1B示出用作根据本发明第一实施方式的半导体元件的有机TFT 100的构造。这种有机TFT 100为例如用于显示设备的有源阵列电路的顶部接触交错式有机TFT。有机TFT 100例如包括按以下顺序设置在基板11上的栅电极20、栅绝缘膜30、有机半导体层40、上表面层50、源电极60S和漏电极60D。这里,上表面层50对应于根据本发明实施方式的“位于有机半导体层的上表面上的层”的具体实例,源电极60S和漏电极60D对应于“配线层”的具体实例。
根据用途基板11不相同,例如可以是玻璃、塑料材料、金属材料等的基板;塑料材料、金属材料等的膜;或纸(普通纸)。可选地,基板11可以是挠性(flexible)基板。塑料材料的实例包括聚醚砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚醚醚酮(PEEK)。例如,金属材料的实例包括铝(Al)、镍(Ni)和不锈钢。在这方面,可在基板11的表面上设置各种层,例如,设置缓冲层以确保附着力,以及设置气体阻挡层以防止气体泄漏。
栅电极20设置在基板11上,并且由例如金属材料、无机导电材料、有机导电材料和碳材料中的至少一种形成。金属材料的实例包括铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)和包含上述材料的合金。无机导电材料的实例包括氧化铟(In2O3)、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)和氧化锌(ZnO)。有机导电材料的实例包括聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)和聚苯乙烯磺酸(PSS)。碳材料的实例包括石墨。栅电极20可通过堆叠至少两层上述各种材料形成。
栅绝缘膜30覆盖栅电极20,并且,另外由无机绝缘材料和有机绝缘材料中的至少一种形成。无机绝缘材料的实例包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化铪(HfOx)和钛酸钡(BaTiO3)。有机导电材料的实例包括聚乙烯苯酚(PVP)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸-丙烯酸酯、光敏聚酰亚胺、光敏酚醛树脂和聚对二甲苯。栅绝缘膜30可通过堆叠至少两层上述各种材料形成。
有机半导体层40例如由迫呫吨并呫吨(PXX)衍生物形成。或者,有机半导体层40可由其他有机半导体材料形成,例如:并五苯(C22H14)和聚噻吩。
上表面层50设置在有机半导体层40的上表面上,并且作为接触层将有机半导体层40顺利地电连接至源电极60S和漏电极60D。因此,优选上表面层50由导电材料形成,尤其是由自身能够提供与有机半导体层40的欧姆接触的金属形成。此外,上表面层50还具有保护膜的功能,以防止有机半导体层40在下述生产过程中与光致抗蚀剂直接接触。优选上表面层50由能构被湿蚀刻的材料形成。构成上述上表面层50的材料的实例包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和钛(Ti)。具体的,上表面层具有50nm的厚度,并且由金(Au)形成。金(Au)的逸出功最高,这样,可以为上表面层50提供空穴注入层的优异功能。
上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41的内侧。因此,对于该有机TFT 100,可减少上表面层50的形状缺陷。
期望上表面层50的轮廓51的凹入量d(轮廓51和41之间的距离)的值例如为1到2μm左右。
源电极60S和漏电极60D在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上彼此分离设置。例如,源电极60S和漏电极60具有200nm的厚度,并且由与形成接触层50的材料相同的材料形成,即,金(Au)。
例如,可按照下述方法生产该有机TFT 100。
图2A到图4B示出按步骤顺序制造图1A和图1B所示的有机TFT 100的方法。首先,制备由上述材料形成的基板11。由上述金属材料形成的栅电极材料膜(图中未示出)例如通过真空膜形成法、涂覆法或电镀法形成在该基板11上。真空膜形成法的实例包括真空蒸发法、闪蒸法、溅镀法、物理气象沉积法(PVD)、化学气象沉积法(CVD)、脉冲激光沉积法(PLD)和电弧放电法。涂覆法的实例包括旋涂法、狭缝涂覆法、条涂覆法和喷涂法。电镀法的实例包括有电极电镀(electroplating)法和无电极电镀法。
然后,在形成的栅电极材料膜上形成抗蚀图案等的掩膜(附图中未示出)。通过使用掩膜蚀刻栅电极材料膜,然后,通过使用灰化法、蚀刻法等去除掩膜。这样,如图2A所示,在基板11上形成栅电极20。
在形成抗蚀图案的情况下,例如,涂覆光致抗蚀剂,从而形成抗蚀膜,然后,通过使用光刻法、激光写入法、电子束写入法、X光写入法等对光致抗蚀剂膜进行图案化。但是,可通过使用抗蚀剂转移法等形成抗蚀图案。蚀刻栅电极材料膜方法的实例包括干蚀刻法和使用蚀刻溶液的湿蚀刻法。干蚀刻法的实例包括离子束铣法和反应离子蚀刻法(RIE)。采用与去除掩膜相同的蚀刻方法。
至于形成栅电极20等的方法,可采用印刷法,例如:喷墨法、丝网印刷法、凹版印刷和凹版胶版印刷法。可选地,可通过激光磨蚀法、掩膜蒸发法、激光转移法等形成金属图案以替代抗蚀图作为掩膜。当然,为了形成栅电极20等,可用上述无机导电材料、有机导电材料、碳材料等替代金属材料。
然后,同样如图2A所示,以覆盖栅电极20的方式形成栅绝缘膜30。栅极绝缘膜30的形成过程例如因其形成材料不同而不同。在使用无机导电材料的情况下,除了例如涂覆法可以是溶胶凝胶法等之外,其形成过程可与形成栅电极20等的过程相同。在使用有机导电材料的情况下,除了例如通过光刻法等对感光材料进行图案化之外,该形成过程可与形成栅电极20的过程相同。
配备其中例如PXX衍生物等上述有机半导体材料分散或溶解成例如有机溶剂等溶剂的溶液(混合溶液),生成的混合溶液被涂覆在栅绝缘膜30的上表面上,然后进行加热(烧制)。以这种方式,同样如图2A所示,在栅绝缘膜30上形成由例如PXX衍生物的上述有机半导体材料形成的有机半导体材料膜40A。至于溶剂,例如可采用甲苯、二甲苯、三甲苯和萘满。
然后,同样如图2A所示,例如通过电阻加热真空蒸发在有机半导体材料膜40A上形成例如由厚度为50nm的金(Au)形成的上表面层材料膜50A。
在形成上表面层材料膜50A后,同样如图2A所示,在上表面层材料膜的表面上涂上光致抗蚀剂,从而形成光致抗蚀剂膜71。至于光致抗蚀剂,例如可以采用酚醛清漆树脂的正性光致抗蚀剂,但是并不限于此。
在形成光致抗蚀剂膜71后,如图2B所示,光致抗蚀剂膜71例如通过光刻法成形为100μm见方的矩形半导体元件隔离图案。在这方面,半导体元件隔离图案的形状和大小并不限于上述实例。
在成形光致抗蚀剂膜71后,如图2C所示,通过使用形成的光致抗蚀剂膜71作为掩膜湿蚀刻上表面层材料膜50A,从而形成上表面层50。
这时,上表面层50(或上表面层材料膜50A)的材料和蚀刻溶液的组合如下所述。在上表面层50(或上表面层材料膜50A)由金(Au)形成的情况下,碘化钾水溶液被用作蚀刻溶液。在上表面层50(或上表面层材料膜50A)由铜(Cu)形成的情况下,氨水和过氧化氢水溶液;重铬酸、硫酸、氯化钠和水;铬酸酐;氯化铁;氯化铁、硝酸和水;过硫酸铵;氢氧化钠;硫酸、乙酸、硝酸和水等用作蚀刻溶液。在上表面层50(或上表面层材料膜50A)由银(Ag)形成的情况下,硝酸铁(II)水溶液;铬酸酐、硫酸和水;硫酸、乙酸、硝酸和水等用作蚀刻溶液。在上表面层50(或上表面层材料膜50A)由镍(Ni)形成的情况下,硝酸、硫酸、过氧化物、硝酸盐和水;基于硝酸铈铵的酸溶液等用作蚀刻溶液。在上表面层50(或上表面层材料膜50A)由钛(Ti)形成的情况下,氟化铵水溶液;氢氟酸和水;氨水和过氧化氢水溶液等用作蚀刻溶液。
必须选择不溶解位于上表面层材料膜50A下面的有机半导体材料膜40A的蚀刻溶剂。这里,例如,上表面层50(或上表面层材料膜50A)由金(Au)形成,碘化钾水溶液用作蚀刻溶液。
在形成上表面层50后,如图3A所示,通过使用光致抗蚀剂膜71作为掩膜蚀刻有机半导体材料膜40A,从而形成有机半导体层40。关于这时所用的蚀刻方法,至于湿蚀刻,4-丁内酯被用作蚀刻溶剂。至于干蚀刻,采用通过氧气等离子的反应离子蚀刻法(RIE)。
在形成有机半导体层40后,如图3B所示,进行修边,其中,去除上表面层50的外边缘部,保留光致抗蚀剂膜71。从而,上表面层50的轮廓51凹入有机半导体层40的轮廓41的内侧。
至于修边方法,采用图2C所示的蚀刻上表面层材料膜50A的步骤中说明的湿蚀刻。修边过程中,从上表面层50的侧面朝着横向进行蚀刻,因此,期望确保蚀刻时间为图3A所示的有机半导体材料膜40A的蚀刻时间的2到3倍。但是,考虑到图案形状和期望的大小,可适当选择蚀刻时间。
在上表面层50的修边完成后,光致抗蚀剂膜71的整个表面暴露于紫外线照射,然后被浸入显影液中。从而,如图3C所示,剥离光致抗蚀剂膜71。
在剥离光致抗蚀剂膜71后,如图4A所示,例如通过电阻加热真空蒸发在基板11的整个表面上形成由与上表面层50材料(例如:金)相同的材料形成的厚度例如为200nm的源-漏电极材料膜60A。
在源-漏电极材料膜60A上形成光致抗蚀剂膜(图中未示出)并例如通过光刻法成形为预定的形状。然后,通过使用形成的光致抗蚀剂膜(附图中未示出)作为掩膜蚀刻源-漏电极材料膜60A和上表面层50。至于蚀刻方法,采用图2C所示的蚀刻上表面层材料膜50A的步骤中说明的湿蚀刻。这里,例如,源-漏电极材料膜60A由金(Au)形成,碘化钾水溶液用作蚀刻溶液。从而,如图4B所示,源电极60S和漏电极60D彼此分离设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
在形成源电极60S和漏电极60D后,光致抗蚀剂膜(附图中未示出)的整个表面暴露于紫外线照射,然后被浸入显影液中。从而,剥离光致抗蚀剂膜(图中未示出)。这样,完成图1A和图1B所示的有机TFT 100。
这里,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内,这样,抑制了上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,抑制了由于在檐部切割有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D而出现缺口。
另一方面,例如如图5A所示,在剥离光致抗蚀剂膜71后未进行修边的情况下,如图5b所示,在基板11的整个表面上形成源-漏电极材料膜60A。然后,如图5C所示,蚀刻源-漏电极材料膜60A,从而形成源电极60S和漏电极60D。
在这种情况下,如图6A所示,上表面层50的端部可延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部52。因此,如图6B所示,可在檐部52切割源-漏电极材料膜60A。结果,如图6C所示,在源电极60S和漏电极60D内的檐部52可能会出现缺口60B。
出现这种现象是有一定可能性的。因此,在数据线(源电极60S和漏电极60D同一层的连接配线)变长的情况下(即,在要连接的有机TFT100比较多时,例如,在由顶部接触交错式有机TFT形成有源阵列电路等大规模集成电路的情况下),可能会出现集成电路不易形成的严重问题。此外,在数据线较细的情况下,可能会出现缺口出现的可能性增大的更严重的问题。
如上所述,在本实施方式中,上表面层50的轮廓51被指定为在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,抑制了上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如:檐部52。从而,抑制了由于在檐部52切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
第二实施方式
图7A和图7B为根据本发明第二实施例的有机TFT 100的构造。在本实施例中,源电极60S和漏电极60D由不同于上表面层50的金属形成。除了上述部分,根据本实施方式的有机TFT 100具有与根据第一实施方式的上述有机TFT 100相同的构造、操作和效果。因此,在说明中,对应的构成部分由相同的参考标号表示。
基板11、栅电极20、栅绝缘膜30和有机半导体层40与第一实施方式中的具有相同的构造。
与第一实施方式一样,上表面层50设置在有机半导体层40的上表面上,并且作为接触层将有机半导体层40顺利地电连接到源电极60S和漏电极60D。因此,优选上表面层50由导电材料形成,尤其是由自身能够与有机半导体层40欧姆接触的金属形成。此外,上表面层50还具有保护膜的功能以防止有机半导体层40在下述生产过程中与光致抗蚀剂直接接触。优选上表面层50由能够被湿蚀刻的材料形成。上述构成上表面层50的材料的实例包括金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)和钛(Ti)。具体的,上表面层50具有50nm的厚度,并且由金(Au)形成。金(Au)的逸出功最高,从而,可以为上表面层50提供空穴注入层的优异功能。
与第一实施例一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧。因此,与第一实施例一样,关于该有机TFT 100,可减少上表面层50的形状缺陷。
与第一实施例一样,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
在本实施方式中,源电极60S和漏电极60D由与上表面层50的材料不同的材料形成。具体的,源电极60S和漏电极60D的构造例如为:按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61、200nm厚的铝(Al)层62和20nm厚的钛(Ti)层63。
源电极60S和漏电极60D由与上表面层50的材料不同的材料形成,这样,获得下面三个优点。
第一优点
与第一实施方式相比,可以选择成本较低的金属作为源电极60S和漏电极60D的构成材料,从而可降低作为产品的有机TFT 100的成本。至于有机半导体,在大多数情况下,期望选择通常具有5eV以下逸出功的金属,从而获得与半导体良好的欧姆接触。但是,具有这样的逸出功并且能够被湿蚀刻的金属很少。常见的具有这样性质的金属为金(Au),但金为高成本的材料。因此,在源电极60S、漏电极60D和上表面层50都由金形成的情况下,配线材料的成本增加。在源电极60S和漏电极60D由指定的与上表面层50的材料不同的材料形成的情况下,在由金形成的上表面层50确保良好的欧姆接触的同时可降低材料成本。
第二优点
在下述制造方法中,至于形成源电极60S和漏电极60D的薄膜的方法,在某些情况下,选择与第一实施方式所选择的方法不同的更高速薄膜形成方法,这样,可引入花费时间更短的薄膜形成步骤。因此,这也与降低作为产品的有机TFT 100的成本有关系。
在下述制造方法中,当形成源-漏电极材料膜60A时,与第一实施例一样,有机半导体层40的上表面处在被上表面层材料膜50A覆盖的状态下。因此,即使选择例如溅镀法或化学气相沉积(CVD)法等高速薄膜形成方法(达到基板表面的金属颗粒具有高能量的薄膜形成方法)作为形成源-漏电极材料膜60A的方法,也可以降低对有机半导体层40的破坏。
第三优点
至于源电极60S和漏电极60D的构成材料,可选择附着力与第一实施例不同的金属。例如,在源电极60S和漏电极60D由金(Au)形成的情况下,通常来说,金(Au)附着于基板的附着力较弱并且可能部分脱落,造成源电极60S、漏电极60D等的配线中出现缺口。但是,例如,在源电极60S和漏电极60D被指定为具有层压结构,并且例如钛(Ti)和铬(Cr)等具有高附着力的材料被引入作为层压结构的下层的情况下,源电极60S、漏电极60D的配线等可能不会脱落,并且由金形成的上表面层50确保良好的欧姆接触。
例如,可如下所述形成该有机TFT 100。
图8A和图8B示出按步骤顺序制造图7A和图7B所示的有机TFT 100的方法。参照图2A到图3C对与第一实施方式相同的步骤进行说明。
开始,与第一实施方式一样,通过图2A所示的步骤,在由上述材料形成的基板11上依次形成栅电极20和栅绝缘膜30。与第一实施方式一样,同样地,通过图2A所示的步骤,在栅绝缘膜30上形成例如由PXX衍生物等上述有机半导体材料形成的有机半导体材料膜40A。
然后,与第一实施方式一样,同样地,通过图2A所示的步骤,例如通过电阻加热真空蒸发在有机半导体材料膜40A上形成例如由具有50nm厚度的金(Au)形成的上表面层材料膜50A。
与第一实施方式一样,同样地,在形成上表面层材料膜50A后,通过图2A所示的步骤,在上表面层材料膜50A上涂覆光致抗蚀剂,从而形成光致抗蚀剂膜71。
与第一实施方式一样,在形成光致抗蚀剂膜71后,通过图2B所示的步骤,例如通过光刻法使光致抗蚀剂膜71成形为100μm见方的矩形半导体元件隔离图案。在这方面,半导体元件隔离图案的形状和大小并不限于上述实例中的形状和大小。
与第一实施方式一样,在成形光致抗蚀剂膜71后,通过图2C所示的步骤,通过使用形成的光致抗蚀剂膜71作为掩膜对上表面层材料膜50A进行湿蚀刻,从而形成上表面层50。这时,上表面层50(或上表面层材料膜50A)的材料和蚀刻溶液的组合与第一实施例一样。
与第一实施方式一样,在形成上表面层50后,通过图3A所示的步骤,通过使用光致抗蚀剂膜71作为掩膜对有机半导体材料膜40A进行蚀刻,从而形成有机半导体层40。这时所采用的蚀刻法与第一实施方式的一样。
与第一实施方式一样,在形成有机半导体层40后,通过图3B所示的步骤,进行修边,去除上表面层50的外边缘部,保留光致抗蚀剂膜71。从而,上表面层50的轮廓51凹入在有机半导体层40的轮廓41内侧。该修边方法与第一实施方式中的一样。
与第一实施方式一样,在上表面层50的修边完成后,通过图3C所示的步骤,剥离光致抗蚀剂膜71。
在剥离光致抗蚀剂膜71后,如图8A所示,例如通过溅镀法或CVD法在基板11的整个表面上形成由与上表面层50的材料不同的材料形成的源-漏电极材料膜60A。具体的,至于源-漏电极材料膜60A,例如按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61A、200nm厚的铝(Al)层62A和20nm厚的钛(Ti)层63A。
光致抗蚀剂膜(附图中未示出)形成在源-漏电极材料膜60A上并例如通过光刻法成形为预定的形状。然后,通过使用形成的光致抗蚀剂膜(附图中未示出)作为掩膜对源-漏电极材料膜60A和上表面层50进行蚀刻。然后,如图8B所示,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
在本实施方式中,源-漏电极材料膜60A由与上表面层50的金属不同类型的金属形成。因此,与第一实施方式相比,与使用相同类型的金属的情况比较起来,源电极60S和漏电极60D的工作很困难。这是因为在湿蚀刻由不同金属材料形成的层压膜的情况下,由于电化腐蚀的原因,获得期望的图案会比较困难。为了避免这种情况,例如,可采用下面的方法。开始,通过用CH4(相对于Ti)和Cl2(相对于Al)干蚀刻对源-漏电极材料膜60A的钛(Ti)层61A、铝(Al)层62A和钛(Ti)层63A起作用。然后,通过使用碘化钾水溶液湿蚀刻由Au形成的上表面层50。
在形成源电极60S和漏电极60D后,光致抗蚀剂膜(附图中未示出)的整个表面暴露于紫外线照射,然后被浸入显影液中。从而,剥离光致抗蚀剂膜(附图中未示出)。这样,完成图7A和图7B所示的有机TFT 100。
这里,与第一实施方式一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,抑制了上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,抑制了由于在檐部切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
如上所述,与第一实施方式一样,在本实施方式中,上表面层50的轮廓51被指定为在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,这样可以抑制上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部52。因此,可抑制由于在檐部52切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
源电极60S和漏电极60D被指定为由与上表面层50的金属不同的金属形成,从而,可降低成本并增强源电极60S和漏电极60D的附着力。
第三实施方式
下面将对本发明的第三实施方式进行说明。根据本实施方式的有机TFT 100,除了上表面层50由金属氧化物形成之外,具有与上述第二实施方式中结合图7A和图7B所述的有机TFT 100相同的构造、操作和效果。因此,在说明中,对应的构成部分由相同的参考标号表示。
基板11、栅电极20、栅绝缘膜30和有机半导体层40具有与第一实施例相同的构造。
与第一实施例一样,上表面层50设置在有机半导体层40的上表面上,并且作为接触层将有机半导体层40顺利地电连接到源电极60S和漏电极60D。因此,优选上表面层50由电导材料形成,尤其由自身能够提供与有机半导体层40的欧姆接触的金属氧化物形成。此外,上表面层50还具有保护膜的功能以防止有机半导体层40在下述生产过程中与光致抗蚀剂直接接触。优选上表面层50由能够被湿蚀刻的材料形成。这种上表面层50的构成材料的实例包括CuOx、NiOx、TiOx、氧化铟锡(ITO)、MoOx和WOx。具体的,例如,上表面层50由具有50nm厚度的ITO形成。ITO的高逸出功,从而,可以为上表面层50提供空穴注入层的优异功能。
与第一实施方式一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧。因此,与第一实施方式一样,关于该有机TFT 100,可减少上表面层50的形状缺陷。
与第一实施方式一样,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
与第二实施方式一样,源电极60S和漏电极60D具有如下构造:例如,按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61、200nm厚的铝(Al)层62和20nm厚的钛(Ti)层63。
例如,可如下所述形成该有机TFT 100。结合图2A到图3C对与第一实施方式相同的步骤进行说明,并结合图8A和图8B对与第二实施方式相同的步骤进行说明。
开始,与第一实施方式一样,通过图2A所示的步骤,在由上述材料形成的基板11上依次形成栅电极20和栅绝缘膜30。同样地,与第一实施方式一样,通过图2A所示的步骤,在栅绝缘膜30上形成例如由PXX衍生物的上述有机半导体材料形成的有机半导体材料膜40A。
然后,同样地,如图2A所示,例如通过溅镀法在有机半导体材料膜40A上形成例如由厚度为50nm的ITO形成的上表面层材料膜50A。
与第一实施方式一样,同样地,在形成上表面层材料膜50A后,通过图2A所示的步骤,在上表面层材料膜50A上涂覆光致抗蚀剂,从而形成光致抗蚀剂膜71。
与第一实施方式一样,在形成光致抗蚀剂膜71后,通过图2B所示的步骤,例如通过光刻法使光致抗蚀剂膜71成形为100μm见方的矩形半导体元件隔离图案。在这方面,半导体元件隔离图案的形状和大小并不限于上述实例的图形和大小。
与第一实施方式一样,在成形光致抗蚀剂膜71后,通过图2C所示的步骤,通过使用形成的光致抗蚀剂膜71作为掩膜对上表面层材料膜50A进行湿蚀刻,从而形成上表面层50。至于蚀刻溶液,可采用草酸水溶液;草酸水溶液和十二烷基苯磺酸等。
与第一实施方式一样,在形成上表面层50后,通过图3A所示的步骤,通过使用光致抗蚀剂膜71作为掩膜蚀刻有机半导体材料膜40A,从而形成有机半导体层40。这时所采用的蚀刻法与第一实施方式的相同。
与第一实施方式一样,在形成有机半导体层40后,通过图3B所示的步骤,进行修边,去除上表面层50的外边缘部,保留光致抗蚀剂膜71。至于修边方法,如图2C所示,按照蚀刻上表面层材料膜50A相同的方式,采用湿蚀刻,其中,草酸水溶液;草酸水溶液和十二烷基苯磺酸等用作蚀刻溶液。从而,从上表面层50的侧面开始横向蚀刻,上表面层50的轮廓51凹入在有机半导体层40的轮廓41内侧。
与第一实施方式一样,在上表面层50修边完成后,通过图3C所示的步骤,剥离光致抗蚀剂膜71。
与第二实施方式一样,在剥离光致抗蚀剂膜71后,通过图8A所示的步骤,例如通过溅镀法或CVD法在基板11的整个表面上形成由与上表面层50的材料不同的材料形成的源-漏电极材料膜60A。具体的,对于源-漏电极材料膜60A来说,例如按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61A、200nm厚的铝(Al)层62A和20nm厚的钛(Ti)层63A。
光致抗蚀剂膜(附图中未示出)在源-漏电极材料膜60A上形成,并例如通过光刻法成形为预定的形状。然后,通过使用形成的光致抗蚀剂膜(附图中未示出)作为掩膜蚀刻源-漏电极材料膜60A和上表面层50。
与第二实施方式一样,至于这时所采用的蚀刻法,开始,通过用CH4(相对Ti)和Cl2(相对Al)进行干蚀刻对源-漏电极材料膜60A的钛(Ti)层61A、铝(Al)层62A和钛(Ti)层63A起作用。然后,对由ITO形成的上表面层50湿蚀刻。至于这时所用的蚀刻溶液,使用草酸水溶液;草酸水溶液和十二烷基苯磺酸或其他溶液。
然后,如图8B所示,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
在形成源电极60S和漏电极60D后,光致抗蚀剂膜(附图中未示出)的整个表面暴露于紫外线照射,然后浸入显影液中。从而,剥离光致抗蚀剂膜(附图中未示出)。这样,完成如图7A和图7B所示的有机TFT 100。
这里,与第一实施方式一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,抑制了上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,抑制了由于在檐部切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
如上所述,与第一实施方式一样,在本实施方式中,上表面层50的轮廓51被指定为在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,这可抑制上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部52。因此,可抑制由于在檐部52切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
上表面层50被指定为由金属氧化物形成。从而,不会在半导体和电极彼此接触的界面出现电极表面的氧化,所以,接触特性稳定。
在上述第三实施方式中,对与第二实施方式相同源电极60S和漏电极60D具有顺序堆叠的钛(Ti)层61、铝(Al)层62和钛(Ti)层63的构造的情况进行说明。不过,与第一实施方式一样,源电极60S和漏电极60D可由金(Au)形成。可选地,电极60S和漏电极60D可由除了金(Au)之外的其他金属材料形成,例如:铜、银、镍、钛等。
第四实施方式
下面将对本发明的第四实施方式进行说明。根据本实施方式的有机TFT 100,除了上表面层50由导电聚合物形成之外,具有与在上述第二实施方式中结合图7A和图7B所述的有机TFT 100相同的构造、操作和效果。因此,在说明中,对应的构成部分由相同的参考标号表示。
基板11、栅电极20、栅绝缘膜30和有机半导体层40具有与第一实施方式相同的构造。
与第一实施方式一样,上表面层50设置在有机半导体层40的上表面上,并且作为接触层将有机半导体层40顺利地电连接到源电极60S和漏电极60D。因此,优选上表面层50由导电材料形成,尤其是由自身能够提供与有机半导体层40欧姆接触的导电聚合物形成。此外,上表面层50还具有保护膜的功能以防止有机半导体层40在下述生产过程中与光致抗蚀剂直接接触。优选上表面层50由能够被湿蚀刻的材料形成。这种上表面层50的构成材料的实例包括可溶于水的聚乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸(PEDOT-PSS)。上表面层50的厚度例如为50nm左右。
与第一实施方式一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧。从而,与第一实施方式一样,关于该有机TFT 100,可减少上表面层50的形状缺陷。
与第一实施方式一样,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
与第二实施方式一样,源电极60S和漏电极60D具有如下构造:例如,按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61、200nm厚的铝(Al)层62和20nm厚的钛(Ti)层63。
例如,可如下所述形成该有机TFT 100。结合图2A到图3C对与第一实施方式相同的步骤进行说明,并结合图8A和图8B对与第二实施方式相同的步骤进行说明。
开始,与第一实施方式一样,通过图2A所示的步骤,在由上述材料形成的基板11上依次形成栅电极20和栅绝缘膜30。同样地,与第一实施方式一样,通过图2A所示的步骤,在栅绝缘膜30上形成例如PXX衍生物的上述有机半导体材料形成的有机半导体材料膜40A。
然后,同样地,如图2A所示,例如通过旋涂法等涂覆方法在有机半导体材料膜40A上形成例如由厚约50nm的PEDOT-PSS形成的上表面层材料膜50A。
与第一实施方式一样,同样地,在形成上表面层材料膜50A后,通过图2A所示的步骤,在上表面层材料膜50A上涂覆光致抗蚀剂,从而形成光致抗蚀剂膜71。
与第一实施方式一样,在形成光致抗蚀剂膜71后,通过图2B所示的步骤,例如通过光刻法使光致抗蚀剂膜71成形为100μm见方的矩形半导体元件隔离图案。在这方面,半导体元件隔离图案的形状和大小并不限于上述实例的形状和大小。
与第一实施方式一样,在成形光致抗蚀剂膜71后,通过图2C所示的步骤,通过使用形成的光致抗蚀剂膜71作为掩膜对上表面层材料膜50A进行湿蚀刻,从而形成上表面层50。至于蚀刻溶剂,可采用水。
与第一实施方式一样,在形成上表面层50后,通过图3A所示的步骤,通过使用光致抗蚀剂膜71作为掩膜蚀刻有机半导体材料膜40A,从而形成有机半导体层40。这时所采用的蚀刻法与第一实施方式的相同。
与第一实施方式一样,在形成有机半导体层40后,通过图3B所示的步骤,进行修边,去除上表面层50的外边缘部,保留光致抗蚀剂膜71。至于修边方法,如图2C所示,按照蚀刻上表面层材料膜50A相同的方式,将水用作蚀刻溶液进行湿蚀刻。从而,从上表面层50的侧面开始横向蚀刻,上表面层50的轮廓51凹入在有机半导体层40的轮廓41内侧。
与第一实施方式一样,在上表面层50修边完成后,通过图3C所示的步骤,剥离光致抗蚀剂膜71。
与第二实施方式一样,在剥离光致抗蚀剂膜71后,通过图8A所示的步骤,例如通过溅镀法或CVD法在基板11的整个表面上形成由与上表面层50的材料不同的材料形成的源-漏电极材料膜60A。具体的,至于源-漏电极材料膜60A,例如按顺序堆叠20nm厚的钛(Ti)层61A、200nm厚的铝(Al)层62A和20nm厚的钛(Ti)层63A。
光致抗蚀剂膜(附图中未示出)形成在源-漏电极材料膜60A上并例如通过光刻法成形为预定的形状。然后,通过使用形成的光致抗蚀剂膜(附图中未示出)作为掩膜蚀刻源-漏电极材料膜60A和上表面层50。
与第二实施方式一样,至于这时所采用的蚀刻法,开始,通过CH4(相对于Ti)和Cl2(相对于Al)干蚀刻对源-漏电极材料膜60A的钛(Ti)层61A、铝(Al)层62A和钛(Ti)层63A起作用。然后,对由PEDOT-PPS形成的上表面层50湿蚀刻。至于这时所采用的蚀刻溶液,采用水。
从而,如图8B所示,源电极60S和漏电极60D彼此分散设置在设置有上表面层50的有机半导体层40的上表面和侧面上以及栅绝缘膜30的上表面上。
在形成源电极60S和漏电极60D后,光致抗蚀剂膜(附图中未示出)的整个表面暴露于紫外线照射,然后浸入显影液中。从而,剥离光致抗蚀剂膜(附图中未示出)。这样,完成图7A和图7B所示的有机TFT 100。
这里,与第一实施方式一样,上表面层50的轮廓51在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,抑制了上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部。因此,抑制了由于在檐部切割有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
如上所述,与第一实施方式一样,在本实施方式中,上表面层50的轮廓51被指定为在有机半导体层40的轮廓41内侧,从而,可抑制上表面层50的端部延伸到有机半导体层40外造成形状缺陷,例如,檐部52。从而,抑制了由于在檐部52切割设置在有机半导体层40上的源电极60S和漏电极60D出现缺口。
上表面层50被指定为由导电聚合物形成。从而,在半导体和电极彼此接触的界面不会发生电极表面的氧化,所以,接触特性稳定。此外,与采用真空膜形成法的情况相比,该过程稍微简单化。
在上述第四实施方式中,对与第二实施方式相同源电极60S和漏电极60D具有顺序堆叠的钛(Ti)层61、铝(Al)层62和钛(Ti)层63的构造的情况进行说明。不过,与第一实施方式一样,源电极60S和漏电极60D可由金(Au)形成。可选地,电极60S和漏电极60D可由除了金(Au)之外的其他金属材料形成,例如:铜、银、镍、钛等。
显示设备
图9A和图9B示意性示出设置有上述有机TFT 100的显示设备的粗略构造。沿着箭头所示的方向看,图9B示出二维构造(上表面构造),图9A示出沿着图9B所示线IXA-IXA的部分的构造。在该显示设备1中,按顺序堆叠有基板111、TFT层112、显示层113和透明基板114。具体的,TFT层112、显示层113和透明基板114堆叠在基板111的显示区域110A上,透明基板114并未堆叠在基板111的边框区域(非显示区域)110B上。
基板111例如由例如玻璃、石英、硅或砷化镓等的无机材料,例如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)或聚芳酯(液晶聚合物)等的塑料材料或其他材料形成。该基板111可以是例如晶圆的刚性基板或例如薄层玻璃或膜等的挠性基板。
TFT层112为包含多个包括薄膜(例如金属膜、绝缘膜等的导电膜)的器件的层。设备的实例除了用作选择像素的开关元件的TFT之外还包括电容器元件(存储电容器元件等)、配线(扫描线、信号线等)和电极(像素电极等)。即,包含在TFT层112内的器件至少为TFT、电容器元件、配线和电极中的至少一种。这里,包含在TFT层112内的TFT由上述实施方式的有机TFT 100形成。
显示层113例如在像素电极和公共电极之间具有电泳粒子。即,显示设备1为利用电泳现象显示图像(例如:字符信息)的电泳显示器(也称为电子纸显示器)。像素电极以像素为基础设置在TFT层112内,公共电极设置在透明电极114的整个一个表面上。
例如通过与基板111相同的材料形成透明电极114。在这方面,可以在透明电极114上进一步设置防潮膜以防止湿气进入显示层113和光功能膜以防止外部光在显示器表面内反射。
为了防止TFT层112和显示层113因湿气和有机气体而退化,阻挡层可设置在基板111和TFT层112之间。该阻挡层例如由AlOxN1-x(其中,x=0.01至0.2)或者氮化硅(Si3N4)形成。
例如,可如下所述生产该显示设备1。首先,通过使用光刻法在基板111上(具体地,在基板111的显示域110A上)形成包含上述各种器件的TFT层112。
然后,例如同样通过使用光刻法在TFT层112上形成显示层113。之后,将透明电极114粘合在显示层113上。这样,完成如图9A和图9B所示的显示设备1。
应用实例
下面将结合图10A和图15G对显示设备1的应用实例进行描述。显示设备1可应用到电视装置、数字相机、笔记本大小的个人计算机、便携式终端设备(例如:便携式电话、摄像机)等任何领域的电子装置中。换句话说,该显示设备1可应用于任何领域的电子装置中,其中,从外部输入的图像信号或由内部产生的图像信号显示为图像或图片。
应用实例1
图10A和10B均示出了采用了显示设备1的电子书的外观。该电子书例如具有显示部210和非显示部220,该显示部210由显示设备1形成。
应用实例2
图11示出采用了显示设备1的电视装置的外观。该电视装置例如具有包含前面板310和滤光玻璃320的图像显示屏部300,该图像显示屏部300由显示设备1形成。
应用实例3
图12A和图12B示出采用了显示设备1的数字相机的外观。该数字相机例如具有闪光灯发射部410、显示部420、菜单切换器430和快门按钮440,该显示部420由显示设备1形成。
应用实例4
图13示出采用了显示设备1的笔记本大小的个人计算机的外观。该笔记本大小的个人计算机例如具有主机510、用于输入字母等的键盘520、以及显示图像的显示部530,该显示部530由显示设备1形成。
应用实例5
图14示出采用了显示设备1的摄像机的外观。该摄像机例如具有主机610、对对象摄像的镜头620、摄像开始/停止开关630和显示部640。镜头620设置在该主体610的朝前侧面上。该显示部640由显示设备1形成。
应用实例6
图15A至图15G示出采用了显示设备1的便携式电话的外观。该便携式电话例如利用接合部(铰接部)730连接上侧盖710和下侧盖720而形成,并具有显示器740、次显示器750、图片灯760和相机770。其中,显示器740或次显示器750由显示设备1形成。
到目前为止,已经结合实施方式对本发明进行了说明。但是,本发明并不限于上述实施方式并可进行各种修改。例如,并没有限定上述实施方式中说明的各层的材料和厚度、膜形成方法、膜形成条件等,也可采用其他材料或厚度,或其他膜形成方法以及膜形成条件。
虽然除了有机TFT以外,本发明还可通过使用例如二极管的有机半导体应用于其他半导体元件,但是在上述实施方式中,以有机TFT作为实例进行了说明。图16A和图16B示出根据本发明实施方式的有机半导体二极管的实例。除了去除了栅电极20之外,该有机半导体二极管100A的构造与图1A和图1B所示的有机TFT 100的相同,并包括依次设置在基板11上的绝缘膜30、有机半导体层40、上表面层50、阳极80A和阴极80C。这种有机半导体二极管100A可与有机TFT 100在同一基板内并根据电路便于以有机TFT 100相同的生产过程形成。虽然在附图中未示出,但是可采用阳极和阴极堆叠的垂直构造。
本发明可采用下列构造。
(1)一种半导体元件,包括有机半导体层,以及设置在该有机半导体层的上表面上的层,其中,该层的轮廓在该有机半导体层的轮廓内侧。
(2)根据(1)所述的半导体元件,其中,该层由导电材料形成。
(3)根据(2)所述的半导体元件,其中,该层由金属形成。
(4)根据(3)所述的半导体元件,其中,在设置有该层的该有机半导体层的上表面和侧面上设置有配线层,该层为该有机半导体层与该配线层的接触层。
(5)根据(4)所述的半导体元件,其中,该配线层由与该层相同的材料形成。
(6)根据(4)所述的半导体元件,其中,该配线层由与该层不同的材料形成。
(7)根据(2)所述的半导体元件,其中,该层由金属氧化物形成。
(8)根据(2)所述的半导体元件,其中,该层由导电聚合物形成。
(9)一种电子装置,包括半导体元件其中,该半导体元件包括有机半导体层以及设置在该有机半导体层的上表面上的层,该层的轮廓在该有机半导体层的轮廓内侧。
(10)根据(9)所述的电子装置,其中,该层由导电材料形成。
本发明包含关于在2011年5月19日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2011-112316所公开的主题内容,其全部内容结合于此作为参考。
本领域的技术人员应当理解,根据设计需要和其他因素,可以有各种改变、组合、子组合和变形,只要它们在所附权利要求及其等同替换的范围。
Claims (10)
1.一种半导体元件,包括:
有机半导体层;以及
设置在所述有机半导体层的上表面上的层,
其中,所述层的轮廓在所述有机半导体层的轮廓内侧。
2.根据权利要求1的半导体元件,
其中,所述层由导电材料形成。
3.根据权利要求2的半导体元件,
其中,所述层由金属形成。
4.根据权利要求3的半导体元件,
其中,在设置有所述层的所述有机半导体层的所述上表面和侧面上设置有配线层,
所述层为所述有机半导体层与所述配线层的接触层。
5.根据权利要求4的半导体元件,
其中,所述配线层由与所述层相同的材料形成。
6.根据权利要求4的半导体元件,
其中,所述配线层由与所述层不同的材料形成。
7.根据权利要求2的半导体元件,
其中,所述层由金属氧化物形成。
8.根据权利要求2的半导体元件,
其中,所述层由导电聚合物形成。
9.一种电子装置,包括:半导体元件,
其中,所述半导体元件包括:
有机半导体层,以及
设置在所述有机半导体层的上表面上的层,
所述层的轮廓在所述有机半导体层的轮廓内侧。
10.根据权利要求9的电子装置,
其中,所述层由导电材料形成。
Applications Claiming Priority (2)
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JP2011112316A JP5830930B2 (ja) | 2011-05-19 | 2011-05-19 | 半導体素子および電子機器 |
JP2011-112316 | 2011-05-19 |
Publications (2)
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