JP2005123438A - 薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法、および薄膜トランジスタアレイ、および表示装置、およびセンサー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセス耐性の弱い有機薄膜トランジスタをダメージなく形成すること。
【解決手段】基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、低抵抗が要求される信号線をまず金属薄膜とフォトリソグラフィとエッチングにより形成し、次の有機半導体形成工程の後は、有機導電性材料と印刷工法等を用いて有機半導体層にダメージを与えることなく、トランジスタを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどの画素駆動用トランジスタや光学センサーなどに用いられる薄膜トランジスタに関するものである。

従来の薄膜トランジスタとしては、半導体層にアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタがあった（例えば、特許文献１参照）。図９は、前記特許文献１に記載された従来の薄膜トランジスタを示すものである。

図９において、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図を示しており、９０１は基板、９０２は走査線兼ゲート電極、９０３はゲート絶縁膜、９０４はアモルファスシリコン半導体層、９０５は信号線兼ソース電極、９０６はドレイン電極である。

この製造方法を説明する。まず、基板９０１上に走査線兼ゲート電極９０２となる金属薄膜を成膜、フォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工する。この後、ゲート絶縁膜９０３を成膜し、次にアモルファスシリコン半導体層９０４を成膜する。また、このアモルファスシリコン半導体層９０４をフォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工する。次に、信号線兼ソース電極９０５およびドレイン電極９０６となる金属薄膜を成膜、フォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工する。
特開昭６１−１２１０３４号公報（第４−５頁、図２、図７）

しかしながら、前記従来の構成では、上位に形成する材料の加工時に下地の材料が影響を受けずにいなければならない。例えば、アモルファスシリコン半導体層９０４は、次に行われる信号線兼ソース電極９０５およびドレイン電極９０６となる金属薄膜形成時の成膜ダメージに強く、また、フォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工する時のエッチング液に対して耐性を有していなければならない。

アモルファスシリコン半導体材料の場合は、比較的いろいろなプロセスに強い材料であったため問題はなかったが、最近、アモルファスシリコンの代わりとなる材料で注目を集めている有機半導体材料の場合は、対溶媒性に非常に弱い材料であってエッチングプロセスにも弱いという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、プロセス耐性の弱い有機半導体を用いた薄膜トランジスタにおいて、プロセスダメージによる性能劣化のほとんどない薄膜トランジスタを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の薄膜トランジスタは、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記ソース電極と前記信号線は、電気的には接続されているが異なる材料で形成されていることを特徴とする。

本構成によって、プロセス耐性の弱い有機半導体を用いた薄膜トランジスタにおいてプロセスダメージによる性能劣化のほとんどない薄膜トランジスタを提供することができる。

本発明の薄膜トランジスタによれば、例えば信号線には電気抵抗の少ない金属薄膜を用いて形成し、ソース電極とその近傍だけは例えば印刷工法を用いた有機導電性材料で形成すれば、有機半導体層にダメージを与えることなく薄膜トランジスタを形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図１において、１０１は基板、１０２は信号線、１０３は走査線兼ゲート電極、１０４はゲート絶縁膜、１０５は有機半導体層、１０６は有機ソース電極、１０７はドレイン電極である。

この製造方法を説明する。まず、基板１０１上に走査線兼ゲート電極１０３となる金属薄膜を成膜、フォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工し、走査線兼ゲート電極１０３を形成する。この後、ゲート絶縁膜１０４を成膜し、次に信号線１０２となる金属薄膜を成膜、フォトリソグラフィにより所定の形状にエッチング加工し、信号線１０２を形成する。ここまでは、半導体層と関係がないので従来通りの成膜、フォトリソグラフィ、エッチング加工で形成する。

次に、有機半導体層１０５を成膜する。有機半導体層１０５がペンタセンなどの比較的低分子材料の場合は、蒸着法で成膜する。こうして得た有機半導体層１０５は、大変水などの溶媒に弱いため、有機半導体成膜後のエッチングプロセスは行えない。このため、通常通り、マスク蒸着などで必要な部分にのみ成膜する。また、この有機半導体材料は、蒸着の時に堆積する場所の下地層の影響を受け易い。このため、できれば図１のように、同じ材料（図１の場合は、ゲート絶縁膜１０４の上だけ）の上にだけ堆積する方が性能がよくなりやすい。

次に、例えば印刷工法による有機導電性材料を用いて、有機ソース電極１０６とドレイン電極１０７を必要な部分にだけ形成する。

かかる構成と製造方法によれば、配線電極として電気的に低抵抗を必要とする信号線１０２と走査線１０３は、金属配線で作成することができ、また、有機半導体層１０５作成後は、有機半導体層１０５にダメージをあたえるプロセスなしに薄膜トランシスタを形成することができるので、トランジスタ性能の高い有機薄膜トランジスタを作成することができる。また、有機ソース電極１０６に用いる導電性材料は、例えば有機導電性材料のように、金属材料と比べれば抵抗の高い材料であるが、トランジスタの近傍でのみ使用するために配線距離が短いので性能には影響がない。

有機薄膜トランジスタは、低温で作成できるため、例えばプラスチック基板やフィルム上にもトランジスタを形成することができる。さらに、プラスチック基板やフィルムに作成できれば、従来、ガラス基板上に形成していたために曲げることができなかった表示装置が、これにより曲げることが可能となる。

なお、本実施の形態１において、有機半導体層１０５の成膜に蒸着法を用いた場合の例を示したがこれに限定するものでなく、例えば高分子系の有機半導体材料の場合でも、印刷工法等で形成可能なものもあり、これを用いても構わない。

また、信号線１０２につながるトランジスタの電極を有機ソース電極１０６としているが、これに限定するものではなく、有機ソース電極１０６とドレイン電極１０７を入れ替えてもよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図２において、２０１は基板、２０２は走査線、２０３は第１の絶縁層、２０４は信号線、２０５は第２の絶縁層、２０６は有機ゲート電極、２０７はゲート絶縁膜、２０８は有機半導体層、２０９は有機ソース電極、２１０はドレイン電極、２１１はコンタクトホールである。

図２は、走査線２０２と有機ゲート電極２０６、信号線２０４と有機ソース電極２０９がいずれも別々に形成され、有機半導体層２０８を形成した後、実施の形態１と同様、有機導電性材料などで有機ゲート電極２０６および有機ソース電極２０９を形成する。ゲート絶縁膜２０７は、有機半導体層２０８の形成後に形成されるが、例えば印刷工法で形成した有機絶縁材料や感光性を有する有機絶縁材料を用いることで、有機半導体層２０８へのプロセスダメージなく形成することができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図３において、３０１は基板、３０２は走査線、３０３は第１の絶縁層、３０４は有機ゲート電極、３０５はゲート絶縁膜、３０６は有機半導体層、３０７は信号線兼ソース電極、３０８はドレイン電極、３０９はコンタクトホールである。

本実施の形態３は、走査線３０２と有機ゲート電極３０４が別々に形成されており、有機半導体層３０６を形成した後に、実施の形態１と同様、有機導電性材料などで有機ゲート電極３０４を形成する。ゲート絶縁膜３０５は、有機半導体層３０６の形成後に形成されるが、例えば印刷工法で形成した有機絶縁材料や感光性を有する有機絶縁材料を用いることで、有機半導体層３０６へのプロセスダメージなく形成することができる。本実施の形態３では、有機半導体層３０６の下地層である第１の絶縁層３０３が、電極材料と絶縁材料の２種類にまたがって形成される。前述の通り、有機半導体層３０６の性能は下地層の影響を受けるため、できれば同一材料層の上に形成したいが、下地層に例えばシリカ処理等の表面処理を施すことにより、異なる材料であってもその影響を小さくすることもできるため、本実施の形態３のような構造も可能である。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図４において、４０１は基板、４０２は走査線、４０３は信号線、４０４はゲート電極、４０５はゲート絶縁膜、４０６は有機半導体層、４０７はソース電極、４０８はドレイン電極、４０９は絶縁層、４１０は有機接続配線層、４１１はコンタクトホール、４１２は配線である。

実施の形態３では、信号線とソース電極が一体で形成されているが、本実施の形態４では図４のように、有機接続配線層４１０を介して接続させてもよい。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図５において、５０１は基板、５０２は走査線、５０３は信号線、５０４はゲート電極、５０５はゲート絶縁膜、５０６は有機半導体層、５０７はソース電極、５０８はドレイン電極、５０９は絶縁層、５１０は有機接続配線層、５１１はコンタクトホール、５１２は配線である。

本実施の形態５では、信号線５０３とソース電極５０７あるいは、走査線５０２とゲート電極５０４を接続するのに、例えば配線５１２のような障害物があって接続できない場合、有機接続配線層５１０を用いることで電気的接続が可能になる。なお、本実施の形態５では、信号線５０３とソース電極５０７、および走査線５０２とゲート電極５０４の両方が有機接続配線層５１０を介して接続しているが、これに限定するものでなく片方でもよい。

（実施の形態６）
図６は、本発明の実施の形態６における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図６において、６０１は基板、６０２は信号線、６０３は走査線兼ゲート電極、６０４はゲート絶縁膜、６０５は有機半導体層、６０６は有機ソース電極、６０７はドレイン電極、６０８は有機接続配線層、６０９はコンタクトホールである。

本実施の形態６では、走査線６０３が信号線６０２との交差部分でとぎれており、有機接続配線層６０８を用いてそのとぎれ部を電気的に接続させる。

（実施の形態７）
図７は、本発明の実施の形態７における薄膜トランジスタを示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図７において、７０１は基板、７０２は信号線、７０３は走査線兼ゲート電極、７０４はゲート絶縁膜、７０５は有機半導体層、７０６は有機ソース電極、７０７はドレイン電極、７０８は有機接続配線層、７０９はコンタクトホールである。

本実施の形態７では、信号線７０２が走査線７０３との交差部分でとぎれており、有機接続配線層７０８を用いてそのとぎれ部を電気的に接続させる。

（実施の形態８）
図８は、本発明の実施の形態８における液晶表示装置を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ｂ断面図である。図８において、８０１は基板、８０２は信号線、８０３は走査線兼ゲート電極、８０４はゲート絶縁膜、８０５は有機半導体層、８０６は有機ソース電極、８０７はドレイン電極、８０８は画素電極、８０９は液晶層、８１０は対向電極、８１１は対向基板である。

本実施の形態８は、実施の形態１で説明した薄膜トランジスタを液晶表示装置に用いた場合である。薄膜トランジスタは、表示装置の各画素電極８０８毎に形成される。また、ドットマトリクスタイプの表示装置の場合、平面に薄膜トランジスタがマトリクス状に配置される。

なお、本実施の形態８は液晶表示装置の場合の例を図示したがこれに限るものではなく、有機ＥＬ表示装置など液晶以外の表示装置と本発明による構造の薄膜トランジスタとを組み合わせてもよい。また、表示装置だけでなく、例えば受光センサーと本発明による構造の薄膜トランジスタとを組み合わせてもよい。

また、実施の形態１〜８において、信号線につながるトランジスタの電極をソース電極としているが、これに限定するものではなく、ソース電極とドレイン電極を入れ替えてもよい。

また、実施の形態１〜８において、基板はプラスチック基板やフィルムでもよい。透明なプラスチック基板やフィルムの場合、プロセス温度の上限が比較的低温に限られるため、有機半導体を用いた有機薄膜トランジスタが有用であるが、透明基板に限るものではない。

本発明にかかる薄膜トランジスタは、低温での作成が可能で、プラスチックフィルム等をベースにした薄膜トランジスタで画素を駆動する表示装置等として有用である。また、柔軟性のある基板をベースに用いているので、ロールスクリーンや折り畳み型等の表示装置用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態２における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態３における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態４における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態５における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態６における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態７における薄膜トランジスタの平面図および断面図 本発明の実施の形態８における液晶表示装置の平面図および断面図 従来の薄膜トランジスタの平面図および断面図

符号の説明

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１ 基板
１０２，２０４，４０３，５０３，６０２，７０２，８０２ 信号線
１０３，６０３，７０３，８０３，９０２ 走査線兼ゲート電極
１０４，２０７，３０５，４０５，５０５，６０４，７０４，８０４，９０３ ゲート絶縁膜
１０５，２０８，３０６，４０６，５０６，６０５，７０５，８０５ 有機半導体層
１０６，２０９，６０６，７０６，８０６ 有機ソース電極
１０７，２１０，３０８，４０８，５０８，６０７，７０７，８０７，９０６ ドレイン電極
２０２，３０２，４０２，５０２ 走査線
２０３，３０３ 第１の絶縁層
２０５ 第２の絶縁層
２０６，３０４ 有機ゲート電極
２１１，３０９，４１１，５１１，６０９，７０９ コンタクトホール
３０７，９０５ 信号線兼ソース電極
４０４，５０４ ゲート電極
４０７，５０７ ソース電極
４０９，５０９ 絶縁層
４１０，５１０，６０８，７０８ 有機接続配線層
４１２，５１２ 配線
８０８ 画素電極
８０９ 液晶層
８１０ 対向電極
８１１ 対向基板
９０４ アモルファスシリコン半導体層

Claims (16)

1. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記ソース電極と前記信号線は、電気的には接続されているが異なる材料で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記ゲート電極と前記走査線は、電気的には接続されているが異なる材料で形成され、前記ソース電極と前記信号線は、電気的には接続されているが異なる材料で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記ゲート電極と前記走査線は、電気的には接続されているが異なる材料で形成されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 少なくともゲート電極またはソース電極の一方が有機導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
5. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線と接続配線層が形成されており、前記ゲート電極と前記走査線とが前記接続配線層を介して電気的には接続されている、あるいは、前記ソース電極と前記信号線とが、前記接続配線層を介して電気的には接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
6. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線と接続配線層が形成されており、前記走査線および前記信号線は、概ね絶縁層で覆われており、コンタクトホールと前記接続配線層を介して前記ゲート電極および前記ソース電極と電気的には接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
7. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記走査線の一部が接続配線層を介して電気的に接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
8. 少なくとも、基板上に、ゲート電極とゲート絶縁膜と半導体層とソース電極とドレイン電極と、走査線と信号線とが形成されており、前記信号線の一部が接続配線層を介して電気的に接続されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
9. 接続配線層が有機導電性材料で構成されていることを特徴とする、
   請求項５〜８のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
10. 基板上に、まず走査線および信号線を形成し、この後、半導体層あるいはソース電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の薄膜トランジスタを少なくとも１つ以上用いてなる薄膜トランジスタアレイ。
12. 薄膜トランジスタが、マトリクス状に配してなることを特徴とする請求項１１記載の薄膜トランジスタアレイ。
13. 半導体層が、有機材料であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
14. 基板が、プラスチック基板あるいはフィルムであることを特徴とする 請求項１〜１３のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の薄膜トランジスタを備えた表示装置。
16. 請求項１〜１４のいずれかに記載の薄膜トランジスタを備えたセンサー装置。

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