JP2006005352A - 有機半導体を利用した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】 量産性が高くてトランジスタ特性も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】まず、絶縁基板上にゲート線を形成し、ゲート線を覆うゲート絶縁層を形成する。次に、ゲート絶縁層上にソース電極を有するデータ線及びドレイン電極を形成し、有機半導体層と絶縁層を順次に積層する。また、絶縁層のゲート電極上部に陽性の感光膜パターンを形成した後、感光膜パターンをエッチングマスクとして有機半導体層と絶縁層をエッチングしてゲート電極の上部に有機半導体と絶縁体を形成する。その後、有機半導体、絶縁体、データ線及びドレイン電極上にドレイン電極を露出する接触孔を有する保護膜を形成し、接触孔を通じてドレイン電極と連結される画素電極を形成する。
【選択図】図7

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し、より詳しくは、薄膜トランジスタのチャンネルが形成される半導体層理由基物質からな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するものである。
次世代ディスプレーの駆動素子として有機半導体を利用した電界効果トランジスタに関する研究が活発に行われている。一般に有機半導体は大きく材料的な側面でオリゴチオフェン、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、ポリチエニレンヴィニレンなどの高分子材料に分けられる。低分子有機半導体は電荷移動度が0.05乃至1.5で優れており、点滅比などの特性も優れている。しかし、シャドーマスクを利用して真空蒸着によって有機半導体を積層及びパターニングしなければならないために工程が複雑であって、生産性が落ちて量産の側面で問題点が多い。これに反し、高分子有機半導体は電荷移動度が0.001乃至0.1で多少低いが、溶媒に溶かして基板上にコーティングまたはプリンティングが可能であるので大面積表示板に有利で量産性が高いという長所がある。このような有機半導体を利用した薄膜トランジスタは軽くて薄いために大面積及び量産が可能な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。米国出願番号“6,696,370”には有機半導体を利用した薄膜トランジスタの製造方法が具体的に記載されており、ここでは、有機半導体層の上部に陰性のPVA(polyvinyl alcohol)を形成して有機半導体の特性を低下させずに写真エッチング工程を実施して有機半導体層をパターニングする技術が記載されている。
本発明が解決しようとする課題は、量産性が高くてトランジスタ特性も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にある。
本願第1発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成されていて、ゲート電極を有するゲート線と、前記ゲート線を覆うゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上部に形成されていて、前記ゲート線と交差するデータ線及び前記ゲート電極を中心に前記データ線と対向するドレイン電極と、前記ゲート絶縁層の上部に形成されて前記ゲート電極と重なり、前記データ線の一部であるソース電極と前記ドレイン電極の上部に形成されている有機半導体と、前記有機半導体上部に形成されていて、前記有機半導体と同一な模様を有する絶縁体と、前記データ線、前記ドレイン電極、前記有機半導体及び前記絶縁体上に形成されていて、前記ドレイン電極を露出する接触孔を有する保護膜と、前記接触孔を通じて前記ドレイン電極と連結されている画素電極とを含む有機半導体薄膜トランジスタ表示板を提供する。
これにより、有機半導体と保護膜との間に位置する有機半導体と同一パターンの絶縁膜は、保護膜が有機半導体と接触するのを防止する。よって、特性の低下を防止することができる。また、半導体層として有機半導体を用いているため、コーティングやプリンティングなどの容易な製造工程により半導体層を形成することが可能であり、量産性を高めることができる。
本願第2発明は、第1発明において、前記ゲート絶縁層はOTS表面処理された酸化シリコン、窒化シリコン、マレイミドスチレン、ポリビニルフェノール及び変性シアノプルランのうちの少なくとも一つを含んで成る有機半導体薄膜トランジスタ表示板を提供する。
本願第3発明は、第1発明において、前記有機半導体はテトラセンまたはペンタセンの置換基を含む誘導体と;チオフェン環の2,5位置を通じて4乃至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ン酸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ン酸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;ペリレンまたはコロエンとその置換基を含む誘導体;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;チオフェン;ペリレンまたはコロエンとそれらの置換基を含む誘導体;または前記物質の芳香族または芳香族複素環に炭素数1乃至30個の炭化水素鎖を一つ以上含む誘導体;の中で選択されたいずれか一つである、請求項1に記載の有機半導体薄膜トランジスタ表示板を提供する。
本願第4発明は、絶縁基板上にゲート線を形成する段階と、前記ゲート線を覆うゲート絶縁層を形成する段階と、前記ゲート絶縁層上にソース電極を有するデータ線及びドレイン電極を形成する段階と、前記有機半導体層と絶縁層を順次に積層する段階と、前記絶縁層の前記ゲート電極上部に陽性の感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンをマスクとして前記有機半導体層と前記絶縁層をエッチングして、前記ゲート電極の上部に有機半導体と絶縁体を形成する段階と、前記有機半導体、前記絶縁体、前記データ線及び前記ドレイン電極上に前記ドレイン電極を露出する接触孔を有する保護膜を形成する段階と、前記接触孔を通じて前記ドレイン電極と連結される画素電極を形成する段階とを含む有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法を提供する。
本願第5発明は、第4発明において、前記絶縁体はPVAで形成する有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法を提供する。
本発明の実施例では有機半導体を陽性の感光膜を利用してパターニングすることによって薄膜トランジスタの特性を確保しながら製造工程に容易に適用して量産性を確保することができる。
添付した図面を参照して本発明の実施例につい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できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様で相異なる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。
図面で多様な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た。明細書全体にわたって類似な部分については同一図面符号を付けた。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“直上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の“直上”にあるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。
次に、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ついて図面を参照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つの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は本発明の一つの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は本発明の一つの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あって、図1のII-II´線に沿って切断して示した断面図である。
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は主に横方向に伸びており、各ゲート線121の一部は複数のゲート電極124を構成する。この時、ゲート線121の一端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すことができるように低い比抵抗の金属、例えば、金、銀、アルミニウムやアルミニウム合金などアルミニウム系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もできるが、一つの導電膜は低抵抗の導電物質からなり、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、電気的接触特性に優れた物質、例えばモリブデン、モリブデン合金(例:モリブデン-タングステン合金)、クロムなどの導電物質からなるのが好ましい。
ゲート線121の側面は各々傾斜しており、その傾斜角は基板110の表面に対して約30〜80゜である。
ゲート線121上には有機膜または窒化シリコンなどの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(オクタデシルトリクロロシラン:octadecyl-trichloro-silane)で表面処理されたSiO2膜からなることができる。
ゲート絶縁膜140上には各々複数のデータ線171と複数のドレイン電極175が形成されている。
データ線171は主に縦方向に伸びてゲート線121と交差してデータ電圧を伝達する。各データ線171からドレイン電極175に向かって伸びた複数の分枝がソース電極173を構成する。一対のソース電極173とドレイン電極175は互いに分離されていて、ゲート電極124に対して互いに反対側に位置する。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。
次に、データ線171及びドレイン電極175が形成されているゲート絶縁層140上部には有機半導体154が形成されている。この時、有機半導体154は島形からなっており、ソース電極173とドレイン電極175との間のゲート電極124を完全に覆っている。
有機半導体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よく溶解されるのでプリンティング工程に適している。そして、低分子有機半導体の中でも有機溶媒によく溶解される物質があるので、そのものを利用する。
有機半導体154はテトラセンまたはペンタセンの置換基を含む誘導体であるか、チオフェン環の2,5位置を通じて4乃至8個が連結されたオリゴチオフェンであり得る。
また、有機半導体154はペリレンテトラカルボン酸ジアンヒドリド(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ン酸ジアンヒドリド(NTCDA)またはそのイミド誘導体であっても良い。
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、ペリレンまたはコロエンとその置換基を含む誘導体であり得る。ここで、金属化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り得る。また、有機半導体層150はチオフェンであっても良い。
また、有機半導体154はペリレンまたはコロエンとそれらの置換基を含む誘導体であっても良い。
また、有機半導体154はこのような誘導体の芳香族またはヘテロ芳香族環に炭素数1乃至30個の炭化水素鎖を一つ以上含む誘導体であり得る。
以上のような物質を用いることで半導体層トランジスタの特定の低下を防止することができる。有機半導体は有機物質であり、配置が一定してこそ特性を維持することができるが、ほとんどの有機溶媒により崩れて、移動度(mobility)と薄膜トランジスタ(TFT)の特性が出なくて、トランジスタとしての役割を行うことができない傾向にある。しかし、以上のような物質は、有機半導体の特性に影響を与えないため、特性の低下などの原因を除去することができる。
ゲート電極124、ソース電極173及びドレイン電極175は有機半導体154と共に薄膜トランジスタ(TFT)を構成し、薄膜トランジスタのチャンネルはソース電極173とドレイン電極175との間の有機半導体154に形成される。
有機半導体154上部にはこれと同一な模様を有する絶縁体164が形成されている。このような絶縁体164は後に形成される保護膜180が有機半導体154と接触することを遮断して有機半導体154の特性が低下することを防止する。絶縁体164はPVAなどからなるのが好ましい。
ゲート絶縁膜140と有機半導体154及び絶縁体164上には平坦化特性が優れていて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、または窒化シリコンまたは酸化シリコンなどからなる保護膜180が形成されている。
保護膜180にはドレイン電極175及びデータ線171の端部179を各々露出する複数の接触孔185、182と、ゲート絶縁膜140と共にゲート線121の端部129を露出する接触孔181が形成されている。このように、保護膜180がゲート線121及びデータ線171の端部129、179を露出する接触孔181、182を有する実施例は外部の駆動回路を異方性導電膜を利用してゲート線121及びデータ線171に連結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。本実施例とは異なってゲート線121またはデータ線171は端部に接触部を有しないこともあるが、このような構造では基板110の上部に直接ゲート駆動回路が薄膜トランジスタと同一層に形成されており、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連結される。
接触孔185、181、182はドレイン電極175、ゲート線の端部129及びデータ線の端部179を露出するが、接触孔185、181、182では後に形成されるITOまたはIZOの導電膜と接触特性を確保するためにアルミニウム系などのように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く、接触孔185、181、182ではドレイン電極175、ゲート線121及びデータ線171の端部179の境界線が露出されることがある。
保護膜180上にはIZOまたはITOなどのように透明な導電物質または反射度を有する導電物質からなる複数の画素電極190及び複数の接触補助部材81、82が形成されている。
画素電極190は接触孔185を通じてドレイン電極175と各々物理的・電気的に連結されてドレイン電極175からデータ信号の印加を受ける。
画素電極190はまた隣接するゲート線121及びデータ線171と重なって開口率を高めているが、重ならないこともある。
接触補助部材81、82は接触孔181、182を通じてゲート線及びデータ線の端部129、179と各々連結される。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てこれらを保護する役割を果たすもので必須のものではなく、これらの適用の可否は選択的である。
前述のように構成された本発明による有機薄膜トランジスタ表示板の動作作用を説明する。
例えば、P型半導体の場合には、ゲート電極124、ソース電極173及びドレイン電極175に電圧が印加されなければ有機半導体層154内の電荷は全て有機半導体層154内に均等に分散されている。ソース電極173とドレイン電極175との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に正の電圧を印加すれば、この印加された電圧による電界によって正孔は全て上に押し上げられる。したがって、ゲート絶縁層140に近い部分には電導電荷のない層が生じ、この層を空乏層と言う。この場合にソース電極173とドレイン電極175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にゲート電極124に電圧を印加しなかった時より少ない電流が流れる。反対に、ゲート電極124負の電極を印加すれば、この印加された電圧による電界によって有機半導体層154とゲート絶縁層140との間に正及び負の電荷が誘導され、したがって、ゲート絶縁層140と近い部分に電荷の量が多い層が生じる。この層を蓄積層と言う。この場合にソース電極173とドレイン電極175に電圧を印加すればさらに多くの電流が流れる。したがって、ソース電極173とドレイン電極175との間に電圧を印加した状態でゲート電極124に正の電圧と負の電圧を交互に印加することによって、ソース電極173とドレイン電極175との間に流れる電流の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。
以下では図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つの実施例によって製造する方法について図3乃至図11及び図1及び図2を参照して詳細に説明する。
図3、図5、図8、図10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段階をその工程順によって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をIV-IV´線に沿って切断した断面図であり、図6は図5の半導体薄膜トランジスタ表示板をVI-VI´線に沿って切断した断面図であり、図7は図5の半導体薄膜トランジスタ表示板をVI-VI´線に沿って切断した断面図であって、図6の次の段階を示した断面図であり、図9は図8の半導体薄膜トランジスタ表示板をIX-IX´線に沿って切断して陶時限断面図であり、図11は図10の半導体薄膜トランジスタ表示板をXI-XI´線に沿って切断した断面図である。
まず、図3及び図4に示すように、透明な絶縁基板110上にゲート電極124を含むゲート線121を形成する。この時に使用される透明な絶縁基板110としてはガラス、シリコンまたはプラスチックがある。そしてゲート線121は絶縁基板110上に金、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写真エッチング方法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。
次に、図5及び図6に示すように、絶縁基板110及びゲート線121上にゲート絶縁層140を形成する。ゲート絶縁層140は化学気相蒸着方法(CVD)で窒化シリコンまたは酸化シリコンなどの絶縁物質を500〜3,000Åの厚さで蒸着して形成し、OTSに浸して表面処理することができる。また、ゲート絶縁層140はマレイミドスチレン、ポリビニルフェノール(PVP)及び変性シアノプルラン(m-CEP)のうちの一つで形成することができる。
また、ゲート絶縁層140上に金などの低抵抗導電層を真空熱蒸着で形成した後、写真エッチング方法でパターニングしてソース電極173を含むデータ線171及びドレイン電極175を形成する。
また、図7に示すように有機半導体層150と絶縁層160を形成した後、その上部に陽性の感光膜を塗布し、マスクを利用した写真工程で露光及び現像してゲート電極124の絶縁膜160上部に感光膜パターン500を形成する。
有機半導体層150の上部に絶縁層160を形成することで、陽性の感光膜パターンを除去する際における有機半導体層150への悪影響をなくすことができる。
また、陽性の感光膜を用いることで、半導体層の上に現在の工程マスクをそのまま維持してしようすることができるので、生産性及び量産性に有利である。また、陽性の感光膜の方が材料が多様であるので好ましい。
また、図8及び図9に示すように、感光膜パターン500をエッチングマスクとして利用して有機半導体層150と絶縁層160をエッチングして有機半導体154と絶縁体164を形成する。
また 、図10及び図11に示すように、均一に形成された有機半導体154と絶縁体164及びデータ線171とドレイン電極175を覆う保護膜180を積層し、写真エッチングしてドレイン電極175、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接触孔185、181、182を形成する。
次に、図1及び図2に示すようにドレイン電極175と接触孔185を通じて連結される画素電極190と接触部材81、82などを保護膜180上に形成する。
以上の構成により、有機半導体と保護膜との間に位置する有機半導体と同一パターンの絶縁膜は、保護膜が有機半導体と接触するのを防止する。よって、特性の低下を防止することができる。また、半導体層として有機半導体を用いているため、コーティングやプリンティングなどの容易な製造工程により半導体層を形成することが可能であり、量産性を高めることができる。
本発明は添付した図面に示された一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点が分かる。したがって、本発明の真の保護範囲は添付された請求範囲によってのみ決められるべきである。
本発明の一つ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る。 図1の有機半導体薄膜トランジスタ表示板をII-II´線に沿って切断して示した断面図である。 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段階をその工程順によって示した配置図である。 図3の半導体薄膜トランジスタ表示板をIV-IV´線に沿って切断した断面図である。 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段階をその工程順によって示した配置図である。 図5の半導体薄膜トランジスタ表示板をVI-VI´線をよって切断して示した断面図である。 図5の半導体薄膜トランジスタ表示板をVI-VI´線に沿って切断した断面図であって、図6の次の段階を示した断面図である。 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段階をその工程順によって示した配置図である。 図8の半導体薄膜トランジスタ表示板をIX-IX´線に沿って切断した断面図である。 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段階をその工程順によって示した配置図である。 図10の半導体薄膜トランジスタ表示板をXI-XI´線に沿って切断した断面図である。
符号の説明
81、82接触補助部材
121 ゲート線
124 ゲート電極
140 ゲート絶縁層
154 有機半導体層
164 絶縁層
173 ソース電極
171 データ線
175 ドレイン電極
180 保護膜
181、182,185 接触孔
190 画素電極

Claims (5)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に形成されていて、ゲート電極を有するゲート線と、
    前記ゲート線を覆うゲート絶縁層と、
    前記ゲート絶縁層上部に形成されていて、前記ゲート線と交差するデータ線及び前記ゲート電極を中心に前記データ線と対向するドレイン電極と、
    前記ゲート絶縁層の上部に形成されて前記ゲート電極と重なり、前記データ線の一部であるソース電極と前記ドレイン電極の上部に形成されている有機半導体と、
    前記有機半導体上部に形成されていて、前記有機半導体と同一な模様を有する絶縁体と、
    前記データ線、前記ドレイン電極、前記有機半導体及び前記絶縁体上に形成されていて、前記ドレイン電極を露出する接触孔を有する保護膜と、
    前記接触孔を通じて前記ドレイン電極と連結されている画素電極とを含む有機半導体薄膜トランジスタ表示板。
  2. 前記ゲート絶縁層はOTS表面処理された酸化シリコン、窒化シリコン、マレイミドスチレン、ポリビニルフェノール及び変性シアノプルランのうちの少なくとも一つを含んで成る、請求項1に記載の有機半導体薄膜トランジスタ表示板。
  3. 前記有機半導体はテトラセンまたはペンタセンの置換基を含む誘導体と;チオフェン環の2,5位置を通じて4乃至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ン酸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ン酸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;ペリレンまたはコロエンとその置換基を含む誘導体;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;チオフェン;ペリレンまたはコロエンとそれらの置換基を含む誘導体;または前記物質の芳香族または芳香族複素環に炭素数1乃至30個の炭化水素鎖を一つ以上含む誘導体;の中で選択されたいずれか一つである、請求項1に記載の有機半導体薄膜トランジスタ表示板。
  4. 絶縁基板上にゲート線を形成する段階と、
    前記ゲート線を覆うゲート絶縁層を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁層上にソース電極を有するデータ線及びドレイン電極を形成する段階と、
    前記有機半導体層と絶縁層を順次に積層する段階と、
    前記絶縁層の前記ゲート電極上部に陽性の感光膜パターンを形成する段階と、
    前記感光膜パターンをマスクとして前記有機半導体層と前記絶縁層をエッチングして、前記ゲート電極の上部に有機半導体と絶縁体を形成する段階と、
    前記有機半導体、前記絶縁体、前記データ線及び前記ドレイン電極上に前記ドレイン電極を露出する接触孔を有する保護膜を形成する段階と、
    前記接触孔を通じて前記ドレイン電極と連結される画素電極を形成する段階とを含む有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
  5. 前記絶縁体はPVAで形成する、請求項4に記載の有機半導体薄膜トランジスタ表示板の製造方法。
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