JP2006073993A - 有機薄膜トランジスタの製造方法及び液晶表示素子の製造方法並びに有機薄膜トランジスタ - Google Patents

有機薄膜トランジスタの製造方法及び液晶表示素子の製造方法並びに有機薄膜トランジスタ Download PDF

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Abstract

【課題】工程を単純化した有機薄膜トランジスタの製造方法及びこれを利用した液晶表示素子の製造方法を提供する。
【解決手段】有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する段階と、前記基板上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に背面露光によって有機アクティブ層を形成する段階と、前記アクティブ層上にソース及びドレイン電極を形成する段階とを含む。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、有機薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、工程を単純化した有機薄膜トランジスタの製造方法及びこれを利用した液晶表示素子の製造方法に関する。
通常、有機半導体は、半導体の特性を示す共役性有機高分子(conjugated organic polymer)であるポリアセチレンが開発された後、合成方法の多様さ、フィルム形態への形成の容易さ、柔軟性、伝導性、低価格の生産費などの有機物の特性ゆえ、新たな電気電子材料(electric material)として機能性電子素子及び光素子などの広範囲な分野で研究が活発に行われている。
このような伝導性高分子を利用した素子のうち、有機物をアクティブ層として使用する有機薄膜トランジスタ(Organic Thin Film Transistor: ＯＴＦＴ)に関する研究が１９８０年以後から始まり、最近は全世界で多くの研究が行われている。前記ＯＴＦＴは、Ｓｉ−ＴＦＴと構造的にほぼ同一の形態を有し、半導体領域にＳｉの代りに有機物を使用するという相違点がある。このような有機薄膜トランジスタは、既存のＳｉ薄膜を形成するためのプラズマを利用した化学蒸着(ＣＶＤ)の代わりに、常圧の印刷工程によって薄膜を形成することが可能で、さらに、プラスチック基板を利用した連続工程(Roll to Roll)が可能であり、低価格のトランジスタを実現することができるという長所がある。
従って、有機薄膜トランジスタ研究の最終目的は、薄膜トランジスタの全ての層を有機膜から形成し、これによって、常圧で有機薄膜トランジスタの印刷工程及び連続工程を可能にすることにある。また、現在は、アクティブ層を有機膜とする有機薄膜トランジスタの研究が行われている状態であり、将来は、アクティブ層以外に、蒸着装備がなくても常圧で有機薄膜トランジスタを製造する研究が行われる。
図７Ａ〜図７Ｅは、従来技術による有機薄膜トランジスタの製造工程を示し、特に、液晶表示素子に適用される薄膜トランジスタの工程断面図を示す図である。
図７Ａに示すように、透明な基板１０上に第１金属物質を蒸着して第１金属膜を形成した後、これをパターニングしてゲート電極１１を形成する。ここで、前記ゲート電極１１のパターニング工程は、写真エッチング工程(photolithography)を通じて行なわれる。
写真エッチング工程は、パターンを形成しようとするエッチング対象層の上に感光膜(photoresist film)を塗布する感光膜塗布工程と、前記感光膜上にマスクを整列(align)した後、前記マスクを通じて光を照射する露光工程(exposing process)と、前記露光された感光膜を現像液に作用させてエッチング対象層上に感光パターンを形成する現像工程(developing process)と、前記感光パターンをマスクとして前記エッチング対象層をエッチングすることによって所望のパターンを形成するエッチング工程(etching process)と、前記パターン上に残留する感光パターンを除去するストリップ工程(strip process)とからなる。例えば、前記第１金属物質がエッチング対象層で、前記ゲート電極は前記第１金属物質がエッチングされて形成された所望のパターンである。
次に、前記ゲート電極１１を含む基板１０の全面にＳｉＮｘまたはＳｉＯｘなどをプラズマＣＶＤ方法で蒸着してゲート絶縁膜１３を形成する。
また、前記ゲート絶縁膜１３の上部にペンタセン(pentacene)のような低分子有機物を蒸着して、図７Ｂに示すように、ゲート電極１１と対応するゲート絶縁膜１３の上にアクティブパターン１５を形成する。前記ペンタセンは、感光膜によって電気的特性が変化するため、一般の写真エッチング工程を使用することができない。従って、前記アクティブパターン１５は、シャドウマスク(showdow mask)を使用して形成することができる。前記シャドウマスクは、パターンを形成しようとする領域がオープンされているもので、一般に露光工程で使用するマスクとは異なる概念を有する。即ち、露光工程で使用するマスクは、光を遮断させる領域と透過させる領域に区分されるが、シャドウマスクは、オープンされた領域とクローズされた領域に区分され、パターンを形成しようとする物質が前記オープンされた領域を通じてのみ蒸着されるため、前記オープンされた領域と同一の形態を有するパターンを形成することができる。しかしながら、シャドウマスクを通じて形成されたパターンは、一般のマスクを使用したパターンに比べて精密度が非常に劣化する。
次に、前述したような方法を通じて形成されたアクティブ層１５上に第２金属物質を蒸着して第２金属膜を形成した後、前記第２金属膜をパターニングすることにより、図７Ｃに示すように、アクティブ層１５上にソース及びドレイン電極１６、１７をそれぞれ形成する。ここで、前記ソース及びドレイン電極１６、１７は、前記ゲート電極１１と同様に、第２金属膜の写真エッチング工程を通じて形成される。
次に、図７Ｄに示すように、前記ソース及びドレイン電極１６、１７を含む基板の全面に有機膜または無機膜を蒸着して保護膜１８形成した後、前記保護膜１８をパターニングしてドレイン電極１７の一部を露出させるコンタクトホール１９を形成する。ここで、前記コンタクトホール１９は、写真エッチング工程によって形成される。
最後に、前記コンタクトホール１９を含む基板の全面にＩＴＯ(indium tin oxide)のような透明な伝導性物質を蒸着してからパターニングすることにより、図７Ｅに示すように、前記コンタクトホール１９を通じて前記ドレイン電極１７と電気的に接続する画素電極２０を形成する。前記画素電極２０も写真エッチング工程によって形成される。
しかしながら、前述したような工程を通じて形成された有機薄膜トランジスタは、シャドウマスクを使用してアクティブ層を形成するため、パターンの正確性が劣化するという問題点があった。
また、前記アクティブ層がマスクを使用して形成されるため、マスクの数が増加するという問題点があった。
従って、本発明は、前述したような問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、正確なパターンを形成し得る有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、マスク数を減少させて工程を単純化し得る有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、有機薄膜トランジスタのアクティブ層とソース及びドレイン電極間の接触面積を増加させることにより、有機薄膜トランジスタの電気的特性を向上し得る有機薄膜トランジスタの製造方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明による有機薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する段階と、前記基板上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上に背面露光によって有機アクティブ層を形成する段階と、前記アクティブ層上にソース及びドレイン電極を形成する段階とを含む。
また、本発明による液晶表示素子の製造方法は、第１基板上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にペンタセン膜及び無機膜を積層する段階と、前記無機膜上に感光膜を塗布する段階と、前記第１基板の背面露光を通じて前記感光膜を露光する段階と、前記感光膜を現像することで前記ゲート電極と対応する無機膜上に感光パターンを形成する段階と、前記感光パターンをマスクとして前記有機膜及び無機膜をエッチングすることでアクティブ層を形成する段階と、前記アクティブ層上にソース及びドレイン電極を形成する段階と、前記ソース及びドレイン電極を含む基板の全面に前記ドレイン電極の一部を露出させる保護膜を形成する段階と、前記保護膜上に画素電極を形成する段階と、前記第１基板と第２基板の間に液晶層を充填する段階とを含む。
また、本発明による有機薄膜トランジスタは、第１基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を含む第１基板の全面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と対応するゲート絶縁膜の上部に形成された有機アクティブ層と、前記有機アクティブ層の上部に形成された無機パターンと、前記無機パターンの上部で前記アクティブ層と電気的に接続するソース及びドレイン電極とを含む。
本発明は、有機薄膜トランジスタのアクティブ層を形成するためにシャドウマスクを使用する従来技術の問題点を解決するために提案され、前記アクティブ層を形成する有機膜の上に無機膜を形成した後、前記無機膜上に感光膜を塗布し、背面露光を通じてゲート電極の上部に感光パターンを形成する。また、前記感光パターンをマスクとして有機膜及び無機膜をエッチングすることにより、従来より正確な形態のアクティブパターンを形成するという効果がある。
また、本発明は、前記無機パターンの両側の上面をエッチングして前記アクティブ層の両側の上面を露出させることにより、前記アクティブ層とソース及びドレイン電極間の接触面積が増加するため、有機薄膜トランジスタの特性が向上するという効果がある。
また、本発明は、背面露光を通じてアクティブパターンを形成することによって、従来よりマスク数を減らすことができる。即ち、従来のようにアクティブパターンを形成するために使用された高価のシャドウマスクを使用しなくても、従来より正確なアクティブパターンを形成することができ、マスクなしにアクティブパターンを形成するため、マスク数の減少によって生産効率が増大するという効果がある。
さらに、本発明は、前記アクティブパターン、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース／ドレイン電極及び保護膜を、蒸着装備がなくても、有機物質またはペーストを使用して常圧でコーティングまたは印刷方法によって形成することができるという効果がある。
以下、図面を参照して本発明による有機薄膜トランジスタの製造方法及びこれを利用した液晶表示素子の製造方法に対して詳細に説明する。
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の第１の実施の形態による有機薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図１Ａに示すように、透明な第１基板１１０の上部に、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ合金のような第１金属物質を蒸着した後、これをパターニングしてゲート電極１１１を形成する。ここで、前記ゲート電極１１１のパターニング工程は、写真エッチング工程(photolithography)を通じて行われる。
写真エッチング工程は、パターンを形成しようとするエッチング対象層上に感光膜(photoresist film)を塗布する感光膜塗布工程と、前記感光膜上にマスクを整列(align)した後、前記マスクを通じて光を照射する露光工程(exposing process)と、前記露光された感光膜を現像液に作用させてエッチング対象層上に感光パターンを形成する現像工程(developing process)と、前記感光パターンをマスクとして前記エッチング対象層をエッチングすることによって所望のパターンを形成するエッチング工程(etching process)と、前記パターン上に残留する感光パターンを除去するストリップ工程(strip process)とを含む。例えば、前記第１金属物質がエッチング対象層で、前記ゲート電極１１１は前記第１金属物質がエッチングされて形成されたパターンである。
一方、前記ゲート電極１１１は、Ａｇペーストのような伝導性物質を使用して、写真エッチング工程のようなパターニング工程なしに基板上にゲート電極パターンを直ちに印刷することもできる。このように、Ａｇペーストを使用する場合、常圧で工程が可能であるため、写真エッチング工程による金属パターンを形成する場合に比べて工程が単純で、生産効率が向上するという利点がある。
前述したように、第１金属物質の写真エッチング工程またはＡｇペーストの印刷工程を通じて透明基板１１０上にゲート電極１１１を形成した後、前記ゲート電極１１１を含む透明基板１１０の全面にシリコン窒化膜(ＳｉＮｘ)またはシリコン酸化膜(ＳｉＯｘ)のような無機物を蒸着してゲート絶縁膜１１３を形成する。
一方、前記ゲート絶縁膜１１３は、ポリビニルピロリドン(poly-vinyl-pyrrolidone: ＰＶＰ)、ポリメタクリル酸メチル (poly-methyl-methacrylate: ＰＭＭＡ)のような有機物質を使用して形成することもできる。ここで、前記有機膜は、コーティング方法によって形成することができる。このように、有機物質を使用する場合、真空装備なしに常圧で直ちに形成することができるので、工程効率がさらに向上する。
次に、前記ゲート絶縁膜１１３上に有機膜及び無機膜を連続して蒸着した後、背面露光(back exposing)を通じてパターニングすることにより、図１Ｂに示すように、有機パターンからなるアクティブ層１１５と無機パターン１１５'を形成する。即ち、前記無機膜上に感光膜を塗布した後、前記第１基板１１０の背面を通じて光を照射して感光パターンを形成し、前記感光パターンをマスクとして無機膜及び有機膜をエッチングすることにより、アクティブ層１１５及び無機パターン１１５'をそれぞれ形成することができる。ここで、前記無機パターン１１５'は、アクティブ層１１５を保護するために形成されたもので、以下、図２Ａ〜図２Ｃに示した工程断面図を参照して本発明の第１の実施の形態によるアクティブ層１１５の形成方法をより具体的に説明する。
まず、図２Ａに示すように、前記ゲート絶縁膜１１３上に有機膜１１５ａ及び無機膜１１５'ａを順次積層した後、前記無機膜１１５'ａの上に感光膜１２５ａを塗布する。ここで、前記有機膜１１５ａは、ペンタセンのような低分子有機物質を蒸着して形成するか、ポリアクリルアミン(polyacrylamine: ＰＡＡ)のような有機物質をコーティングして形成することができる。また、前記無機膜１１５'ａは、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたは酸化インジウムのような無機物質のうち１つを選択して形成することができる。
前記無機膜１１５'ａは、下部に形成された有機膜１１５ａを保護するために形成されたもので、前記有機膜１１５ａは水分との接触によって電気的特性が低下するので、有機膜１１５ａを水分から保護するために有機膜１１５ａの上部に無機膜１１５'ａを形成する。即ち、前記有機膜１１５ａをパターニングするためにはその上部に感光膜を塗布すべきであり、前記有機膜１１５ａの上に感光膜１２５ａを直接塗布する場合、前記感光膜１２５ａ内に含まれていた水分が有機膜１１５ａに浸透して有機膜１１５ａの電気的特性が低下する。従って、本発明では、前記有機膜１１５ａを容易にパターニングするために、該有機膜１１５ａの上部に無機膜１１５'ａを形成し、前記無機膜１１５'ａの上部に感光膜１２５ａを塗布する。
次に、前記第１基板１１０の背面を通じて光(図面上の矢印)を照射することによって感光膜１２５ａを露光させる。ここで、前記第１基板１１０上に形成されたゲート電極１１１が光をブロック(blocking)するので、前記ゲート電極１１１と対応する感光膜１２５ａには光が照射されない。このように、部分的に光が照射された感光膜１２５ａを現像液に作用させると、図２Ｂに示すように、前記光が照射された領域が除去され、光が照射されなかったゲート電極１１１の上部領域に感光パターン１２５を形成する。
次に、前記感光パターン１２５をマスクとして前記有機膜１１５ａ及び無機膜１１５'ａをエッチングすることによって、図２Ｃに示すように、有機パターンからなるアクティブ層１１５と無機パターン１１５'をそれぞれ形成する。以後、ストリップ工程(strip process)を通じて前記感光パターン１２５を除去する。前記無機パターン１１５'は、乾式エッチング工程を通じて除去されることができるが、敢えて除去しなくても関係ない。
図２Ａ〜図２Ｃの工程を通じてアクティブ層１１５が完成されると、前記アクティブ層１１５を含む透明基板１１０の全面にＣｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ合金のような第２金属物質を蒸着した後、これをパターニングすることで、図１Ｃに示すように、前記アクティブ層１１５と接触するソース電極１１６及びドレイン電極１１７をそれぞれ形成する。ここで、前記ソース及びドレイン電極１１６、１１７のパターニング工程は、前記ゲート電極１１１と同様に、写真エッチング工程(photolithography)によって行われる。
一方、前記ソース及びドレイン電極１１６、１１７は、伝導性高分子物質をコーティングまたは印刷することによって形成することもできる。このように、伝導性高分子物質を使用する場合、常圧で工程が可能であるため、写真エッチング工程により金属パターンを形成する場合に比べて工程が一層単純で、生産効率が向上するという利点がある。
次に、前記ソース及びドレイン電極１１６、１１７が形成された基板の全面にＳｉＮｘまたはＳｉＯｘのような無機物質を蒸着するか、または、ＢＣＢまたはアクリルのような有機物質をコーティングすることで、図１Ｄに示すように、保護膜１１８を形成し、前記保護膜１１８の一部を除去することでドレイン電極１１７の一部を露出させるコンタクトホール１１９を形成する。ここで、前記コンタクトホール１１９は、写真エッチング工程によって形成されることができ、前記保護膜１１８が有機物質で形成する場合、常圧で工程が可能であるため、無機物質で形成することに比べて工程が簡単であるという利点がある。
次に、前述したように形成された有機薄膜トランジスタを液晶表示素子に適用するために、図１Ｅに示すように、前記保護膜１１８の上部に前記コンタクトホール１１９を通じて前記ドレイン電極１１７と電気的に接続する画素電極１２０を形成する。ここで、前記画素電極１２０は、ＩＴＯ(indium tin oxide)またはＩＺＯ(indium zinc oxide)のような透明な伝導性物質を蒸着した後、写真エッチング工程によって形成するか、または、前記画素電極１２０がポリエチレンジオキシチオフェン(Poly Elyene Dioxty Thiospnene: ＰＥＤＯＴ)のような高分子有機物質を使用して形成することができる。ここで、画素電極１２０を有機物質で形成する場合、常圧で工程が可能であるという利点がある。
前述したように、有機薄膜トランジスタ及び画素電極が形成された第１基板１１０をカラーフィルタ及び共通電極が形成された第２基板と合着した後、その間に液晶層を形成すると、液晶表示素子が完成される。
図３は、本発明による有機薄膜トランジスタ液晶表示素子を示す断面図である。図示されたように、液晶表示素子２００は、図１Ａ〜図１Ｅを通じて有機薄膜トランジスタ(ＯＴＦＴ)及び画素電極２２０が形成された第１基板２１０を準備した後、該第１基板２１０をブラックマトリックス２３１、カラーフィルタ２３３及び共通電極２３５が形成した第２基板２３０と合着させ、その間に液晶層２４０を充填することによって製造することができる。
前記第２基板２１０に形成されたブラックマトリックス２３１、カラーフィルタ２３３及び共通電極２３５の形成方法に対しては具体的に言及していないが、前記ブラックマトリックス２３１は、有機物または金属物質から形成することができ、前記共通電極２３５は、画素電極２２０と同様に、ＩＴＯ、ＩＺＯのような伝導性物質またはＰＥＤＯＴのような高分子伝導性物質から形成することができる。
一方、図示されていないが、前記共通電極２３５及び画素電極２２０が第１基板２１０上に形成されることができる。このように、共通電極２３５及び画素電極２２０が同一の基板(第１基板２１０)上に形成される場合、液晶の水平駆動により視野角特性を改善させることができるという利点がある。
前述したような本発明の有機薄膜トランジスタは、シャドウマスク工程を省略し、背面露光工程を通じてアクティブ層を形成するため、従来に比べて正確なアクティブパターンを形成することができるという利点がある。即ち、従来では、アクティブ層として使用される有機膜のフォトレジスト工程が不可能であるため、別途のシャドウマスクを使用して有機アクティブパターンを形成したが、前記シャドウマスクは、特性上微細なパターンを形成することができないため、アクティブパターンを正確に形成することができないという問題点があった。
反面、本発明は、アクティブとして使用される有機膜(ペンタセンまたはＰＡＡ)の上部に無機膜を追加に形成することにより、背面露光が可能になるため、微細なパターンを正確に形成することを可能にする。即ち、前記有機膜は感光膜と直接接触されると、その電気的特性が変化してアクティブ層としての機能を正しく遂行することができないため、前記有機膜上に無機膜を蒸着した後、その上部に感光膜を塗布することで、背面露光を可能にしたものである。
また、本発明は、前記有機アクティブ層とソース及びドレイン電極との接触面積を増加させることによって、前記有機薄膜トランジスタの特性を向上させることもできる。即ち、本発明では、無機パターンの上部に形成された感光パターンに対してアッシング(ashing)工程を遂行することで前記無機パターンの両側の一部を露出させ、前記露出された領域をエッチングすることによって、前記有機アクティブ層が露出される面積を増加させて前記有機アクティブ層の上部に形成されるソース／ドレイン電極との接触面積を増加させることで、有機薄膜トランジスタの電気特性をより向上させることもできる。
図４Ａ〜図４Ｅは、薄膜トランジスタの電気特性を向上させる本発明の第２の実施の形態による有機薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図で、アクティブ層の形成方法を除いた全ての工程が第１の実施の形態(図１Ａ〜図１Ｅ)と同一である。
まず、図４Ａに示すように、透明な第１基板３１０の上部にＣｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ合金のような第１金属物質を蒸着した後、これをパターニングすることでゲート電極３１１を形成する。ここで、前記ゲート電極３１１のパターニング工程は、写真エッチング工程(photolithography)を通じて行われる。
写真エッチング工程は、パターンを形成しようとするエッチング対象層上に感光膜(photoresist film)を塗布する感光膜塗布工程と、前記感光膜上にマスクを整列(align)した後、前記マスクを通じて光を照射する露光工程(exposing process)と、前記露光された感光膜を現像液に作用させてエッチング対象層上に感光パターンを形成する現像工程(developing process)と、前記感光パターンをマスクとして前記エッチング対象層をエッチングすることによって所望のパターンを形成するエッチング工程(etching process)と、前記パターン上に残留する感光パターンを除去するストリップ工程(strip process)とを含む。例えば、前記第１金属物質がエッチング対象層で、前記ゲート電極３１１は前記第１金属物質がエッチングされて形成されたパターンである。
一方、前記ゲート電極３１１は、第１の実施の形態と同様に、Ａｇペーストのような伝導性物質を使用してパターニング工程(例えば、写真エッチング工程)なしに板上にゲート電極パターンを直接印刷することもできる。このように、Ａｇペーストを使用する場合、常圧で工程が可能であるため、写真エッチング工程による金属パターンを形成する場合に比べて工程が単純で、生産効率が向上するという利点がある。
前述したように、第１金属物質の写真エッチング工程またはＡｇペーストの印刷工程を通じて透明基板３１０上にゲート電極３１１を形成した後、前記ゲート電極３１１を含む透明基板３１０の全面にシリコン窒化膜(ＳｉＮｘ)またはシリコン酸化膜(ＳｉＯｘ)のような無機物を蒸着してゲート絶縁膜３１３を形成する。
一方、前記ゲート絶縁膜３１３は、第１の実施の形態と同様に、ＰＶＰ、ＰＭＭＡのような有機物質を使用して形成することもできる。ここで、前記有機膜は、コーティング方法を通じて形成することができる。このように、有機物質を使用する場合、真空装備なしに常圧で直ちに形成することができるので、工程効率がより向上する。
次に、前記ゲート絶縁膜３１３上に有機膜及び無機膜を連続して蒸着した後、背面露光(back exposing)を通じてパターニングすることにより、図４Ｂに示すように、有機パターンからなるアクティブ層３１５及び無機パターン３１５'を形成する。即ち、前記無機膜上に感光膜を塗布した後、前記第１基板３１０背面を通じて光を照射して感光パターンを形成し、前記感光パターンをマスクとして無機膜及び有機膜をエッチングすることによって、アクティブ層３１５及び無機パターン３１５'をそれぞれ形成することができる。ここで、前記無機パターン３１５'はアクティブ層３１５を保護するために形成されたもので、以下、図５Ａ〜図５Ｅに示した工程断面図を参照して本発明の第２の実施の形態によるアクティブ層３１５の形成方法をより具体的に説明する。
図５Ａに示すように、前記ゲート絶縁膜３１３の上に有機膜３１５ａ及び無機膜３１５'ａを順次積層した後、前記無機膜３１５'ａの上に感光膜３２５ａを塗布する。ここで、前記有機膜３１５ａとしては、ペンタセンのような低分子有機物質を蒸着することによって形成するか、ＰＡＡ(polyacrylamine)のような有機物質をコーティングすることによって形成することができる。また、無機膜３１５'ａは、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘまたは酸化インジウムのような無機物質のうちいずれか１つを選択して形成することができる。
前記無機膜３１５'ａは、その下部に形成された有機膜３１５ａを保護するために形成されたもので、前記有機膜３１５ａは水分との接触によって電気的特性が低下するため、有機膜３１５ａを水分から保護するために該有機膜３１５ａの上部に無機膜３１５'ａを形成する。即ち、前記有機膜３１５ａをパターニングするためにその上部に感光膜を塗布すべきであるが、前記有機膜３１５ａの上に感光膜３２５ａを直接塗布する場合、前記感光膜３２５ａ内に含まれた水分が有機膜３１５ａに浸透して有機膜３１５ａの電気的特性が低下する。従って、本発明では、前記有機膜１１５ａを容易にパターニングするためにその上部に無機膜３１５'ａを形成し、前記無機膜３１５'ａの上部に感光膜３２５ａを塗布する。
次に、前記第１基板３１０の背面を通じて光(図面上の矢印)を照射することによって感光膜３２５ａを露光させる。ここで、前記第１基板３１０の上に形成されたゲート電極３１１が光をブロックするため、前記ゲート電極３１１と対応する感光膜３２５ａには光が照射されない。このように、部分的に光が照射された感光膜３２５ａを現像液に作用させると、図５Ｂに示すように、前記光が照射された領域が除去され、光が照射されなかったゲート電極３１１の上部領域に第１感光パターン３２５が形成される。
次に、前記第１感光パターン３２５をマスクとして前記有機膜３１５ａ及び無機膜３１５'ａをエッチングすることによって、図５Ｃに示すように、有機パターンからなるアクティブ層３１５と無機パターン３１５'をそれぞれ形成する。
以後、前記第１感光パターン３２５に対してアッシング工程を遂行することで、図５Ｄに示すように、前記無機パターン３１５'の両側を露出させる第２感光パターン３３５を形成する。一般に、アッシング工程とは、感光パターンを除去した後、基板上に残っている感光物質を焼いて除去することで、本発明では、前記第１感光パターン３２５の表面を焼いて除去することによって、前記無機パターン３１５'を露出させる。即ち、第１感光パターン３２５の表面が焼かれて除去されることによって、露出された第１感光パターン３２５の側面及び表面が除去され、該側面が除去されることによって、その下部に形成されたアクティブ層３１５の一部が露出され、厚さが減少する。
次に、前記第２感光パターン３３５をマスクとして前記露出された無機パターン３１５'をエッチングすることによって、図５Ｅに示すように、前記無機パターン３１５'の下部に形成されたアクティブ層３１５の両側の側面を露出させる。以後、前記第２感光パターン３３５は、ストリップ工程(strip process)を通じて除去される。
前記図５Ａ〜図５Ｅの工程を通じてアクティブ層３１５が完成されると、前記アクティブ層３１５を含む透明基板３１０の全面にＣｕ、Ｍｏ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ合金のような第２金属物質を蒸着してパターニングすることにより、図４Ｃに示すように、前記アクティブ層３１５と接触するソース電極３１６及びドレイン電極３１７をそれぞれ形成する。ここで、前記ソース及びドレイン電極３１６、３１７のパターニング工程は、前記ゲート電極３１１と同様に、写真エッチング工程(photolithography)によって行われる。
一方、前記ソース及びドレイン電極３１６、３１７は、伝導性高分子物質をコーティングまたは印刷することで形成することもできる。このように、伝導性高分子物質を使用する場合、常圧で工程が可能であるため、写真エッチング工程によって金属パターンを形成する場合に比べて工程が単純で、生産効率が向上するという利点がある。
また、前記ソース及びドレイン電極３１６、３１７は、前記アクティブ層３１５の側面だけでなく、露出された上面にも接触される。即ち、本実施形態では、前記アクティブ層３１５とソース及びドレイン電極３１６、３１７との接触面積を増加させるために、前記アクティブ層３１５の上部に形成された無機パターン３１５'の両側を除去することにより、アクティブ層３１５の両側の上面を露出させる。このように、アクティブ層３１５の両側の上面を露出させる工程は、図５Ａ〜図５Ｅに説明したように、無機パターン３１５'の上部に形成された第１感光パターン３２５をアッシングすることで前記無機パターン３１５'の両側の上面を露出させる第２感光パターン３３５を形成した後、前記露出された無機パターン３１５'をエッチングすることによって行われることができる。
次に、前記ソース及びドレイン電極３１６、３１７が形成された基板の全面にＳｉＮｘまたはＳｉＯｘのような無機物質を蒸着するか、または、ＢＣＢまたはアクリルのような有機物質をコーティングすることにより、図４Ｄに示すように、保護膜３１８を形成し、前記保護膜３１８の一部を除去することでドレイン電極３１７の一部を露出させるコンタクトホール３１９を形成する。ここで、前記コンタクトホール３１９は、写真エッチング工程によって形成されることができ、前記保護膜３１８を有機物質で形成する場合、常圧で工程が可能であるため、無機物質で形成することに比べて工程が簡単であるという利点がある。
次に、前述したように形成された有機薄膜トランジスタを液晶表示素子に適用するために、図４Ｅに示すように、前記保護膜３１８の上部に前記コンタクトホール３１９を通じて前記ドレイン電極３１７と電気的に接続する画素電極３２０を形成する。ここで、前記画素電極３２０は、ＩＴＯ(indium tin oxide)またはＩＺＯ(indium zinc oxide)のような透明な伝導性物質を蒸着した後、写真エッチング工程を通じて形成するか、または、ＰＥＤＯＴ(Poly Elyene Dioxty Thiospnene)のような高分子有機物質を使用して形成することができる。ここで、画素電極１２０を有機物質で形成する場合、常圧で工程が可能であるという利点がある。
前述したように、有機薄膜トランジスタ及び画素電極が形成された第１基板３１０をカラーフィルタ及び共通電極が形成された第２基板と合着した後、その間に液晶層を形成すると、液晶表示素子が完成される。
図６は、本発明による有機薄膜トランジスタ液晶表示素子を示す断面図である。図示されたように、液晶表示素子４００は、図４Ａ〜図４Ｅを通じて有機薄膜トランジスタ(ＯＴＦＴ)及び画素電極４２０が形成された第１基板４１０を準備した後、これをブラックマトリックス４３１、カラーフィルタ４３３及び共通電極４３５が形成された第２基板４３０と合着させ、その間に液晶層４４０を形成することによって製造することができる。
前記第２基板４１０に形成されたブラックマトリックス４３１、カラーフィルタ４３３及び共通電極４３５の形成方法に対しては具体的に言及していないが、前記ブラックマトリックス４３１は有機物または金属物質から形成されることができ、前記共通電極４３５は画素電極４２０と同様に、ＩＴＯ、ＩＺＯのような伝導性物質またはやＰＥＤＯＴのような高分子伝導性物質から形成することができる。
一方、図示されていないが、前記共通電極４３５及び画素電極４２０が第１基板４１０上に形成されることができる。このように、共通電極４３５及び画素電極４２０が同一の基板(第１基板４１０)上に形成される場合、液晶の水平駆動により視野角特性を改善させることができるという利点がある。
また、本発明は、液晶表示素子を製造するための有機薄膜トランジスタの製造方法に対して説明されているが、本発明の基本概念は、背面露光によって有機薄膜トランジスタのアクティブパターンを形成することであり、液晶表示素子だけでなく、薄膜トランジスタを必要とする全ての素子に適用されることができる。
本発明の第１の実施の形態による有機薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。 図１Ａに続く工程断面図である。 図１Ｂに続く工程断面図である。 図１Ｃに続く工程断面図である。 図１Ｃに続く工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態による有機薄膜トランジスタのアクティブ層の形成方法を示す工程断面図である。 図２Ａに続く工程断面図である。 図２Ｂに続く工程断面図である。 図１Ａ〜図１Ｅの工程を通じて形成された液晶表示素子を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態による有機薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。 図４Ａに続く工程断面図である。 図４Ｂに続く工程断面図である。 図４Ｃに続く工程断面図である。 図４Ｃに続く工程断面図である。 本発明の第２の実施の形態による有機薄膜トランジスタのアクティブ層の形成方法を示す工程断面図である。 図５Ａに続く工程断面図である。 図５Ｂに続く工程断面図である。 図５Ｃに続く工程断面図である。 図５Ｃに続く工程断面図である。 図４Ａ〜図４Ｅの工程を通じて形成された液晶表示素子を示す断面図である。 従来技術による有機薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。 図７Ａに続く工程断面図である。 図７Ｂに続く工程断面図である。 図７Ｃに続く工程断面図である。 図７Ｃに続く工程断面図である。

Claims (13)

  1. 基板上にゲート電極を形成する段階と、
    前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁膜上に背面露光によって有機アクティブ層を形成する段階と、
    前記アクティブ層上にソース及びドレイン電極を形成する段階と
    を含む有機薄膜トランジスタの製造方法。
  2. 前記有機アクティブ層を形成する段階は、
    前記ゲート絶縁膜上に有機膜及び無機膜を順次積層する段階と、
    前記無機膜上に感光膜を塗布する段階と、
    前記基板の背面を通じて前記感光膜を露光して現像することで、前記ゲート電極と対応する領域に感光パターンを形成する段階と、
    前記感光パターンをマスクとして前記有機膜及び無機膜をエッチングすることによって有機アクティブ層を形成する段階と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 前記有機アクティブ層を形成する段階は、
    前記ゲート絶縁膜上に有機膜及び無機膜を順次積層する段階と、
    前記無機膜上に感光膜を塗布する段階と、
    前記基板の背面を通じて前記感光膜を露光して現像することで、前記ゲート電極と対応する領域に第１感光パターンを形成する段階と、
    前記感光パターンをマスクとして前記有機膜及び無機膜をエッチングすることによって有機アクティブ層及び無機パターンを形成する段階と、
    前記第１感光パターンをアッシングして前記無機パターンの両側の一部を露出させる第２感光パターンを形成する段階と、
    前記第２感光パターンをマスクとして前記露出された無機パターンをエッチングすることによって前記有機アクティブ層の両側の一部を露出させる段階と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 前記ゲート電極は、Ａｇペーストを使用して形成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 前記ゲート絶縁膜は、有機物質を使用して形成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  6. 前記ソース及びドレイン電極は、伝導性高分子から形成する
    ことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  7. 前記ソース及びドレイン電極を含む基板の全面に保護膜を形成する段階と、
    前記保護膜上に前記ドレイン電極の一部を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、
    前記保護膜上に前記コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極と電気的に連結される画素電極を形成する段階と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  8. 前記保護膜は、有機物質から形成する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  9. 前記画素電極は、有機物質から形成する
    ことを特徴とする請求項７に記載の有機薄膜トランジスタの製造方法。
  10. 第１基板上にゲート電極を形成する段階と、
    前記ゲート電極を含む基板の全面にゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁膜上にペンタセン膜及び無機膜を積層する段階と、
    前記無機膜上に感光膜を塗布する段階と、
    前記第１基板の背面露光を通じて前記感光膜を露光する段階と、
    前記感光膜を現像することで前記ゲート電極と対応する無機膜上に感光パターンを形成する段階と、
    前記感光パターンをマスクとして前記有機膜及び無機膜をエッチングすることでアクティブ層を形成する段階と、
    前記アクティブ層上にソース及びドレイン電極を形成する段階と、
    前記ソース及びドレイン電極を含む基板の全面に前記ドレイン電極の一部を露出させる保護膜を形成する段階と、
    前記保護膜上に画素電極を形成する段階と、
    前記第１基板と第２基板の間に液晶層を充填する段階と
    を含むことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
  11. 前記感光パターンをアッシングして前記無機パターンの両側の上部を露出させる段階と、
    前記無機パターンを両側上部をエッチングして、前記有機アクティブ層の両側上部を露出する段階と
    をさらにを含むことを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示素子の製造方法。
  12. 第１基板と、
    前記第１基板上に形成されたゲート電極と、
    前記ゲート電極を含む第１基板の全面に形成されたゲート絶縁膜と、
    前記ゲート電極と対応するゲート絶縁膜の上部に形成された有機アクティブ層と、
    前記有機アクティブ層の上部に形成された無機パターンと、
    前記無機パターンの上部で前記アクティブ層と電気的に接続するソース及びドレイン電極と、
    を含むことを特徴とする有機薄膜トランジスタ。
  13. 前記無機パターンは、前記有機アクティブ層の両側上部を露出する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の有機薄膜トランジスタ。
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