JP4721972B2 - 薄膜トランジスター基板と薄膜トランジスター基板の製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスター基板と薄膜トランジスター基板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は薄膜トランジスター基板に係り、より詳しくは、有機半導体層(Organic Semiconductor layer)を備える薄膜トランジスター基板に関する。
薄膜トランジスター基板は、各ピクセルの動作を制御及び駆動するスイッチング及び駆動素子として薄膜トランジスター(Thin Film Transistor:TFT)を含む。 ここで、薄膜トランジスターは半導体層を含み、半導体層は非晶質シリコンやポリシリコンが用いられるが、最近、有機半導体の適用が進められている。
有機半導体(Organic Semiconductor layer:OSC)は、常温、常圧で形成できるため、工程単価を下がることができ、熱に弱いプラスチック基板に適用できるという長所がある。しかし、このような有機半導体は耐化学物質性能及び耐プラズマ性能が脆弱であるという短所がある。
このような特性を有する有機半導体を適用した有機薄膜トランジスターは、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されているゲート電極と、前記ゲート電極を覆っていて、有機物質からなる単層のゲート絶縁膜と、前記ゲート電極を中心に互いに分離されてチャネル領域を定義するソース電極及びドレイン電極と、前記チャネル領域に形成されている有機半導体層と、有機半導体層上に形成されている第1保護層と、第1保護層上に形成されているアルミニウムを含む第2保護層とを含む。
しかし、このような構造を有する有機薄膜トランジスターは単層のゲート絶縁膜だけで形成されているため、ゲート絶縁膜がデータ配線とゲート配線との間をきちんと絶縁することができないおそれがある。このような絶縁不良により、薄膜トランジスターのヒステリシス(hysterisis)の幅が大きくなり、有機薄膜トランジスターの再現性が悪くなるという問題点がある。そして、第1保護層上に形成されていて、アルミニウムを含む第2保護層は、第1保護層とのストレス(stress)が大きいためリフティング(lifting)が生じ、これによって有機薄膜トランジスターの特性が悪くなるという問題点がある。
そこで、本発明の目的は、薄膜トランジスターの特性が向上した薄膜トランジスター基板を提供することにある。
本発明の他の目的は、薄膜トランジスターの特性が向上した薄膜トランジスター基板の製造方法を提供することにある。
前記目的は、本発明によって、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されているゲート配線と、ゲート配線上に形成されていて、ゲート配線の少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に形成されていて、第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、チャネル領域に形成されている有機半導体層とを含むことを特徴とする薄膜トランジスター基板によって達成される。
ここで、第1ゲート絶縁膜は、酸化ケイ素(SiOx)及び窒化ケイ素(SiNx)のうちの少なくともいずれか1つを含んで形成することができる。
そして、第2ゲート絶縁膜は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate、Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含んで形成することができる。
ここで、ゲート配線は、絶縁基板上に一方向に形成されているゲート線と、ゲート線の端部に形成されているゲートパッドと、有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極と、第1及び第2絶縁膜接触口を覆っている連結部材とを含む構成とすることができる。
そして、前記絶縁基板とゲート配線との間に形成されているデータ配線をさらに含み、データ配線は、ゲート線と電気絶縁状態で交差して画素領域を定義するデータ線と、データ線の端部に形成されているデータパッドとを含む構成とすることができる。
また、データ配線は、ゲート電極と対応する所に形成され、有機半導体層を覆う光遮断膜をさらに含む構成とすることができる。
ここで、データ配線とゲート配線との間に形成されていて、データ線とデータパッドの少なくとも一部を露出させる第1バッファ膜接触口が形成されている第1バッファ膜をさらに含む構成とすることができる。
そして、第1バッファ膜は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。
また、 第1バッファ膜とゲート配線との間に形成されていて、アクリル系樹脂、ポリビニールアルコール、ベンゾシクロブテン、ポリビニールフェノール系樹脂、フッ素系高分子及びポリスチレン系樹脂のうちの少なくともいずれか1つを含んでなる第2バッファ膜をさらに含む構成とすることができる。
そして、第2バッファ膜には、データ線を露出させる第2バッファ膜接触口を形成することができる。
ここで、連結部材を通じてデータパッドと接続されているデータパッド接触部材と、第1及び第2絶縁膜接触口によって露出されたゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とをさらに含む構成とすることができる。
そして、ソース電極、ドレイン電極、データパッド接触部材及びゲートパッド抵触部材は同一層に形成されていて、ITO(indium tin oxide)及びIZO(indium zinc oxide)のうちのいずれか1つで構成することができる。
ここで、有機半導体層を覆う保護層をさらに含む構成とすることができる。
本発明の目的は、本発明によって、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されているゲート配線と、ゲート配線上に形成されていて、ゲート配線の少なくとも一部を露出させる絶縁膜接触口が形成されているゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、チャネル領域に形成されている有機半導体層と、有機半導体層上に形成されていて、フッ素系高分子からなる第1保護層と、第1保護層上に形成されていて、透明電極物質からなる第2保護層とを含むことを特徴とする薄膜トランジスター基板によって達成される。
ここで、第2保護層は、ITO及びIZOのうちのいずれか1つで構成することができる。
そして、ゲート配線は、絶縁基板上に一方向に形成されているゲート電極と、ゲート線の端部に形成されているゲートパッドと、有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極と、絶縁膜接触口を覆っている連結部材とを含む構成とすることができる。
また、絶縁基板とゲート配線との間に形成されているデータ配線をさらに含み、データ配線は、ゲート線と電気絶縁状態で交差して画素領域を定義するデータ線と、データ線の端部に形成されているデータパッドとを含む構成とすることができる。
ここで、データ配線と前記ゲート配線上に形成されていて、データ線とデータパッドの少なくとも一部を露出させる第1バッファ膜接触口が形成されている無機物質の第1バッファ膜をさらに含む構成とすることができる。
そして、第1バッファ膜とゲート配線との間に形成されていて、データ線を露出させる第2バッファ膜接触口が形成されている有機物質の第2バッファ膜を含む構成とすることができる。
また、連結部材を通じてデータパッドと接続されているデータパッド接触部材と、第1及び第2絶縁膜接触口によって露出されたゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とをさらに含む構成とすることができる。
本発明の目的は、本発明によって、絶縁基板と、絶縁基板上に形成されているゲート配線と、ゲート配線上に形成されていて、ゲート配線の少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜と、第1ゲート絶縁膜上に形成されていて、第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜と、第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、チャネル領域に形成されている有機半導体層と、有機半導体層上に形成されていて、フッ素系高分子からなる第1保護層と、第1保護層上に透明電極物質からなる第2保護層とを含むことを特徴とする薄膜トランジスター基板によって達成される。
本発明の他の目的は、絶縁基板を備える段階と、絶縁基板上にゲート配線を形成する段階と、ゲート配線上にゲート配線の少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜を形成する段階と、第1ゲート絶縁膜上に第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜を形成する段階と、第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間するソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、チャネル領域に有機半導体層を形成する段階とを含むことを特徴とする薄膜トランジスター基板の製造方法によって達成される。
ここで、第1ゲート絶縁膜は、酸化ケイ素(SiOx)及び窒化ケイ素(SiNx)のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。
そして、第2ゲート絶縁膜は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate:Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。
また、有機半導体層上に保護層を形成する段階をさらに含む構成とすることができる。
ここで、ゲート配線は、絶縁基板上に一方向に形成されているゲート線と、ゲート線の端部に形成されているゲートパッドと、有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極と、第1及び第2絶縁膜接触口を覆っている連結部材とを含む構成とすることができる。
そして、絶縁基板とゲート配線との間にデータ配線を形成する段階をさらに含み、データ配線は、ゲート線と電気絶縁状態で交差して画素領域を定義するデータ線と、データ線の端部に形成されているデータパッドとを含む構成とすることができる。
また、データ配線とゲート配線との間にデータ線とデータパッドの少なくとも一部を露出させるバッファ膜接触口が形成されているバッファ膜を形成する段階をさらに含む構成とすることができる。
ここで、ソース及びドレイン電極の形成時、連結部材を通じてデータパッドと接続されているデータパッド接触部材と、第1及び第2絶縁膜接触口によって露出されたゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とを形成することができる。
そして、有機半導体層は、蒸発法(Evaporation)によって形成することができる。
また、有機半導体層はインクジェット(inkjet)方法によって形成することができる。
本発明の他の目的は、絶縁基板を備える段階と、絶縁基板上にゲート配線を形成する段階と、ゲート配線上にゲート配線の少なくとも一部を露出させる絶縁膜接触口が形成されているゲート絶縁膜を形成する段階と、ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、ソース電極及びドレイン電極上に有機半導体層、フッ素系高分子からなる第1保護層及び透明電極物質からなる第2保護層を順に形成する段階と、チャネル領域に対応するように前記第2保護層をパターニングする段階と、第2保護層を利用して有機半導体層と第1保護層をパターニングする段階とを含むことを特徴とする薄膜トランジスター基板の製造方法によって達成される。
ここで、第2保護層は、ITO及びIZOのうちのいずれか1つで構成することができる。
そして、有機半導体層は、蒸発法によって形成されることができる。
また、第2保護層は、フォトエッチング工程を通じてチャネル領域上に局部的に位置するようにパターニングすることができる。
そして、有機半導体層は、インクジェット方法によって形成することができる。
本発明によれば、有機薄膜トランジスターの特性が向上した薄膜トランジスター基板を提供することができる。
また、薄膜トランジスターの特性が向上した薄膜トランジスター基板の製造法を提供することができる。
以下、添付された図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明する。以下において、ある膜(層)が他の膜(層)の‘上に'形成されて(位置して)いるというのは、2つの膜(層)が接している場合だけでなく、2つの膜(層) の間に他の膜(層)が存在する場合も含む。
図1は本発明による薄膜トランジスター基板の配置図を概略的に示したものであり、図2は図1のII-II線による断面図である。
本発明による薄膜トランジスター基板100は、絶縁基板110と、絶縁基板110 上に形成されているデータ配線120と、データ配線120上に順に形成されている第1バッファ膜130及び第2バッファ膜135と、第2バッファ膜135上に形成されているゲート配線140と、ゲート配線140 上に順に形成されている第1ゲート絶縁膜150及び第2ゲート絶縁膜155と、第2ゲート絶縁膜155上に形成されている透明電極層160と、透明電極層160の少なくとも一部に接するように第2ゲート絶縁膜155上に形成されている有機半導体層170と、有機半導体層170上に順に形成されている第1保護層180及び第2保護層190とを含む。
絶縁基板110は、ガラスまたはプラスチックで構成することができる。絶縁基板110をプラスチックで構成する場合、薄膜トランジスター基板100に柔軟性を付与できる長所があるが、絶縁基板110が熱に弱いという短所がある。本発明のように、有機半導体層170を用いれば、半導体層の形成を常温、常圧で行うことができるので、プラスチック素材の絶縁基板110を用いることが容易であるという長所がある。ここで、プラスチックの種類としては、ポリカーボン(polycarbon)、ポリイミド(polyimide)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアリレート(PAR)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)などを用いることが可能である。
データ配線120は絶縁基板110上に形成されている。データ配線120は、絶縁基板110上に一方向に延長されているデータ線121と、データ線121の端部に設けられ、外部から駆動または制御信号の伝達を受けるデータパッド123及び後述するゲート電極143に対応する位置に形成されて有機半導体層170を覆う光遮断膜125を含む。ここで、光遮断膜125は選択的に形成することができるものである。そして、データパッド123は外部から駆動及び制御信号の伝達を受けてデータ線121に駆動及び制御信号を印加する。データ配線120の材料としては、安価で伝導度の良いAl、Cr、Mo、Ndや、相対的に高価であるAu、Pt、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含むように構成できる。そして、データ配線120は前記材料のうちの少なくともいずれか1つを含む単一層または複数層で構成することができる。
本発明においては、データ配線120の形成過程で用いられる化学物質から第1及び第2ゲート絶縁膜150、155を保護して、有機半導体層170の特性が劣化することを防止するために、データ配線120を先に形成し、データ配線120上にバッファ膜130、135を形成する構造を採用している。
絶縁基板110上には、データ配線120を覆うように第1バッファ膜130が形成されている。第1バッファ膜130はデータ配線120とゲート配線140との間の電気的絶縁を行うための層であって、工程性に優れた窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などのような無機物質からなる無機膜であり得る。第1バッファ膜130は、データ線121とデータパッド123を露出させる第1バッファ膜接触口131、132が形成されている。酸化ケイ素または窒化ケイ素を利用して後述する第1バッファ膜130を形成するので、ゲートパッド143及びデータパッド123のOLB(outer lead bonding)の修正作業(rework)が可能である。
第1バッファ膜130上には有機物質からなる第2バッファ膜135が形成されている。ただし、データパッド123とゲートパッド145が位置する非表示領域には第2バッファ膜135を形成しないことが好ましい。これは、厚い有機膜がデータパッド123とゲートパッド145に残存する場合、駆動チップ(図示せず)との接触不良が発生し得るためである。第2バッファ膜135はデータ線121を露出させる第2バッファ膜接触口136が設けられている。第2バッファ膜135は、アクリル系樹脂、ポリビニールアルコール、ベンゾシクロブテン、ポリビニールフェノール系樹脂、フッ素系高分子及びポリスチレン樹脂のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。
データ配線120の形成の際に用いられる化学物質またはプラズマが残存して、後述するバッファ膜接触口131、132、136と絶縁膜接触口151、152、153、156、157、158の隙間または界面の間に流入することによって、耐化学物質性能及び耐プラズマ性能に脆弱な後述する有機半導体層170の損傷するおそれがあるが、第1バッファ膜130及び第2バッファ膜135を形成することによってこのような現象を少なくすることができる。また、第1バッファ膜130及び第2バッファ膜135は、光遮断膜125がフローティング電極として作用することを防止する役割も果たす。
第2バッファ膜135上にはゲート配線140が形成されている。ゲート配線140は、上述したデータ線121と電気絶縁状態で交差して画素領域を定義するゲート線141と、ゲート線141の端部に設けられて外部から駆動または制御信号の印加を受けるゲートパッド145と、ゲート線141から分岐され後述する有機半導体層170に対応する位置に形成されているゲート電極143と、第1バッファ膜接触口131、132によって露出されたデータ配線120とその周辺のバッファ膜130、135を覆っている連結部材147、149とを含む。
ゲートパッド145は、外部から薄膜トランジスターをオン/オフ(ON/OFF)するための駆動及び制御信号の印加を受け、ゲート線141を通じてゲート電極143に伝達する。第2バッファ膜135が厚い有機膜で形成され、第2ゲート絶縁膜155が厚く形成されることによって、 データ配線120を露出させる第2バッファ膜接触口136と第2絶縁膜接触口156、157との段差が大きくなりすぎて、透明電極層161、167とデータ配線120との間の接触不良が発生するおそれがあるが、連結部材147、149を設けることによりこのような現象を減らすことができる。つまり、データ線121とソース電極161との間及びデータパッド123とデータパッド接触部材167との間に連結部材147、149を介在し、絶縁膜接触口156、157をデータ配線120周辺のバッファ膜130 、135上に形成して段差を減らすことによって、ソース電極161とデータパッド接触部材167がデータ配線120に的確に接触するようになる。
ゲート配線140も、データ配線120のようにAl、Cr、Mo、Nd、Au、Pt、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができ、単一層または複数層で構成することができる。
ゲート配線140上には第1ゲート絶縁膜150が形成されている。第1ゲート絶縁膜150は、データ配線120とゲート配線140とを相互に電気的絶縁状態にする役割を果たすと同時に、耐化学物質性能及び耐プラズマ性能が脆弱な有機半導体層170に不純物が流入することを防止する。第1ゲート絶縁膜150は耐久性に優れた酸化ケイ素(SiOx)及び窒化ケイ素(SiNx)のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。
そして、第1ゲート絶縁膜150には、ゲートパッド145を露出させる第1絶縁膜接触口153と、連結部材147、149を露出させる第1絶縁膜接触口151、152が形成されている。
第1ゲート絶縁膜150 上には厚い有機膜である第2ゲート絶縁膜155が形成されている。第2ゲート絶縁膜155は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate:Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができる。そして、第2ゲート絶縁膜155には、第1絶縁膜接触口151、152、153に対応して、ゲートパッド145を露出させる第2絶縁膜接触口158と、連結部材147、149を露出させる第2絶縁膜接触口156、157が形成されている。
第2ゲート絶縁膜155上には透明電極層160が形成されている。透明電極層160は、絶縁膜接触口151、156を通じて連結部材147によってデータ線121と接続されており、有機半導体層170と少なくとも一部が接するソース電極161と、有機半導体層170を介在してソース電極161と分離されているドレイン電極163と、ドレイン電極163と接続されて画素領域に形成されている画素電極165とを含む。
そして、絶縁膜接触口152、157によって露出した連結部材149を覆っているデータパッド接触部材167と、絶縁膜接触口153、158によって露出されたゲートパッド145を覆っているゲートパッド接触部材169とをさらに含む。
透明電極層160は、ITO(indium tin oxide)またはIZO(indium zinc oxide)などの透明な導電物質で形成される。ソース電極161は、絶縁膜接触口151、156を通じてデータ線121と物理的・電気的に接続されて画像信号の伝達を受ける。そして、ゲート電極143を介在してソース電極161と離間してチャネル領域Aを定義するドレイン電極163は、ソース電極161と共に薄膜トランジスターを形成し、各画素電極165の動作を制御及び駆動するスイチング及び駆動素子として動作する。
チャネル領域Aには有機半導体層(organic semiconductor layer)170が形成されている。有機半導体層170はチャネル領域Aを覆うとともに、ソース電極161及びドレイン電極163と少なくとも一部が接している。このような有機半導体層170としては、ベンゼン環が五つ連結されているペンタセン(pentacene)、ペリレンテトラカルボン酸二無水物(perylenetetracarboxylic dianhydride:PTCDA)、オリゴチオペン(oligothiopene)、ポリチオフェン(polythiophene)、ポリチエニレンビニレン(polythienylenevinylene)などを用いることができる。その外にも一般的に用いられる公知の有機半導体物質を用いることができる。
有機半導体層170 上には第1保護層180が形成されている。第1保護層180は、有機半導体層170を覆っており、フッ素系高分子からなる厚い有機膜で構成できる。ここで、フッ素系高分子としては、これに限定されないが、 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)、FEP(Fluorinated Ethylene Propylene)、PFA(Poly Fluoro Alkoxy)、ETFE(Ethylene Tetra Fluoro Ethylene)、PVDF(polyvinylidene fluoride)などを使用することが可能である。第1保護層180は、有機半導体層170の特性が劣化することを防止するための層である。
そして、第1保護層180上に第2保護層190をさらに形成することもできる。第2保護層190は、有機半導体層170と第1保護層180のパターンを形成するためのマスクとして用いることもでき、有機半導体層170を保護して有機薄膜トランジスター(O-TFT)の特性を向上することができる。第2保護層190はITO及びIZOのうちのいずれか1つで構成することができる。ITO及びIZOのうちの少なくともいずれか1つを含む第2保護層190は、Alを含む第2保護層190と比べ、下部の第1保護層180とのストレスが小さいため、相対的にリフティングの発生が少なくなる。これにより、有機薄膜トランジスターの特性が向上する。
一方、図示していないが、絶縁膜接触口151、156から有機半導体層170まで覆う保護膜(図示せず)をさらに形成することができる。ここで、保護膜は低温保護膜とすることができる。
以下、 図3a〜図3kを参照して、有機薄膜トランジスター(O-TFT)を具備した薄膜トランジスター基板の製造方法について説明する。
図3aに示したように、ガラス、石英、セラミックまたはプラスチックなどの絶縁性材質を含んで形成された絶縁基板110を準備する。可撓性(flexible)薄膜トランジスター基板を製作するには、プラスチック基板を用いることが好ましい。
次に、図3bに示したように、絶縁基板110上にデータ配線物質をスパッタリング(sputtering)などの方法によって蒸着した後、フォトエッチング(photolithography)工程を通じてデータ線121、データパッド123及び光遮断膜125を形成する。ここで、光遮断膜125は選択的に形成することができる。
そして、図3cに示したように、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などの無機物質からなる第1バッファー物質を絶縁基板110とデータ配線120上に加え、第1バッファ膜130を形成する。第1バッファ膜130は化学気相蒸着、プラズマ強化化学気相蒸着法によって形成することができる。そして、感光性有機膜などを遮断壁として利用し、エッチング工程を通じデータ配線120を露出させる第1バッファ膜接触口131、132を形成する。
その後、図3dに示したように、第1バッファ膜130上に第2バッファー物質を加えて第2バッファ膜135を形成する。ただし、データパッド123とゲートパッド145が位置する非表示領域には第2バッファ膜135を形成しない。第2バッファ膜135は、アクリル系樹脂、ポリビニールアルコール、ベンゾシクロブテン、ポリビニールフェノール系樹脂、フッ素系高分子及びポリスチレン樹脂のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができ、スリットコーティングまたはスピンコーティング方法によって形成することができる。そして、感光性有機膜などを遮断壁として利用してエッチング工程を通じデータ線121を露出させる第2バッファ膜接触口136を形成する。
次に、図3eに示したように、第2バッファ膜135上にAl、Cr、Mo、Au、Pt、Pd、Ndのうちの少なくともいずれか1つを含むゲート配線物質をスパッタリングなどの方法によって蒸着した後、フォトエッチング工程を通じてゲート線141、ゲート電極143、ゲートパッド145及び連結部材147、149を形成する。
その後、図3fに示したように、ゲート配線140と第2バッファ膜135 上に酸化ケイ素及び窒化ケイ素のうちの少なくともいずれか1つを含んでなる第1ゲート絶縁膜150を形成する。第1ゲート絶縁膜150は化学気相蒸着、プラズマ強化化学気相蒸着法によって形成されることができる。そして、感光性有機膜などを遮断壁として利用してエッチング工程を通じ第1絶縁膜接触口151、152、153を形成する。
そして、図3gに示したように、第1ゲート絶縁膜150上には厚い有機膜である第2ゲート絶縁膜155を形成する。第2ゲート絶縁膜155は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate:Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含む構成とすることができ、スリットコーティングまたはスピンコーティングなどによって形成することができる。そして、エッチング工程を通じ、第2ゲート絶縁膜155に第1絶縁膜接触口151、152、153に対応し、ゲートパッド145を露出させる第2絶縁膜接触口158と、連結部材147、149を露出させる第2絶縁膜接触口156、157とを形成する。
次に、図3hに示したように、ITOまたはIZOのような透明な導電性金属酸化物(透明導電物質)を第1ゲート絶縁膜150上にスパッタリング法を通じて形成した後、フォトエッチング工程またはエッチング工程を利用して透明電極層160を形成する。透明電極層160は、絶縁膜接触口151、156を通じてデータ線121と接続され、有機半導体層170と少なくとも一部が接するソース電極161と、有機半導体層170を介在してソース電極161と分離されてチャネル領域Aを定義するドレイン電極163と、ドレイン電極163と接続されて画素領域を満たしている画素電極165とを含む。そして、絶縁膜接触口152、157を通じてデータパッド123と接続されているデータパッド接触部材167と、絶縁膜接触口153、158を通じてゲートパッド145と接続されているゲートパッド接触部材169とをさらに含む。
その後、図3iに示したように、透明電極層160上に有機半導体溶液を加えて有機半導体層170を形成する。有機半導体層170は蒸発法またはコーティングによって形成することができる。有機半導体層170はデータパッド123及びゲートパッド145以外の表示領域に形成することができる。
次に、フッ素系高分子からなる第1保護層180をスピンコーティングまたはスリットコーティングを通じて有機半導体層170上に形成する。第1保護層180はデータパッド123及びゲートパッド145以外の表示領域に形成することができる。
続けて、図3jに示したように、第1保護層180上にスパッタリング方法によってITO及びIZOのうちの少なくともいずれか1つを含む第2保護層190を形成する。
そして、図3kに示したように、フォトエッチング工程を利用してチャネル領域Aに対応するように第2保護層190をパターニングする。
その後、パターニングされた第2保護層190を遮断壁として利用したエッチング工程を通じ有機半導体層170と第1保護層180を同時にパターニングし、図2に示したような有機薄膜トランジスター(O-TFT)を完成する。
一方、図示していないが、絶縁膜接触口151、156から有機半導体層170まで覆う保護膜(図示せず)をさらに形成することができる。ここで、保護膜は低温保護膜であり得る。
このような構成によって、本発明の第1実施形態による有機薄膜トランジスターの作用及び効果について、図4a〜図5を参照して説明する。
図4aは単一ゲート絶縁膜が適用された有機薄膜トランジスターのヒステリシス特性を示したグラフであり、図4bは本発明の第2実施形態による二重ゲート絶縁膜の使用時の有機薄膜トランジスターのヒステリシス特性を示したグラフである。図4aに用いられたゲート絶縁膜は、本発明の第2ゲート絶縁膜135と同一の物質を利用して作製したものであり、ゲート電圧を上げる時(F)と、ゲート電圧を下げる時(R)との特性差が大きい。これは薄膜トランジスター製造工程または材料に不良が発生して有機薄膜トランジスターの再現性が良くないことを表す。つまり、ゲート絶縁膜135の絶縁特性が良くないため現われた不良である。
しかし、図4bに示したように、有機膜と無機膜からなる二重ゲート絶縁膜130、135を適用した場合には、ゲート電圧を上げる時(F)と、ゲート電圧を下げる時(R)との特性差が小さい。これは薄膜トランジスター製造工程における不良または材料に関しての不良が減少して、有機薄膜トランジスターの再現性が改善されたことを表す。つまり、ゲート絶縁膜130、135を二重に形成することによって、絶縁特性が改善されて有機薄膜トランジスターの特性が向上することが分かる。

図5は、本発明の第1実施形態によって、第2保護層190としてITOまたはIZOを用いる場合と、従来のようにAlを用いる場合に、ゲート電圧値の変化によるドレイン電流値を示したグラフである。図5に示したように、丸い点で表示した線は、ITO及びIZOのうちの少なくともいずれか1つを含んでなる第2保護層190を有する有機薄膜トランジスターのゲート電圧値によるドレイン電流値を示したものであり、三角形で表示した線は、Alを含む第2保護層190が形成された有機薄膜トランジスターのゲート電圧値によるドレイン電流値を示したものである。
一般的に、薄膜トランジスターの特性は、次の式で表すことができる。
Figure 0004721972
ここで、Ionは最大電流値であり、Ioffは遮断漏洩電流(off-state leakage current)であり、 μは電荷移動度であり、σは薄膜の伝導度であり、qは電荷量であり、NAは電荷密度であり、tは半導体膜の厚さであり、Coは酸化膜の静電用量であり、VDはドレイン電圧である。
図5に示したように、ITO及びIZOのうちの少なくともいずれか1つを含む第2保護層190が形成された有機薄膜トランジスターのIon/Ioff電流比がさらに大きいことが分かる。Ion/Ioff電流比が大きいということは、漏洩電流(current leakage)が少ないことを意味し、これは薄膜トランジスターの特性がさらに良いということを示す。
以下、図6を参照して、本発明による第2実施形態について説明する。第2実施形態においては第1実施形態と同一の構成要素について同一の参照番号を付けた。そして、第2実施形態においては第1実施形態と異なる特徴的な部分だけを抜粹して説明し、説明が省略された部分は前記第1実施形態による。
図6は本発明の第2実施形態による薄膜トランジスターを製造する過程の一段階を概略的に説明するための断面図である。第1実施形態における有機半導体層170は蒸発法とフォトエッチング工程を通じて形成されたが、第2実施形態においてはインクジェット方式によって形成する。
図6に示したように、ソース電極161とドレイン電極163とによって定義されるチャネル領域Aを取り囲みながら、ソース電極161とドレイン電極163それぞれの少なくとも一部を露出させる隔壁200を形成する。隔壁200は感光性有機物質を利用して露光、現像工程を通じて形成されることができ、 他の公知の方法によっても形成可能である。
完成された隔壁200によって取り囲まれたチャネル領域Aにノズル300を通じて有機半導体物質をジェッティング(jetting)する。有機半導体物質は溶剤によって水性とすることができ、また油性とすることもでき、有機半導体物質は溶剤除去過程を経過して有機半導体層170が形成される。
そして、完成された有機半導体層170上に第1保護層溶液をジェッティングする。保護層溶液は、溶剤によって水性とすることができ、また油性とすることもでき、保護層溶液は溶剤除去過程を経過して第1保護層180に形成され、第1保護層180の表面は平坦である。
これによって、図2に示したように、有機薄膜トランジスター(O-TFT)が作製され、公知の方法によって有機薄膜トランジスター(O-TFT)を含む液晶ディスプレイ素子や有機電界発光ディスプレイ素子または無機電界発光ディスプレイ素子などの薄膜トランジスター基板が製作される。
本発明による薄膜トランジスター基板100の製造方法は、従来と異なりインクジェット方法によって有機半導体層170及び第1保護膜180を形成することによって、従来の工程と比べて相対的に製造が簡単である。また、有機半導体層170を形成した後のプラズマまたは化学物質を利用した工程が省略されるので、有機半導体層170の特性の劣化を減少することができる。
たとえ本発明のいくつかの実施形態が図示され説明されたが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から逸脱せずに本実施形態を変形できることが分かる。本発明の範囲は添付された請求項とその均等物によって決められなければならない。
本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の配置図である。 図1のII-II線による断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 本発明の第1実施形態による薄膜トランジスター基板の製造方法を順に示した断面図である。 単一ゲート絶縁膜の使用時の有機薄膜トランジスターの特性を説明するためのグラフである。 本発明の第1実施形態による二重ゲート絶縁膜の使用時の有機薄膜トランジスターの特性を説明するためのグラフである。 本発明の第1実施形態によってITOまたはIZOの第2保護層の使用時の薄膜トランジスターの特性を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施形態による薄膜トランジスター基板を説明するための断面図である。
符号の説明
100 薄膜トランジスター基板
110 絶縁基板
120 データ配線
130、135 バッファ膜
140 ゲート配線
145 ゲートパッド
147、149 連結部材
151、152、153、156、157、158 絶縁膜接触口
150、155 ゲート絶縁膜
160 透明電極層
161 ソース電極
163 ドレイン電極
170 有機半導体層
180、190 保護層
300 ノズル

Claims (31)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に形成されており、データ線と、前記データ線の端部に形成されているデータパッドとを含むデータ配線と、
    前記データ配線上に形成されており、前記データ線と前記データパッドとの少なくとも一部を露出させる第1バッファ膜接触口を含む第1バッファ膜と、
    前記第1バッファ膜上に形成されており、前記データ線と電気絶縁状態で交差するゲート線と、前記ゲート線の端部に形成されているゲートパッドとを含むゲート配線と、
    前記ゲート配線と同一の層に形成されており、前記第1バッファ膜接触口により前記データ線と連結されている第1連結部材と、
    前記ゲート配線及び前記第1連結部材上に形成されていて、前記第1連結部材及び前記ゲートパッドの少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜と、
    前記第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、
    前記チャネル領域に形成されている有機半導体層と、
    を含み、
    前記ソース電極は前記第1及び第2絶縁膜接触口により前記第1連結部材と連結されていることを特徴とする薄膜トランジスター基板。
  2. 前記第1ゲート絶縁膜は、酸化ケイ素(SiOx)及び窒化ケイ素(SiNx)のうちの少なくともいずれか1つを含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスター基板。
  3. 前記第2ゲート絶縁膜は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate:Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスター基板。
  4. 前記ゲート配線は、前記有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極をさらに含み、
    前記ゲート配線と同一の層に形成されており、前記第1バッファ膜接触口により前記データパッドと連結される第2連結部材をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスター基板。
  5. 前記データ配線と同一の層に形成されており、前記ゲート電極と対応する所に形成され、前記有機半導体層を覆う光遮断膜をさらに含むことを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  6. 前記第1バッファ膜は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素のうちの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  7. 前記第1バッファ膜と前記ゲート配線との間に形成されていて、アクリル系樹脂、ポリビニールアルコール、ベンゾシクロブテン、ポリビニールフェノール系樹脂、フッ素系高分子及びポリスチレン系樹脂のうちの少なくともいずれか1つを含んでなる第2バッファ膜をさらに含むことを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  8. 前記第2バッファ膜は、前記データ線を露出させる第2バッファ膜接触口が形成されていることを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  9. 前記第2連結部材を通じて前記データパッドと接続されているデータパッド接触部材と、前記第1及び第2絶縁膜接触口によって露出された前記ゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とをさらに含むことを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  10. 前記ソース電極、ドレイン電極、データパッド接触部材及びゲートパッド抵触部材は同一層に形成されていて、ITO(indium tin oxide)及びIZO(indium zinc oxide)のうちのいずれか1つからなることを特徴とする、請求項に記載の薄膜トランジスター基板。
  11. 前記有機半導体層を覆う保護層をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスター基板。
  12. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に形成されており、データ線と、前記データ線の端部に形成されているデータパッドとを含むデータ配線と、
    前記データ配線上に形成されており、前記データ線と前記データパッドとの少なくとも一部を露出させる第1バッファ膜接触口を含む第1バッファ膜と、
    前記第1バッファ膜上に形成されており、前記データ線と電気絶縁状態で交差するゲート線と、前記ゲート線の端部に形成されているゲートパッドとを含むゲート配線と、
    前記ゲート配線と同一の層に形成されており、前記第1バッファ膜接触口により前記データ線と連結されている第1連結部材と、
    前記ゲート配線及び前記第1連結部材上に形成されていて、前記第1連結部材及び前記ゲートパッドの少なくとも一部を露出させる絶縁膜接触口が形成されているゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、
    前記チャネル領域に形成されている有機半導体層と、
    前記有機半導体層上に形成されていて、フッ素系高分子からなる第1保護層と、
    前記第1保護層上に形成されていて、透明電極物質からなる第2保護層と、
    を含み、
    前記ソース電極は前記絶縁膜接触口により前記第1連結部材と連結されていることを特徴とする薄膜トランジスター基板。
  13. 前記第2保護層は、ITO及びIZOのうちのいずれか1つからなることを特徴とする、請求項12に記載の薄膜トランジスター基板。
  14. 前記ゲート配線は、前記有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極をさらに含み、
    前記ゲート配線と同一の層に形成されており、前記第1バッファ膜接触口により前記データパッドと連結される第2連結部材をさらに含むことを特徴とする、請求項12に記載の薄膜トランジスター基板。
  15. 前記第1バッファ膜は無機物質を含むことを特徴とする、請求項12に記載の薄膜トランジスター基板。
  16. 前記第1バッファ膜と前記ゲート配線との間に形成されていて、前記データ線を露出させる第2バッファ膜接触口が形成されている有機物質の第2バッファ膜を含むことを特徴とする、請求項15に記載の薄膜トランジスター基板。
  17. 前記第2連結部材を通じてデータパッドと接続されているデータパッド接触部材と、前記絶縁膜接触口によって露出されたゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とをさらに含むことを特徴とする、請求項14に記載の薄膜トランジスター基板。
  18. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板上に形成されており、データ線と、前記データ線の端部に形成されているデータパッドとを含むデータ配線と、
    前記データ配線上に形成されており、前記データ線と前記データパッドとの少なくとも一部を露出させるバッファ膜接触口を含むバッファ膜と、
    前記バッファ膜に形成されており、前記データ線と電気絶縁状態で交差するゲート線と、前記ゲート線の端部に形成されているゲートパッドとを含むゲート配線と、
    前記ゲート配線と同一の層に形成されており、前記バッファ膜接触口により前記データ線と連結されている連結部材と、
    前記ゲート配線及び前記連結部材上に形成されていて、前記連結部材及び前記ゲートパッドの少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に形成されていて、前記第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜と、
    前記第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間して形成されるソース電極及びドレイン電極と、
    前記チャネル領域に形成されている有機半導体層と、
    前記有機半導体層上に形成されていて、フッ素系高分子からなる第1保護層と、
    前記第1保護層上に透明電極物質からなる第2保護層と、
    を含み、
    前記ソース電極は前記第1及び第2絶縁膜接触口により前記第1連結部材と連結されていることを特徴とする薄膜トランジスター基板。
  19. 絶縁基板を準備する段階と、
    前記絶縁基板上にデータ線と、前記データ線の端部に形成されているデータパッドとを含むデータ配線を形成する段階と、
    前記データ配線上に前記データ線と前記データパッドとの少なくとも一部を露出させるバッファ膜接触口を含むバッファ膜を形成する段階と、
    前記バッファ膜上に前記データ線と電気絶縁状態で交差するゲート線と、前記ゲート線の端部に形成されているゲートパッドとを含むゲート配線、及び前記データ線と連結される第1連結部材を形成する段階と、
    前記ゲート配線及び前記第1連結部材上に前記第1連結部材及び前記ゲートパッドの少なくとも一部を露出させる第1絶縁膜接触口が形成されている無機物質の第1ゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記第1ゲート絶縁膜上に前記第1絶縁膜接触口に対応する第2絶縁膜接触口が形成されている有機物質の第2ゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記第2ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間するソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
    前記チャネル領域に有機半導体層を形成する段階と、
    を含み、
    前記ソース電極は前記第1及び第2絶縁膜接触口により前記第1連結部材と連結されていることを特徴とする薄膜トランジスター基板の製造方法。
  20. 前記第1ゲート絶縁膜は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素のうちの少なくともいずれか1つを含んでなることを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板。
  21. 前記第2ゲート絶縁膜は、シリコン系高分子(Si polymer)、アゾビスイソブチロニトリル(azobis isobutiro nitrile:AIBN)、テトラブチルオルトチタネート(tetra butyl ortho titanate:Ti(OBu)4)及びブタノール(butanol)のうちの少なくともいずれか1つを含んでなることを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板。
  22. 前記有機半導体層上に保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  23. 前記ゲート配線は、前記有機半導体層に対応する位置に形成されているゲート電極をさらに含み、
    前記ゲート配線及び第1連結部材を形成する段階は、
    前記バッファ膜接触口により前記データパッドと連結される第2連結部材を形成する段階を含むことを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  24. 前記ソース及びドレイン電極を形成する段階は、
    前記第2連結部材を通じてデータパッドと接続されているデータパッド接触部材と、前記第1及び第2絶縁膜接触口によって露出されたゲートパッドを覆っているゲートパッド接触部材とを形成する段階を含むことを特徴とする、請求項23に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法
  25. 前記有機半導体層は、蒸発法(Evaporation)によって形成することを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  26. 前記有機半導体層は、インクジェット(inkjet)方法によって形成されることを特徴とする、請求項19に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  27. 絶縁基板を備える段階と、
    前記絶縁基板上にデータ線と、前記データ線の端部に形成されているデータパッドとを含むデータ配線を形成する段階と、
    前記データ配線上に前記データ線と前記データパッドとの少なくとも一部を露出させるバッファ膜接触口を含むバッファ膜を形成する段階と、
    前記バッファ膜上に前記データ線と電気絶縁状態で交差するゲート線と、前記ゲート線の端部に形成されているゲートパッドとを含むゲート配線、及び前記データ線と連結される連結部材を形成する段階と、
    前記ゲート配線及び前記連結部材上に前記連結部材及び前記ゲートパッドの少なくとも一部を露出させる絶縁膜接触口が形成されているゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁膜上にチャネル領域を定義するために互いに離間するソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
    前記ソース電極及びドレイン電極上に有機半導体層、フッ素系高分子からなる第1保護層及び透明電極物質からなる第2保護層を順に形成する段階と、
    前記チャネル領域に対応するように前記第2保護層をパターニングする段階と、
    前記第2保護層を利用して前記有機半導体層と前記第1保護層をパターニングする段階と、
    を含み、
    前記ソース電極は前記第1及び第2絶縁膜接触口により前記第1連結部材と連結されていることを特徴とする薄膜トランジスター基板の製造方法。
  28. 前記第2保護層は、ITO及びIZOのうちのいずれか1つからなることを特徴とする、請求項27に記載の薄膜トランジスター基板。
  29. 蒸発法によって前記有機半導体層を形成することを特徴とする、請求項27に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  30. フォトエッチング工程を通じて前記チャネル領域上に局部的に位置するように前記第2保護層をパターニングすることを特徴とする、請求項27に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
  31. インクジェット法によって前記有機半導体層を形成することを特徴とする、請求項27に記載の薄膜トランジスター基板の製造方法。
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