TWI464881B - 薄膜電晶體、薄膜電晶體之製造方法及具有薄膜電晶體之有機發光顯示裝置 - Google Patents

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Description

薄膜電晶體、薄膜電晶體之製造方法及具有薄膜電晶體之有機發光顯示裝置
本發明其中一態樣乃關於：薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)，其使用氧化物半導體做為作用層；TFT的製造方法；以及具有該TFT的有機發光顯示裝置。更詳細地說，本發明其中一態樣乃關於：TFT，其具有兩個配置進非對稱結構內的閘極；TFT的製造方法；以及具有該TFT的有機發光顯示裝置。
一般說來，薄膜電晶體(TFT)包括作用層和閘極。此處的作用層提供通道、源極和汲極等區域。閘極和通道區域重疊，並且閘極藉由閘極絕緣層而和作用層隔離開來。
以上述方式建構之TFT的作用層通常是由半導體所形成，例如非晶矽或多晶矽。但是如果是由非晶矽來形成作用層，由於遷移率低，故難以實做出在高速運作的驅動電路。如果是由多晶矽來形成作用層，雖然遷移率高，但是臨界電壓卻不穩定。因此，必須增加獨立的補償電路。
在採用低溫多晶矽(low temperature poly-silicon，LTPS)製造TFT的相關技術方法中，會實施像是雷射熱處理的高成本製程 ，但是要控制TFT的特性是很困難的。因此，難以將該相關技術方法應用在大面積的基板上。
為了解決此類與/或其他問題，近來已經進行研究要發展採用氧化物半導體做為作用層的TFT。
日本公開專利申請案第2004-273614號揭露一種TFT，其係採用氧化鋅(ZnO)、或是採用ZnO做為主要成分的氧化物半導體來當作作用層。
採用ZnO做為主要成分的氧化物半導體是一種非晶態並且穩定的材料。使用此種氧化物半導體做為作用層，便能採用現有的製程設備在低溫下製造TFT，而無需額外的單獨製程設備，因此可以省略離子植入以及其他類似的製程。
然而，氧化物半導體的單位電阻比多晶矽的單位電阻高。因此，相關技術之TFT的結構在實做顯示裝置的畫素驅動電路或周邊電路所需的電特性上會有困難。
本發明其中一項實施例提供：一種薄膜電晶體(TFT)，其使用氧化物半導體做為作用層，並且具有改良的電特性；TFT的製造方法；以及具有該TFT的有機發光顯示裝置。
本發明另一項實施例提供：一種TFT，其具有配置進非對稱結構內的兩個閘極；TFT的製造方法；以及具有該TFT之有機發光顯示裝置。
本發明又一項實施例提供：一種TFT，其能夠使源極和汲極之間的漏電流最小化；TFT的製造方法；以及具有該TFT之有機發光顯示裝置。
根據本發明其中一態樣所提供的TFT，其包括：基板；第一閘極，其形成在基板上；源極，其形成為和在基板上的閘極間隔開來；第一絕緣層，其形成在具有第一閘極和源極的基板上；作用層，其由氧化物半導體所形成，位在具有第一閘極和源極的第一絕緣層上，該作用層係連接至源極；第二絕緣層，其形成在具有作用層的第一絕緣層上；第二閘極，其形成在第二絕緣層上，如此不致和第一閘極重疊；以及汲極，其形成為和第二絕緣層上的第二閘極間隔開來，該汲極係連接至作用層。
根據本發明另外一態樣所提供之製造TFT的方法，其包括：在基板上形成第一閘極和源極；在具有第一閘極和源極的基板上形成第一絕緣層，然後形成第一接觸孔，如此以暴露出部分的源極；在第一絕緣層上以氧化物半導體形成作用層，如此以藉由第一接觸孔而連接至源極；在具有作用層的第一絕緣層上形成第二絕緣層，然後形成第二接觸孔，如此以暴露出部分的作用層；以及在第二絕緣層上形成汲極，其藉由第二接觸孔而連接至作用層，並且在第二絕緣層上形成第二閘極，其配置成並未和第一閘極重疊。
根據本發明又一態樣所提供之具有TFT的有機發光顯示裝置，其包括：第一基板，其具有有機發光元件和形成在其上的TFT，該有機發光元件具有第一電極、有機發光層、第二電極，並且該TFT控制有機發光元件的運作；以及第二基板，其配置在第一基板的對面，其中該TFT包含：第一閘極，其形成在第一基板上；源極，其形成為和在第一基板上的閘極間隔開來；第一絕緣層，其形成在具有第一閘極和源極的第一基板上；作用層，其由氧化物半導體所形成，位在具有第一閘極和源極的第一絕緣層上，作 用層係連接至源極；第二絕緣層，其形成在具有作用層的第一絕緣層上；第二閘極，其形成在第二絕緣層上，如此不致和第一閘極重疊；以及汲極，其形成為和在第二絕緣層上的第二閘極間隔開來，汲極係連接至作用層。
根據本發明實施例的TFT在由氧化物半導體所形成的作用層附近可具有配置進非對稱結構內的兩個閘極。由於兩個閘極是分別配置在不同層，因此可以減少在兩閘極之間的間隙(位移區域)達光微影設備的臨界值、或是低於該臨界值。因此，在由具有比多晶矽更高之單位電阻的氧化物半導體所形成的作用層內可以實做出特定或是更高程度的電流特性。更進一步而言，因為是在對應至兩個閘極的作用層內分別形成兩個通道，所以可以藉由控制臨界電壓和電特性來輕易地實做出電流驅動電路。
此外，根據本發明實施例的TFT在兩個閘極之間可具有位移區域。由於在對應至位移區域的作用層內，通道的寬度相對減少了，所以便能使源極和汲極之間的漏電流減到最小。因此，利用氧化物半導體的高單位電阻，在兩通道之間形成寬度相對較窄的通道，這樣便可限制電流的流動。
本發明的其他態樣與/或優點某種程度上將在以下的描述中闡明，並且在某種程度上將從描述中變得明顯，或是可藉由實做本發明而學會。
10‧‧‧基板
12‧‧‧緩衝層
14a‧‧‧第一閘極
14b‧‧‧源極
16‧‧‧第一絕緣層
16a‧‧‧接觸孔
18‧‧‧作用層
20‧‧‧第二絕緣層
20a‧‧‧接觸孔
22a‧‧‧第二閘極
22b‧‧‧汲極
24‧‧‧保護層
26‧‧‧陽極
28‧‧‧畫素定義層
30‧‧‧有機發光層
32‧‧‧陰極
100‧‧‧基板
120‧‧‧畫素區域
124‧‧‧掃描線
126‧‧‧資料線
128‧‧‧墊片
130‧‧‧非畫素區域
134‧‧‧掃描驅動線路
136‧‧‧資料驅動線路
200‧‧‧有機發光元件
300‧‧‧顯示面板
400‧‧‧密封基板
410‧‧‧密封部件
G‧‧‧間隙
從對於實施例的描述和所伴隨的附圖中，本發明這些與/或其他態樣和優點會變得顯而易懂：圖1是根據本發明實施例之薄膜電晶體(TFT)的截面圖。
圖2是根據本發明另一個實施例之TFT的截面圖。
圖3A至3D是根據本發明實施例之截面圖，用來說明製造TFT的方法。
圖4A和4B是具有根據本發明實施例之TFT的有機發光顯示裝置的平面圖和截面圖。
圖5是說明圖4A之有機發光元件的截面圖。
現在將詳細參考本發明的實施例，其範例係在附圖中示範，其中相同的元件編號在全文中是指相同的元件。為了闡釋本發明，以下藉由參考圖式來描述實施例。
在下面詳細的描述中，僅僅展示並描述本發明特定的示範性實施例，並且只是簡單做為說明之用。熟於此技術者將了解的是，所描述的實施例能以各種不同的方式修改，都不會背離本發明的精神或範圍。因此，附圖與發明說明在本意上應被認為是說明性的，而非限制性的。此外，當提及某元件係位於另一元件「上」時，它可以是直接位於另一元件上；或是間接地位於另一元件上，而在兩者之間插入有一或多個中間件。同樣地，當提及某元件係「實質上連接至」另一元件時，它可以是直接連接至另一元件；或是間接地連接至另一元件，而在兩者之間插入有一或多個中間件。自下文起，相同的元件編號是指相同的元件。
圖1是根據本發明實施例之薄膜電晶體(TFT)的截面圖。參照圖1，在基板10上形成緩衝層12，並且在緩衝層12上形成第一閘極14a和源極14b。第一閘極14a和源極14b係形成為以預定的間距互相間隔開來。第一絕緣層16係形成在具有第一閘極14a與源極14b 的緩衝層12上。由氧化物半導體製成的作用層18則是形成在具有第一閘極14a與源極14b的第一絕緣層16上。作用層18其中一個側邊部分係透過形成在第一絕緣層16中的接觸孔而連接至源極14b。
第二絕緣層20係形成在具有作用層18的第一絕緣層16上，而在第二絕緣層20上則是形成第二閘極22a和汲極22b。第二閘極22a係配置進非對稱的結構中，如此不致和第一閘極14a重疊。
圖1的源極14b和第一閘極14a係配置在同一平面上，並且汲極22b和第二閘極22a係配置在同一平面上。然而，汲極22b和第一閘極14a可配置在同一平面上，並且源極14b和第二閘極22a可配置在同一平面上。
在按照上述建構的TFT中，如果對於第一與第二閘極14a和22a施加偏壓(VG)，則電場會讓通道於作用層18內分別形成在與第一和第二閘極14a和22a重疊的部分。
對於相關技術中只具有一個閘極的TFT而言，於作用層內只有一個通道形成在和閘極重疊的部分。但是在本發明實施例的TFT中，通道於作用層18內分別形成在與第一和第二閘極14a和22a重疊的部分。因此與相關技術的TFT比較之下，本發明實施例之TFT的電流特性便可獲得改善。
圖2是根據本發明另一個實施例之TFT的截面圖。參照圖2，此實施例的TFT和圖1的TFT具有相同的結構。此實施例的TFT和圖1的TFT不同之處在於第一和第二閘極14a與22a係形成為以預定間距G互相間隔開來(自下文起，此相隔的間距稱為位移區域)。
在圖1的TFT中，第一和第二閘極14a與22a的邊緣雖然沒有互相重疊，但卻是配置在同一直線上。然而在圖2的TFT中，第一和第二 閘極14a與22a的邊緣卻以間隙G互相間隔開來。
由於在對應至第一和第二閘極14a與22a之間位移區域的作用層18內，通道的寬度相對地減少了，所以便能使源極和汲極之間的漏電流減到最小。利用氧化物半導體的高單位電阻，在兩通道之間形成寬度相對較窄的通道，如此便可限制電流的流動。
自下文起，將以更詳細的方式描述製造TFT的方法。
圖3A至3D的截面圖是根據本發明的實施例，說明製造TFT的方法。
參照圖3A，在基板10上形成緩衝層12。在緩衝層12上形成導電層，並且將該導電層圖案化，藉此形成第一閘極14a和源極14b。第一閘極14a和源極14b係形成為以預定的間距互相間隔開來。
基板10係採用絕緣的基板，例如透明的玻璃或塑膠。緩衝層12是由氧化矽、氮化矽、或是氧化矽與氮化矽的化合物所形成。導電層則是由選自以下構成之群組的金屬所形成：鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鉻(Cr)、鈮(Nb)或其合金。
參照圖3B，在具有第一閘極14a和源極14b的緩衝層12上形成第一絕緣層16，並且在第一絕緣層16內形成接觸孔16a，如此以暴露出源極14b的一部份。在具有第一閘極14a和源極14b的第一絕緣層上形成氧化物半導體層，然後對氧化物半導體層進行圖案化，藉此形成作用層18。作用層18其中一個側邊部分係藉由接觸孔16a而連接至源極14b。
氧化物半導體層可包括氧化鋅(ZnO)。ZnO可摻雜有選自以下構成之群組的至少一種離子：鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、釩(V)。
參照圖3C，在具有作用層18的第一絕緣層16上形成第二絕緣層20，並且在第二絕緣層20內形成接觸孔20a，如此以暴露出作用層18的另一個側邊部分。在第二絕緣層20上形成導電層，並且將導電層圖案化，藉此形成第二閘極22a和汲極22b。
第二閘極22a並未和第一閘極14a重疊，並且第二閘極22a其中一個邊緣係以預定間距G而和第一閘極14a其中一個邊緣間隔開來。汲極22b是和第二閘極22a間隔開的，並且藉由接觸孔20a而連接至作用層18的另一個側邊部分。
導電層係由選自以下所構成之群組的金屬所形成：鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鉻(Cr)、鈮(Nb)或其合金。
參照圖3D，在具有第二閘極22a和汲極22b的第二絕緣層20上形成保護層24。
如上所述，由於是在不同的層中分別形成第一和第二閘極14a與22a，因此可以減少在第一和第二閘極14a與22a之間的間隙(位移區域)達光微影設備的臨界值、或是低於該臨界值。因此，在由具有比多晶矽更高之單位電阻的氧化物半導體所形成的作用層18內可以實做出特定或是更高程度的電流特性。
按上述建構成的TFT可應用在有機發光顯示裝置。
圖4A和4B是具有根據本發明實施例之TFT的有機發光顯示裝置的平面圖和截面圖。將示意地描述用來顯示影像的顯示面板300。
參照圖4A，基板100係由畫素區域120、以及形成在畫素區域120四周的非畫素區域130所界定。於基板100的畫素區域120中形成有多個有機發光元件200，其在掃描線與資料線124和126之間互相連接成矩陣的形式。而在基板100的非畫素區域中則是形成： 掃描線與資料線124和126，其分別從畫素區域120中的掃描線與資料線124和126延伸出來；用來操作有機發光元件200的電源供應線(未顯示)；以及掃描驅動線路和資料驅動線路134和136，用來處理從外部藉由墊片128而提供的訊號，並且供應處理後的訊號至掃描線與資料線124和126。
圖5的截面圖在說明圖4A的有機發光元件。參照圖5，有機發光元件200包括陽極26、陰極32、形成在陽極26與陰極32之間的有機發光層30。有機發光層30可進一步包括電洞注入層、電洞傳輸層、電子傳輸層、電子注入層。有機發光元件200可進一步包括用來控制有機發光元件200運作的TFT以及用來維持訊號的電容。
該TFT具有圖1或圖2所說明的結構。可採用藉由參照圖3A至3D所描述的方法來製造該TFT。
按照上述所建構之具有TFT的有機發光元件200將參考圖4A和圖5，以更詳細的方式來描述。
在基板100上形成緩衝層12，並且在緩衝層12上形成第一閘極14a和源極14b。第一絕緣層16係形成在具有第一閘極14a和源極14b的緩衝層12上。由氧化物半導體所形成的作用層18係形成在具有第一閘極14a和源極14b的第一絕緣層16上。作用層18其中一個側邊部分係藉由形成在第一絕緣層16內的接觸孔而連接至源極14b。
第二絕緣層20係形成在具有作用層18的第一絕緣層16上，並且在第二絕緣層20上形成第二閘極22a和汲極22b。第二閘極22a係形成在非對稱結構中，如此不致和第一閘極14a重疊，並且汲極22b是藉由形成在第二絕緣層20中的接觸孔而連接至作用層18的另一個側邊部分。
保護層24，其用來絕緣與平面化，係形成在具有第二閘極22a和汲極22b的第二絕緣層20上，並且在保護層24中形成通孔，如此以暴露出汲極22b。陽極26，其藉由通孔而連接至汲極22b，係形成在保護層24上。在具有陽極26的保護層24上形成畫素定義層28，如此以暴露出陽極26的一塊區域(發光區域)。在暴露出來的陽極26上形成有機發光層30。陰極32則是形成在具有有機發光層30的畫素定義層28上。
參照圖4B，密封基板400，其用來密封畫素區域120，係配置在上面形成有有機發光元件200的基板100之上。密封基板400係藉由密封部件410而結合至基板100，藉此便完成了顯示面板300。
在如上述而建構成的有機發光顯示裝置中，可藉由具有改良後之電流特性的TFT來改善有機發光元件200的發光特性，藉此實做出高亮度與高品質的影像。
雖然已經顯示並描述了本發明的一些實施例，但是熟於此技術者應可以體會這些實施例能夠加以修改而不會背離本發明的原理和精神，其範圍是由申請專利範圍和其均等者所界定。
12‧‧‧緩衝層
14a‧‧‧第一閘極
14b‧‧‧源極
16‧‧‧第一絕緣層
18‧‧‧作用層
20‧‧‧第二絕緣層
22a‧‧‧第二閘極
22b‧‧‧汲極
24‧‧‧保護層
28‧‧‧畫素定義層
30‧‧‧有機發光層
32‧‧‧陰極
100‧‧‧基板
200‧‧‧有機發光元件

Claims (25)

  1. 一種薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)，其包含：基板；第一閘極，其形成在基板上；源極，其形成為和在基板上的第一閘極間隔開來；第一絕緣層，其形成在具有第一閘極和源極的基板上；作用層，其由氧化物半導體所形成，位在具有第一閘極和源極的第一絕緣層上，該作用層係連接至源極；第二絕緣層，其形成在具有作用層的第一絕緣層上；第二閘極，其形成在第二絕緣層上，如此不致和第一閘極重疊；以及汲極，其形成為和第二絕緣層上的第二閘極間隔開來，該汲極係連接至作用層。
  2. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中作用層係藉由形成在第一絕緣層中的接觸孔而連接至源極。
  3. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中氧化物半導體包括氧化鋅(ZnO)。
  4. 根據申請專利範圍第3項的TFT，其中氧化物半導體係摻雜有選自以下構成之群組的至少一種離子：鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、釩(V)。
  5. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中汲極係藉由形成在第二絕緣層中的接觸孔而連接至作用層。
  6. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中第一和第二閘極其中一個側邊部分係以預定間距互相間隔開來。
  7. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中第一閘極和源極係由相同的材料所形成。
  8. 根據申請專利範圍第1項的TFT，其中第二閘極和汲極係由相同的材料所形成。
  9. 一種TFT的製造方法，其包含：在基板上形成第一閘極和源極；在具有第一閘極和源極的基板上形成第一絕緣層，然後形成第一接觸孔，如此以暴露出部分的源極；在第一絕緣層上以氧化物半導體形成作用層，如此以藉由第一接觸孔而連接至源極；在具有作用層的第一絕緣層上形成第二絕緣層，然後形成第二接觸孔，如此以暴露出部分的作用層；以及在第二絕緣層上形成汲極，其藉由第二接觸孔而連接至作用層，並且在第二絕緣層上形成第二閘極，其配置成並未和第一閘極重疊。
  10. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中第一閘極和源極係由金屬所形成。
  11. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中氧化物半導體包括氧化鋅(ZnO)。
  12. 根據申請專利範圍第11項的方法，其中氧化物半導體係摻雜有選自以下構成之群組的至少一種離子：鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、釩(V)。
  13. 根據申請專利範圍第9項的方法，其中第二閘極的一個側邊部分 係以預定間距而和第一閘極的一個側邊部分間隔開來。
  14. 一種有機發光顯示裝置，其包含：第一基板，其具有有機發光元件和形成在其上的TFT，該有機發光元件具有第一電極、有機發光層、第二電極，並且該TFT控制有機發光元件的運作；以及第二基板，其配置在第一基板的對面，其中該TFT包含：第一閘極，其形成在第一基板上；源極，其形成為和在第一基板上的第一閘極間隔開來；第一絕緣層，其形成在具有第一閘極和源極的第一基板上；作用層，其由氧化物半導體所形成，位在具有第一閘極和源極的第一絕緣層上，該作用層係連接至源極；第二絕緣層，其形成在具有作用層的第一絕緣層上；第二閘極，其形成在第二絕緣層上，如此不致和第一閘極重疊；以及汲極，其形成為和在第二絕緣層上的第二閘極間隔開來，該汲極係連接至作用層。
  15. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中作用層係藉由形成在第一絕緣層中的接觸孔而連接至源極。
  16. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中氧化物半導體包括氧化鋅(ZnO)。
  17. 根據申請專利範圍第16項的有機發光顯示裝置，其中氧化物半導體係摻雜有選自以下構成之群組的至少一種離子：鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎘(Cd)、鎂(Mg)、釩(V)。
  18. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中汲極係藉由形成在第二絕緣層中的接觸孔而連接至作用層。
  19. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中第二閘極的一個側邊部分係以預定間距而和第一閘極的一個側邊部分間隔開來。
  20. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中第一閘極和源極係由相同的材料所形成。
  21. 根據申請專利範圍第14項的有機發光顯示裝置，其中第二閘極和汲極係由相同的材料所形成。
  22. 一種薄膜電晶體(TFT)，其包含：基板；第一閘極，其形成在基板上；源極，其形成為和在基板上的閘極間隔開來；第一絕緣層，其形成在具有第一閘極和源極的基板上；作用層，其由氧化物半導體所形成，位在具有第一閘極和源極的第一絕緣層上，該作用層係連接至源極；第二絕緣層，其形成在具有作用層的第一絕緣層上；第二閘極，其形成在第二絕緣層上，如此不致和第一閘極位在相同的垂直方向上；以及汲極，其形成為和第二絕緣層上的第二閘極間隔開來，該汲極係連接至作用層。
  23. 根據申請專利範圍第22項的TFT，其中第一和第二閘極的邊緣係以預定間距互相間隔開來。
  24. 根據申請專利範圍第22項的TFT，其中第一閘極和源極係由選自以下構成之群組的金屬所形成：鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、 銀(Ag)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鉻(Cr)、鈮(Nb)或其合金。
  25. 根據申請專利範圍第22項的TFT，其中第二閘極和汲極係由選自以下構成之群組的金屬所形成：鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鉻(Cr)、鈮(Nb)或其合金。
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