TWI646668B - Thin film transistor array, manufacturing method thereof, and image display device - Google Patents

Thin film transistor array, manufacturing method thereof, and image display device Download PDF

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TWI646668B TW103110418A TW103110418A TWI646668B TW I646668 B TWI646668 B TW I646668B TW 103110418 A TW103110418 A TW 103110418A TW 103110418 A TW103110418 A TW 103110418A TW I646668 B TWI646668 B TW I646668B
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Abstract

本發明提供薄膜電晶體陣列及其製造方法、以及影像顯示裝置，該薄膜電晶體陣列係可縮短半導體層形成時之對準步驟，並可正確地進行半導體層與保護層的對準。該薄膜電晶體陣列係具有：基板；形成於基板上之閘極；閘極絕緣體層，係形成於基板及閘極之上；源極與汲極，係形成於閘極絕緣體層上；半導體層，係形成於閘極絕緣體層、源極及汲極之上；及保護層，係形成於閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層之上；半導體層與保護層係各形成條帶狀，其條帶以橫亙複數顆電晶體之方式、且長邊側兩端相互一致地形成，半導體層與保護層之條帶的延伸方向係與在通道部流動的電流之方向正交。

Description

薄膜電晶體陣列及其製造方法、以及影像顯示裝置
本發明係有關於薄膜電晶體陣列及其製造方法、以及影像顯示裝置。
在薄膜電晶體中，分別將半導體層之圖案形成於電極上，將保護層之圖案形成於半導體層上。半導體層及保護層的圖案形成係透過光微影法(photo lithography)等之圖案形成法或藉噴墨印刷進行。在光微影法等之圖案形成法或藉噴墨印刷的任一種中，每次都需要進行對準步驟。在前步驟所形成之層，即半導體層係對準電極、保護層係對準半導體層而形成。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2007-201056號公報
[專利文獻2]日本特開2008-270494號公報
在薄膜電晶體之製造中，必須將半導體層對準電極、並將保護層對準半導體層。因此，會有一旦任一個步驟發生偏差時，後面步驟之對準就會偏移，或形 成無法保護半導體層之構造的問題。
本發明之目的在於提供薄膜電晶體陣列及其製造方法、以及影像顯示裝置，該薄膜電晶體陣列係可縮短半導體層形成時的對準步驟，並可正確地進行半導體層與保護層的對準。
為達成前述課題，本發明的一形態係一種薄膜電晶體陣列，具有：基板；形成於基板上之閘極；閘極絕緣體層，係形成於基板及閘極之上；源極與汲極，係形成於閘極絕緣體層上；半導體層，係形成於閘極絕緣體層、源極及汲極之上；及保護層，係形成於閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層之上；半導體層與保護層係各形成條帶(stripe)狀，其條帶以橫亙複數顆電晶體之方式、且長邊側兩端相互一致地形成，半導體層與保護層的各條帶其延伸方向係與在通道部流動的電流之方向正交。
又，亦可是半導體層由包含有機物之材料所構成的薄膜電晶體陣列。
又，亦可是保護層由包含無機化合物之材料所構成的薄膜電晶體陣列。
又，亦可是保護層由包含有機物之材料所構成的薄膜電晶體陣列。
又，亦可是保護層由包含無機化合物與有機物之混合物之材料所構成的薄膜電晶體陣列。
又，本發明之其他的形態係一種薄膜電晶體 陣列之製造方法，具有：閘極形成步驟，係將閘極形成於基板上；閘極絕緣體層形成步驟，係將閘極絕緣體層形成於基板與閘極之上；源極及汲極形成步驟，係將源極及汲極形成於閘極絕緣體層之上；半導體層形成步驟，係將半導體層形成於閘極絕緣體層、源極及汲極之上；保護層形成步驟，係將保護層形成於半導體層上；及去除步驟，係去除半導體層之未被保護層被覆處；在形成保護層之步驟中，保護層係形成為條帶狀，其形成方式以各條帶橫亙複數顆電晶體，並在閘極的正上方，於水平方向、且與在通道部流動之電流的方向正交之方向延伸。
又，亦可是以塗布法形成半導體層之薄膜電晶體陣列的製造方法。
又，亦可是以塗布法形成保護層之薄膜電晶體陣列的製造方法。
又，薄膜電晶體陣列的製造方法中，半導體層之去除方法亦可使用有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液之任一種來沖洗半導體層的方法。
又，薄膜電晶體陣列的製造方法中，半導體層之去除方法亦可藉由曝露於有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液之任一種的蒸氣來去除半導體層的方法。
又，塗布方法亦可為凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網版(screen)印刷、噴墨(ink jet)、熱轉印印刷、定量塗布(dispenser)、旋轉塗布(spin coat)、壓鑄模 塗(die coat)、微凹版刷式塗布(micro-gravure coat)或浸塗(dip coat)之任一種以上的塗布方法之薄膜電晶體陣列的製造方法。
又，本發明之其他的形態係一種影像顯示裝 置，係具有：本發明之薄膜電晶體陣列；層間絕緣膜，係形成於源極及汲極上；及影像顯示媒體，係包含形成於層間絕緣膜上之共用電極。
又，亦可影像顯示媒體係電泳式反射顯示裝 置、透過式液晶顯示裝置、反射式液晶顯示裝置、半透過式液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置及無機電致發光顯示裝置之任一種以上的影像顯示裝置。
若依據本發明，藉塗布法於整個面形成半導體層後，藉塗布法在與在通道部流動之電流的方向正交之方向形成條帶狀保護層，再去除未被保護層被覆之處的半導體層，藉此，可精確對準並形成半導體層與保護層，而且以簡便之方法進行電晶體元件的分離。
1‧‧‧基板
2‧‧‧閘極
3‧‧‧閘極絕緣體層
4‧‧‧源極
5‧‧‧汲極
6‧‧‧半導體層
7‧‧‧保護層
8‧‧‧閘極絕緣體及半導體層之積層體
9‧‧‧半導體層及保護層之積層體
10‧‧‧在通道部流動之電流的方向
第1圖係說明本發明之薄膜電晶體陣列之製造方法的圖，(a)係在模式上表示形成本發明之閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極之基板的剖面圖，(b)係在模式上表示於已形成閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極之基板上，整面形成半導體層之基板的剖面圖，(c)係在模式上表示於已形成閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層 之基板上，形成條帶狀保護層之基板的剖面圖，(d)係在模式上表示於已形成閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層、保護層之基板上，去除半導體層之未被保護層被覆的部分之基板的剖面圖。
第2圖係在模式上表示於已形成本發明之閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極之基板上整面形成半導體層之基板的平面圖。
第3圖係在模式上表示於已形成本發明之閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層之基板上，形成條帶狀保護層之基板的平面圖。
第4圖係在模式上表示於已形成本發明之閘極、閘極絕緣體層、源極及汲極、半導體層、保護層之基板上，去除半導體層之未被保護層被覆的部分之基板的平面圖。
[實施發明之形態]
以下，說明本發明之薄膜電晶體陣列及其製造方法的一實施形態。
第1圖(a)~(d)為用以說明關於本發明之薄膜電晶體陣列的製造方法之一實施形態的製程之薄膜電晶體陣列的剖面圖。第1圖係表示在整面形成之半導體層上形成條帶狀的保護層，並去除未被保護層被覆之部分的半導體層，藉此，形成半導體層的條帶圖案之關於本發明的薄膜電晶體陣列製程之一步驟圖圖例。
在第1圖(a)中，閘極2之圖案形成於基板1。 在基板1及閘極2的整面形成閘極絕緣體層3。源極4及汲極5之圖案形成於閘極絕緣體層3之上。
接著，在第1圖(b)中，在形成閘極2、閘極絕緣體層3、源極4及汲極5之基板1的閘極絕緣體層3、源極4及汲極5的整個面上，形成半導體層6。
然後，在第1圖(c)，在已形成閘極2、閘極絕緣體層3、源極4及汲極5、半導體層6之基板1的半導體層6之上，保護層7形成為條帶狀，其各條如延伸般在閘極2之正上，於水平方向、且與在通道部流動之電流的方向正交之方向延伸。此外，在通道部流動之電流的方向係在第2圖之平面圖以符號10所表示之箭號的方向。
接著，在第1圖(d)中，以使用有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液的任一種來沖洗未被保護層7被覆之半導體層6，將半導體層6之圖案產生成與保護層7一樣之條帶狀。藉此，半導體層6與保護層7各條帶以橫亙複數顆電晶體之方式形成長邊側兩端相互一致的條帶狀。如第4圖之平面圖所示，半導體層6及保護層7的積層體9，係各別形成一條帶，各條帶以橫亙複數顆電晶體，在閘極2之正上，於水平方向、且與在通道部流動之電流的方向正交之方式延伸。鄰接之條帶彼此之間的分離兼作為在鄰接之電晶體之間的元件分離。又，在半導體層之去除方法上，亦可使用藉由曝露於有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液之任一種的蒸氣來去除的方法。
在本實施形態，基板1所使用之材料係無特別 限定，就一般所使用之材料而言，例如有：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚醯亞胺(polyimide)、聚醚碸(PES)、聚2,6萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯等彈性的塑膠材料、石英等玻璃基板或矽晶圓等。可是，若考慮彈性化或各處理溫度等，就基板而言，使用PEN或聚醯亞胺等較理想。
在本實施形態，作為閘極2之電極材料所使用 的材料係無特別限定，一般所使用之材料有：將金、鉑、鎳、銦錫氧化物等之金屬或氧化物的薄膜、或者使聚(二氧乙烯噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT/PSS)或聚苯胺(polyaniline)等之導電性高分子或金或銀、鎳等之金屬膠體粒子分散的溶液或銀等金屬粒子作為導電材料的厚膜膏等。就形成閘極2的方法而言，有噴墨法、柔版印刷(flexo print)、網板印刷、定量塗布等。
在本實施形態，用作閘極絕緣體層3之材料係 無特別限定，一般所使用之材料有：聚乙烯苯酚(polyvinyl phenol)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚醯亞胺、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)等之高分子溶液、氧化鋁或矽膠等之粒子分散的溶液等。
在本實施形態，作為半導體層6之半導體材料 係無特別限定，一般所使用之材料，可使用如聚噻吩(polythiophene)、聚丙烯胺(polyallylamine)、茀-聯噻吩共聚物(fluorene bithiophene copolymer)、及彼等之衍生物的高分子有機半導體材料、及如稠五苯(pentacene)、 稠四苯(tetracene)、銅酞菁、苝(perylene)及彼等之衍生物的低分子有機半導體材料，但是若考慮低耗費化、彈性化、大面積化，使用可應用印刷法的有機半導體較理想。
在本實施形態，用作保護層7之密封材料係無 特別限定，就一般所使用之材料而言，可列舉氟系樹脂或聚乙烯醇等，但是未限定於此。即，在保護層7，亦可使用包含無機化合物之材料，亦可使用包含有機化合物之材料，亦可使用包含彼等化合物之混合物的材料。又，在保護層7中，亦可因應所需，賦予遮光性。再者，在半導體層6、保護層7之形成，可使用塗布法。該塗布法中，可使用凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網版印刷、噴墨、熱轉印印刷、定量塗布、旋轉塗布、壓鑄模塗、微凹版刷式塗布或浸塗等。
[實施例]
本發明者係如第2圖所示，以塗布法在整個面形成半導體層6，如第3圖之平面圖所示，在遍布整個面之閘極絕緣體層3及半導體層6的積層體8上，以各條帶橫亙複數顆電晶體，在閘極2之正上，於水平方向、且與在通道部流動之電流的方向正交之方向延伸的方式形成條帶狀之保護層7。而且，在形成保護層7後，去除未被保護層7被覆之處的半導體層6，藉此，製作已進行元件分離之第1薄膜電晶體陣列。
再者，藉塗布法在整個面形成半導體層6，以各條帶橫亙複數顆電晶體，在閘極2之正上，於水平方向 、且與在通道部流動之電流的方向正交之方向延伸的方式形成條帶狀之保護層7後，不去除未被保護層7被覆之部分的半導體層6，並仍殘留條帶狀，製作出未進行元件分離之第2薄膜電晶體陣列。
檢討上述2種薄膜電晶體陣列之元件特性的關係。
[第1實施例]
如第1圖(d)所示，說明底閘極、底接觸式之薄膜電晶體的製造方法。首先，作為基板1之材料，使用聚2,6萘二甲酸乙二酯(PEN)、厚度125μm。
接著，作為閘極2之材料，使用奈米銀與聚乙二醇(polyethylene glycol)之重量比為8：1的奈米銀墨水。藉轉印印刷法將奈米銀墨水印刷於PEN基板1上，並以180℃烘烤1小時，而形成閘極2。
然後，作為閘極絕緣體層3之材料，使用使聚乙烯苯酚在環己酮(cyclohexanone)溶解成10重量%的溶液。藉模塗法塗布閘極絕緣體層3之溶液，並以180℃使其乾燥1小時，而形成閘極絕緣體層3。
接著，作為源極4及汲極5之材料，使用奈米銀與聚乙二醇之重量比為8：1的奈米銀墨水。藉轉印印刷法印刷奈米銀墨水，並以180℃使其乾燥1小時，而形成源極4及汲極5。
然後，作為半導體層6之材料，使用以四氫萘使茀-聯噻吩共聚物(F8T2)溶解成1.0重量%的溶液。半導體層6係使用塗法塗布於整個面，並以100℃使其乾燥60 分鐘，而形成半導體層6。
接著，作為密封材料，使用使聚乙烯醇在純 水溶解成5重量%的墨水，橫亙複數顆電晶體，在閘極之正上方，於水平方向、且與在通道部流動之電流的方向正交之方向形成保護層7。
然後，以甲苯(toluene)沖洗半導體層6之未被 保護層7被覆之部分的半導體層處，藉此，進行元件分離，而製作了第1薄膜電晶體陣列。結果，可使薄膜電晶體之在不導通狀態之電流值(漏電流)變小。
[第2實施例]
至保護層7的形成步驟係以與第1實施例完全相同的方法製作出第1薄膜電晶體陣列。
在該製作中，形成保護層7之步驟之後，藉由曝露於甲苯的蒸氣而進一步去除半導體層6之未被保護層7被覆之部分的半導體層處，進行元件分離。結果，可使薄膜電晶體在不導通狀態之電流值(漏電流)變小。
[第1比較例]
至保護層7的形成步驟係以與第1實施例完全相同的方法製作出第2薄膜電晶體陣列。
在該製作中，形成保護層7之步驟之後，不去除半導體層6之未被保護層7被覆之部分的半導體層處，並未進行元件分離。結果，薄膜電晶體在不導通狀態之電流值(漏電流)變大了。
以塗布法在整個面形成半導體層6，並橫亙複數顆電晶體，在閘極之正上方，於水平方向、且與在通 道部流動之電流的方向正交之方向以塗布法形成保護層7後，藉有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液的任一種去除未被保護層7被覆之處的半導體層6，藉此，可精確對準並形成半導體層6與保護層7，而且藉簡便之方法實現電晶體元件的分離，並可製作出顯示良好之元件特性的薄膜電晶體。
對包含如上述所製成之第1薄膜電晶體陣列的基板1，例如在源極4及汲極5之上形成層間絕緣膜(未圖示)，再將包含形成於層間絕緣膜上之共用電極的影像顯示媒體組合，藉此，可構成影像顯示裝置。作為影像顯示媒體，可使用例如電泳式反射顯示裝置、透過式液晶顯示裝置、反射式液晶顯示裝置、半透過式液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置及無機電致發光顯示裝置之任一種以上的顯示媒體。
[產業上之可利用性]
本發明可應用於例如：以電子紙、液晶顯示器、電致發光顯示器等之薄型顯示裝置為首的主動陣列式顯示裝置。

Claims (13)

  1. 一種薄膜電晶體陣列，其具有：基板；形成於該基板上之閘極；閘極絕緣體層，係形成於該基板及該閘極之上；源極與汲極，係形成於該閘極絕緣體層上；半導體層，係形成於該閘極絕緣體層、源極及汲極之上；及保護層，係形成於該閘極絕緣體層、該源極及該汲極、該半導體層之上；該半導體層與該保護層係以各條帶橫亙複數個電晶體的方式形成該條帶之長邊側的兩端彼此一致的條帶狀，該半導體層與該保護層之該條帶的延伸方向係與流過通道部之電流的方向正交的方向，該保護層具有遮光性，關於該通道部的構成，該閘極沒有形成凸部區域，而是以條帶形成線狀。
  2. 如請求項1之薄膜電晶體陣列，其中該半導體層由包含有機物的材料所構成。
  3. 如請求項1之薄膜電晶體陣列，其中該保護層由包含無機化合物的材料所構成。
  4. 如請求項1之薄膜電晶體陣列，其中該保護層由包含有機物的材料所構成。
  5. 如請求項1之薄膜電晶體陣列，其中該保護層由包含無機化合物與有機物之混合物的材料所構成。
  6. 一種薄膜電晶體陣列之製造方法，其具有：閘極形成步驟，係將閘極形成於基板上；閘極絕緣體層形成步驟，係將閘極絕緣體層形成 於該基板與該閘極之上；源極與汲極形成步驟，係將源極與汲極形成於該閘極絕緣體層之上；半導體層形成步驟，係將半導體層形成於該閘極絕緣體層、該源極及該汲極之上；保護層形成步驟，係將保護層形成於該半導體層上；及去除步驟，係去除該半導體層之未被該保護層被覆之處；在該保護層形成步驟中，將該保護層形成條帶狀，使得各條帶係橫亙複數個電晶體，而於水平方向且與流過該通道部之電流的方向正交之方向在該閘極之正上方延伸，該保護層具有遮光性，關於該通道部的構成，該閘極沒有形成凸部區域，而是以條帶形成線狀。
  7. 如請求項6之薄膜電晶體陣列的製造方法，其中該半導體層以塗布法形成。
  8. 如請求項6之薄膜電晶體陣列的製造方法，其中該保護層以塗布法形成。
  9. 如請求項6之薄膜電晶體陣列的製造方法，其中該半導體層之去除方法係使用有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液之任一種來沖洗該半導體層的方法。
  10. 如請求項6之薄膜電晶體陣列的製造方法，其中該半導體層之去除方法係藉由曝露於有機系溶劑、無機系溶劑及此等的混合溶液之任一種的蒸氣來去除該半導體 層的方法。
  11. 如請求項7或8之薄膜電晶體陣列的製造方法，其中該塗布方法係凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、網版印刷、噴墨、熱轉印印刷、定量塗布、旋塗、模塗、微凹版塗布或浸塗之任一種以上的塗布方法。
  12. 一種影像顯示裝置，係具有：如請求項1至5中任一項之薄膜電晶體陣列或藉由如請求項6至11中任一項之薄膜電晶體陣列的製造方法所製造之薄膜電晶體陣列；層間絕緣膜，係形成於該源極及該汲極上；及影像顯示媒體，係包含形成於該層間絕緣膜上之共用電極。
  13. 如請求項12之影像顯示裝置，其中該影像顯示媒體係電泳式反射顯示裝置、透過式液晶顯示裝置、反射式液晶顯示裝置、半透過式液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置及無機電致發光顯示裝置之任一種以上。
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